《中國(guó)紀(jì)檢監(jiān)察報(bào)》:核能生“汽” 探訪我國(guó)首個(gè)工業(yè)用途核能供汽項(xiàng)目“和氣一號(hào)”
發(fā)布時(shí)間:2024-08-19 信息來源:
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6月19日,一聲令下,在江蘇連云港徐圩新區(qū)田灣核電基地,工業(yè)蒸汽不斷地涌向連云港石化基地能源中樞——虹洋熱電,標(biāo)志著我國(guó)首個(gè)工業(yè)用途核能供汽項(xiàng)目——“和氣一號(hào)”項(xiàng)目在該基地正式建成投產(chǎn),也意味著我國(guó)核能綜合利用從單一發(fā)電、民用供暖等,拓展進(jìn)入到工業(yè)供汽領(lǐng)域。
在綠色能源和低碳發(fā)展的浪潮中,核能作為一種安全、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠的清潔能源,備受關(guān)注。近些年,我國(guó)出臺(tái)《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》《2024—2025年節(jié)能降碳行動(dòng)方案》《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》等一系列政策,推動(dòng)核能綜合利用。作為國(guó)家首批“綠色低碳先進(jìn)技術(shù)示范工程項(xiàng)目”,“和氣一號(hào)”為國(guó)內(nèi)石化基地能源供應(yīng)的綠色升級(jí)提供了新方案。核能如何輸“汽”?核能與石化聯(lián)手又將產(chǎn)生怎樣的化學(xué)反應(yīng)?記者與您一同探訪了解。
綠色:核能“燒開水”,為石化行業(yè)提供零碳蒸汽
“和氣一號(hào)”承載了核電人的美好期許,從項(xiàng)目的命名就能體會(huì)到:“和氣”取“核汽”諧音,既富行業(yè)特色,又寓意和和氣氣、和氣生財(cái)?!耙惶?hào)”則體現(xiàn)了作為全國(guó)首家核能供汽項(xiàng)目的嘗試,打破了石化行業(yè)的高溫高壓蒸汽主要使用煤炭作為熱源的“壟斷”。
蒸汽是石化行業(yè)不可或缺的生產(chǎn)要素,它可作為熱源用于加熱物料、反應(yīng)器以及設(shè)備;在原油提煉、化學(xué)品分離過程中,對(duì)物質(zhì)純化也起到重要作用。每年,徐圩新區(qū)需要制備大量的蒸汽滿足園區(qū)生產(chǎn)生活需求,采用核能供汽將有效降低能耗、減少碳排放。
核能如何生“汽”?就像在家“燒開水”一樣。
熱源和水是產(chǎn)生蒸汽的兩個(gè)必備條件?!疤餅澈穗?、4號(hào)機(jī)組內(nèi)的核燃料發(fā)生核裂變產(chǎn)生的能量,加熱二回路的水,產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽,成為‘和氣一號(hào)’的熱源?!苯K核電二廠廠長(zhǎng)、正高級(jí)工程師張祥貴說,這一步產(chǎn)生的蒸汽能夠驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電,這也是核能發(fā)電的原理。若要實(shí)現(xiàn)供“汽”,則要從中抽取一部分蒸汽在能源站中加熱海水淡化廠生產(chǎn)的除鹽水,使除鹽水成為符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的蒸汽,符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的蒸汽再經(jīng)過三回路管網(wǎng)傳送到用汽端。
據(jù)了解,工業(yè)蒸汽需達(dá)到1.8兆帕、248攝氏度的標(biāo)準(zhǔn),且要在嚴(yán)格的工藝參數(shù)下進(jìn)行控制,以確保產(chǎn)品質(zhì)量。張祥貴補(bǔ)充解釋道,“進(jìn)入汽輪發(fā)電機(jī)做功發(fā)電的核能蒸汽熱效率一般不超過40%,這意味著剩余的熱量將通過凝聚器外排。通過‘多級(jí)換熱’技術(shù),熱量可更充分地轉(zhuǎn)化為工業(yè)蒸汽,使機(jī)組實(shí)際熱效率得以提高?!?/span>
