布雷顿循环核电站以及启动布雷顿循环的方法技术

一种核电站，该核电站包括一个闭合循环发电回路，其利用布雷顿循环作为热力学转换循环。该核电站还包括启动增压系统，该系统具有轴阀，以及与该轴阀并联连接的增压器。而且，常闭增压器隔离阀与增压器以及与该增压器并联的增压器旁路结构串联设置。一种启动布雷顿循环的方法包括：将发电回路切换到备用模式，在该模式下，氦依靠启动增压系统和在回路中所产生的增加的电能而环绕发电回路循环，直到氦依靠独立于启动增压系统的压缩机而围绕发电回路循环。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种核电站。特别是，其涉及一种利用布雷顿循环作为热力学转换循环的核电站，并涉及一种启动布雷顿循环的方法。在包括一个闭合循环发电回路的核电站中，该发电回路利用布雷顿循环作为热力学转换循环，它所遇到的一个问题在于，布雷顿循环不是从零质量流量自行启动。根据本专利技术的一个方面，在使用氦作为工作流体并具有闭合循环发电回路的核电站中，其中该发电回路利用布雷顿循环作为热力学转换循环，并包括具有入口和出口的核反应堆；透平装置，该透平装置的上游侧连接到反应堆出口；至少一个压缩机，透平装置传动地连接于其上；以及至少一个热交换器，提供了一种启动布雷顿循环的方法，该方法包括下述步骤如果发电回路不处于备用模式，则将其切换到备用模式，在该模式下，氦依靠启动增压系统环绕发电回路循环；以及增加在发电回路中所产生的电能，直到至少一个压缩机能够不依靠启动增压系统的帮助而使氦在发电回路中环绕。当该核电站包括发电机并且透平装置包括传动上连接到发电机的发电透平时，该方法可以包括下述步骤向发电透平施加负载，并调节发电透平的转速，使其转速低于发电透平的正常运转转速；减少所施加的负载，以使发电透平的转速增加到发电透平的正常运转转速；使发电机的输出与配电网同步；当发电机输出与电网保持同步时，增加发电透平的电力输出。可以通过连接到发电机的可变电阻器组向发电透平施加负载。通过减少可变电阻器组的电阻可以实现减少所施加的负载。该方法可以包括，在发电机输出已经与配电网同步并且发电回路已经稳定后，将可变电阻器组与发电机断开。减少所施加的负载可以包括将负载从约1MW减少到约300MW。该方法可以包括调节发电透平的转速到正常运转转速的55％到65％之间。当发电透平的正常运转转速为3000rpm时，该方法可以包括调节发电透平的转速到约1800rpm。当发电回路包括低压压缩机和高压压缩机，而透平装置包括分别传动上连接到低压压缩机和高压压缩机的低压透平和高压透平，并且发电回路包括其中安装有低压再循环阀的低压再循环管线，以及其中安装有高压再循环阀的高压再循环管线，低压和高压再循环管线分别从低压和高压压缩机的下游位置延伸到其上游位置，在此情形下，该方法可以包括利用低压和高压再循环阀中的至少一个来稳定发电回路。当发电回路包括同流换热器，该同流换热器具有高压侧和低压侧，从同流换热器高压侧的上游位置延伸到下游位置的同流换热器旁路管线，以及安装在同流换热器旁路管线中用于调节流经其中的氦流量的同流换热器旁路阀，在此情形下，增加由发电回路所发电能可以包括将同流换热阀中的至少一个和旁路阀从开启位置移向关闭位置。阀的关闭导致布雷顿循环的效率的明显增加。一旦启动，布雷顿循环可以自保持，而发电回路中氦的循环将由压缩机实现。该方法可以包括在布雷顿循环变为自保持的时候关闭该启动增压系统。一种用于确定布雷顿循环何时变为自保持的方法，是当启动增压系统两侧的压差降到低于预定压差以下时，通常，该预定压差为20kPa。启动增压系统可以包括，并联的至少一个增压器和启动增压系统轴阀，以及与增压器相串联的增压器隔离阀。在备用模式，发电回路这样构造，以使得启动增压器轴阀关闭，该增压器或每个增压器隔离阀开启，并且该增压器或每个增压器都运行。于是，增压器使氦在发电回路中循环。关闭启动增压系统可以包括启动增压系统轴阀的开启，增压器的停止运转以及增压器隔离阀的关闭。