曹 平 陳閩烽

(中國(guó)中原對(duì)外工程有限公司，北京 100191)

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某新建內(nèi)陸核電站循環(huán)水冷卻方案分析

曹 平 陳閩烽

(中國(guó)中原對(duì)外工程有限公司，北京 100191)

介紹了內(nèi)陸核電站循環(huán)水冷卻方案的選取原則，并從建設(shè)投資、發(fā)電功率、平面布置、施工難度等方面，對(duì)某國(guó)外核電站一次循環(huán)直流冷卻方案和二次循環(huán)冷卻塔方案進(jìn)行了初步對(duì)比，最后推薦了適合該項(xiàng)目的循環(huán)水冷卻方案。

核電站，循環(huán)水，直流冷卻，冷卻塔

1 概述

循環(huán)水系統(tǒng)的選擇應(yīng)根據(jù)水源條件和規(guī)劃容量，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。在水源條件允許的情況下，宜采用直流供水系統(tǒng)。當(dāng)水源條件受限時(shí)，可采用循環(huán)供水系統(tǒng)、混合供水系統(tǒng)或空冷系統(tǒng)。核電站的循環(huán)水方案選擇還應(yīng)綜合考慮當(dāng)?shù)丨h(huán)保法規(guī)的相關(guān)要求，如排水溫升、氚排放濃度等。

某新建內(nèi)陸核電站規(guī)劃為一臺(tái)1 000 MW的核電機(jī)組，位于巴基斯坦西北部C地區(qū)，采用華龍一號(hào)技術(shù)。該機(jī)組為濱河電站(C運(yùn)河)，設(shè)計(jì)兩條獨(dú)立的進(jìn)水渠向機(jī)組的冷凝器和輔助冷卻水系統(tǒng)提供冷卻水(河水)，排水進(jìn)入印度河。根據(jù)廠址水源特點(diǎn)，可選取的循環(huán)水冷卻方案包括一次循環(huán)直流冷卻方案和二次循環(huán)冷卻塔(一機(jī)兩塔)方案。本文通過(guò)對(duì)兩種方案進(jìn)行對(duì)比分析，以推薦適合本項(xiàng)目的循環(huán)水冷卻方案。

2 方案簡(jiǎn)介

2.1 一次循環(huán)直流冷卻方案

本方案將從C地區(qū)的C運(yùn)河取循環(huán)水，使用后通過(guò)排水明渠(長(zhǎng)約6 km，凝汽器出口至入河口)排入印度河，聯(lián)合泵房(設(shè)有循環(huán)水泵及重要廠用水補(bǔ)給水泵等)設(shè)在廠區(qū)。系統(tǒng)包括：

渠邊進(jìn)水口→粗格柵(閘門)→自流引水管→細(xì)格柵→鼓形濾網(wǎng)→循環(huán)水泵→循環(huán)水壓力供水管→凝汽器/開(kāi)式冷卻水系統(tǒng)→循環(huán)水壓力排水管→排水虹吸井→循環(huán)水排水暗溝→敞開(kāi)式八字排水口→廠外排水明渠→印度河。

根據(jù)電廠熱力平衡圖計(jì)算，一次循環(huán)所需冷卻水量約為71 m3/s，循環(huán)水溫升約7 ℃。

2.2 二次循環(huán)冷卻塔方案

綜合考慮地基承載力及成本，本方案設(shè)置一臺(tái)汽輪機(jī)和兩座冷卻塔，冷卻塔規(guī)格為2×φ132.4 m×165.5 m(直徑×高度)，單座冷卻塔淋水面積12 000 m2，淡水總補(bǔ)給量約為1.3 m3/s，取水泵房設(shè)在C運(yùn)河渠道取水口附近。系統(tǒng)包括：

引水槽→取水頭(粗格柵)→自流引水管→中格柵(清污機(jī))→旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)→補(bǔ)給水泵→補(bǔ)給水管→平流式反應(yīng)沉淀池→冷卻塔集水池→循環(huán)水自流回水溝→中央水泵房→循環(huán)水壓力供水管→凝汽器/開(kāi)式冷卻水系統(tǒng)→循環(huán)水壓力排水管→冷卻塔→冷卻塔集水池→中央水泵房。

