一种压水堆-高温气冷堆联合核动力发电系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种压水堆

【技术实现步骤摘要】
一种压水堆
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高温气冷堆联合核动力发电系统及方法


[0001]本专利技术属于核动力发电
，具体涉及一种压水堆
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高温气冷堆联合核动力发电系统及方法。

技术介绍

[0002]核电是应对气候变化的必然选择之一，目前投入商用的核电机组，有压水堆、沸水堆、压管式重水堆、气冷堆、石墨水冷堆、高温气冷堆等类型。其中，压水堆占有较大优势，是核电机组的首选堆型；高温气冷堆由于自身固有的非能动安全性，在解决核电安全方面具有显著的优势。
[0003]压水堆核电厂主要由压水反应堆、反应堆冷却剂系统(一回路)、蒸汽和动力转换系统(二回路)、循环水系统、发电机和输配电系统以及辅助系统组成。通常将一回路及核岛铺助系统、专设安全设施和反应堆厂房称为核岛；二回路及其辅助系统和汽轮机厂房与常规火电厂系统和设备相似，称为常规岛。电厂其他部分，统称配套设施。反应堆冷却剂系统将堆芯裂变放出的热能带出反应堆并传递给二回路系统以产生蒸汽。通常把反应堆、一回路冷却剂系统及其应辅助系统合称为核供汽系统。现代商用压水堆核电厂一回路冷却剂系统一般有2
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4条并联在反应堆压力容器上的封闭环路。每一条环路由1台蒸汽发生器、l台或2台反应堆冷却剂泵及相应的管道组成。一回路内的高温高压含硼水，由反应堆冷却剂泵输送，流经反应堆堆芯，吸收了堆芯核裂变释放的热能，再流进蒸汽发生器，通过管壁向二次侧传热，将二次侧的给水加热至蒸汽，然后再被反应堆冷却剂泵送入反应堆。如此循环往复，构成封闭回路。整个一回路系统设有一台稳压器，一路系统的压力靠稳压器的电加热和喷雾器自动调节，保持稳定。二回路系统由汽轮机发电机组、凝汽器、凝结水泵、给水加热器、除氧器、给水泵、蒸汽发生器、汽水分离再热器等设备组成。二回路系统的主要功用是将蒸汽发生器产生的饱和蒸汽输送到汽轮机组做功。所采用的汽轮机的基本型式为半速、单轴、四缸(一只高压缸和三只低压缸)、六排汽、凝汽式，配有两台汽水分离和两级再热装置。使热能转变为机械能，汽轮机带动发电机，使机械能转变为电能。做功后的乏汽在凝汽器内冷凝成水，凝结水由凝结水泵输送，经低压加热器进入除氧器。再经给水泵送入高压加热器加热后重新返回蒸汽发生器，如此形成热力循环。为了保证二回路系统的正常运行，二回路系统也设有一系列辅助系统。
[0004]相对而言，压水堆核电厂现有技术的不足在于：(1)循环热效率低；(2)汽轮机理想焓降小；(3)蒸汽容积流量比同功率的高参数汽轮机约大60％
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100％；(4)汽轮机大多数级处于湿蒸汽区。
[0005]典型的高温气冷堆蒸汽发电系统包含若干个核蒸汽供应系统模块，每个核蒸汽供应系统模块由一个反应堆和蒸汽发生器构成，通过蒸汽发生器产生蒸汽来驱动汽轮发电机组发电，各模块间采用“肩并肩”布置，并各自包含在一个通风型安全壳内。循环回路流程为：一回路(主回路)中，氦气经反应堆堆芯将反应释放的热量带出，而后进入蒸汽发生器中，将热量传递给蒸汽发生器二次侧的水，传递热量后氦气温度降低，经主回路的风机升压
后送回堆芯，完成循环；二回路中，所采用的汽轮机为全速、单轴、三缸(1个单流高压缸和两个低压缸)、凝汽式；蒸汽发生器二次侧的水吸收一次侧氦气的热量，产生过热蒸汽，推动汽轮发电机发电，推动汽轮机做功后，蒸汽经冷凝、加热后，回到蒸汽发生器，完成循环。
[0006]高温气冷堆的不足之处在于；(1)蒸汽发生器换热管为异种钢管焊接而成，传热管无法实现涡流无损检测；(2)由于蒸汽发生器特殊的盘管结构，导致其在整个寿命期间不便在线检修。(3)汽轮机效率比高中低压缸型式汽轮机低。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种压水堆
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高温气冷堆联合核动力发电系统，将压水堆和高温气冷堆两种堆型联合，形成新的核动力发电系统，并采用高中低三级汽轮机，提高了蒸汽的初参数和汽轮机效率，提升了核电站的热经济性，提高了核燃料的利用效率。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是一种压水堆
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高温气冷堆联合核动力发电系统，包括给水泵、压水堆、高温气冷堆、汽轮机、发电机、凝汽器以及辅机系统；汽轮机为全速汽轮机，包括高压缸、中压缸和低压缸；给水泵、压水堆、高温气冷堆和汽轮机沿着介质流向依次连接；高压缸排汽口连接高温气冷堆，汽轮机的低压缸排汽口依次连接凝汽器和辅机系统；汽轮机连接发电机。
