核能与非核燃料带再热双链耦合高效发电系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种核能与非核燃料带再热双链耦合高效发电系统及方法，包括：带低温烟气余热利用装置的凝结水系统、带中温烟气余热利用装置的给水系统、耦合用汽轮机高压缸、耦合用汽轮机中压缸、耦合用汽轮机低压缸、非核燃料能释放及转化装置和核岛；所述带中温烟气余热利用装置的给水系统包括：高压给水泵、低压给水泵、中温一级烟气余热利用装置和中温二级烟气余热利用装置；本发明专利技术有益效果：本发明专利技术特殊设计的核能与非核燃料带再热双链耦合高效发电系统，充分利用了现有成熟的核岛和非核燃料锅炉的工艺参数特点，解决了以往方案中的设备制造难的问题，增强了核能与常规能源耦合的系统设计中的关键设备的可用性。

High Efficiency Power Generation System and Method Coupled with Nuclear Energy and Non-Nuclear Fuel with Reheating Double Chain

The invention discloses a nuclear energy and non-nuclear fuel with reheat double-chain coupling high-efficiency power generation system and method, including condensate water system with low temperature flue gas waste heat utilization device, feed water system with medium temperature flue gas waste heat utilization device, high pressure cylinder of coupling steam turbine, medium pressure cylinder of coupling steam turbine, low pressure cylinder of coupling steam turbine. Non-nuclear fuel energy release and conversion device and nuclear island; the water supply system with medium-temperature flue gas waste heat utilization device includes high-pressure water supply pump, low-pressure water supply pump, medium-temperature first-level flue gas waste heat utilization device and medium-temperature second-level flue gas waste heat utilization device; the beneficial effects of the invention are: the nuclear energy and non-nuclear fuel specially designed by the invention The high efficiency power generation system with reheat double-chain coupling makes full use of the process parameters of existing mature nuclear island and non-nuclear fuel boilers, solves the problem of difficult equipment manufacturing in previous schemes, and enhances the availability of key equipment in the system design of nuclear energy and conventional energy coupling.

