核电站超大型高位集水冷却塔设计成套技术研究

课题名称：核电站超大型高位集水冷却塔设计成套技术研究

起止年限：2012.01-2013.12

　　1、目的和意义

　　本课题所指超大型高位集水冷却塔是采用先进的高位集水技术、淋水面积13000m2以上、高度170m以上的冷却塔，是采用二次循环的百万千万级核电项目冷却的关键设备。课题通过核电站超大型高位集水冷却塔设计成套技术研究，突破目前超大型常规塔存在的冷效低、运行费用高、均匀配风配水等技术瓶颈，研制超大型冷却塔关键设备-高位集水装置，解决一系列工艺和结构设计方面的难题，使我国在超大型冷却塔设计技术上达到国际一流水平，将填补国内高度200m左右及淋水面积14000m2以上冷却塔设计的空白，形成核电1000MW级机组配套超大型冷却塔的设计技术，为国核电力规划设计研究院承担的国内首批内陆核电-江西彭泽核电项目一期工程的超大型冷却塔设计提供技术服务，为我国大型先进压水堆内陆核电的建设提供技术支撑。

　　2、必要性

　　（1）适应国家“安全高效发展核电,积极推进内陆核电”建设的需要

　　国家《核电中长期发展规划（2005-2020年）》提出大力发展核电战略，在AP1000技术的消化吸收、推广和再开发的基础上，我国将建设一批容量更大、安全性更高的内陆核电机组。日本福岛核事故对世界核电的发展产生巨大影响，但安全高效发展核电是中国实现经济发展、能源安全、节能减排和保护环境的必然选择。

　　内陆沿江沿湖核电厂为了避免热污染，不允许直接排放，必须采用二次循环水系统；未来的滨海核电厂，可能由于环境排放标准的提高（核电站温排水对生态环境的影响）或者厂址取、排水条件的限制，也需要采用二次循环供水系统。

　　超大型冷却塔是核电厂二次循环水系统中的关键组成，在全球尚无设计和建造经验，因此，应积极开展超大型冷却塔设计、建造技术研究，以满足国家内陆核电发展的需要。

　　（2）能够节约土地资源，克服土地资源限制

　　核电厂二次循环水系统通常可采用一机一塔或一机两塔配置方案，以一机一高位集水塔配置方案占地面积为基数，一机一常规塔配置方案占地面积增大约10%，一机两常规塔配置方案冷却塔占地面积增大约20%，严重浪费土地资源；同时，部分核电厂由于受到厂址条件制约，不具备采用一机多塔配置条件。开展核电站超大型高位集水冷却塔设计成套技术研究，能够有效克服土地资源限制，优化厂区布置。

　　（3）减少温排水进入水体，符合国家环境保护政策

　　核电厂冷却水量巨大，约是同容量火电机组的两倍，如采用一次直流循环，内陆核电厂大量的温排水排入沿江沿湖或者水库，势必造成严重的水体热污染，对周边生态环境产生破坏性影响。为了保护环境，核电站超大型高位集水冷却塔采用二次循环系统，杜绝温排水对水体环境的影响，有助于保护环境。

　　（4）实现走自主化发展道路、形成自主知识产权的必然途径

目前世界上尚无淋水面积在16000m2～23000m2之间、塔高在200m以上的冷却塔设计和建造经验，在设计与建造方面尚属空白。国内现有的热力计算、冷端优化、标准、规程、规范还不能满足超大型冷却塔设计建造的需要。开展核电站超大型高位集水冷却塔设计成套技术研究，是推进核电重大关键装备国产化的具体体现，是实现核电关键技术走自主化发展道路、形成自主知识产权的需要，有助于提升我国超大型冷却塔设计建造技术水平的，引领国际超大型冷却塔技术发展方向。本课题研究将填补全球超大型冷却塔的设计建造空白，促进核电建设行业向高端领域科学发展。

　　3、课题任务

　　开展核电站大型高位集水冷却塔设计成套技术研究，满足核电站超大型冷却塔耐久性要求，解决超大型常规塔中心区域空气量小、气温高、冷效差等技术难题，为我国内陆核电建设提供技术支撑。

　　4、课题目标

　　以江西彭泽内陆大型压水堆AP1000核电机组参考厂址为依托，在前期自主研发基础上，形成具有自主知识产权的超大型冷却塔设计、施工整体解决方案，为研究成果应用到示范工程奠定基础。实现以下目标：

    （1）开发出超大型高位集水冷却塔工艺、结构软件包，并申请软件著作权。

    （2）通过试验研究，研发出提高冷却塔耐久性的材料配方。

　　（3）研制出具有自主知识产权的适合不同水质的集水装置。

　　（4）形成超大型高位集水冷却塔设计、施工整体技术解决方案。

　　（5）形成一支人员结构合理、研究领域互补、创新氛围浓厚、科研方向明确的超大型冷却塔设计领域科技创新人才队伍。

　　5、课题研究开发内容

　　核电站超大型高位集水冷却塔设计成套技术研究包括以下研究内容：

　　（1）超大型冷却塔工艺选型及设计技术研究

　　通过数值模拟分析塔出口的气流流动形态，优化塔出口扩散角度，通过模型试验分析塔内淋水填料断面的风速分布及冷却塔阻力，优化进风口高度，进而确定冷却塔塔型；采用小型模拟装置试验方法，测试冷却塔的淋水填料特性，进行热力特性研究；通过进风口高度模型试验，开展阻力特性研究，得出阻力计算公式；采用流体力学计算理论，优化配水系统布置；开发超大型冷却塔工艺选型及设计软件。

　　（2）超大型冷却塔结构选型、计算及设计技术研究

　　通过现场观测风速获得工程场地条件环境参数，为室内风洞试验提供准确试验验证依据，进而获得冷却塔环向压力分布以及相关技术参数；通过抗震模型试验，验证抗震性能，提出抗震设计原则；通过结构计算，提出满足稳定性要求的结构最优的塔型；开发超大型冷却塔结构选型及计算软件。

　　（3）超大型冷却塔耐久性研究

　　通过耐久性试验，提出满足结构耐久性要求的相关水泥品种、粗细骨料、拌和用水、掺和料及外加剂的配合比，确定冷却塔各部位混凝土配方的最优方案；研究不同水质下冷却塔不同区域的防腐措施，提出技术解决方案、防腐涂料施工要求、施工工艺和钢筋保护层厚度的确定原则。

　　（4）超大型冷却塔高位集水装置研发

　　集水装置为超大型冷却塔的核心部件，由收水板、防溅材料、集水槽等部件组成。目前在役集水装置采用混凝土结构，存在漏水严重、荷载大等缺点。课题研制的集水装置采用玻璃钢材料，体积轻、工艺稳定，能够克服目前各项缺点，提高工艺加工制作精度，实现批量化生产。拟通过集水装置性能及流态测试试验，研究收水板间距尺寸及收水板、集水槽的布置角度、防溅材料的形式等对集水装置收水效果的影响，进行集水装置设计及优化；通过结构形式试验研究，测试集水槽的结构特性及力学性能，提出满足工艺运行要求的集水装置设计方案，研制出集水装置。

　　（5）核电超大型冷却塔施工关键技术及方案研究

通过对几何尺寸控制技术的研究，开发出具有高精度、高效率的冷却塔壳体几何尺寸控制技术方案；通过对现有施工方法的对比分析，研究提出满足超大型冷却塔施工要求的技术方案。