3 方案對(duì)比

經(jīng)過(guò)初步分析，兩種方案均能保證電廠正常運(yùn)行時(shí)的發(fā)電功率達(dá)到1 100 MW。但兩個(gè)方案在滿足環(huán)保要求、建設(shè)投資、發(fā)電功率、總平面布置、施工等方面有所區(qū)別。

3.1 氚排放

GB 6249—2011核動(dòng)力廠環(huán)境輻射防護(hù)規(guī)定第6.8條規(guī)定：“對(duì)于內(nèi)陸廠址，槽式排放出口處的放射性流出物中除氚和碳14外其他放射性核素濃度不應(yīng)超過(guò)100 Bq/L，并保證排放口下游1 km處受納水體中總β放射性不超過(guò)1 Bq/L，氚濃度不超過(guò)100 Bq/L?！备鶕?jù)法規(guī)要求及廠址特異性，項(xiàng)目以排放口下游1 km處的核素濃度同樣以排放口處的濃度進(jìn)行考慮。

當(dāng)采用一次循環(huán)直流冷卻方案時(shí)，液態(tài)流出物與一次循環(huán)冷卻水排水混合后，排至印度河。采取全年連續(xù)均勻排放措施，液態(tài)流出物可以滿足排放口下游氚濃度排放要求。

當(dāng)采用二次循環(huán)冷卻塔方案時(shí)，液態(tài)流出物與二次循環(huán)冷卻水排水混合后，排至印度河。采取增設(shè)排放槽定期排放措施，排放周期需結(jié)合受納水體的相關(guān)資料進(jìn)一步分析，液態(tài)流出物存在短期不滿足氚濃度排放要求的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 排水溫升

巴基斯坦環(huán)保法規(guī)《The National Environmental Quality Standards NEQS》1999規(guī)定：“The effluent should not result in temperature increase of more than 3 ℃ at the edge of the zone where initial mixing and dilution take place in the receiving water body. In case zone is not defined, use 100 meters from the point of discharge.”NB/T 20299—2014核電廠溫排水影響評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范第6條規(guī)定：“對(duì)于溫排水混合區(qū)的設(shè)置可能涉及重要生態(tài)區(qū)域(飲用水源、娛樂(lè)區(qū)、孵化地、生物敏感區(qū)等)，應(yīng)按照‘一事一議’的方式確定混合區(qū)的范圍?！碑?dāng)采用一次循環(huán)直流冷卻方案時(shí)，若不采取措施，排放口處排水的溫升已超過(guò)3 ℃。根據(jù)法規(guī)的要求，宜采取“一事一議”的方式確定混合區(qū)。按劃定的混合區(qū)范圍來(lái)評(píng)估，以滿足巴方環(huán)保法規(guī)要求。當(dāng)采用二次循環(huán)冷卻塔方案時(shí)，排水溫升可以滿足巴方環(huán)保法規(guī)要求。

3.3 建設(shè)投資

因國(guó)外設(shè)備采購(gòu)費(fèi)用、建安費(fèi)用等與國(guó)內(nèi)存在差異，且國(guó)內(nèi)沒(méi)有核電站設(shè)置循環(huán)水冷卻塔的經(jīng)驗(yàn)，建設(shè)投資只能參考國(guó)內(nèi)同類型火電站及巴基斯坦卡拉奇核電項(xiàng)目進(jìn)行估算。

對(duì)兩個(gè)方案進(jìn)行估算后，采用一次循環(huán)直流冷卻方案比二次循環(huán)冷卻塔方案造價(jià)低，總費(fèi)用差額在億元左右。

3.4 發(fā)電功率

經(jīng)過(guò)電廠熱力平衡計(jì)算，采用一次循環(huán)直流冷卻方案機(jī)組出力約1 169.8 MW，采用二次循環(huán)冷卻塔方案機(jī)組出力約為1 109 MW。從兩個(gè)方案的額定發(fā)電功率、廠用電等對(duì)發(fā)電量的影響分析，直流冷卻方案能提高發(fā)電量5%以上，發(fā)電成本也低于二次循環(huán)冷卻方案。

3.5 總平面布置

一次循環(huán)直流冷卻方案所需占地與業(yè)主規(guī)劃用地一致，無(wú)須再額外征地。由于增加了循環(huán)冷卻塔以及取水預(yù)處理單元，二次循環(huán)冷卻塔方案的占地面積較直流方案增大，這將要求業(yè)主額外增加征地面積。

