黨的二十大報(bào)告明確指出，積極安全有序發(fā)展核電。核能是我國(guó)能源戰(zhàn)略的重要組成部分，對(duì)優(yōu)化我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全、構(gòu)建新型能源體系、助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要作用。石化和化工行業(yè)作為基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，肩負(fù)著支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要責(zé)任。當(dāng)前，國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略縱深推進(jìn)，發(fā)展并應(yīng)用高溫氣冷堆技術(shù)是實(shí)現(xiàn)石化行業(yè)的綠色發(fā)展，服務(wù)國(guó)家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的必然選擇。

高溫氣冷堆具有固有安全性好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、綠色零碳、經(jīng)濟(jì)性高等特點(diǎn)，是保障國(guó)家能源安全、實(shí)現(xiàn)能源綠色轉(zhuǎn)型的重要途徑，也是匹配石化生產(chǎn)需求的最佳配置。高溫氣冷堆與石化耦合可行且必要，利用核能供熱、供汽、供電替代煤炭消耗，是石化行業(yè)面臨保障穩(wěn)定供應(yīng)與清潔低碳轉(zhuǎn)型雙重挑戰(zhàn)下的優(yōu)選方案。

下面結(jié)合典型石化工業(yè)園區(qū)用汽需求及高溫氣冷堆機(jī)組特點(diǎn)介紹一種典型的高溫氣冷堆汽輪機(jī)供熱方案。

1、典型工業(yè)抽汽需求

近年來(lái)原油加工基地和大規(guī)模煉化一體化項(xiàng)目需求增大，此類(lèi)項(xiàng)目一般都有長(zhǎng)期、大量、多種參數(shù)的工業(yè)用汽需求。表1列出了某典型項(xiàng)目的工業(yè)用汽需求，其中超高壓工業(yè)用汽參數(shù)要求達(dá)到10~12.5MPa，490℃~540℃。

表1 某典型項(xiàng)目的工業(yè)用汽需求

過(guò)去這檔10~12.5MPa、490℃~540℃的超高壓蒸汽一般由工業(yè)園區(qū)自備的高溫高壓參數(shù)鍋爐直接供給，但由于小鍋爐供汽煤耗較高、污染物排放問(wèn)題較嚴(yán)重，用大型超超臨界火電汽輪機(jī)供汽也面臨供汽參數(shù)不匹配導(dǎo)致高品質(zhì)蒸汽浪費(fèi)等問(wèn)題，所以近幾年同類(lèi)項(xiàng)目的可研咨詢(xún)階段、投標(biāo)階段出現(xiàn)了用高溫氣冷堆汽輪機(jī)大量抽汽集中滿(mǎn)足石化工業(yè)園區(qū)用汽的需求。采用汽輪機(jī)抽汽滿(mǎn)足工業(yè)用汽，除了額定抽汽工況的抽汽壓力和抽汽溫度要達(dá)到額定抽汽參數(shù)外，還需要滿(mǎn)足機(jī)組在部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)也能穩(wěn)定的提供額定參數(shù)的工業(yè)抽汽。

2、高溫氣冷堆機(jī)組供熱的優(yōu)勢(shì)

大流量、超高壓、定參數(shù)工業(yè)抽汽的最佳解決方案就是采用高溫氣冷堆機(jī)組的主蒸汽進(jìn)行供汽。這是因?yàn)楦邷貧饫涠褭C(jī)組主蒸汽供汽具備以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

(1)高溫氣冷堆的主蒸汽參數(shù)約為13.24MPa/536℃。主蒸汽的壓力和溫度與超高壓工業(yè)用汽需求恰好匹配，可以直接采用高溫氣冷堆主蒸汽參數(shù)進(jìn)行供汽并且維持較高的經(jīng)濟(jì)性。此外，核電是清潔能源，供汽碳排放為零。

(2)高溫氣冷堆采用定主汽參數(shù)模式運(yùn)行。當(dāng)機(jī)組處于部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，主蒸汽參數(shù)仍為額定主汽參數(shù)。即機(jī)組在全負(fù)荷平臺(tái)都可以在滿(mǎn)足汽輪機(jī)安全運(yùn)行的前提下從主蒸汽抽取超高壓工業(yè)蒸汽，不需要切換汽源，也不需要增設(shè)附加的加熱設(shè)備。抽汽工況運(yùn)行靈活性較高。

