核电厂厂用水系统概率安全分析方法研究

    目的   厂用水系统作为核电厂的最终热阱对核电厂的运行及事故缓解具有重要意义。    方法   采用故障树方法对正常运行工况与停堆工况在寒冷与非寒冷天气条件下的四种情况进行模化,并分析了厂用水系统作为事故缓解手段的可靠性;蒙特卡罗方法被用于分析该系统作为始发事件贡献因素的可运行性;同时,由敏感性分析得到了设备失效率、定期维修周期与年平均不可用时间的关系并就此给出了相关优化建议。    结果   定量化结果给出厂用水系统对于不同任务时间的不可靠度,其中重点关注的正常运行工况在非寒冷天气下的不可靠度为1.47E-01（任务时间1年）,事故缓解过程的不可靠度为4.10E-04（任务时间72 h）;停堆工况非寒冷天气下的不可靠度为6.45E-03（任务时间96 h）。丧失厂用水作为始发事件的发生频率约2.0E-03/年,系统的年平均不可用时间约3.4 h。    结论   结果表明:海水预处理系统作为厂用水冷却塔的补水水源,对厂用水系统不可靠度贡献较大,并且该系统中贡献最为显著的主给水管道上电动隔离阀的运行失效,因没有冗余设计而成为单点故障。此外,相比于降低设备的失效率,缩短定期维修周期对于降低年平均不可用时间更具有效性和可操作性。     

基于改进网侧控制策略的半直驱风电系统FFRT研究

  目的  为改进半直驱风电系统的故障电压穿越（Flexible Fault Ride Through, FFRT）能力,提出采用电网故障时无功优先的改进网侧控制策略。  方法  在分析传统网侧控制策略的基础上,根据最新的故障电压穿越能力测试规程在传统网侧控制加入无功优先控制,在电网暂态故障期间优先向电网注入无功电流支撑电网电压恢复。根据改进网侧控制策略,对电网深度跌落和升高时采用卸荷电路结合改进网侧控制策略实现了风电机组的FFRT仿真运行,结合某项目6 MW半直驱风电机组,采用移动故障电压穿越测试设备进行故障电压现场测试。  结果  测试和仿真结果表明,改进网侧控制策略可提升半直驱风电系统的FFRT运行,无功电流稳定控制。  结论  改进网侧控制策略可在多种对称低电压/高电压故障工况和不对称高电压故障工况下优先向电网注入对应的稳定无功电流,有利于辅助电网电压恢复和提升半直驱风电系统的FFRT能力。     

燃煤发电机组耦合余热利用技术研究进展

  目的  为实现燃煤发电机组进一步扩大其热电比的需求,结合原有机组特点耦合余热利用技术成为了有效方式之一。现有余热利用技术的适应特点以及调节能力具有较大差异。  方法  综合评述了几种余热回收利用方式,同时对比了其原理、优缺点,并通过介绍常用的评价指标进一步评述了当下余热回收技术的关注点。  结果  对于余热回收利用技术方式,目前主要有烟气余热回收,循环水余热回收,空气源余热回收,工业废气回收等方式。其温度区间分别为120～150 ℃、15～35 ℃、0～60 ℃、300 ℃以下。耦合余热利用技术的评价方法主要包括通过性能评价、经济性评价以及系统参数关联评价,其中以热耗、热效率等评价参数为主。  结论  文章给出了余热回收利用技术的发展方向及相关建议。耦合余热回收利用技术目前主要应用于热泵系统,在未来更高热电比需求下,采用冷端余热供热的低压缸改造技术将成为一大发展重点。     

350 MW余热锅炉变工况运行特性分析

  目的  整体煤气化联合循环（IGCC）发电技术是高效、低碳的发电技术,余热锅炉是IGCC的组件之一。文章旨在研究余热锅炉变工况运行特性以提高整体煤气化联合循环发电技术的效率。  方法  通过分析余热锅炉的工作原理及传热传质原理,使用MATLAB软件展开编程计算,探究给水温度、给水压力、液相换热系数以及气相换热系数与余热锅炉内吸热量的关系。  结果  结果发现,当液相换热系数在200～1 000 W/(m2·K)和气相换热系数在20～100 W/(m2·K)范围内时,如果给水温度从30 ℃增加到100 ℃或给水压力增加,余热锅炉的吸热量将不断减少。反之,假设给水温度在30～100 ℃范围内,当液相换热系数从200 W/(m2·K)增加到1 000 W/(m2·K)或气相换热系数从20 W/(m2·K)增加到100 W/(m2·K)时,余热锅炉的吸热量不断增加。  结论  在液相换热系数与气相换热系数不变的情况下,给水温度或给水压力增加,余热锅炉的吸热量会减少;在给水温度与给水压力不变时,液相换热系数或气相换热系数增加,余热锅炉的吸热量会增加。     

