一种化石燃料锅炉-高温气冷堆联合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超临界化石燃料锅炉

【技术实现步骤摘要】
一种化石燃料锅炉
‑
高温气冷堆联合动力发电系统及方法


[0001]本专利技术属于热能动力发电
，具体涉及一种化石燃料锅炉
‑
高温气冷堆联合动力发电系统及方法。

技术介绍

[0002]化石燃料发电是传统的发电方式，是世界范围电力供应的最重要方式之一。但其主要不足在于燃烧产生的二氧化碳排放量大，是造成温室效应的主要原因之一。随着全球温室效应的日益加剧以及煤炭等化石燃料的日渐紧缺，如何进一步提高发电效率和减少CO2排放成为亟待解决的问题。不断提升化石燃料电厂工质的温度和压力，使其发电效率持续提高。超超临界发电技术是目前发电效率最高可达46.3％，但是，受限与高温材料技术的发展，进一步提高发电机组的温度和压力受到了限制，并且发电效率提升率趋缓。因此，依靠煤炭发电机组工质的温度和压力提升，来大幅度降低二氧化碳排放，潜力十分有限。
[0003]为了应对日益严峻的气候变化，核电是必然的选择之一。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。但由于公众对核辐射的担忧，以及其选址的特殊要求，使得核电大规模发展受到限制。高温气冷堆由于自身固有的非能动安全性，因其在解决核电安全方面具有显著的优势，解决了上述限制条件的制约。
[0004]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。
[0005]但与化石燃料发电机组相比，现有的高温气冷堆的有几个方面的不足：(1)蒸汽参数较低，发电效率较低；(2)高温气冷堆的蒸汽发生器，吸热量大，并且为了降低造价并降低制造难度，其换热管为异种钢管焊接而成，并且无法实现涡流无损检测；由于蒸汽发生器采用了特殊的盘管结构，导致其在整个寿命期间不便在线检修；(3)汽轮机采用高低缸型式，其效率较相同参数的高中低压缸型式汽轮机低。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种化石燃料锅炉
‑
高温气冷堆联合动力发电系统及方法，将化石燃料锅炉和高温气冷堆两种不同的热能动力联合，形成新的联合动力发电系统，并采用高中低三级汽轮机，提高了蒸汽的初参数，并提高汽轮机效率，提升了发电站的发电效率，降低二氧化碳的排放。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种化石燃料锅炉
‑
高温气冷堆联合动力发电系统，包括化石燃料锅炉、高温气冷堆、汽轮机、发电机以及辅机系统；化石燃料锅炉、高温气冷堆、汽轮机和辅机系统沿着介质流向依次连接；高压缸排汽口连接高温气冷堆；汽轮机连接发电机，化石燃料锅炉蒸汽出口为饱和蒸汽或过热蒸汽。
[0008]化石燃料锅炉为直流锅炉或汽包锅炉，包括依次连接的省煤器、水冷壁和蒸汽集箱或汽包；蒸汽集箱或汽包出口，连接高温气冷堆的蒸汽入口。
[0009]高温气冷堆包括依次连接的氦风机、高温核反应堆和第一换热器；第一换热器的热侧出口连接氦风机；第一换热器的冷侧入口连接化石燃料锅炉的蒸汽出口，第一换热器的冷侧出口连接汽轮机的高压缸，第一换热器的冷侧出口为过热蒸汽。
[0010]高温气冷堆中设置第二换热器；第二换热器的冷侧入口连接高压缸的排汽口，第二换热器的冷侧出口连接中压缸，第二换热器的冷侧出口为再热蒸汽。
[0011]第一换热器和第二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，管壳式换热器采用U形管或蛇形管，且管外为氦气通道，管内为蒸汽通道。
[0012]本专利技术所述化石燃料锅炉
‑
高温气冷堆联合动力发电系统运行方法，给水经化石燃料锅炉进行第一次加热后形成饱和蒸汽或过热蒸汽；饱和蒸汽或过热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，排放至辅机系统，经冷却后形成水汽循环，汽轮机带动所述的发电机发电。
