【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于核能工程设计建造领域，具体涉及一种百万千瓦高温气冷堆核电站。
技术介绍
1、现有已有的高温气冷堆方案包括20万千瓦高温气冷示范堆(htr-pm)，和以商业应用为目标的60万千瓦高温气冷堆(简称“60万高温气冷堆”，htr-pm600)，htr-pm600在htr-pm基础上进行了迭代，采用了经htr-pm验证的、成熟的技术，采用了6个核蒸汽供应系统(nsss)模块组合成60万千瓦级核电机组的方案，是htr-pm的翻版改进型。
2、但为了达到更高的经济性目标，通常规模经济效益是一个自然的选择和探索方向，形成更大容量的核电站，可以减少项目的间接费用，因此，研究百万千瓦的高温气冷堆核电站方案的技术方案，评价其技术经济特性非常重要。
3、现有的高温气冷堆一次侧工质为750℃的氦气，氦气的纯净性至关重要，高温堆运行过程中会有少量杂质持续进入到一回路氦气中，包括氚、一氧化碳、水、二氧化碳、氮气、氧气、甲烷、氚、kr、xe等杂质气体，氦气净化系统就是净化氦气、控制一回路中杂质含量的关键系统。现有的氦气净化系统，由多个吸附净化器和换热器组成，单个净化器只能处理几种特定的杂质，净化流程较长，且部分净化器需要在较低温度下运行才能发挥净化效果，因此会导致氦气温度大幅下降，热损失严重。基于该背景，本专利技术提供了一种氦气净化流程及氦气路热交换流程，在减少氦净化系统热损失的同时，在单个吸附器内完成多种杂质气体的集并吸附净化，提升氦净化列净化效率。
4、此外，在高温气冷堆厂房一回路大破口的超设计基准事故工况
5、高温气冷堆具有固有安全性高、蒸汽参数高、可高温热解制氢等优势，可为多产业提供工业蒸汽、氢、电力的能源一体化解决方案。高温气冷堆一次侧工质为750℃的氦气，经过蒸发器换热后可产生超临界、超超临界参数的蒸汽用于发电，大幅提高了发电效率。但现有的蒸发器设计难以满足超高温超高压环境下的换热要求，若继续采用现有蒸发器设计，为了安全运行则需要提高管壁厚度，增大设备尺寸，导致造价成倍上升，严重影响核电站的经济性。基于该应用背景，孔道式蒸发器一二次侧工质在孔道内流动并进行换热，可以在超高温超高压的工作环境下安全可靠运行，同时有着优秀的换热性能。同时该孔道式蒸发器结构简单，也可以保证一次侧放射性物质不外溢。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种百万千瓦高温气冷堆核电站，提升已有高温气冷堆核电站的发电效率，同时降低建造成本、缩短核电站的建造周期。
2、实现本专利技术目的的技术方案：
3、一种百万千瓦高温气冷堆核电站，该核电站包括一体化集并吸附氦净化系统，该系统包括一体化集并吸附氦净化设备、高温氦热交换器、已净化氦气管路、待净化氦气管路；反应堆一回路、高温氦热交换器、一体化集并吸附氦净化设备的进口依次通过待净化氦气管路进行连接，一体化集并吸附氦净化设备的出口、高温氦热交换器、反应堆一回路之间通过已净化氦气管路依次连接。
4、所述的反应堆一回路的氦气经由待净化氦气管路流出系统，经过高温氦热交换器与已净化的氦气进行热交换，以从250℃降温至200℃左右，而后进入一体化集并吸附氦净化设备，在200℃左右的条件下进行氢气、一氧化碳、水、二氧化碳、氮气、氧气、甲烷、氚、kr、xe杂质气体的集并吸附脱除，已净化的氦气经由高温氦热交换器与待净化氦气进行热交换，以升温至接近250℃，最终重新回到反应堆一回路中参与循环。
5、所述的核电站包括制氮控氧设备，制氮控氧设备包括空压机、空气湿罐、冷干机、空气干罐、psa制氮机及氮气储气罐；空压机、空气湿罐、冷干机、空气干罐、psa制氮机、氮气储气罐依次连接，psa制氮机里包含两座吸附塔，空气湿罐和冷干机之间设有过滤器a，冷干机和空气干罐之间设有过滤器b。
6、所述的制氮控氧设备中空气被空压机压缩后进入空气湿罐，从空气湿罐流出后顺次经过滤器a、冷干机、过滤器b后，进入psa制氮机，psa制氮机中包含两座吸附塔，两塔交替工作，实现持续产出氮气。
7、所述的psa制氮机通过吸附将干燥干净的空气制成99.9％氮气分为三路送入氮气储气罐，以备后续通入一回路安全壳内，维持一回路气体成分稳定。
