辅助电锅炉在核电厂中的应用及改进措施

辅助电锅炉涉及到的电气、管阀、保护、仪控等多个专业，本文对电锅炉的工作原理进行了简单介绍，并对运行中出现的电极磨损和铁沉渣问题提出了新的改进措施，希望能帮助到电厂运维人员增加对电锅炉的了解，从而更加方便以后的运维工作。

一、电锅炉在国内的应用现状

瑞典Zander&Ingestron公司生产的高压电极蒸汽锅炉，是电极式介质直接加热锅炉，加热效率高，运行稳定。逐渐取代喷射式电锅炉，目前在国内核电厂，尤其是三代核电中得到了广泛的应用。

二、辅助电锅炉在核电系统中的作用

要介绍辅助电锅炉的作用，首先需要了解辅助蒸汽系统，因为辅助锅炉是辅助蒸汽系统的重要组成部分，在主蒸汽系统不可用时，给电厂供给辅助蒸汽。

辅助蒸汽供应系统（ASS）为汽轮机轴封系统（GSS），除盐水处理系统（DTS），除氧器，热水供热系统（VYS）等系统设备提供低压蒸汽。包括：

1）维持除氧器运行：为除氧器供汽以加热凝结水和给水除氧。汽轮机跳机时，主蒸汽通过辅助蒸汽系统维持除氧器压力。

2）向汽轮机提供轴封蒸汽：在电厂启动，主蒸汽可用前，向汽轮机高低压缸提供轴封蒸汽，维持凝汽器真空。

3）热水加热：电厂停堆时辅助蒸汽系统为热水加热系统（VYS）提供低压蒸汽。

4）蒸汽保养：对于短期晚碓，辅助蒸汽系统为MSR和给水加热器壳体提供保养蒸汽。

5）蒸汽供给：辅助蒸汽系统为常规岛化学药剂供给系统、核岛（TBD）和 BOP供热站提供蒸汽。

6）为主蒸汽提供流道：汽机跳机后，辅助蒸汽系统将主蒸汽输送到除氧器。当热水加热系统（VYS）的抽汽不可用时，辅助蒸汽系统将主蒸汽输送到热水加热系统。

辅助蒸汽有两个来源，主蒸汽系统（MSS）和辅助锅炉。在主蒸汽不可用（比如电厂启动）的情况下，辅助锅炉通过辅助蒸汽母管为上述系统和设备提供辅助蒸汽。

三、辅助电锅炉的主要组成部分及其作用

辅助电锅炉主要有以下部分组成：

（一）电气和控制设备：ASGS的电源每相由两个10KV电极和两个380V子分布板构成。在系统内的耗电从上述中得到供应。

（二）除氧器/给水箱：除氧器/给水箱的主要功能是除去补水（除盐水）中的多余空气（主要是氧气）;预热给水，将连接锅炉材料的应力减到最小;喷雾式除氧器通过将气体压缩为细雾，释放水中溶解的气体。给水箱的逆向蒸汽将水加热到接近蒸汽的饱和温度，移除所有氧气。在给水箱中，有一个蒸汽垫来防止给水再次与氧气接触

（三）给水泵：给水泵的功能是将给水从给水箱输送至锅炉。

（四）补水泵：此系统由两台补水泵，正常运行期间，补水泵连续运行，备用运行期间，补水泵的作用是将给水箱水位填充至高液位和低液位设定值之间。

（五）循环泵：每台锅炉有两个循环泵，每一台泵设计流量为100%。其中一台泵处于运行状态，另一台泵备用。炉水通过循环泵从外筒（炉筒）循环至内筒。流量大约是180m³/h。水不断的搅拌消除了表面盐浓度的问题，否则，将会有结晶。

（六）排污罐：用于减压/降温，冷却排污水和锅炉排水，给水箱和蒸汽管。

（七）化学加药装置：磷酸钠由加药泵MP-03和MP-04直接加入到相应的锅炉中，以增加电导率;联氨（N2H4）由安装在加药灌上的加药泵MP-05加入到给水箱中。此目的是维持联氨在给水箱中过量，维持给水的PH值和电导率在要求范围内，PH值过小会腐蚀锅炉和管道的钢结构，PH值过大会腐蚀陶瓷绝缘件。

（八）取样冷却器：通过取样冷却器来提取水和蒸汽的样品以进行分析。

（九）锅炉本体：在外壳（外筒）内，电极锅炉有一个安装在陶瓷绝缘件上的内筒。锅炉内筒作为电气中性点，将锅炉分为内筒和外筒两个水室。锅炉的三相电极通过锅炉顶部的绝缘瓷套管（空心绝缘陶瓷）悬挂在在内筒内，每一相电极都有38根安装在单个电极板上的电极棒组成。

