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浸没式电极锅炉原理及应用_郭锋
发布时间:2020-11-19 14:56    文章作者:ag旗舰厅手机版

  浸没式电极锅炉原理及应用_郭锋_能源/化工_工程科技_专业资料。开发与应用 能源研究与管理 2012( 2 ) ·65· 浸没式电极锅炉原理及应用 郭 锋,夏青扬,刘 杨 (国核电力规划设计研究院,北京 100095) 摘 要:随着我国核电事业的发展,核

  开发与应用 能源研究与管理 2012( 2 ) ·65· 浸没式电极锅炉原理及应用 郭 锋,夏青扬,刘 杨 (国核电力规划设计研究院,北京 100095) 摘 要:随着我国核电事业的发展,核电厂用的进口电极锅炉也随之进入我国,而浸没式电极锅炉首次应用于我国 核电厂,本文主要介绍浸没式电极锅炉的原理及其在核电厂中的应用,以供同行参考借鉴。 关键词:核电厂;浸没式;电极锅炉 中图分类号:TK229 文献标志码:A 文章编号:1005-7676 (2012) 02-0065-03 Theor y and Application of Immer sion-type Electr ode Boiler GUO Feng,XIA Qing-yang,LIU Yang (State Nuclear Power Design Research Institute, Beijing 100095, China) Abstr act: Along with our country nuclear power fast development, electrode boiler is imported. Immersion-type electrode boiler is used in nuclear power plant of our country for the first time. The theory and application of immersion-type electrode boiler is introduced in this paper. Key wor ds: nuclear power plant; immersion; electrode boiler 引言 随着国家对核电事业的高度重视,我国核电获 得了井喷式的发展,电极锅炉因具有效率高 (对于 蒸汽锅炉,输入功率的 99.9%以上能转换为蒸汽)、 无噪声、环保无污染、占地面积小、启动速度快、 可在低负荷下长期工作等特点,在核电厂中得到广 泛应用。 瑞 典 ZANDER & INGESTR魻M 公 司 创 立 于 1898 年,总部设在瑞典首都斯德哥尔摩市。创立人 Zander 和 INGESTR魻M 先生早在 1898 年就致力于 热能技术等领域。公司的主要产品涵盖锅炉、水泵 等 各 类 热 能 技 术 产 品 。 1926 年 , ZANDER & IN- GESTR魻M 公司发明了第一台 ZETA 牌浸没式电极 锅炉。 二战后,随着世界经济的复苏与快速发展,能 源需求日益显著,欧美国家开始大规模兴建各类电 厂。以瑞士 SULZER 为代表的喷射式电极锅炉发明 于 20 世纪 40 年代,它与 ZETA 的浸没式电极锅炉, 形成了 2 个流派。20 世纪 70—80 年代,欧美的核电 站建设进入了高峰期。用电极蒸汽锅炉作为核电启 动锅炉,由于没有油气锅炉的排放问题,清洁环保, 安全程度高,受到了核电行业较为普遍的接受。目 前该公司有 1 000 多台锅炉运行在世界各地的不同工 业产业中,其中在核电领域有 61 台锅炉安全高效地 运行在 33 个核电厂内,此外还有 3 个核电项目共 5 台启动锅炉正在合同执行中,是世界最大的核电用 电极锅炉供应商。20 世纪 90 年代,喷射式电极锅炉 通过美国西屋公司的核电技术进入中国,2009 年, 由于世界能源危机和金融危机凸现,中国清洁能源, 包括核电、风电事业加速发展,电极锅炉在中国迎 来了前所未有的机遇,目前 Z&I 公司先后中标华能 收稿日期:2010- 04- 25 作者简介:郭 锋 (1978-),男,黑龙江北安人,高级工程师,硕士研究生,毕业于东北电力学院,热能工程专业,现在主要从事火 力发电厂设计工作。 ·66· 能源研究与管理 2012( 2 ) 开发与应用 山东石岛湾高温气冷堆核电站 1×40 t/h 级电极锅炉 和山东海阳核电厂 2×40 t/h 级电极锅炉。 1 浸没式电极锅炉原理 1.1 浸没式电极锅炉的产汽流程 ZETA 浸没式电极锅炉 的 工 作 原 理 图 见 图 1。 ZETA 浸没式电极蒸汽锅炉的运行采用电极直接加 热水的方式,主要通过 3 个环节实现: 1) 电极加热炉水。锅炉内筒里的三相电极浸在 水中,三相电极通电后直接加热具有一定电导率的 炉水,在电流的作用下,炉水被迅速加热,产生高 品质的蒸汽; 2) 炉内水循环。锅炉外筒水流通过循环泵进入 内筒,不断地给内筒补水; 3) 炉外给水。锅炉正常运行或在热备用状态 时,要求保持内外筒总水量恒定,所以需要通过给 水泵向锅炉外筒补充除氧水。 蒸气 外桶 电极 内桶 调节阀 除氧水 调节阀 给水泵 循环泵 图 1 ZETA 浸没式电极锅炉的工作原理图 循环泵的最大给水量由循环水调节阀来控制值, 排水量由排水调节阀控制,排水调节阀和循环水调 节阀的开度由锅炉功率及变化率决定。 内筒的水均匀受热蒸发,由于炉水与电极接触 的面积大,因此电导率较低,而且内筒可以有较大 的蒸发表面,所以炉内蒸汽干度约为 98%~99%, 提高了汽水分离装置的运行效率,还不会引起泡沫 和拉弧。 多余的高电导率的水会从内筒排水阀流回外筒, 补充外筒给水的电导率。 由于除盐给水的电导率通常高于蒸汽带走的钠 盐,因此炉水的电导率会逐渐增加,当循环水电导率 达到 120 μs/cm (按 6 kV 电压设计,20 ℃时最高 值,可根据实际情况设定),内筒排污阀会开启 20 s, 排出高电导率的炉水,把内筒水电导率降低回正常。 外筒底部也安装了排污装置,这是为了排出炉底的 铜、铁等成分,运行 24 h 开启 1 次,约 3~5 s/ 次。 锅炉顶部内置了汽水分离装置,使供汽干度超 过 99.9%,供汽钠离子质量分数低于 5×10-9。 1.2 浸没式电极锅炉的产汽原理 ZETA 浸没式电极锅炉与喷射式锅炉的主要区 别:浸没式电极锅炉的电极是浸没在内筒内的。内 筒分成三叶花瓣状。每个花瓣为五边形,其中的四 边为直线,另外一边为弧形,与内筒壁平行 (即有 相同的弧度),花瓣的中心点位于内筒的中心;在内 筒的中心,3 个分区以 120°的角度均分交叉,3 个 分区在内筒的底部连通,ZETA 电极锅炉的电极内 筒布置结构见图 2。图 2 中只画出了一项电极的分 布。电极的数量是根据锅炉的总功率需求而设计的。 每一相的电极的数量可多达 38 根。悬挂这些电极的 电极盘类似于心脏的形状。每个相电压由 2 路送到 相应的相电极上,用来减少单个接入端的承载电流, 以保证连接的可靠;而三相的中心点 (中性点,也 是由于对称形成中性点) 分 3 路连接到内筒的花瓣 外沿上,而花瓣的外沿是一个整体,由金属板组成。 绝缘体 相电极 三相 相电极 三相 内筒 (中性点) 1 套(1 套) 外筒 1套 图 2 ZETA 浸没式电极锅炉的内筒结构示意图 浸没式电极锅炉的结构,在内筒的四周形成了 图 3 所示的主要电场分布,实际上是比较复杂的, 这个结构形成了如下的特点: 1) 增加了电流的导通体积。内筒作为三相电压 的中性点,和挂在电极盘上多根电极所围成的横断 面的面积设为 S。并设内筒的液位高度为 H,这样在 沿电极的平行方向上,形成 S×H =V 的导电体积; 2) 三相导电的两极接触面积都比较大,而且电 极两极几乎周长相等。这样所形成的电场强度比较 均匀;不会产生水的电解作用,因而不会产生氢气, 保证得了锅炉的安全; 3) 在三相电极所围成的区域之内,电场的强度 几乎为 0; 4) 在内筒的底部,溶液的离子在内筒内壁和各 电极之间电压的作用下,会形成一个如图 3 所示的 电磁场,在这个电磁场的驱动下,溶液中的离子做 开发与应用 能源研究与管理 2012( 2 ) ·67· 上下运动,形成电流,加速了水分子的汽化; 5) 在内筒的底部,在各电极之间电场的作用 下,在 3 个电极之间形成一个电磁场,随着三相电流 的相差,溶液中的导电离子形成复杂的漩涡,加速水 的蒸发;与此同时,也减少了在内筒筒底的结垢。 