2024年6月19日，我國首個工業用途核能供汽項目——“和氣一號”項目在位于江蘇連云港的田灣核電基地建成投產。項目建成了20余公里長的蒸汽管網，提供溫度超過248℃、壓力達1.8MPa的過熱蒸汽，每年可為連云港石化基地提供480萬噸？？？氣體衡量單位是否應該用立方米？比如天然氣供應都是以立方米/年來衡量的，個人意見，請結合具體情況參考。工業蒸汽，相當于每年減少燃燒標準煤約40萬噸。這標志我國核能綜合利用從單一發電、滿足城市居民供暖，拓展進入工業供汽領域。

2024年3月，我國首個以供汽供熱為主要目的核動力廠——江蘇徐圩核能供熱廠一期工程的環境影響報告書（選址階段）獲原則通過。徐圩核能供熱廠一期工程位于江蘇省連云港市徐圩新區西陬山，擬建設2臺華龍一號壓水堆機組、1臺HTR-PM600S高溫氣冷堆機組及配套設施，將為石化基地提供更高質量的工業蒸汽。

一、供汽——為什么選擇核能？

1.高質量蒸汽——煉化工藝的重要幫手

石油是現代社會最為重要的化石資源，被譽為“工業的血液”。在煉化廠里，原油經過一系列的物理和化學過程，轉化為石油產品（汽油、煤油、柴油等）和基礎化工原料（烯烴、芳烴）。而在這一系列的工藝過程中，水蒸汽是重要的幫手……

熱能供應：比如，原油煉化的第一道工序——常壓/減壓蒸餾，簡單來就是將原油加熱到沸騰，再根據沸點的不同分離出不同的餾分。此外，煉化過程的很多化學反應也需要高溫環境。在這些過程中水蒸汽通過加熱套或內置熱交換元件，為反應器、蒸餾塔提供熱量。

動力供應：具有一定壓力的水蒸氣也是很好的動力源，它可以驅動汽輪機組發電，作為煉化廠的電力供應。也可以驅動其他大型轉動設備，例如壓縮機等。

化學原料：高溫水蒸氣在煉化過程中重要的化工原料，例如在750 ℃以上的高溫的水蒸氣的條件下，烴類物質可以發生分子斷裂和脫氫反應，產生乙烯、丙烯等低分子烯烴。水蒸氣也被用來驅動重整反應器，將天然氣等碳氫化合物轉化為合成氣或氫氣。

其他：在以上幾種應用方式之外，水蒸氣還可以被用作稀釋劑、清潔劑，在消防安全場景中也有重要作用。

圖 1 原油蒸餾工藝示意圖（互聯網如果可能的話，需要詳細將網址列出來，下同）

由此可見，石油化工的過程中，高溫高壓的水蒸氣是必不可少的部分。按照壓力需求，煉化廠用蒸汽一般可分為超高壓（10MPa、520℃）、中壓（4.2MPa、400℃）和低壓（1MPa）三種，適用于發電、動力、供熱等場景。以一個1600萬噸/年煉油、150萬噸/乙烯、200萬噸/年芳烴項目為例，項目用電負荷700MW、超高壓和高壓蒸汽需求量合計1200t/h、全廠燃料氣消耗合計220萬噸/年（有的地方用英文單位，這里又用中文單位，建議全文需要檢查并統一）。

這樣的煉化廠往往需要配備一套燃煤鍋爐，用于供應電力和蒸汽，但在雙碳目標的要求下，碳排放較高的傳統燃煤鍋爐逐漸被叫停，探索蒸汽供應的低碳新途徑成為迫切需求。

2.核能供汽——高質量蒸汽供應的新選擇

核能是一種清潔高效的能源形式，被廣泛用作動力裝置和發電裝置。長期以來，核能發電是核反應堆的主要民用形式，截至2023年底，我國在運核電機組55臺，裝機容量5703萬千瓦，累計發電量占比達到4.86%，并繼續迅速增長。隨著技術和市場的不斷成熟，我國核能的綜合利用正在從單一發電、滿足城市供暖，拓展到工業供汽領域。

以“和氣一號”項目為例，田灣3、4號機組的二回路蒸汽作為熱源，通過多級換熱器和工業用汽管網輸送到連云港石化基地，可以提供溫度約248℃、壓力1.8MPa的過熱蒸汽，解決煉化企業熱源和動力源的需求。發電工況下，壓水堆堆芯產生的熱量通過一回路、二回路驅動蒸汽輪機做工發電。在供汽狀態下，二回路中的蒸汽熱量則通過換熱裝置輸送出廠，替代傳統的燃煤鍋爐供汽。

圖 2中核集團“和氣一號”工程。圖片來源：北京晚報

圖 3 一般壓水堆運行原理示意圖。圖片來源于網絡

相比壓水堆，徐圩核電計劃使用的高溫氣冷堆具有更高的堆芯出口溫度（最高可達750℃），冷卻劑壓力超過13 MPa、溫度超過550℃，對外可以供應更高溫度和壓力的蒸汽。徐圩核電一期工程的環評報告顯示，兩臺華龍一號壓水堆機組和一臺HTR-PM600S高溫氣冷堆的供熱組合可為煉化基地供應中壓、次中壓和低壓三類蒸汽。


表 1 徐圩核電設計供汽參數（環保部公開信息）

圖 4 高溫氣冷堆廠房結構示意圖。圖片來源:清華大學教育基金會

二、核能綜合利用還有那些用途？

作為發電裝置和動力裝置的反應堆可以成為動力堆，主要是利用反應堆產生的熱能，最終轉化為動能和電能。除了作為動力堆外，核能還有很多種利用方式。

1.研究試驗

研究試驗堆的主要作用是幫助科研人員獲取新知識，例如驗證新的物理設計方案，考驗新的材料、元件和組件，開展物理、化學、生物和醫藥等方面的研究。其作用如同航天工程中的風洞、船舶工程中的水池。研究試驗堆的結構、功率、中子通量等各異，往往集成了多種復雜的測試回路、輔助設施，用于開展多種不同的研究。

我國核領域的各科研機構都建成了多種研究試驗堆，例如中國原子能科學研究院的中國實驗快堆工程（CEFR），清華大學的5MW低溫供熱實驗堆、中國核動力研究設計院的高通量工程實驗堆（HFERT）等。

圖 5 中國原子能科學研究院——中國實驗快堆工程。

圖片來源：新華社

圖 6 高通量工程實驗堆（HFERT, 49-3）圖片來源：中國核工業

2.同位素生產

同位素生產堆的作用是利用高通量的中子照射靶材，通過核反應產生多種同位素。這些同位素經過物理或化學手段分離提純后，可以用于工業、醫療、能源等多個領域。

美國橡樹嶺國家實驗室的高通量同位素反應堆（HFIR）用于生產超鈾元素，如钚238、锎252等。

中國核動力研究設計院正在建設溶液型醫用同位素對可實現鉬99、碘131等醫用同位素的生產。

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作者：蘇豪展 科普作者

審核：梁忠偉 廣州大學機電學院 副院長

來源: 星空計劃

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