CN103226984A

CN103226984A - 一种核电堆芯目标温度控制方法及系统

Info

Publication number: CN103226984A
Application number: CN2013101293560A
Authority: CN
Inventors: 马兹容
Original assignee: China General Nuclear Power Corp; China Nuclear Power Technology Research Institute Co Ltd
Current assignee: China General Nuclear Power Corp; China Nuclear Power Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2013-07-31

Abstract

本发明公开了一种堆芯目标温度控制方法及系统，该堆芯目标温度控制方法包括：A.确定温度与汽轮机功率的关系为：在汽轮机全部功率范围内或在高功率范围内，使堆芯平均温度随汽轮机功率的降低而升高，其中，所述高功率范围为从大于满功率的40%且小于满功率的一个功率点到满功率的一段功率范围；B.接收所述温度与汽轮机功率的关系，并根据步骤A所确定的堆芯平均温度来调整反应堆的功率，进而调整堆芯的目标温度。本发明还构造一种堆芯目标温度控制系统。实施本发明的技术方案，可提高发电效率和燃料利用率。

Description

一种核电堆芯目标温度控制方法及系统

技术领域

本发明涉及核电设计和运行领域，尤其是涉及一种核电堆芯目标温度控制方法及系统。

背景技术

核电站的动力装置由一回路系统10、二回路系统20及辅助系统组成（对于压水堆而言），如图1所示，一回路系统10由反应堆11、控制棒及驱动机构12、蒸汽发生器13、稳压器14、主冷却剂泵15和相应的管道阀门（未示出）及其他辅助设备（未示出）组成。反应堆冷却剂为高温高压含硼水（对于压水堆而言），由主冷却剂泵唧送，流经反应堆11，吸收核燃料裂变时释放的热能后，进入蒸汽发生器13，并通过蒸汽发生器13的管壁，将热量传给在管外流动的二回路，以生产蒸汽。然后再由主冷却剂泵将冷却水重新唧送入反应堆内，这样构成一个密闭的循环回路。一回路系统的压力由稳压器14来控制。二回路系统20由汽轮发电机21、凝汽器22、给水泵23和相应的管道阀门（未示出）等组成。二回路的给水在蒸汽发生器13中吸收了一回路的热量后变成蒸汽，然后进入汽轮发电机21作功，带动汽轮发电机21发电。作功后的乏汽排入凝汽器，凝结成水，再进行加热后重新返回蒸汽发生器14，构成二回路的密闭循环。

核电站堆芯目标温度随功率的变化曲线影响到反应性控制、一回路稳压器水位和二回路饱和蒸汽的温度和压力。二回路蒸汽温度最高时是在零负荷工况下，此时二回路蒸汽温度等于一回路冷却剂温度。其它功率水平下二回路蒸汽温度与一回路冷却剂温度之间有温差以传递热量。因此，通过控制一回路冷却剂堆芯入口温度、一回路冷却剂堆芯出口温度、一回路冷却剂堆芯平均温度、蒸汽发生器的蒸汽温度分别随汽轮机功率变化的曲线，便可控制堆芯目标温度。

在现有技术中，堆芯目标温度通常采用以下方式来控制：

1.一回路平均温度不变，如图2所示，这种运行方式对一回路有好处，因为一回路的水体积基本不变，稳压器的体积可以相对小一些，同时功率变化时由于慢化剂温度变化引入的反应性也小；但二回路的蒸汽压力随功率的降低而大幅升高，对二回路设备的要求很高；

2.二回路饱和蒸汽的温度不变，如图3所示，这种运行方式下二回路的运行压力不随功率降低而升高，对二回路设备的要求降低；但堆芯平均温度随功率降低而大幅下降，一回路的稳压器要求设计得很大，同时功率变化时由于慢化剂温度变化引入的反应性也很大；

3.现实设计中通常采用上述两种方法的折中，如图4所示，即一回路平均温度随功率降低而降低（部分功率运行期间一回路平均温度可能保持不变），同时二回路的饱和蒸汽温度随功率降低而升高（部分功率运行期间二回路的饱和蒸汽温度可能保持不变）。