建設(shè)美麗中國(guó),持續(xù)改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量,根本在于加快推動(dòng)發(fā)展方式綠色低碳轉(zhuǎn)型?!安煌谑貍鹘y(tǒng)燃煤機(jī)組生產(chǎn)蒸汽,‘和氣一號(hào)’將清潔核能升級(jí)替代傳統(tǒng)化石能源,大大降低了蒸汽生產(chǎn)中的碳排放?!辈稍L中,張祥貴給記者算了一筆生態(tài)賬,這意味著“和氣一號(hào)”的實(shí)施,不僅能滿足石化產(chǎn)業(yè)的用汽需求,更能為降低綜合能耗和消除環(huán)境污染等方面提供有益助力。
據(jù)測(cè)算,項(xiàng)目的建成投產(chǎn),每年可為連云港石化產(chǎn)業(yè)基地提供480萬噸工業(yè)蒸汽,相當(dāng)于每年減少燃燒標(biāo)準(zhǔn)煤40萬噸,等效減排二氧化碳107萬噸、二氧化硫184噸、氮氧化物263噸,相當(dāng)于新增植樹造林面積2900公頃。同時(shí),隨著“碳核算”的逐步展開,每年可為石化基地節(jié)省70多萬噸碳排放指標(biāo),為地方打造萬億級(jí)石化產(chǎn)業(yè)集群、實(shí)施制造業(yè)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展提供有力支撐。
破局:創(chuàng)新超長(zhǎng)距離供熱技術(shù),實(shí)現(xiàn)核能供汽自主化
“和氣一號(hào)”作為核能供汽的“破局者”,國(guó)內(nèi)外都無先例可循,這意味著項(xiàng)目從設(shè)計(jì)建設(shè)之初就要做探路者。
“探索、調(diào)試、磨合幾乎成了家常便飯。”張祥貴告訴記者,在初步設(shè)計(jì)階段審查技術(shù)規(guī)格書、圖紙、專篇等設(shè)計(jì)文件150余份,提出設(shè)計(jì)審查意見1000余條。而在運(yùn)行機(jī)組方面,兩臺(tái)機(jī)組雖已實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)到常規(guī)島的完全國(guó)產(chǎn)化,但其改造工程量之大,堪比建造一座百萬千瓦級(jí)核電機(jī)組的常規(guī)島。不過,令他印象深刻的還是蒸汽調(diào)試。
在蒸汽輸送之初,蒸汽參數(shù)不達(dá)標(biāo)問題曾讓研發(fā)人員犯愁。“現(xiàn)在看來只需調(diào)整蒸汽發(fā)生器參數(shù)和液位就能解決的問題,當(dāng)時(shí)‘困’了大家好幾個(gè)月。唯有逐個(gè)設(shè)備調(diào)整試驗(yàn),嘗試尋找‘癥結(jié)’所在?!睆埾橘F說,縱有千難萬阻,好在“和氣一號(hào)”最終“闖關(guān)”成功,為核能綜合利用技術(shù)國(guó)產(chǎn)化提供了樣本,進(jìn)行了開創(chuàng)性實(shí)踐。
在田灣核電站內(nèi),核電站生產(chǎn)的工業(yè)蒸汽由一條銀色管道輸送到連云港石化基地。這條管道全長(zhǎng)23.36公里,根據(jù)用汽需求,管道外直徑設(shè)計(jì)為0.92米,是國(guó)內(nèi)第一條超大口徑、超長(zhǎng)距離核能供熱蒸汽管網(wǎng)。
長(zhǎng)距離輸送,如何降低蒸汽的熱量損失?“和氣一號(hào)”為此下足了功夫。據(jù)了解,在“控溫”方面,該項(xiàng)目創(chuàng)新性采用了國(guó)內(nèi)單套容量最大的雙側(cè)相變式蒸汽轉(zhuǎn)換技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)冷熱介質(zhì)的逆向?qū)α鞲咝Q熱,確保出口蒸汽溫度控制在260攝氏度左右。在“保溫”防護(hù)上,管網(wǎng)材質(zhì)方面也格外考究,采用了預(yù)制架空保溫管,并以三重復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)技術(shù)為核心,在工作管外層包裹了7層分別用納米氣凝膠、微孔硅酸鈣瓦、聚氨酯等材質(zhì)制成的高溫層。經(jīng)測(cè)試,“重重包裹”下的蒸汽可實(shí)現(xiàn)每公里溫度下降不超過1攝氏度。同時(shí),管網(wǎng)每隔一公里就設(shè)置溫度、壓力測(cè)點(diǎn),精確感知管網(wǎng)輸送介質(zhì)情況。
在一般情況下,當(dāng)正常室溫遇到高溫蒸汽,管網(wǎng)內(nèi)外的巨大溫差會(huì)使管道發(fā)生輕微膨脹變形出現(xiàn)位移?!盀樽畲蟪潭葴p少位移對(duì)管網(wǎng)輸送的影響,我們每隔一段距離就在管道加設(shè)‘U’型彎,以吸收膨脹產(chǎn)生的位移量,確保管網(wǎng)走向、位置準(zhǔn)確?!睆埾橘F說。