[0013]给水在化石燃料锅炉内经省煤器、水冷壁加热，形成饱和蒸汽或过热蒸汽；之后进入蒸汽集箱或汽包，连接高温气冷堆的蒸汽入口继续加热。
[0014]来自化石燃料锅炉的饱和蒸汽或过热蒸汽在第一换热器内，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。
[0015]来自高压缸的排汽经第二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。
[0016]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：将化石燃料锅炉和高温气冷堆两种形式的发电类型联合，形成新的联合动力发电系统，并采用高中低三级汽轮机，有助于提高蒸汽的初参数，并提高汽轮机效率，提升了发电厂的发电效率，降低了温室气体排放；在高温气冷堆中对化石燃料锅炉第一次加热后的饱和蒸汽或过热蒸汽进一步加热，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，并且由于压力的提升，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，而且可采用蛇形换热管换热器来实现。
[0017]进一步的，第二换热器和第三换热器均采用两个或两个以上U形管或蛇形管壳式换热器并联，U形管和蛇形管式的换热器制造难度相对较小，可靠性高，并且可以在寿命周期内进行维护，最终提高核动力发电系统的压力和换热效率。
附图说明
[0018]图1是一种化石燃料锅炉
‑
高温气冷堆联合动力发电系统示意图。
[0019]图2是化石燃料锅炉示意图。
[0020]图3是高温气冷堆过热再热蒸汽示意图。
[0021]图4是汽轮机示意图。
[0022]图中：1
‑
化石燃料锅炉、2
‑
高温气冷堆、3
‑
汽轮机、4
‑
发电机、5
‑
辅机系统、11
‑
省煤器、12
‑
水冷壁、13
‑
蒸汽集箱或汽包、21
‑
氦风机、22
‑
高温核反应堆、23
‑
第二换热器、24
‑
第三换热器、31
‑
高压缸、32
‑
中压缸、33
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化石燃料锅炉
‑
高温气冷堆联合动力发电系统，其特征在于，包括化石燃料锅炉(1)、高温气冷堆(2)、汽轮机(3)、发电机(4)以及辅机系统(5)；化石燃料锅炉(1)、高温气冷堆(2)、汽轮机(3)和辅机系统(5)沿着介质流向依次连接；高压缸(31)排汽口连接高温气冷堆(3)；汽轮机(4)连接发电机(5)，化石燃料锅炉(1)蒸汽出口为饱和蒸汽或过热蒸汽。2.根据权利要求1所述的一种化石燃料锅炉
‑
高温气冷堆联合动力发电系统，其特征在于，化石燃料锅炉(1)为直流锅炉，包括依次连接的省煤器(11)、水冷壁(12)和蒸汽集箱(13)；蒸汽集箱(13)出口，连接高温气冷堆(2)的蒸汽入口。3.根据权利要求1所述的一种化石燃料锅炉
‑
高温气冷堆联合动力发电系统，其特征在于，高温气冷堆(2)包括依次连接的氦风机(21)、高温核反应堆(22)和第一换热器(23)；第一换热器(23)的热侧出口连接氦风机(21)；第一换热器(23)的冷侧入口连接化石燃料锅炉(1)的蒸汽出口，第一换热器(23)的冷侧出口连接汽轮机(3)的高压缸(31)，第一换热器(23)的冷侧出口为过热蒸汽。4.根据权利要求3所述的一种化石燃料锅炉
‑
高温气冷堆联合动力发电系统，其特征在于，高温气冷堆(2)中设置第二换热器(24)；第二换热器(24)的冷侧入口连接高压缸(31)的排汽口，第二换热器(23)的冷侧出口连接中压缸(22)，第二换热器(24)的冷侧出口为再热蒸汽。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫爱军，文军，韩建成，王智涛，吴景兴，郑建涛，王庆武，李志容，乔越，周陈龙，张雨薇，
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：