某新建内陆核电站循环水冷却方案分析

曹 平 陈闽烽

(中国中原对外工程有限公司，北京 100191)



某新建内陆核电站循环水冷却方案分析

曹 平 陈闽烽

(中国中原对外工程有限公司，北京 100191)

介绍了内陆核电站循环水冷却方案的选取原则，并从建设投资、发电功率、平面布置、施工难度等方面，对某国外核电站一次循环直流冷却方案和二次循环冷却塔方案进行了初步对比，最后推荐了适合该项目的循环水冷却方案。

核电站，循环水，直流冷却，冷却塔

1 概述

循环水系统的选择应根据水源条件和规划容量，通过技术经济比较确定。在水源条件允许的情况下，宜采用直流供水系统。当水源条件受限时，可采用循环供水系统、混合供水系统或空冷系统。核电站的循环水方案选择还应综合考虑当地环保法规的相关要求，如排水温升、氚排放浓度等。

某新建内陆核电站规划为一台1 000 MW的核电机组，位于巴基斯坦西北部C地区，采用华龙一号技术。该机组为滨河电站(C运河)，设计两条独立的进水渠向机组的冷凝器和辅助冷却水系统提供冷却水(河水)，排水进入印度河。根据厂址水源特点，可选取的循环水冷却方案包括一次循环直流冷却方案和二次循环冷却塔(一机两塔)方案。本文通过对两种方案进行对比分析，以推荐适合本项目的循环水冷却方案。

2 方案简介

2.1 一次循环直流冷却方案

本方案将从C地区的C运河取循环水，使用后通过排水明渠(长约6 km，凝汽器出口至入河口)排入印度河，联合泵房(设有循环水泵及重要厂用水补给水泵等)设在厂区。系统包括：

渠边进水口→粗格栅(闸门)→自流引水管→细格栅→鼓形滤网→循环水泵→循环水压力供水管→凝汽器/开式冷却水系统→循环水压力排水管→排水虹吸井→循环水排水暗沟→敞开式八字排水口→厂外排水明渠→印度河。

根据电厂热力平衡图计算，一次循环所需冷却水量约为71 m3/s，循环水温升约7 ℃。

2.2 二次循环冷却塔方案

综合考虑地基承载力及成本，本方案设置一台汽轮机和两座冷却塔，冷却塔规格为2×φ132.4 m×165.5 m(直径×高度)，单座冷却塔淋水面积12 000 m2，淡水总补给量约为1.3 m3/s，取水泵房设在C运河渠道取水口附近。系统包括：

引水槽→取水头(粗格栅)→自流引水管→中格栅(清污机)→旋转滤网→补给水泵→补给水管→平流式反应沉淀池→冷却塔集水池→循环水自流回水沟→中央水泵房→循环水压力供水管→凝汽器/开式冷却水系统→循环水压力排水管→冷却塔→冷却塔集水池→中央水泵房。

3 方案对比

经过初步分析，两种方案均能保证电厂正常运行时的发电功率达到1 100 MW。但两个方案在满足环保要求、建设投资、发电功率、总平面布置、施工等方面有所区别。

3.1 氚排放

GB 6249—2011核动力厂环境辐射防护规定第6.8条规定：“对于内陆厂址，槽式排放出口处的放射性流出物中除氚和碳14外其他放射性核素浓度不应超过100 Bq/L，并保证排放口下游1 km处受纳水体中总β放射性不超过1 Bq/L，氚浓度不超过100 Bq/L。”根据法规要求及厂址特异性，项目以排放口下游1 km处的核素浓度同样以排放口处的浓度进行考虑。

当采用一次循环直流冷却方案时，液态流出物与一次循环冷却水排水混合后，排至印度河。采取全年连续均匀排放措施，液态流出物可以满足排放口下游氚浓度排放要求。

当采用二次循环冷却塔方案时，液态流出物与二次循环冷却水排水混合后，排至印度河。采取增设排放槽定期排放措施，排放周期需结合受纳水体的相关资料进一步分析，液态流出物存在短期不满足氚浓度排放要求的风险。