在以上三种控制方法中，堆芯平均温度随着汽轮机功率的降低保持不变或一直降低，堆芯出口温度随汽轮机功率的降低而迅速降低，也即，在非满功率阶段的堆芯温度偏低，影响发电效率和燃料利用率。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术在非满功率阶段的上述发电效率和燃料利用率低的缺陷，提供一种可提高发电效率和燃料利用率的核电堆芯目标温度控制方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种堆芯目标温度控制方法，包括：

A.确定温度与汽轮机功率的关系为：在汽轮机全部功率范围内或在高功率范围内，使堆芯平均温度随汽轮机功率的降低而升高，其中，所述高功率范围为从大于满功率的40%且小于满功率的一个功率点到满功率的一段功率范围；

B.接收所述温度与汽轮机功率的关系，并根据步骤A所确定的堆芯平均温度来调整反应堆的功率，进而调整堆芯的目标温度。

在本发明所述的堆芯目标温度控制方法中，在所述步骤A中，在汽轮机全部功率范围内或在高功率范围内，堆芯出口温度随汽轮机功率的降低而大致保持不变。

在本发明所述的堆芯目标温度控制方法中，在所述步骤A中，在汽轮机高功率范围内，堆芯出口温度随汽轮机功率的降低而大致保持不变；在汽轮机低功率范围内，蒸汽发生器的蒸汽温度随汽轮机功率的降低而大致保持不变，其中，所述低功率范围为全部功率范围内除所述高功率范围外的一段功率范围。

在本发明所述的堆芯目标温度控制方法中，在所述步骤B中，，根据步骤步骤A所确定的堆芯平均温度，调整控制棒的位置或调整一回路冷却剂中可溶硼的浓度来调整反应堆的功率。

本发明还构造一种堆芯目标温度控制系统，包括：

确定模块，用于确定温度与汽轮机功率的关系为：在汽轮机全部功率范围内或在高功率范围内，使堆芯平均温度随汽轮机功率的降低而升高，其中，所述高功率范围为从大于满功率的40%且小于满功率的一个功率点到满功率的一段功率范围；

控制模块，用于根据所述确定模块所确定的堆芯平均温度来调整反应堆的功率，进而调整堆芯的目标温度。

在本发明所述的堆芯目标温度控制系统中，所述确定模块用于在汽轮机全部功率范围内或在高功率范围内，使堆芯出口温度随汽轮机功率的降低而大致保持不变。

在本发明所述的堆芯目标温度控制系统中，所述确定模块用于在汽轮机高功率范围内，堆芯出口温度随汽轮机功率的降低而大致保持不变；在汽轮机低功率范围内，蒸汽发生器的蒸汽温度随汽轮机功率的降低而大致保持不变，其中，所述低功率范围为全部功率范围内除所述高功率范围外的一段功率范围。

在本发明所述的堆芯目标温度控制系统中，所述控制模块用于，根据所述确定模块所确定的堆芯平均温度，通过调整控制棒的位置或调整一回路冷却剂中可溶硼的浓度来调整反应堆的功率。

实施本发明的技术方案，由于在汽轮机全部功率范围内或在高功率范围内，使堆芯平均温度随汽轮机功率的降低而升高，这样可使非满功率阶段的堆芯出口温度更高，可以提高发电效率；同时更高的堆芯温度也使中子谱更硬，有利于燃料的增殖，可以提升燃料利用率。而且，随着功率降低堆芯平均温度反而升高的这种控制方法，与反应堆功率变化过程中的温度反馈效应一致，可以减少与反应性相关的操作，即减少控制棒的步进次数或调硼量，从而提高控制棒的使用寿命并能减少放射性废水的排放。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是压水堆核电站的动力装置示意图；