8、所述的该核电站采用一种换热系统，该系统包括一次侧循环泵、一次侧入口流量计、一次侧入口气体联箱、换热器a、一次侧出口气体联箱、二次侧循环泵、二次侧入口流量计、二次侧入口气体联箱、二次侧出口气体联箱和换热器b；
9、一次侧循环泵、一次侧入口流量计、一次侧入口气体联箱和换热器a的一次侧入口依次连接，换热器a的一次侧出口和换热器b的一次侧入口连接，换热器b的一次侧出口和一次侧出口气体联箱连接；
10、二次侧循环泵、二次侧入口流量计、二次侧入口气体联箱和换热器b的二次侧入口依次连接，换热器b的二次侧出口和换热器a的二次侧入口连接，换热器a的二次侧出口和二次侧出口气体联箱连接。
11、所述的换热器a和换热器b整体呈圆柱体，流道沿圆柱体高度方向，流体呈直流逆流形式流动，即一次侧入口在换热器a顶端，出口在换热器a底端；二次侧入口在换热器b底端，出口在换热器b顶端。所述的换热器a和换热器b均覆盖有绝热层，筒体外侧有承压外筒。
12、所述的该核电站选用了一种常规岛设备，常规岛主要包括汽轮机、发电机、凝汽器、契税分离再热器、高压加热器、低压加热器、除氧器、冷却塔等；对应6堆、10堆汽轮机分别有对应结构的高中低压模块和末级叶片，对于10堆的汽轮机还有全速和半速两种不同机型的设置，不同堆型也有不一样的冷却塔选型；超临界主汽压力升高后，汽轮机中压缸排汽湿度增大，为了保护低压缸，减少对低压缸的叶片刷蚀，在中压缸和低压缸之间设置汽水分离再热器，提高低压缸的进汽温度，使发电效率提升至46.21％。
13、本专利技术的有益技术效果在于：
14、(1)本专利技术采用了氦气净化流程及氦气路热交换流程，由传统低氦气处理量优化为高氦气处理量；由传统多次换热降温以满足氢气、一氧化碳、水、二氧化碳、氮气、氧气、甲烷、氚、kr、xe等杂质气体的分步骤吸附脱除替换为高温(200℃左右)条件下多种杂质气体同步吸附脱除，此外还能显著降低一回路中氚含量和减少氦净化列热量损失；
15、(2)本专利技术设计的孔道蒸汽发生器/换热器可以在超高压的工作环境下安全可靠运行，同时有着优秀的换热性能；
16、(3)本专利技术通过使用常规岛设备，实现百万千瓦高温气冷堆二次循环超临界发电效率46.2％，同时直流循环条件下，发电效率达46.49％，优于压水堆约38％的发电效本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种百万千瓦高温气冷堆核电站，其特征在于：该核电站包括一体化集并吸附氦净化系统，该系统包括一体化集并吸附氦净化设备(3)、高温氦热交换器(4)、已净化氦气管路(5)、待净化氦气管路(6)；反应堆一回路(2)、高温氦热交换器(4)、一体化集并吸附氦净化设备(3)的进口依次通过待净化氦气管路(6)进行连接，一体化集并吸附氦净化设备(3)的出口、高温氦热交换器(4)、反应堆一回路(2)之间通过已净化氦气管路(5)依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种百万千瓦高温气冷堆核电站，其特征在于：所述的反应堆一回路(2)的氦气经由待净化氦气管路(6)流出系统，经过高温氦热交换器(4)与已净化的氦气进行热交换，以从250℃降温至200℃左右，而后进入一体化集并吸附氦净化设备(3)，在200℃左右的条件下进行氢气、一氧化碳、水、二氧化碳、氮气、氧气、甲烷、氚、Kr、Xe杂质气体的集并吸附脱除，已净化的氦气经由高温氦热交换器(4)与待净化氦气进行热交换，以升温至接近250℃，最终重新回到反应堆一回路(2)中参与循环。
3.根据权利要求1所述的一种百万千瓦高温气冷堆核电站，
4.根据权利要求3所述的一种百万千瓦高温气冷堆核电站，其特征在于：所述的制氮控氧设备中空气被空压机(7)压缩后进入空气湿罐(8)，从空气湿罐(8)流出后顺次经过滤器A(14)、冷干机(9)、过滤器B(26)后，进入PSA制氮机(11)，PSA制氮机(11)中包含两座吸附塔(13)，两塔交替工作，实现持续产出氮气。