輸送高溫蒸汽的管網(wǎng)猶如一條在海岸線蜿蜒的銀色“巨龍”,格外顯眼。記者了解到,在核電站內(nèi)部,還有不少技術(shù)和設(shè)計(jì)創(chuàng)新,為源源不斷地供汽送汽保駕護(hù)航。
“和氣一號(hào)”設(shè)置了4套蒸汽轉(zhuǎn)換裝置,每套裝置包括一臺(tái)一級(jí)預(yù)熱、一臺(tái)二級(jí)預(yù)熱、一臺(tái)蒸發(fā)器和一臺(tái)過熱器,蒸汽的“多級(jí)換熱”就是在其中完成的?!安煌诤四苌?,這套設(shè)備要在蒸發(fā)器兩側(cè)同時(shí)完成‘水-汽’和‘汽-水’兩種介質(zhì)的轉(zhuǎn)換,這是該項(xiàng)目的難點(diǎn)所在?!睆埾橘F向記者解釋道,為解決這一難題,蒸發(fā)器采用管殼式、集成化設(shè)計(jì)理念,創(chuàng)新性地將管內(nèi)凝結(jié)和管內(nèi)過冷兩組管束設(shè)置在同一蒸發(fā)器殼體內(nèi),讓管側(cè)(汽變水)和殼式(水變汽)的介質(zhì)均發(fā)生相變傳熱。同時(shí),這種設(shè)計(jì)設(shè)備體積小,能夠節(jié)約占地空間。
此外,“和氣一號(hào)”還解決了壓水堆核電廠大規(guī)模工業(yè)供汽熱電聯(lián)產(chǎn)堆機(jī)熱匹配技術(shù)。該項(xiàng)目配套的海水淡化項(xiàng)目是目前江蘇省內(nèi)最大,也是中國(guó)核電領(lǐng)域最大項(xiàng)目。據(jù)了解,項(xiàng)目平時(shí)采用海水直接淡化,冬季則可以利用3、4號(hào)機(jī)組海水排水隧道內(nèi)的溫排水,減少能耗,這為核電廠溫排水的大規(guī)模綜合利用提供了范例。
安心:設(shè)置多重安全屏障,確保穩(wěn)定高效運(yùn)行
“和氣一號(hào)”以綠色安全、穩(wěn)定高效作為項(xiàng)目定位。核電、石化對(duì)安全要求極高,對(duì)于大家所關(guān)心的核能供汽安全問題,張祥貴向記者細(xì)述了項(xiàng)目的幾道安全屏障。
首先,通過多重隔絕技術(shù),確保核電廠一回路、二回路,及工業(yè)蒸汽回路系統(tǒng)各自獨(dú)立運(yùn)作、彼此隔離。這意味著在核能供汽過程中,只涉及熱量交換,沒有任何水或者蒸汽的物質(zhì)交換,從而最大程度保證工業(yè)蒸汽的安全性。
其次,創(chuàng)新性加設(shè)輻射監(jiān)測(cè)儀表和快關(guān)閥?!昂蜌庖惶?hào)”在主蒸汽取汽管道和工業(yè)蒸汽管道上增加了輻射監(jiān)測(cè)儀表,當(dāng)儀表出現(xiàn)異常超過臨界值時(shí),快關(guān)閥可在5秒內(nèi)快速關(guān)閉,來自3、4號(hào)機(jī)組熱源的加熱蒸汽被迅速隔離,確保放射性“安檢”不合格的蒸汽絕不會(huì)流向用汽端。
“根據(jù)調(diào)試測(cè)算的閥門關(guān)閉時(shí)間,我們?yōu)槠辞谐葮O端情況的發(fā)生制定應(yīng)急預(yù)案。”張祥貴介紹,他們每年還要對(duì)相關(guān)操作人員開展至少80學(xué)時(shí)的復(fù)訓(xùn)和模擬演練,定期進(jìn)行考核。
保障了綠色、安全,核能供汽穩(wěn)定高效的優(yōu)勢(shì)才能夠更好地發(fā)揮。
近年來,煤炭、石油、天然氣等大宗化石能源的價(jià)格波動(dòng)明顯,供應(yīng)穩(wěn)定性受到挑戰(zhàn)。在業(yè)內(nèi)人士看來,核能綜合利用與高耗能行業(yè)耦合發(fā)展將進(jìn)一步凸顯核能的零碳價(jià)值,可以滿足高耗能行業(yè)多樣化的用能需求。
據(jù)了解,目前田灣核電站可實(shí)現(xiàn)核電機(jī)組連續(xù)運(yùn)行18個(gè)月不中斷,為石化行業(yè)提供穩(wěn)定的蒸汽供應(yīng)?!霸谠O(shè)計(jì)上,我們對(duì)3、4號(hào)機(jī)組的加熱汽源進(jìn)行調(diào)整,采用單機(jī)組供汽或兩臺(tái)機(jī)組聯(lián)合供汽兩種方式。如此一來,即使是遇到機(jī)組換料大修,也能實(shí)現(xiàn)每小時(shí)600噸額定負(fù)荷無擾切換連續(xù)供汽,從而保證每年8000小時(shí)蒸汽連續(xù)供應(yīng)。”張祥貴說。
“和氣一號(hào)”不僅拓展了核能的應(yīng)用場(chǎng)景,為核能工業(yè)供汽提供了成功經(jīng)驗(yàn),也推動(dòng)了核能綜合利用和多元發(fā)展的探索。記者了解到,當(dāng)前江蘇還在探索海上光伏、工業(yè)制氫、抽水蓄能等項(xiàng)目。全部建成后,田灣基地將成為超1200萬千瓦的大型清潔能源基地。(2024-8-19)