图2是现有技术的第一种堆芯目标温度控制方法中温度随汽轮机功率变化的曲线图；

图3是现有技术的第二种堆芯目标温度控制方法中温度随汽轮机功率变化的曲线图；

图4是现有技术的第三种堆芯目标温度控制方法中温度随汽轮机功率变化的曲线图；

图5是本发明堆芯目标温度控制方法实施例的流程图；

图6是本发明堆芯目标温度控制方法实施例一中温度随汽轮机功率变化的曲线图；

图7是本发明堆芯目标温度控制方法实施例二中温度随汽轮机功率变化的曲线图；

图8是本发明堆芯目标温度控制系统实施例的逻辑图。

具体实施方式

首先说明的是，在介绍本发明的方案之前，先介绍下温度变化引入的正、负反应性。核电站一般采用堆跟机的模式，当汽轮机功率小幅降低时，蒸汽发生器带走的堆芯热量也随之降低，反应堆的进口温度将升高，引入负反应性。当堆芯平均温度升高到超过功率对应的目标温度加温度控制死区的时候，慢化剂平均温度控制将插入温度控制棒（对某些棒控模式，可能由功率控制棒实施平均温度控制）或对一回路冷却剂进行硼化以引入负反应性使堆芯平均温度控制在所要求的温控范围内。当汽轮机功率大幅降低时，功率控制棒将根据功率偏差直接插入一定深度或硼化以降低堆芯功率，而功率控制棒所需的插入量是基于慢化剂温度效应（与堆芯目标温度随功率的变化曲线相关）和多普勒效应所决定的。当汽轮机功率小幅增加时，蒸汽发生器带走的堆芯热量也随之增加，反应堆的进口温度将降低，引入正反应性。当堆芯平均温度降低到低于功率对应的目标温度减温度控制死区的时候，慢化剂平均温度控制将提出温度控制棒（对某些棒控模式，可能由功率控制棒实施平均温度控制）或对一回路冷却剂进行稀释以引入正反应性使堆芯平均温度控制在所要求的温控范围内。当汽轮机功率大幅增加时，功率控制棒将根据功率偏差直接提出一定深度或对一回路冷却剂进行稀释以增加堆芯功率，而功率控制棒所需的提出量是基于慢化剂温度效应（与堆芯目标温度随功率的变化曲线相关）和多普勒效应所决定的。

在图5所示的本发明堆芯目标温度控制方法实施例的流程图中，该堆芯目标温度控制方法包括：

B.接收所述温度与汽轮机功率的关系，并根据步骤A所确定的堆芯平均温度来调整反应堆的功率，进而调整堆芯的目标温度，在该步骤中，可根据堆芯平均温度，通过调整控制棒的位置或调整一回路冷却剂中可溶硼的浓度来调整反应堆的功率。

实施该技术方案，由于在汽轮机全部功率范围内或在高功率范围内，使堆芯平均温度随汽轮机功率的降低而升高，这样可使堆芯出口温度保持在较高的温度值，从而可提高发电效率；同时更高的堆芯温度也使中子谱更硬，有利于燃料的增殖，可以提升燃料利用率。随着功率的降低堆芯平均温度反而升高的这种控制方法，与反应堆功率变化过程中的温度反馈效应一致，可以减少与反应性相关的操作，例如，控制棒的插入或抽出、一回路冷却剂的硼化或稀释，从而提高控制棒的使用寿命并能减少放射性废水的排放。由于满功率时控制棒插入最浅，所以采用该控制方法后低功率段的控制棒相比改进前插入更浅，有利于降低堆芯的功率峰因子。另外，因为随功率降低堆芯平均温度反而升高的控制方法会使得部分低功率阶段的水位会比满功率时的高，所以，采用该控制方法后稳压器水位随功率的设定值需要重新设定。

在本发明堆芯目标温度控制方法实施例一中，结合图6，在全部功率范围内，使堆芯平均温度随汽轮机功率的降低而升高，以保持堆芯出口温度不变，这样可一直保持高的堆芯出口温度，从而可使发电效率提升和燃料利用率提升在整个功率范围内实现了最大化。