5.根据权利要求4所述的一种百万千瓦高温气冷堆核电站，其特征在于：所述的PSA制氮机(11)通过吸附将干燥干净的空气制成99.9％氮气分为三路送入氮气储气罐(12)，以备后续通入一回路安全壳内，维持一回路气体成分稳定。
6.根据权利要求1所述的一种百万千瓦高温气冷堆核电站，其特征在于：所述的该核电站采用一种换热系统，该系统包括一次侧循环泵(15)、一次侧入口流量计(16)、一次侧入口气体联箱(17)、换热器A(18)、一次侧出口气体联箱(20)、二次侧循环泵(21)、二次侧入口流量计(22)、二次侧入口气体联箱(23)、二次侧出口气体联箱(24)和换热器B(25)；
7.根据权利要求6所述的一种百万千瓦高温气冷堆核电站，其特征在于：所述的换热器A(18)和换热器B(25)整体呈圆柱体，流道沿圆柱体高度方向，流体呈直流逆流形式流动，即一次侧入口在换热器A(18)顶端，出口在换热器A(18)底端；二次侧入口在换热器B(25)底端，出口在换热器B(25)顶端。
8.根据权利要求7所述的一种百万千瓦高温气冷堆核电站，其特征在于：所述的换热器A(18)和换热器B(25)均覆盖有绝热层，筒体外侧有承压外筒(19)。
9.根据权利要求1所述的一种百万千瓦高温气冷堆核电站，其特征在于：所述的该核电站选用了新型的常规岛设备，常规岛主要包括汽轮机、发电机、凝汽器、契税分离再热器、高压加热器、低压加热器、除氧器、冷却塔等；对应6堆、10堆汽轮机分别有对应结构的高中低压模块和末级叶片，对于10堆的汽轮机还有全速和半速两种不同机型的设置，不同堆型也有不一样的冷却塔选型；超临界主汽压力升高后，汽轮机中压缸排汽湿度增大，为了保护低压缸，减少对低压缸的叶片刷蚀，在中压缸和低压缸之间设置汽水分离再热器，提高低压缸的进汽温度，使发电效率提升至46.21％。
...【技术特征摘要】
1.一种百万千瓦高温气冷堆核电站，其特征在于：该核电站包括一体化集并吸附氦净化系统，该系统包括一体化集并吸附氦净化设备(3)、高温氦热交换器(4)、已净化氦气管路(5)、待净化氦气管路(6)；反应堆一回路(2)、高温氦热交换器(4)、一体化集并吸附氦净化设备(3)的进口依次通过待净化氦气管路(6)进行连接，一体化集并吸附氦净化设备(3)的出口、高温氦热交换器(4)、反应堆一回路(2)之间通过已净化氦气管路(5)依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种百万千瓦高温气冷堆核电站，其特征在于：所述的反应堆一回路(2)的氦气经由待净化氦气管路(6)流出系统，经过高温氦热交换器(4)与已净化的氦气进行热交换，以从250℃降温至200℃左右，而后进入一体化集并吸附氦净化设备(3)，在200℃左右的条件下进行氢气、一氧化碳、水、二氧化碳、氮气、氧气、甲烷、氚、kr、xe杂质气体的集并吸附脱除，已净化的氦气经由高温氦热交换器(4)与待净化氦气进行热交换，以升温至接近250℃，最终重新回到反应堆一回路(2)中参与循环。
3.根据权利要求1所述的一种百万千瓦高温气冷堆核电站，其特征在于：所述的核电站包括制氮控氧设备，制氮控氧设备包括空压机(7)、空气湿罐(8)、冷干机(9)、空气干罐(10)、psa制氮机(11)及氮气储气罐(12)；空压机(7)、空气湿罐(8)、冷干机(9)、空气干罐(10)、psa制氮机(11)、氮气储气罐(12)依次连接，psa制氮机(11)里包含两座吸附塔(13)，空气湿罐(8)和冷干机(9)之间设有过滤器a(14)，冷干机(9)和空气干罐(10)之间设有过滤器b(26)。
4.根据权利要求3所述的一种百万千瓦高温气冷堆核电站，其特征在于：所述的制氮控氧设备中空气被空压机(7)压缩后进入空气湿罐(8)，从空气湿罐(8)流出后顺次经过滤器a(14)、冷干机(9)、过滤器b(26)后，进入psa制氮机(11)，psa...
【专利技术属性】
技术研发人员：石琦，陈景，高旭，郭震，吴晓永，刘明宇，聂德熙，
申请(专利权)人：中核能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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