一体化反应堆直流蒸汽发生器控制策略研究

胡晓杰, 杨 婷, 钱 虹

(上海电力大学 自动化工程学院, 上海 200090)

直流蒸汽发生器(Once-Through Steam Generator,OTSG)是一体化反应堆的重要核动力装置,具有体积小、传热效率高等优点,国内外对其进行了广泛研究和应用[1-5]。由于OTSG的二次侧储水容积较小,蓄热能力较差,负荷变化对蒸汽压力的影响非常显著;而且蒸汽发生器过冷、蒸发、过热等各区段之间没有固定的分界线,不论是一次侧还是二次侧的扰动,都会导致蒸汽温度的变化,因此对OTSG控制的要求较高。

目前大多采用三冲量控制方法或在此基础上加入智能控制算法来控制给水,进而保持OTSG蒸汽压力不变[6-12]。这样的控制方法会使OTSG蒸汽的过热度发生波动,且波动幅度较大。文献[12]通过控制主蒸汽阀门来控制OTSG蒸汽压力,但蒸汽过热度仍会发生波动。蒸汽过热度过高,会导致蒸汽管道和汽轮机高压缸损坏;蒸汽过热度过低,则会降低热力循环效率,并使汽轮机末级部分的蒸汽湿度变大[13];并且如果只控制主蒸汽压力,蒸汽过热度会发生变化,导致无法确定达到稳态时的电功率与负荷设定值是否相匹配。因此,需要同时保持OTSG的蒸汽压力和过热度不变。

针对上述问题,本文设计了OTSG蒸汽压力和过热度控制策略。通过设计三冲量给水控制系统控制主给水阀,跟踪OTSG蒸汽过热度设定值。采用单回路加前馈控制的方法控制主蒸汽阀门,跟踪OTSG蒸汽压力设定值。最后,仿真实验结果证明了该策略对OTSG具有较好的控制效果。

1 OTSG工作机理及模型建立

1.1 OTSG工作机理

套管式OTSG分为内管和外管,其管道排列方式和传热形式如图1所示。……