【技术实现步骤摘要】
核能与非核燃料带再热双链耦合高效发电系统及方法
本专利技术涉及能源
，特别是涉及核能与非核燃料带再热双链耦合高效发电系统及方法。
技术介绍
现代商用的核电厂主要是亚临界机组，沸水堆核电厂的反应堆一回路冷却剂被引入汽轮机，辐射防护和废物处理比较复杂，因此压水堆为现代商用核电技术的主流。常规压水堆一般为两回路系统，其中二回路系统的蒸汽带动汽轮机发电。由于反应堆载热剂温度的限制(压水堆平均出口温度一般低于330摄氏度)，只能生产压力较低的(5.0～8.0MPa)饱和蒸汽或微过热(过热度为20～30摄氏度)蒸汽，全机理想比焓降很小，蒸汽湿度又高，为了增大单机功率，其蒸汽流量必然很大。目前商用核电厂二回路系统的参数一般为压力约6～8MPa，温度约230℃～290℃左右，发电效率约34％。超临界水冷堆(SCWR)反应堆堆芯出口参数压力约25MPa，温度约500℃，与常规压水堆相比，少一个回路，堆芯出口的热流体直接进入汽轮机，系统热效率接近45％，远高于常规水冷堆34％的热效率。但超临界水冷堆一直处于研究状态，但由于参数大幅提高，缺乏传热流动实验和数值数据，以及缺乏堆内关键材料在超临界水冷堆条件下的化学性能和力学性能等原因，技术上还存在较大的困难，有乐观文献认为需要到2028年具备商用堆建设能力。核电厂大多数都使用饱和蒸汽，核电汽轮机2/3的作功是在低压缸中完成，但核电汽轮机低压缸的排汽湿度较大，一般高达12％～14％，容易造成叶片侵蚀、腐蚀，因此一般采用半速汽轮机，而且在高压缸后需要加专门的汽水分离再热器进行除湿、再热。而火电厂普遍采用过热蒸汽，过热度高，普遍采用全速汽轮机。半速汽轮机转子直径大、重量重，一般来讲，半速汽轮机的材料消耗量要比全速汽轮机超过2倍，对于整台机组来说，半速汽轮机的重量约为全速机组的1.2～2.4倍。相应的汽轮机基础的支承负荷也加大，土建投资加大；半速汽轮机在运输、起吊、安装等方面的投资也比全速汽轮机高。设备造价和安装土建费，半速机比全速机高20％～30％(对整个常规岛相当于高7％左右)。众所周知，核电厂的投资远大于火电厂，而火电厂的热效率又普遍高于核电厂。如果采用合适的方法，搭建合适的系统，能够把火电厂的热力系统耦合进核电厂，那么既能大幅降低初投资，又能大幅提高运行热效率，将大幅提升经济性。由于高温气冷堆的固有安全性，其燃料元件的设计容许温度高达1600℃，故10MW高温气冷实验堆已建成。现有技术提出了一种将模块化高温气冷堆技术与目前已经成熟的超临界蒸汽动力循环技术耦合的方案，采用多堆配一机的方案，一回路采用氦气闭合循环，氦气自上而下流过球床堆芯被加热到750℃左右，二回路采用水及水蒸气循环，水蒸气被氦气加热到超临界蒸汽动力循环所需要的温度，比如565℃，其发电效率将达到45％以上，然而也是由于核岛部分大型化商业化的部分关键技术仍未取得突破，故高温气冷堆仍处在概念设计阶段。由于核岛突破需要解决的技术难点远高于常规火电设备，故核电与超临界蒸汽动力循环耦合的关键点在于不能寄希望于突破核岛设备来适应火电参数，然而这条思路却一直没有被研究人员重视。现有技术中公开了核能与常规能源的串并联耦合发电系统及核能与常规能源直接过热耦合发电系统，但都没有提出常规能源锅炉的具体实施方案。特别是，现有技术公开的核能与常规能源的耦合系统，都是基于从核反应堆出口的蒸汽直接进入所谓的“加热装置”如燃煤锅炉。但具体到锅炉设计时，这种系统设计给锅炉的设计带来了巨大的挑战，因为这种特制的锅炉没有把液态水加热到饱和蒸汽的过程，也就是说没有汽化的过程，与传统锅炉相比，这种锅炉的汽温特性会出现颠覆性的变化，而这种汽温特性的变化所导致的受热面布置的创新设计是巨大的、目前难以得到实验验证的，或者说是很不成熟的。