3.6 施工難度

C地區(qū)原有4臺(tái)核電機(jī)組，均采用一次循環(huán)直流冷卻方案，設(shè)計(jì)方案和施工技術(shù)比較成熟。目前國(guó)內(nèi)缺少內(nèi)陸核電站循環(huán)水冷卻塔的設(shè)計(jì)和建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，二次循環(huán)冷卻塔方案將存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

3.7 其他

循環(huán)水冷卻塔對(duì)環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，如霧羽和蔭屏、飄滴和沉降、鹽分沉積、下霧與結(jié)冰以及冷卻塔噪聲等。

根據(jù)以上對(duì)比的結(jié)果，一次循環(huán)直流冷卻方案可以滿足氚排放法規(guī)要求，且建設(shè)成本低，發(fā)電功率高，施工難度小，不會(huì)增加占地面積，更符合核電業(yè)主的要求。因此，推薦選用一次循環(huán)直流冷卻方案。但一次循環(huán)直流冷卻方案存在排水溫升不達(dá)標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，核電站對(duì)環(huán)保方面的要求更加嚴(yán)格，需做好預(yù)防措施。

4 解決措施

若選取一次循環(huán)直流冷卻方案，參考國(guó)內(nèi)相關(guān)核電及火電工程經(jīng)驗(yàn)，可以采取如下措施降低排水溫升：1)設(shè)置水面更大的排水明渠。本項(xiàng)目的汽輪機(jī)凝汽器出口至印度河排放口距離約6 km，通過(guò)選擇合適的排水明渠，增加自然散熱面積，以降低一定的排水溫度。2)開(kāi)挖大容量蓄水池。從凝汽器出來(lái)的排水進(jìn)入大容量蓄水池，通過(guò)增強(qiáng)空氣對(duì)流，延長(zhǎng)散熱時(shí)間來(lái)滿足降溫需要。3)建設(shè)排水管線，跨過(guò)印度河岸灘連接至主河槽。沿印度河主河槽鋪設(shè)排水管道(至少3 km)，排水管道設(shè)置多個(gè)蘑菇頭擴(kuò)散器，循環(huán)水通過(guò)擴(kuò)散器排入印度河。4)設(shè)置單邊堤。在印度河排放口設(shè)置單邊堤，增加排水與受納水體的混合，以迅速降溫。以上措施需結(jié)合溫排水專題研究工作，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況選取。當(dāng)采取措施降低了一定的排水溫度后，再劃定合適的混合區(qū)，就可以滿足巴基斯坦的環(huán)保要求。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)核電站兩種循環(huán)冷卻水方案的綜合對(duì)比，推薦了一次循環(huán)直流冷卻方案，并提出了可用于本工程的排水溫升解決方案，但最終方案還需進(jìn)一步論證后再確定。此外，不同核電的廠址條件不一樣，且各個(gè)國(guó)家環(huán)保法規(guī)的要求也有區(qū)別，這些因素都將影響最終工程方案的選擇。

[1] 廣東核電培訓(xùn)中心.900 MW壓水堆核電站系統(tǒng)與設(shè)備[M].北京：中國(guó)原子能出版社，2010.

[2] GB 50660—2011,大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] NB/T 20299—2014,核電廠溫排水影響評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范[S].

[4] GB 6249—2011,核動(dòng)力廠環(huán)境輻射防護(hù)規(guī)定[S].

[5] The National Environmental Quality Standards NEQS，1999.

On cooling scheme for circulating water of some newly-built inland nuclear power station

Cao Ping Chen Minfeng

(ChinaZhongyuanOverseasEngineeringCo.,Ltd,Beijing100191，China)

Introduces the selection principle for the cooling scheme for the circulating water in inland nuclear power station, undertakes the primary comparison for the one-time circulation once-through cooling scheme and two-time circulation cooling tower from the construction investment, generation power, plane allocation, construction difficulties of some foreign nuclear power station, and recommends the circulating water cooling scheme.

nuclear power station, circulating water, once-through cooling, cooling tower

1009-6825(2017)10-0135-02

2017-01-23

曹 平(1984- )，男，工程師

TU991.3

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