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种核电站，其包括闭合循环发电回路；以及启动增压系统，该系统包括常开轴阀；至少一个与轴阀并联连接的增压器；与该或各个增压器串联的常闭增压器隔离阀；以及与该或每个增压器并联的增压器旁路装置。闭合循环发电回路可以包括具有入口和出口的核反应堆，其上游侧连接到反应堆出口的透平装置，具有低压侧和高压侧并且其每侧都具有入口和出口的同流换热器，透平装置传动上与其连接的至少一个压缩机，以及至少一个热交换器，闭合循环发电回路被设置为利用布雷顿循环作为热力学转换循环，该核电站还包括透平装置传动上与其连接的发电机，以及以可断开的方式与该发电机相连接的可变电阻器组。发电回路可以包括高压压缩机和低压压缩机，透平装置，该透平装置包括与高压压缩机传动上相连接的高压透平，与低压压缩机传动上相连接的低压透平，以及与发电机传动上相连接的发电透平。发电回路可以包括连接在同流换热器低压侧出口和低压压缩机入口之间的预冷却器，以及连接在低压压缩机出口和高压压缩机入口之间的中间冷却器。启动增压系统可以设置于同流换热器低压侧和预冷却器之间。发电回路可以包括其中安装有低压再循环阀的低压压缩机循环管线，低压再循环管线从低压压缩机下游侧和中间冷却器入口之间的位置延伸到启动增压系统和预冷却器入口之间的位置。发电回路可以包括其中安装有高压压缩机再循环阀的高压压缩机再循环管线，该管线从高压压缩机下游侧和同流换热器高压侧入口之间的位置延伸到低压压缩机出口和中间冷却器入口之间的位置。发电回路可以包括其中安装有同流换热器旁路阀的同流换热器旁路管线，该同流换热器旁路管线从同流换热器高压侧入口的上游位置延伸到同流换热器高压侧出口的下游位置。发电回路还可以包括高压冷却剂阀和低压冷却剂阀，高压冷却剂阀被构造为在其开启时提供从高压压缩机高压侧到低压透平入口的氦的旁路，而低压冷却剂阀被构造为提供从高压压缩机高压侧到发电透平入口的氦的旁路。该反应堆可以是利用球形燃料元件的球床型。启动增压系统可以包括两个与启动增压器轴阀并联的增压器以及一个与各增压器相关联的增压器隔离阀。增压器旁路阀用于避免增压器的压力骤增。在备用模式下，同流换热器旁路阀运行以将反应堆入口温度保持在一个这样的水平，以使得启动增压系统的出口温度低于预定温度，通常，该预定温度为250℃。高压冷却剂阀和低压冷却剂阀运行以确保同流换热器的最高温度保持在预定温度之下，通常，该预定温度为600℃。高压压缩机再循环阀和低压压缩机再循环阀运行以调节发电透平所产生的电能。而且，反应堆出口温度被调节到750℃和900℃之间的温度。预冷却器和中间冷却器确保进入低压和高压压缩机的氦处于大约30℃的温度。在发电回路中氦的压力保持在20到50bar之间。本专利技术将在此参考所附简图、以示例的方式进行说明。该图示出了根据本专利技术的核电站的示意表示图。在附图中，参考标号10表示根据本专利技术的核电站的一部分。核电站10包括以参考标号12表示的闭合循环发电回路。发电回路12包括反应堆14，高压透平16，低压透平18，发电透平20，同流换热器22，预冷却器24，低压压缩机26，中间冷却器28以及高压压缩机30。反应堆14为使用球状燃料元件的球床型反应堆。反应堆14具有入口14.1，通过该入口氦形式的工作流体能够被引入反应堆14和出口14.2。高压透平16传动上连接到高压压缩机30，并具有上游侧或入口16.1以及下游侧或出口16.2，入口16.1连接到反应堆14的出口14.2。低压透平18传动上连接到低压压缩机26，并具有上游侧或入口18.1以及下游侧或出口18.2。入口18.1连接到高压透平16的出口16.2。发电透平20传动上连接到发电机32。发电透平20包括上游侧或入口20.1以及下游侧或出口20.2。发电透平20的入口20.1连接到低压透平18的出口18.本文档来自技高网...

