冉志超　段青科

【摘 要】介绍了核电汽轮机组蒸汽参数设计情况，并与火电汽轮机组进行分析比较；其次论述了核电汽轮机组结构设计理念，详细描述了核电汽轮机组外部尺寸、增设汽水分离再热器MSR、低压缸部分增加特殊的除湿防水措施设计，通过结构的优化设计，确保核电汽轮机组的长周期稳定运行。

【关键词】核电汽轮机组；蒸汽参数；结构设计；特点

【Abstract】The nuclear power steam turbine steam parameter design was introduced，and compared with thermal power steam turbine unit is different；Structure design idea，secondly discusses the nuclear power steam turbine unit is described in a nuclear power steam turbine unit external dimensions，add separation of reheater of MSR，low pressure cylinder，increase special dehumidifier waterproof measures in design，improve the nuclear power steam turbine running for a long period of time.

【Key words】Nuclear power steam turbine；Steam parameter；Structure design；Technics characteristic

0 引言

全球目前共有可運营核电机组439台，其中美国作为最大的核电发展国家，建有99台核电机组，发电量占其电力来源的19%，而排名第二的法国建有58台机组，核电占比达到77%，是全球对核电依赖最大的国家。相比之下，尽管中国核电装机容量已达世界第四。根据十三五规划，2020年中国运行核电装机容量要达到5800万千瓦，在建3000万千瓦，而目前运行容量2831万千瓦、在建2672万千瓦的数字显然还远远达不到要求。

核电汽轮机组由于蒸汽参数低，在不同的运行工况下，与常规火电汽轮机相比存在区别。也因蒸汽湿度较大，所以要对核电汽轮机组增加结构设计优化。

1 核电汽轮机蒸汽参数设计

核电汽轮机的主蒸汽来自于核岛蒸汽发生器[1]。主蒸汽是含有一定湿度蒸汽，蒸汽湿度一般为0.2%～0.4%，饱和蒸汽的参数为6.4MPa，温度为280℃。相对于火电汽轮机排气压力接近的情况下，核电汽轮机可用焓降相当于火电汽轮机可用焓降一半左右。

蒸汽参数对于核电汽轮机设计影响：

1.1 核电汽轮机通流部分设计级数少，减少中压缸部分设计。

1.2 核电汽轮机低压部分的体积和重量约为火电汽轮机组的2倍，设计上核电汽轮机低压缸占汽轮机组全功率的比例较大，约为50%左右。

1.3 蒸汽参数特殊性，核电汽轮机加工成本增加，一般核电汽轮机组与火电汽轮机价格比约为1.3：1。

如在相同出力工况下，通过核电汽轮机的主蒸汽流量比火电汽轮机的主蒸汽流量大，一般约为火电汽轮机2倍。从而核电汽轮机组的通流面积要较大于火电汽轮机组。如某核电主蒸汽流量为5810.4t/h，而火电同类型机组的主蒸汽流量为2813.7t/h。超临界火电机组汽轮机主蒸汽压力和温度分别为24.36MPa、600℃，核电汽轮机在此工况下，主汽阀前的蒸汽压力为6.43MPa，温度为280℃，焓值为2772.4kJ/kg。对以上数据比对分析不难发现，核电汽轮机组参数设计与火电存在着较大不同点，不同点也影响到核电汽轮机整体的结构设计。

2 核电汽轮机结构设计

2.1 外部尺寸

核电汽轮机组的蒸汽参数低、比容大[2]。通过上文数据比对，核电汽轮机在进汽管道和阀门的重量、尺寸要大很多。例如在核电汽轮机设计中，当设计输出功率在600MW以上时，高压缸结构设计一般采用双流道设计理念，将增加低压缸末级叶片高度设计，以上变化比将导致低压缸外部尺寸增大。比如：第三代核电技术AP1000常规岛汽轮机采用了三个低压缸设计（见图1），这种设计增加了凝汽器数量。因此在同等功率的火电汽轮机组，核电汽轮机组外部尺寸大于火电汽轮机。

2.2 增设汽水分离再热器MSR

汽水分离再热器（简称“MSR”）接收来自于高压汽轮机的排汽（湿度：11%～13%），经过分离器去除水分（湿度：≤0.25%）和在1、2级加热器的再次加热，使进入低压缸的蒸汽具有一定过热度，继续做功。因高压缸的排汽中水分含量较大，如蒸汽未经分离水分，直接进入低压缸继续做功，必然对低压转子的叶片发生腐蚀，降低汽轮机的效率，从而增设MSR，这样将提高汽轮机的热效率。主要设计由以下几个观点（见图2）：

2.2.1 去除高压汽轮机排汽中的水分；

目的：防止汽轮机叶片腐蚀；方法：通过波纹板高效去除水分，湿度：将由11%～13% 降至0.25%

2.2.2 加热蒸汽去除水分

目的：提高电站效率；方法：在通过第1、2级加热器，用于加热汽轮机组高压缸排汽，第1级加热器的汽源取自高压缸第一段抽汽，第2级加热器的汽源取自蒸汽发生器出口主蒸汽。

2.3 低压缸增加除湿防水措施设计

为了防止汽轮机低压缸部分的水蚀，对核电汽轮机低压缸的末级动叶片采用空心静叶抽吸技术[3]，末级动叶采用堆焊防水蚀材料、电火化硬化、高频淬火、叶片表面喷涂等措施，已避免水滴对低压缸动叶片的腐蚀。在隔板的外环加装疏水环或在缸体的内壁车出疏水沟槽，使由喷嘴叶片出口撕裂下来的大水滴，在受到离心力的作用下发生径向运动而被捕捉。多重的除湿防水措施设计，达到了有效的除湿效果，同时也降低水蚀，提高了核电汽轮机组使用寿命。

3 结论

本文主要介绍了核电汽轮机具有蒸汽参数低、流量大、湿度大等特点[4]，通过与火电汽轮机参数设计比对，认识到核电汽轮机组蒸汽参数对于核电汽轮机整体设计影响。核电汽轮机蒸汽参数为饱和蒸汽，经过汽轮机各缸作功后湿度增大，所以相对于火电汽轮机组，核电汽轮机从设计方面上，增加汽水分离器MSR、低压缸增加除湿防水措施设计。随着科技发展，核电技术的更新，核电汽轮机组的设计将不断优化，新的设计保障了核电汽轮机组的安全、稳定运行。

【参考文献】

[1]陈娟.核电汽轮机的特点及选型[J].热能动力工程，2010，25（4）：459-462.

[2]崔宏博.核电汽轮机组特点研究[R].东方电气评论，2005，19（4）：192-199.

[3]何阿平，沈国平.中国核电汽轮机发展与展望[J].热力透平，2015，44（4）：225-232.

[4]孙为民，杨巧云.电厂汽轮机[M].北京：中国电力出版社，2010.

[责任编辑：田吉捷]