由于在内筒 3 个电极和内筒内壁电压差所形成 的电磁场和 3 个电极之间电压差形成电磁场的综合 作用,曲棍的形状使其在功率较低时也可以通过液 位进行线性调节,调节的极限是 0.5%~100%;溶 液中的离子一方面做上下运动 (由于电极加的 50 Hz 的交流电),另一方面在各电极之间电压的作用 下,又做一个方向的旋转运动,于是综合在做上下 螺旋运动,加速了水分子的汽化— ——这就是 ZETA 锅炉的电极为什么是曲棍式的原因。 内筒 电极盘 曲棍式 的电极 电极盘 加 5.8 kV 的相电压 曲棍式 的电极 电场示意 内筒 此处电场 强度 =0 电极盘 曲棍式 的电极 图 3 ZETA 浸没式电极锅炉内筒电磁场示意图 由图 3 可以看出浸没式电极锅炉因其对称结构 特点在内筒形成了 0 电位,内筒与外筒的连接均绝 缘,因此仅将外筒接地即可,内筒成 0 电位无需接 入零线,只接入三相相线即可,简化了高压强电接 入结构,锅炉电路设置了电流检测、漏电保护和缺 相保护,当电流不平衡时会自动报警,没有任何触 电隐患。 锅炉的功率由炉水浸没电极的深度决定,在 0.5%~100%区间内完全线性调节。 锅炉循环泵的最大给水量是最大蒸发量的 3 倍 以上,内筒最大排水量大于最大蒸发量的 5 倍,可 以保障功率变化率 3 MW/min 和最大功率变化率 7 MW/min 的需要,还起到降低内筒电导率的作用。 2 浸没式电极锅炉在核电厂中的应用 由于核电厂在启动停机阶段需要汽源,因此需 要有提供汽源的设备,目前在常规火电厂采用供汽 设备有燃煤锅炉、燃油锅炉和燃气锅炉,电锅炉与 其他锅炉相比主要有以下优点: 1) 投资成本低,运行费用低。电能转化为热 能,无需燃料供应、储存和处理等设备和场地,节 省初投资;系统运行智能化自动控制,节省人力, 并且不需要复杂的排污和点火控制设备,不需要安 装吊车,节省了锅炉房高度; 2) 低碳绿色环保。锅炉采用清洁的电能直接加 热炉水,由于没有煤、油和天然气等燃料燃烧,不 产生废渣、废气等排放物,无燃料事故爆炸的可能 性,设备运行无噪音、无污染,清洁环保; 3) 浸没式蒸发,分子团小,水流不冲击蒸发表 面,机械带水少,蒸汽品质高,蒸汽干度约为 99.9%~99.95%,锅炉出口蒸汽中钠离子质量分数 ω(Na+)<20×10- 9; 4) 效率高。内筒水受热均匀,锅炉热效率达到 99.8%以上; 5) 管路简单、安装方便、备品备件少,电极维 护简单、无需专用工具; 6) 启动时间短。电锅炉在冷备用条件下,10 min 内即可达到额定参数的流量,电锅炉在热备用 条件下,5 min 内即可达到额定参数的流量; 7) 无需设置烟囱。由于电锅炉无燃烧产物,因 此无需设置烟囱,如果有烟从核电厂释放出来,公 众经常会联想到核事故,采用电锅炉,可以避免公 众对核事故的误解。 综上优点,核电站采用电锅炉作为辅助汽源, 电锅炉在核电厂得到了广泛的应用。 3 结束语 目前电极锅炉在国内还属于新型环保设备,随 着我国核电站的发展,电极锅炉会迅速在国内大规 模应用,期待国内相关制造厂能够引进吸收国外先 进技术,填补这项空白,进一步提高我国核电产业 的国产化率。 参考文献 [ 1 ] 赵翠莲,修恒旭. 浅谈核电站辅助锅炉选型[J]. 应急能源技 术,2010(11):25- 27. [ 2 ] 唐芳轩,周千盛,曾利民,等. 核电厂辅助电加热锅炉电极套 管故障原因及其处置[J]. 核动力工程,2010(3):110- 112. [ 3 ] 栗岭茂. 辅助锅炉给水控制优化方案[J]. 核动力工程,2004 (6):525- 528. [ 4 ] 辛旭飞,范静燕,康逸翁,等. 谈核电站建设管理模式[J]. 能 源研究与管理,2012(1):54- 58. [ 5 ] 陆建莺,王 丽. 辅助蒸汽锅炉的电气设计方案[J]. 中国电 力,2011(2):62- 65.


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