(3)高溫氣冷堆是第四代核電技術(shù)，具有固有安全性高的特點(diǎn)。由于核電機(jī)組設(shè)計(jì)要求、運(yùn)行要求均高于火電機(jī)組，因此采用高溫氣冷堆機(jī)組主汽供汽還具有運(yùn)行穩(wěn)定性高的優(yōu)勢(shì)。

(4)高溫氣冷堆機(jī)組的核島采用單元制，可以通過(guò)多個(gè)反應(yīng)堆模塊的組合形成不同功率等級(jí)的核島，匹配不同功率等級(jí)的汽輪機(jī)和不同用汽量的工業(yè)園區(qū)。

(5)高溫氣冷堆機(jī)組有較大的主蒸汽供熱能力。根據(jù)目前高溫氣冷堆項(xiàng)目前期配合數(shù)據(jù)，10模塊高溫氣冷堆蒸汽發(fā)生器出口流量可達(dá)到4300t/h，如果全部進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電，汽輪機(jī)功率等級(jí)為1350MW級(jí);如果抽取部分主蒸汽用于工業(yè)用汽，剩余主蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電;在工業(yè)用汽需求量極大的情況下，甚至可以將全部主蒸汽用于工業(yè)用汽，不配置汽輪機(jī)發(fā)電。

3、典型高溫氣冷堆機(jī)組供熱方案

下圖是某高溫氣冷堆主蒸汽供汽系統(tǒng)示意圖。高溫氣冷堆核島由6個(gè)單元核反應(yīng)堆模塊組成，總核島熱功率約為1500MW級(jí)。核反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量通過(guò)蒸汽發(fā)生器(SG)加熱常規(guī)島二回路給水，蒸汽發(fā)生器出口二回路主蒸汽流量為2142t/h。在汽輪機(jī)主汽閥前，一部分主蒸汽抽走進(jìn)入供熱島，另一部分主蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)做功。主蒸汽抽汽進(jìn)入供熱島的表面式換熱器與三回路工質(zhì)進(jìn)行換熱，被加熱后的三回路工質(zhì)進(jìn)入工業(yè)園區(qū)供熱，換熱后冷凝的二回路抽汽凝結(jié)水回收至二回路凝結(jié)水泵出口，并經(jīng)過(guò)回?zé)峒訜崞骷訜岬揭?guī)定的給水溫度再進(jìn)入蒸汽發(fā)生器。

圖1 某6模塊高溫氣冷堆主蒸汽供汽方案的示意圖

汽輪機(jī)根據(jù)汽輪機(jī)進(jìn)汽量最大的最小工業(yè)抽汽工況進(jìn)行選型，以確保在規(guī)定的各工業(yè)抽汽工況下核島熱功率均可以滿(mǎn)發(fā)而不會(huì)受到汽輪機(jī)通流能力的限制。

高溫氣冷堆核島一般要求最終給水溫度偏離額定值不超過(guò)一定范圍，但當(dāng)汽輪機(jī)運(yùn)行在部分負(fù)荷工況、工業(yè)抽汽量較大的工況時(shí)，由于汽輪機(jī)進(jìn)汽量減小，一抽壓力下降會(huì)導(dǎo)致最終給水溫度降低，可能會(huì)超出核島允許范圍。此時(shí)可以通過(guò)增設(shè)0號(hào)高加的方式提高最終給水溫度至允許范圍內(nèi)。

4、小結(jié)

本文簡(jiǎn)要介紹了高溫氣冷堆汽輪機(jī)供熱的優(yōu)勢(shì)和一種典型方案。高溫氣冷堆機(jī)組供熱具有清潔零碳、供熱蒸汽參數(shù)高、供熱能力強(qiáng)、供汽參數(shù)穩(wěn)定、運(yùn)行靈活等優(yōu)勢(shì)，是大流量、超高壓、定參數(shù)工業(yè)抽汽需求的絕佳解決方案。