燃气-超临界CO2联合循环发电系统

  [目的]  燃气轮机排气温度高,可增加底循环,利用排气的余热发电,从而提高燃料总的能量利用率。鉴于超临界CO₂循环热效率高,并且具有系统简单、结构紧凑、运行灵活等潜在优势,可与燃气轮机组成新型的燃气-超临界CO₂联合循环。  [方法]  为了充分利用燃气轮机排气余热,提出在简单回热超临界CO₂循环的基础上,再嵌套一个简单回热循环的布置方式,并以PG9351(FA)型燃气轮机为例,对其热效率进行了计算分析。同时,在系统中增加余热利用装置,可将剩余热量用于供热、转换为冷量或发电。  [结果]  结果表明:对于选定的燃气轮机,超临界CO₂循环最高温度可达约600 ℃,循环发电效率约32%,获得余热温度为170 ℃以上,余热热量占燃气轮机排气热量9%,联合循环发电效率约54%。  [结论]  燃气-超临界CO₂联合循环发电系统具有较高的热效率,并且保留部分较高品位的余热,可进一步用于电厂运行。     

CFETR 110 kV电缆接地方案研究

  目的  中国聚变工程实验堆（CFETR）旨在论证稳态燃烧等离子体的工程可行性。站内110 kV高压供配电系统通过电缆等设备为超导磁体电源和无功补偿系统供电，因此高压电缆的稳定工作对实验的开展至关重要。  方法  电缆正常运行需要考虑金属护层感应电势和环流，在对金属护层接地方式充分调研计算后，确定站内110 kV高压XLPE电缆交叉互联接地。利用ANSYS Maxwell软件对三相电缆进行建模，仿真护层感应电压；最后将仿真结果代入Simplorer所构建的等效电路。  结果  其仿真结果显示护层感应电势和环流满足国家标准要求。  结论  为110 kV电缆护层设计的交叉互联接地方案安全可靠，能够确保电缆长期稳定工作。     

集成小型堆和可再生能源的超临界CO2循环发电系统

  [目的]  小型模块化压水堆(小型堆)核电站由于温度参数低,其发电效率不到30%,为了提高小型堆的核能利用效率,可将小型堆与可再生能源组合,并以先进的超临界CO₂循环作为热能转换为电能的装置。  [方法]  基于简单回热模式的超临界CO₂循环,并在此基础上增加一次间冷和一次再热,将小型堆与太阳能、生物质能热源集成为新型混合发电系统,对其发电效率进行了分析。  [结果]  结果表明:对于高压透平入口温度390 ℃的系统,发电效率34.13%,对于高压透平入口温度550 ℃的系统,发电效率41.22%。此外,对系统的安全性分析表明:CO₂本身是具备核安全属性的工质,并且超临界CO₂循环还可以作为反应堆的非能动余热排出系统,确保在严重事故工况下,反应堆持续排出衰变热。  [结论]  集成小型堆和可再生能源的超临界CO₂循环发电系统具备良好的发电效率和核安全性。     

核事故应急大气扩散模型ARTM验证与评价

  目的  针对国内外普遍关注的核事故应急决策支持与事故后果评价的问题,围绕目前验证、评价大气扩散模型的两个主要困难。  方法  应用目前国际上应用广泛的KINCAID示踪实验数据集和MVK模型验证评价方法,验证了评价放射性核素大气扩散模型ARTM（Atmospheric Radionuclide Transport Model）。  结果  统计结果表明:ARTM的模拟结果基本上是可信赖的,3 km内的预测有低估的趋势,5 km外的预测有高估的趋势。  结论  ARTM模型总体上可以应用于核电厂事故后果评价。     