[0009]压水堆包括依次连接的冷却剂泵、压水核反应堆和第一换热器；第一换热器的热侧出口连接冷却剂泵；第一换热器的冷侧入口连接给水泵，第一换热器的冷侧出口连接高温气冷堆的蒸汽入口，第一换热器的冷侧出口为饱和蒸汽。
[0010]第一换热器为两个或两个以上并联的管壳式换热器，管壳式换热器中采用U形管或蛇形管。
[0011]高温气冷堆包括依次连接的氦风机、高温核反应堆和第二换热器；第二换热器的热侧出口连接氦风机；第二换热器的冷侧入口连接压水堆的蒸汽出口，第二换热器的冷侧出口连接高压缸，第二换热器的冷侧出口为过热蒸汽。
[0012]高温气冷堆中设置第三换热器；第三换热器的冷侧入口连接高压缸的排汽口，第三换热器的冷侧出口连接中压缸，第三换热器的冷侧出口为再热蒸汽。
[0013]第二换热器和第三换热器为两个或两个以上管壳式换热器，所述管壳式换热器并联或串联，管壳式换热器中采用U形管或蛇形管；且壳程为氦气通道，管程为蒸汽通道。
[0014]本专利技术所述压水堆
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高温气冷堆联合核动力发电系统的运行方法，给水经给水泵加压进入压水堆进行第一次加热后形成饱和蒸汽；饱和蒸汽进入高温气冷堆，经第二次加热后形成过热蒸汽，过热蒸汽进入所述的汽轮机高压缸做功；高压缸排汽再次进入高温气冷堆，经第三次加热后形成再热蒸汽，再热蒸汽进入所述的汽轮机中压缸和低压缸做功后，排放至凝汽器，经冷却后形成凝结水；凝结水经辅机系统加热和加压形成水汽循环，汽轮机带动所述的发电机发电。
[0015]给水在第一换热器内经来自压水堆一回路的工质，将二回路的给水加热，形成饱和蒸汽；之后进入高温气冷堆继续加热。
[0016]来自第一换热器的饱和蒸汽在第二换热器内，经自高温气冷堆一回路的高温氦气第二次加热，形成过热蒸汽。
[0017]来自高压缸的排汽经第三换热器加热后形成再热蒸汽，进入汽轮机中压缸和低压缸做功。
[0018]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：将压水堆和高温气冷堆两种堆型联合，形成新的核动力发电系统，并采用高中低三级汽轮机，有助于提高蒸汽的初参数和汽轮机效率，提升核电站的热经济性，提高核燃料的利用效率；在高温气冷堆中对第一次加热后的饱和蒸汽加热，相比原有高温气冷堆核电厂加热给水，有助于降低其换热器的热负荷，所需的换热面积大大降低，无需采用两段式异种钢焊接的换热管，而采用一种高温合金钢管即可，使得换热器管的可靠性大大增加；不仅消除了异种钢管焊接的固有隐患，而且可以采用U形换热管换热器来实现。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压水堆
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高温气冷堆联合核动力发电系统，其特征在于，包括给水泵(1)、压水堆(2)、高温气冷堆(3)、汽轮机(4)、发电机(5)、凝汽器(6)以及辅机系统(7)；汽轮机(4)为全速汽轮机，包括高压缸(41)、中压缸(42)和低压缸(43)；给水泵(1)、压水堆(2)、高温气冷堆(3)和汽轮机(4)沿着介质流向依次连接；高压缸(41)排汽口连接高温气冷堆(3)，汽轮机(4)的低压缸(43)排汽口依次连接凝汽器(6)和辅机系统(7)；汽轮机(4)连接发电机(5)。2.根据权利要求1所述的一种压水堆
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高温气冷堆联合核动力发电系统，其特征在于，压水堆(2)包括依次连接的冷却剂泵(21)、压水核反应堆(22)和第一换热器(23)；第一换热器(23)的热侧出口连接冷却剂泵(21)；第一换热器(23)的冷侧入口连接给水泵(1)，第一换热器(23)的冷侧出口连接高温气冷堆(3)的蒸汽入口，第一换热器(23)的冷侧出口为饱和蒸汽。3.根据权利要求2所述的一种压水堆
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高温气冷堆联合核动力发电系统，其特征在于，第一换热器(23)为两个或两个以上并联的管壳式换热器，管壳式换热器中采用U形管或蛇形管。4.根据权利要求1所述的一种压水堆
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高温气冷堆联合核动力发电系统，其特征在于，高温气冷堆(3)包括依次连接的氦风机(31)、高温核反应堆(32)和第二换热器(33)；第二换热器(33)的热侧出口连接氦风机(31)；第二换热器(33)的冷侧入口连接压水堆(2)的蒸汽出口，第二换热器(33)的冷侧出口连接高压缸(41)，第二换热器(33)的冷侧出口为过热蒸汽。5.根据权利要求4所述的一种压水堆
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高温气冷堆联...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫爱军，韩建成，文军，王智涛，吴景兴，郑建涛，王庆武，李志容，乔越，范志东，姜敏，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：