四、辅助电锅炉的工作原理

炉水作为电阻被电流直接加热，电流经过水时，电能被直接转换成热能。流经炉水的电流随着水的有效截面积和炉水电导率的改变而改变[即水的电阻的改变）。

辅助电锅炉的工作原理可以用公式R=ρL/S P=U²/R来解释：我们知道电极电压为U=10KV不变，如果想改变功率，可以改变电阻的阻值，当电阻越小时输出功率越大。影响电阻大小的因数有电阻率ρ、电阻的长度L和电阻的截面S，电阻率ρ即炉水电导率v的倒数，可以通过加药系统改变炉水中的离子密度改变;电阻的长度即电极到内筒（中性点）的距离，无法改变;有效截面积S即电极的有效面积，可以反映为与电极接触的水的深度，通过控制内筒底部的阀门开关调节液位变化来控制。

调节电极有效面积：正常进行功率调节都是通过液面控制器调节电极液位，以此决定功率。关闭内筒底部的阀门，同时打开循环管中的阀门，从而调高液位。若想降低液位，则关闭循环管阀门，同时打开内筒底部阀门。

电导率控制：电导率与炉水铁含量和实际温度有关。参考电导率为250C.电导率随着温度的增加而增加（vat 190℃是v at 25℃时的6倍）。

正常运行期间，电导率会由于给水盐浓度的增加（由于连续的蒸发）而增加。炉水电导率由安装在锅炉循环管上的变送器来测量，电导率控制器控制排污阀来维持电导率在预设值上。炉水间歇性地从内筒排向排污罐，同时输入同体积的给水代替排掉的污水。如果电导率等于或高于设定的启動限制值时，阀门打开（间隔性的）。当电导率等于或低于设定的停止值时，阀门关闭。在启动和炉水冷却期间，直接向锅炉加入磷酸钠，来快速提高电导率，以快速达到预期功率。

五、运行中常见问题

运行中应该注意以下问题，否则会对锅炉的正常运行造成危害。

PH值：测量水酸碱度时，炉水PH值应该呈碱性（9-10）o PH值小于9会引起碳钢元件的腐蚀，PH10.2高于10.2会使瓷绝缘件讲解。PH化学性与电导率相关。正常情况下，无需额外的措施来维持PH值在限制值内。

氧含量：锅炉从给水容器接收到经过除氧（< 20 ppb 02）的水。氧气含量低于20 ppb不会引起锅炉的有害腐蚀。

电极的测量：从电极盘底部测量新电极长度是940米，必须测量电极棒的磨损（长度的减少），总允许磨损是10%，每相电极的长度应相同。

铁含量：铁含量在运行期间取决于正常磨损产生的铁渣（提高炉水的铁的含量）。电极渣不会增加电导率，但是炉水中的铁渣会造成电极附近电场的畸变，加强电极的磨损。

通过频繁的手动取样进行铁含量的检测记录，和Fe含量的分析。通过从外筒排出炉水来减少沉淀物。最大含鐵量不应超过5mg/kg。

低功率运行：低功率运行时由于电极液位较低，且液位正常运行时处于随时调节的波动状态，电极端部由于浸没液位较浅，或者未接触液面时与液面的绝缘距离较小，都会在电极的端部产生较大的电场，形成电晕，或者放电现象，对电极造成较大的磨损，长期处于低功率运行的电锅炉电极端部会有菜花状颗粒或熔融乳瘤，这会加大电场畸变程度，形成恶性循环，增加电极的消耗。

移除沉淀物：对于移除沉淀的固体（渣滓），主要包括从电极上下来的磨损颗粒，必须频繁手动打开外筒排污阀，将水从锅炉底部排至排污罐。排污频率是在对铁含量有规律的分析后决定，但正常情况下一天一次。

六、改进措施

针对低功率运行对电极造成的磨损，通过以下方式来减小对电极的磨损：

（一）电极打磨：由于电极端部熔融后的变形会形成尖端，对电场产生畸变，影响电场在水中的分布，减少热效率。所以需要对变形严重的电极头部进行打磨，使电极头部弧面尽量均匀，每个电极的电场分布平均，不要形成尖端或使电极出力不均。

（二）增加过滤循环泵

1.过滤泵的作用：过滤泵是单一装置，将空气和灰尘的移除结合起来。安装在系统的最热点位置，过滤泵会从加热和冷冻水系统中消除这些微泡。此过滤器的特殊设计确保了所有的灰尘一包括磁铁矿（小至2/3微米或更小）被移除。所有磁铁矿和其他颗粒会被快速移除，确保污垢在系统中存留最短时间。

2.过滤泵的特点和效益：排除空气、微泡和所有类型的灰尘颗粒，包括磁铁矿，小至2/3微米或更小。大大减小了初步冲水后的调试时间。液体第一次通过此装置时，可移除99%的颗粒，包括磁铁矿。拥有更长的系统寿命（通过快速移除空气和颗粒）。更快的清扫和除去空气。在6bar的加热系统和4bar的冷水系统中能达到最好的微泡移除效果。内部有一个不锈钢过滤器协助移除空气微泡和灰尘。不锈钢平滑表面减小了摩擦。由于不锈钢优秀的防腐蚀性，所以不会降低服务性能。不锈钢的抗氧化性强于碳钢。因此，不锈钢不会出现氧化，污泥等。不锈钢的热性能强于铁或碳钢。

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