以上只是本发明的一个具体实施例，当然，在其它实施例中，堆芯出口温度也可随着汽轮机功率的降低而缓慢上升或缓慢下降，这也在本发明的保护范围内。

在上述实施例中，在保持高的堆芯出口温度的同时，也使得蒸汽发生器的蒸汽温度随汽轮机功率的下降而不断升高，在零功率时，饱和蒸汽温度等于堆芯温度，且此时，蒸汽发生器的蒸汽温度和蒸汽压力达到了最大值，这样会给二回路的设备制造带来很高的要求。为了克服这一缺点，对上述实施例进行了改进，成为实施例二，具体为：如图7所示，在汽轮机高功率范围内，堆芯出口温度随汽轮机功率的降低而保持不变；在汽轮机低功率范围内，蒸汽发生器的蒸汽温度随汽轮机功率的降低而保持不变。其中，高功率范围为从大于满功率的40%且小于满功率的一个功率点到满功率的这一段功率范围，低功率范围为全部功率范围内除所述高功率范围外的一段功率范围，例如，在本实施例二中，高功率范围指61%Pn～Pn，低功率范围指0～61%Pn，Pn为满功率。实施该控制方法，可在不提高二回路设备制造要求的前提下，使发电效率的提升和燃料利用率的提升在整个功率范围内实现了最大化。

以上只是本发明的一个具体实施例，当然，在其它实施例中，在汽轮机高功率范围内，堆芯出口温度随汽轮机功率的降低而缓慢上升或缓慢下降；在汽轮机低功率范围内，蒸汽发生器的蒸汽温度随汽轮机功率的降低而缓慢上升或缓慢下降，这也在本发明的保护范围内。

图8是本发明堆芯目标温度控制系统实施例的逻辑图，该堆芯目标温度控制系统包括确定模块10和控制模块20，其中，确定模块10用于在汽轮机全部功率范围内或在高功率范围内，使堆芯平均温度随汽轮机功率的降低而升高，其中，所述高功率范围为从大于满功率的40%且小于满功率的一个功率点到满功率的一段功率范围；控制模块20用于根据确定模块10确定模块所确定的堆芯平均温度来调整反应堆的功率，进而调整堆芯的目标温度，例如，根据给出的堆芯平均温度偏差来确定控制动作（调整控制棒的位置或调整硼浓度），进而调整堆芯目标温度及堆芯功率。

在本发明堆芯目标温度控制系统的一个优选实施例中，确定模块用于在汽轮机全部功率范围内或在高功率范围内，堆芯出口温度随汽轮机功率的降低而大致保持不变。

在本发明堆芯目标温度控制系统的另一个优选实施例中，确定模块10用于在汽轮机高功率范围内，堆芯出口温度随汽轮机功率的降低而大致保持不变；在汽轮机低功率范围内，蒸汽发生器的蒸汽温度随汽轮机功率的降低而大致保持不变，其中，所述低功率范围为全部功率范围内除所述高功率范围外的一段功率范围。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims

1.一种堆芯目标温度控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的堆芯目标温度控制方法，其特征在于，在所述步骤A中，在汽轮机全部功率范围内或在高功率范围内，堆芯出口温度随汽轮机功率的降低而大致保持不变。

3.根据权利要求2所述的堆芯目标温度控制方法，其特征在于，在所述步骤A中，在汽轮机高功率范围内，堆芯出口温度随汽轮机功率的降低而大致保持不变；在汽轮机低功率范围内，蒸汽发生器的蒸汽温度随汽轮机功率的降低而大致保持不变，其中，所述低功率范围为全部功率范围内除所述高功率范围外的一段功率范围。

4.根据权利要求1-3任一项所述的堆芯目标温度控制方法，其特征在于，在所述步骤B中，，根据步骤步骤A所确定的堆芯平均温度，调整控制棒的位置或调整一回路冷却剂中可溶硼的浓度来调整反应堆的功率。

5.一种堆芯目标温度控制系统，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的堆芯目标温度控制系统，其特征在于，所述确定模块用于在汽轮机全部功率范围内或在高功率范围内，使堆芯出口温度随汽轮机功率的降低而大致保持不变。

7.根据权利要求6所述的堆芯目标温度控制系统，其特征在于，所述确定模块用于在汽轮机高功率范围内，堆芯出口温度随汽轮机功率的降低而大致保持不变；在汽轮机低功率范围内，蒸汽发生器的蒸汽温度随汽轮机功率的降低而大致保持不变，其中，所述低功率范围为全部功率范围内除所述高功率范围外的一段功率范围。

8.根据权利要求5-7任一项所述的堆芯目标温度控制系统，其特征在于，所述控制模块用于，根据所述确定模块所确定的堆芯平均温度，通过调整控制棒的位置或调整一回路冷却剂中可溶硼的浓度来调整反应堆的功率。