【技术保护点】
在一种使用氦作为工作流体并具有闭合循环发电回路的核电站中，其中该发电回路利用布雷顿循环作为热力学转换循环，并包括具有入口和出口的核反应堆；透平装置，该透平装置的上游侧连接到反应堆出口；至少一个压缩机，透平装置传动地连接于其上；以及至少一个热交换器，提供了一种启动布雷顿循环的方法，该方法包括下列步骤：如果发电回路尚未处于备用模式，那么将其切换到备用模式，在该模式下，用启动增压系统氦环绕发电回路循环；以及增加发电回路所产生的电能，直到至少一个压缩机能够使氦环绕发电 回路循环而不需要启动增压系统的帮助。

【技术特征摘要】
ZA 2001-5-25 2001/43191.在一种使用氦作为工作流体并具有闭合循环发电回路的核电站中，其中该发电回路利用布雷顿循环作为热力学转换循环，并包括具有入口和出口的核反应堆；透平装置，该透平装置的上游侧连接到反应堆出口；至少一个压缩机，透平装置传动地连接于其上；以及至少一个热交换器，提供了一种启动布雷顿循环的方法，该方法包括下列步骤如果发电回路尚未处于备用模式，那么将其切换到备用模式，在该模式下，用启动增压系统氦环绕发电回路循环；以及增加发电回路所产生的电能，直到至少一个压缩机能够使氦环绕发电回路循环而不需要启动增压系统的帮助。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当核电站包括发电机并且透平装置包括传动上连接到发电机的发电透平时，该方法包括下列步骤施加负载给发电透平并调节发电透平的转速使其低于发电透平正常运转的转速；减少所施加的负载，以使发电透平的转速增加到发电透平的正常运转的转速；使发电机的输出与配电网同步；并在发电机的输出保持与电网同步的时，增加发电透平的电力输出。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于向发电透平施加负载是通过与发电机相连接的可变电阻器组而施加的。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所施加负载的减少是通过减少可变电阻器组的电阻而实现的。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于包括在发电机输出已与配电网同步并且发电回路已经稳定后，将可变电阻器组与发电机断开。6.根据权利要求2到4中任一项所述的方法，其特征在于减少所施加负载包括将负载从约1MW减少到约300kW。7.根据权利要求2到6中任一项所述的方法，其特征在于包括将发电透平的转速调节到正常运转转速的55％到65％之间的一个转速。8.根据权利要求2到7中任一项所述的方法，其特征在于包括当发电透平的正常运转转速为3000rpm时，调节发电透平转速到约1800rpm。9.根据权利要求2到8任一项所述的方法，其特征在于，发电回路包括低压压缩机和高压压缩机，而透平装置包括其分别传动上连接到低压压缩机和高压压缩机的低压透平和高压透平，而发电回路包括其中安装有低压再循环阀的低压再循环管线以及其中安装有高压再循环阀的高压再循环管线，低压和高压再循环管线分别从低压和高压压缩机的下游位置延伸到其上游位置，在上述情形下，该方法包括利用低压和高压再循环阀中的至少一个稳定发电回路。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，发电回路包括具有高压侧和低压侧的同流换热器，从同流换热器高压侧的上游位置向其下游位置延伸的同流换热器旁路管线，以及安装在同流换热器旁路管线中用于调节流经其中的氦流量的同流换热器旁路阀，在此情形下，由发电回路产生的电能的增加包括将再循环阀中的至少一个和旁路阀从开启位置移向关闭位置。11.根据权利要求2到10中任一项所述的方法，其特征在于，包括当布雷顿循环开始自保持时，关闭启动增压系统。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，当启动增压系统包括并联设置的至少一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔科雷亚，威廉阿德里安奥登达尔克里尔，
申请(专利权)人：球床模件反应堆专有有限公司，
类型：发明
国别省市：ZA[南非]