综上所述，核电与超临界蒸汽动力循环耦合的关键点在于既不能寄希望于突破核岛设备来适应火电参数，在短时间内设备设计制造不成熟可靠的情况下，又不能寄希望于大幅度突破火电锅炉来适应在锅炉中不发生汽化的要求。为了更便于工业应用，最值得寄予希望的思路是利用现有成熟的核岛设计制造技术及现有成熟的由液态水到过热蒸汽的火电锅炉设计制造技术，充分发挥核燃料和非核燃料热利用的成熟经验，巧妙设计核岛和非核燃料耦合发电工艺系统来实现高效超临界核能发电。然而，这一思路却没有得到充分发现。综上所述，现有技术中对于高效超临界核能发电系统，尚缺乏有效的、创新而成熟的解决方案。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的之一是提供了一种核能与非核燃料带再热双链耦合高效发电系统及方法，解决了现有技术的不成熟问题，增强了核能与常规能源耦合的系统设计中的关键设备的可用性。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：核能与非核燃料带再热双链耦合高效发电系统，包括：带低温烟气余热利用装置的凝结水系统、带中温烟气余热利用装置的给水系统、耦合用汽轮机高压缸、耦合用汽轮机中压缸、耦合用汽轮机低压缸、非核燃料能释放及转化装置和核岛；所述带中温烟气余热利用装置的给水系统包括：高压给水泵、低压给水泵、中温一级烟气余热利用装置和中温二级烟气余热利用装置；带低温烟气余热利用装置的凝结水系统输出分成两路，其中一路经过高压给水泵与中温一级烟气余热利用装置连接，另一路经过低压给水泵与中温二级烟气余热利用装置连接；所述中温一级烟气余热利用装置与非核燃料能释放及转化装置连接，所述非核燃料能释放及转化装置与耦合用汽轮机高压缸和耦合用汽轮机中压缸分别连接；所述中温二级烟气余热利用装置与核岛的给水入口管道连接，所述核岛的出口蒸汽管道与非核燃料能释放及转化装置和耦合用汽轮机低压缸分别连接。进一步地，所述非核燃料能释放及转化装置包括依次串联连接的省煤器、水冷壁入口集箱、水冷壁和过热器；所述过热器的出口与耦合用汽轮机高压缸连接；中温一级烟气余热利用装置输出的水进入省煤器受热并进入水冷壁入口集箱；水冷壁入口集箱的给水经水冷壁汽化后再经过热器受热成为过热蒸汽，过热器出口的过热蒸汽输出至耦合用汽轮机高压缸，高压缸做功带动第一发电机发电。进一步地，所述非核燃料能释放及转化装置包括并联连接的第一再热器和第二再热器；所述耦合用汽轮机高压缸的排汽管道与第一再热器的蒸汽入口相连接，高压缸排汽在第一再热器中受热后成为第一再热蒸汽；核岛出口蒸汽进入第二再热器中受热后成为第二再热蒸汽，所述第二再热蒸汽与第一再热蒸汽汇合后通过再热蒸汽母管输送至耦合用汽轮机中压缸，中压缸做功带动第二发电机发电。进一步地，中温二级烟气余热利用装置输出的给水经过核岛的给水入口管道进入核岛，经加热、汽化成为微过热蒸汽，所述微过热蒸汽通过核岛出口蒸汽管道输出；所述核岛出口蒸汽管道分成两路管道，一路为核岛出口蒸汽耦合管道，通过第一阀门接至第二再热器，另一路为核岛出口蒸汽直供管道，通过第二阀门接至耦合用汽轮机低压缸。进一步地，在所述核岛出口蒸汽耦合管道、核岛出口蒸汽直供管道上均设有开度可调的阀门，通过阀门开度的调节实现对第二再热蒸汽流量的调节，进而实现对第二再热汽温的调节，以及对第二再热汽温与第一再热汽温混合后的再热汽温的调节。进一步地，所述非核燃料能释放及转化装置选用化石燃料汽包锅炉或者化石燃料直流锅炉或者其他能够将非核燃料的化学能转化为热能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.核能与非核燃料带再热双链耦合高效发电系统，包括：带低温烟气余热利用装置的凝结水系统、带中温烟气余热利用装置的给水系统、耦合用汽轮机高压缸、耦合用汽轮机中压缸、耦合用汽轮机低压缸、非核燃料能释放及转化装置和核岛；所述带中温烟气余热利用装置的给水系统包括：高压给水泵、低压给水泵、中温一级烟气余热利用装置和中温二级烟气余热利用装置；带低温烟气余热利用装置的凝结水系统输出分成两路，其中一路经过高压给水泵与中温一级烟气余热利用装置连接，另一路经过低压给水泵与中温二级烟气余热利用装置连接；所述中温一级烟气余热利用装置与非核燃料能释放及转化装置连接，所述非核燃料能释放及转化装置与耦合用汽轮机高压缸和耦合用汽轮机中压缸分别连接；所述中温二级烟气余热利用装置与核岛的给水入口管道连接，所述核岛的出口蒸汽管道与非核燃料能释放及转化装置和耦合用汽轮机低压缸分别连接。