基于CO2热泵的产消型数据中心能效联动优化

  目的  随着数字经济的发展,数据中心的“规模”将不断扩大,“算力”不断提高,随之带来的“能耗”及“运行成本”也将不断攀升。为实现数据中心余热的有效利用,并实现能效的联动优化,构建了一种基于CO₂热泵的产消型数据中心能源系统。  方法  将数据中心视为产消者,耗电的同时将制冷系统的余热回收,用于住宅供暖。产消型数据中心能源系统采用空气直接冷却、直膨式地埋管冷却和建筑供暖末端冷却三种方式实现数据中心全年的冷却,最大程度利用自然冷却,降低系统电耗。CO₂作为余热回收用热泵的工作介质,能够提高系统紧凑性与环境友好性。  结果  本系统可有效削减冷负荷,进而在平均占用率较低时,实现制冷电耗的降低。当平均占用率为0.6时,与常规房间级风冷空调机组相比,本系统可降低全年冷负荷108 MWh,节约电耗制冷电耗167 MWh,为建筑供热290 MWh,获得年收益4.23万元。  结论  本系统可实现数据中心余热回收用于建筑供暖,实现了数据中心非供暖期余热的有效利用。并通过地源热泵系统实现了数据中心余热与建筑热负荷的协调,为产消型数据中心的能效联动优化提供了借鉴。     

CFETR聚变发电厂的储能技术适用性分析

  目的  中国聚变工程实验堆（CFETR）具有功率周期性输出特性,无法直接满足常规发电设备的稳定连续输入需求,CFETR聚变发电厂需要在核岛和常规岛之间配置针对性的工艺系统。  方法  通过调研光热发电工程应用以及聚变发电相关研究,基于CFETR聚变堆初步预期性能,从储能与补能对比、储能技术类型、储热介质、储热系统方案等方面进行分析讨论。  结果  对于采用水冷包层、氦冷包层的聚变堆,分别推荐配置以氢化三联苯型导热油、Solar salt熔融盐为储热介质的间接式双罐显热储热系统,以保证发电侧系统的稳定连续运行。  结论  上述储能技术方案具备规模化商业应用条件,可为CFETR聚变发电厂的整体设计提供支撑。     

压水堆核电站工业供汽系统技术可行性研究

  目的  为研究压水堆核电站为周边工业区提供工业用蒸汽的技术可行性。  方法  以某1 000 MW压水堆核电厂主蒸汽为热源,为周边提供工业蒸汽需求量300 t/h,蒸汽压力为1.8 MPa,蒸汽温度为250 ℃为例,论证了利用压水堆核电站二回路蒸汽加热工业用水产生满足工业需求的蒸汽转换系统的技术可行性。从热力学第一定律和第二定律理论出发,设计了该系统的工艺流程,计算了系统中关键换热设备的热力参数。  结果  得出热源疏水温度的合理值为65 ℃,如疏水温度低于60 ℃,在二级预热器中将出现热源温度低于工业水温度的情况,将违背热力学第二定律。  结论  研究成果可为压水堆核电站工业供汽提供技术参考。     

CFETR聚变发电厂概念设计技术研究

  目的  基于中国聚变工程实验堆（CFETR）功率输出特性,在聚变堆最大热功率1.25 GW条件下,提出一种CFETR聚变发电厂概念设计方案。  方法  针对CFETR聚变堆周期性长脉冲输出特性与常规岛设备连续稳定输入需求之间的矛盾,采用储能技术方案以“削峰填谷”的方式实现CFETR聚变发电安全稳定运行。讨论了CFETR聚变水冷与氦冷两种不同包层方案下的储能以及一回路与二回路之间耦合与解耦运行模式的组合方案,并通过方案比较,给出CFETR聚变堆不同包层对应的最佳储能运行组合建议。  结果  结果表明:水冷包层、氦冷包层聚变堆分别对应的最佳组合方案是导热油+解耦储热方案与熔盐+耦合储热方案。  结论  从常规岛侧而言,相对于水冷包层方案,采用氦冷包层方案的CFETR聚变发电厂技术经济性更好。研究提出的CFETR聚变发电厂概念设计方案对后续聚变发电技术研究以及工程设计,具有较高的参考价值。     