3.2 排水温升

巴基斯坦环保法规《The National Environmental Quality Standards NEQS》1999规定：“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核电厂温排水影响评价技术规范第6条规定：“对于温排水混合区的设置可能涉及重要生态区域(饮用水源、娱乐区、孵化地、生物敏感区等)，应按照‘一事一议’的方式确定混合区的范围。”当采用一次循环直流冷却方案时，若不采取措施，排放口处排水的温升已超过3 ℃。根据法规的要求，宜采取“一事一议”的方式确定混合区。按划定的混合区范围来评估，以满足巴方环保法规要求。当采用二次循环冷却塔方案时，排水温升可以满足巴方环保法规要求。

3.3 建设投资

因国外设备采购费用、建安费用等与国内存在差异，且国内没有核电站设置循环水冷却塔的经验，建设投资只能参考国内同类型火电站及巴基斯坦卡拉奇核电项目进行估算。

对两个方案进行估算后，采用一次循环直流冷却方案比二次循环冷却塔方案造价低，总费用差额在亿元左右。

3.4 发电功率

经过电厂热力平衡计算，采用一次循环直流冷却方案机组出力约1 169.8 MW，采用二次循环冷却塔方案机组出力约为1 109 MW。从两个方案的额定发电功率、厂用电等对发电量的影响分析，直流冷却方案能提高发电量5%以上，发电成本也低于二次循环冷却方案。

3.5 总平面布置

一次循环直流冷却方案所需占地与业主规划用地一致，无须再额外征地。由于增加了循环冷却塔以及取水预处理单元，二次循环冷却塔方案的占地面积较直流方案增大，这将要求业主额外增加征地面积。

3.6 施工难度

C地区原有4台核电机组，均采用一次循环直流冷却方案，设计方案和施工技术比较成熟。目前国内缺少内陆核电站循环水冷却塔的设计和建设经验，二次循环冷却塔方案将存在一定的风险。

3.7 其他

循环水冷却塔对环境也会产生一定的影响，如雾羽和荫屏、飘滴和沉降、盐分沉积、下雾与结冰以及冷却塔噪声等。

根据以上对比的结果，一次循环直流冷却方案可以满足氚排放法规要求，且建设成本低，发电功率高，施工难度小，不会增加占地面积，更符合核电业主的要求。因此，推荐选用一次循环直流冷却方案。但一次循环直流冷却方案存在排水温升不达标的风险，核电站对环保方面的要求更加严格，需做好预防措施。

4 解决措施

若选取一次循环直流冷却方案，参考国内相关核电及火电工程经验，可以采取如下措施降低排水温升：1)设置水面更大的排水明渠。本项目的汽轮机凝汽器出口至印度河排放口距离约6 km，通过选择合适的排水明渠，增加自然散热面积，以降低一定的排水温度。2)开挖大容量蓄水池。从凝汽器出来的排水进入大容量蓄水池，通过增强空气对流，延长散热时间来满足降温需要。3)建设排水管线，跨过印度河岸滩连接至主河槽。沿印度河主河槽铺设排水管道(至少3 km)，排水管道设置多个蘑菇头扩散器，循环水通过扩散器排入印度河。4)设置单边堤。在印度河排放口设置单边堤，增加排水与受纳水体的混合，以迅速降温。以上措施需结合温排水专题研究工作，根据项目实际情况选取。当采取措施降低了一定的排水温度后，再划定合适的混合区，就可以满足巴基斯坦的环保要求。

5 结语

通过对核电站两种循环冷却水方案的综合对比，推荐了一次循环直流冷却方案，并提出了可用于本工程的排水温升解决方案，但最终方案还需进一步论证后再确定。此外，不同核电的厂址条件不一样，且各个国家环保法规的要求也有区别，这些因素都将影响最终工程方案的选择。

[1] 广东核电培训中心.900 MW压水堆核电站系统与设备[M].北京：中国原子能出版社，2010.

[2] GB 50660—2011,大中型火力发电厂设计规范[S].

[3] NB/T 20299—2014,核电厂温排水影响评价技术规范[S].

[4] GB 6249—2011,核动力厂环境辐射防护规定[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，工程师

TU991.3

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