【技术特征摘要】
1.核能与非核燃料带再热双链耦合高效发电系统，包括：带低温烟气余热利用装置的凝结水系统、带中温烟气余热利用装置的给水系统、耦合用汽轮机高压缸、耦合用汽轮机中压缸、耦合用汽轮机低压缸、非核燃料能释放及转化装置和核岛；所述带中温烟气余热利用装置的给水系统包括：高压给水泵、低压给水泵、中温一级烟气余热利用装置和中温二级烟气余热利用装置；带低温烟气余热利用装置的凝结水系统输出分成两路，其中一路经过高压给水泵与中温一级烟气余热利用装置连接，另一路经过低压给水泵与中温二级烟气余热利用装置连接；所述中温一级烟气余热利用装置与非核燃料能释放及转化装置连接，所述非核燃料能释放及转化装置与耦合用汽轮机高压缸和耦合用汽轮机中压缸分别连接；所述中温二级烟气余热利用装置与核岛的给水入口管道连接，所述核岛的出口蒸汽管道与非核燃料能释放及转化装置和耦合用汽轮机低压缸分别连接。2.如权利要求1所述的核能与非核燃料带再热双链耦合高效发电系统，其特征在于，所述非核燃料能释放及转化装置包括依次串联连接的省煤器、水冷壁入口集箱、水冷壁和过热器；所述过热器的出口与耦合用汽轮机高压缸连接；中温一级烟气余热利用装置输出的水进入省煤器受热并进入水冷壁入口集箱；水冷壁入口集箱的给水经水冷壁汽化后再经过热器受热成为高度过热的蒸汽，过热器出口的高度过热的蒸汽输出至耦合用汽轮机高压缸，高压缸做功带动第一发电机发电。3.如权利要求1所述的核能与非核燃料带再热双链耦合高效发电系统，其特征在于，所述非核燃料能释放及转化装置包括并联连接的第一再热器和第二再热器；所述耦合用汽轮机高压缸的排汽管道与第一再热器的蒸汽入口相连接，高压缸排汽在第一再热器中受热后成为第一再热蒸汽；核岛出口蒸汽进入第二再热器中受热后成为第二再热蒸汽，所述第二再热蒸汽与第一再热蒸汽汇合后通过再热蒸汽母管输送至耦合用汽轮机中压缸，中压缸做功带动第二发电机发电；进一步地，中温二级烟气余热利用装置输出的给水经过核岛的给水入口管道进入核岛，经加热、汽化成为微过热蒸汽，所述微过热蒸汽通过核岛出口蒸汽管道输出；所述核岛出口蒸汽管道分成两路管道，一路为核岛出口蒸汽耦合管道，通过第一阀门接至第二再热器，另一路为核岛出口蒸汽直供管道，通过第二阀门接至耦合用汽轮机低压缸。4.如权利要求3所述的核能与非核燃料带再热双链耦合高效发电系统，其特征在于，在所述核岛出口蒸汽耦合管道、核岛出口蒸汽直供管道上均设有开度可调的阀门，通过阀门开度的调节实现对第二再热蒸汽流量的调节，进而实现对第二再热汽温的调节，以及对第二再热汽温与第一再热汽温混合后的再热汽温的调节。5.如权利要求1所述的核能与非核燃料带再热双链耦合高效发电系统，其特征在于，所述非核燃料能释放及转化装置选用化石燃料汽包锅炉或者化石燃料直流锅炉或者其他能够将非核燃料的化学能转化为热能，并将热能传递给热力循环工质的装置。6.如权利要求1所述的核能与非核燃料带再热双链耦合高效发电系统，其特征在于，耦合用汽轮机高压缸、耦合用汽轮机中压缸和耦合用汽轮机低压缸同轴布置时，在它们的输出轴上连接发电机；或者，耦合用汽轮机高压缸、耦合用汽轮机中压缸和耦合用汽轮机低压缸分轴布置时，在它们的输出轴上分别连接发电机。7.如权利要求1所述的核能与非核燃料带再热双链耦合高效发电系统，其特征在于，所述带低温烟气余热利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊波，王龙林，吴放，祁金胜，刘义达，苗井泉，胡训栋，张书迎，高振宝，隋菲菲，李官鹏，
申请(专利权)人：山东电力工程咨询院有限公司，国家核电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37