硫化物推动短程硝化反硝化颗粒污泥处理脱硫脱硝尾液试验研究

  [目的]  以火电厂脱硫脱硝尾液模拟废水为底物,观察研究硫化物推动短程硝化反硝化颗粒污泥对废水处理效果及颗粒污泥变化规律。  [方法]  通过改变反应器供氧条件,在低氧条件下利用脱硫脱硝尾液中高浓度的盐度和硫酸根实现短程硝化过程,厌氧条件下利用硫化物作为电子供体推动自养反硝化实现一体化脱氮。  [结果]  反应器在适应阶段颗粒污泥出现部分轻微破裂,颗粒化程度下降。随着实验进行,处理效率逐步上升,污泥颗粒化程度恢复,在HRT为10 h条件下,可稳定实现90%的总氮去除率。  [结论]  颗粒污泥能够在较短时间内适应脱硫脱硝尾液,能较好应对复杂进水环境并取得较好的处理效果。     

快堆核电蒸汽管道疏水系统的设计研究

  目的  快堆核电厂蒸汽参数有别于常规火电厂和压水堆核电厂,因此有必要对蒸汽管道的疏水系统设计进行研究。  方法  结合常规火电厂和压水堆核电厂的设计经验,对蒸汽管道的疏水系统从系统配置和控制策略等方面进行梳理和研究。  结果  基于上述分析的结果、并针对快堆蒸汽系统的特点,提出了适用于快堆核电厂疏水系统的优化设计方案。  结论  研究结果显示优化设计方案满足了快堆核电厂的设计要求,同时本研究结果也可为后续其他核电厂提供参考。     

高压海底电缆锚害事故风险评估

  目的  锚害事故导致电缆受损断电将会造成较为严重的经济损失和社会影响,为降低海底电缆面临的锚害事故风险,提出了一种高压海底电缆锚害事故风险评估方法。  方法  根据事故发生的原因,将锚害事故分为抛锚事故和拖锚事故两种情况分别进行建模计算,并在单根电缆锚害风险研究的基础上,研究了多根电缆的锚害风险。  结果  根据模型计算结果,分析得出锚害事故的重要影响因子为电缆根数、警示距离、船舶速度,同时随着电缆根数减少、警示距离增加、船舶速度增大,高压海底电缆锚害事故风险将会有效降低。  结论  所提模型可有效评估高压海底电缆锚害事故风险,可以为海底电缆的防护及优化设计工作提供理论指导。     

Experimental study of primary and secondary side coupling natural convection heat transfer characteristics of the passive residual heat removal system in AP1000

Passive residual heat removal heat exchanger (PRHR HX), which is a newly designed equipment in the advanced reactors of AP1000 and CAP1400, plays an important role in critical accidental conditions. The primary and secondary side coupling heat transfer characteristics of the passive residual heat removal system (PRHRS) determine the capacity to remove core decay heat during the accidents. Therefore, it is necessary to investigate the heat transfer characteristics and develop applicable heat transfer formulas for optimized design. In the present paper, an overall scaled-down natural circulation loop of PRHRS in AP1000, which comprises a scaled-down in-containment refueling water storage tank (IRWST) and PRHR HX models and a simulator of the reactor core, is built to simulate the natural circulation process in residual heat removal accidents. A series of experiments are conducted to study thermal-hydraulic behaviors in both sides of the miniaturized PRHR HX which is simulated by 12 symmetric arranged C-shape tubes. For the local PRHR HX heat transfer performance, traditional natural convection correlations for both the horizontal and vertical bundles are compared with the experimental data to validate their applicability for the specific heat transfer condition. Moreover, the revised natural convection heat transfer correlations based on the present experimental data are developed for PRHR HX vertical and lower horizontal bundles. This paper provides essential references for the PRHRS operation and further optimized design.     

柔性直流阀冷喷淋水反渗透处理优化研究

  [目的]  文章旨在解决换流站阀冷喷淋水水质破坏导致系统故障问题。  [方法]  分析了水质破坏机理及常规直流换流阀冷却喷淋水对管路破坏的过程,研究提炼出水处理内容。  [结果]  研究成果为柔性直流换流阀冷却喷淋水提出一种优化反渗透处理技术方案,可高效去除喷淋水中破坏管路的各个因素。  [结论]  该处理工艺出水基本杜绝喷淋水在冷却塔盘管外壁结垢及其他水质破坏的问题,确保整个阀冷系统可靠的冷却效能和稳定的运行。