CN102162397A

CN102162397A - 压水堆核动力燃汽轮机循环发电系统

Info

Publication number: CN102162397A
Application number: CN2011100068744A
Authority: CN
Inventors: 黄德中
Original assignee: University of Shaoxing
Current assignee: University of Shaoxing
Priority date: 2011-01-13
Filing date: 2011-01-13
Publication date: 2011-08-24

Abstract

本发明公开了一种压水堆核动力燃汽轮机循环发电系统，包括压水堆核反应系统，发电机，以及控制装置，还包括蒸汽发生器,用于驱动所述发电机的三级燃气轮机,三级压缩机，三级换热器，二级中冷器，低温换热器，和冷却塔，上述装置和系统通过管路，构成第一回路系统、由水做传热工质的第二回路系统、由氦气做传热工质并用于驱动三级燃气轮机的第三回路系统、以及三条冷却回路系统。本发明压水堆核动力燃汽轮机循环发电系统，体积小，可靠性好，发电效率高，没有CO₂温室气体产生,不污染空气,是一种无碳发电技术。

Description

压水堆核动力燃汽轮机循环发电系统

技术领域

本发明涉及发电系统，尤其是一种压水堆核动力燃汽轮机循环发电系统。

背景技术

目前的燃气轮机，基本上是以燃油为能量来源，体积大，功率有限，可靠性不高。而且浪费不可再生的能源，污染空气。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种压水堆核动力燃汽轮机循环发电系统，体积小，可靠性好，发电效率高，没有CO₂温室气体产生,不污染空气。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明一种压水堆核动力燃汽轮机循环发电系统，包括压水堆核反应系统，发电机，以及控制装置，还包括蒸汽发生器, 用于驱动所述发电机的三级燃气轮机, 三级压缩机，三级换热器，二级中冷器，低温换热器，和冷却塔，

所述压水堆核反应系统的高压加热水箱的出水口通过带有稳压器的管道与所述蒸汽发生器下部的U型管入口连通，所述U型管的出口通过带有主泵的管道与所述高压加热水箱的回水口连通，构成第一回路系统；

所述蒸汽发生器的热蒸汽出口通过管路分别与所述三级换热器的第一入口连通，三级换热器的第一出口分别通过管路与所述蒸汽发生器的回水口连通，构成由水做传热工质的第二回路系统；

所述三级压缩机中的第三级压缩机出口通过管路与回热器的第二入口连通，回热器的第二出口与所述三级换热器中的第一级换热器的第二入口连通，第一级换热器的第二出口与所述三级燃气轮机中的第一级燃气轮机的入口连通，第一级燃气轮机的出口第二级换热器的第二入口连通，第二级换热器的第二出口与第二级燃气轮机的入口连通，第二级燃气轮机的出口第三级换热器的第二入口连通，第三级换热器的第二出口与回热器的第一入口连通，回热器的第一出口与低温换热器的第二入口连通，低温换热器的第二出口与所述第一级压缩机的入口连通，第一级压缩机的出口与所述二级中冷器中的第一级中冷器的第一入口连通，第一级中冷器的第一出口与第二级压缩机的入口连通，第二级压缩机的出口与第二级中冷器的第一入口连通，第二级中冷器的第一出口与第三级压缩机的入口连通，构成由氦气做传热工质、并用于驱动三级燃气轮机的第三回路系统；

所述冷却塔的第一、第二、第三出口分别与低温换热器的第一入口、第一级中冷器的第二入口、第二级中冷器的第二入口连通，冷却塔的第一、第二、第三入口分别与低温换热器的第一出口、第一级中冷器的第二出口、第二级中冷器的第二出口连通，分别构成三条冷却回路系统。

所述的三级压缩机均为轴流式压缩机。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

本发明压水堆核动力燃汽轮机循环发电系统，由压水堆核反应系统，吸热与热能传递系统（由所述蒸汽发生器、三级燃气轮机、三级压缩机、三级换热器、二级中冷器、低温换热器、以及冷却塔构成），发电系统三部分组成，压水堆核反应系统将核能转化为工作流体的高温热能，吸热与热能传递系统将蒸汽热量变为高温高压氦气，推动燃气轮机发电。整个系统体积小，可靠性好，发电效率高，没有CO₂温室气体产生,不污染空气,是一种无碳发电技术。

附图说明

图1是本发明压水堆核动力燃汽轮机循环发电系统的结构示意图。

图2是本发明实施例工作于恒温热源T₁和T₀间的不可逆闭式中冷回热再热三级燃气轮机循环模型示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种压水堆核动力燃汽轮机循环发电系统，包括压水堆核反应系统S，发电机D，以及控制装置，还包括蒸汽发生器V, 用于驱动所述发电机D的三级燃气轮机（第一级燃气轮机TU1、第二级燃气轮机TU2和第三级燃气轮机TU3）, 三级轴流式压缩机（第一级轴流式压缩机C1、第二级轴流式压缩机C2和第三级轴流式压缩机C3），三级换热器（第一级换热器R5、第二级换热器R6和第三级换热器R7），二级中冷器（第一级中冷器R1和第二级中冷器R2），低温换热器R3，和冷却塔C；

所述压水堆核反应系统S的高压加热水箱的出水口通过带有稳压器P的管道与所述蒸汽发生器V下部的U型管入口连通，所述U型管的出口通过带有主泵P1的管道与所述高压加热水箱的回水口连通，构成第一回路系统。第一回路系统中，高压水吸收压水堆核反应系统S燃料元件的释热后，进入蒸汽发生器V下部的U型管内，将热量传给第二回路系统的水；

所述蒸汽发生器V的热蒸汽出口通过管路分别与所述三级换热器R5、R6和R7的第一入口连通，三级换热器（第一级换热器R5、第二级换热器R6和第三级换热器R7）的第一出口分别通过管路与所述蒸汽发生器V的回水口连通，构成由水做传热工质的第二回路系统。第二回路系统的水在蒸汽发生器V下部的U型管外部流过，吸收第一回路系统的热量后沸腾，产生的蒸汽从蒸汽发生器V上部的热蒸汽出口流出，将热量传给第三回路系统三级换热器（第一级换热器R5、第二级换热器R6和第三级换热器R7）中的氦气；

所述三级轴流式压缩机（第一级轴流式压缩机C1、第二级轴流式压缩机C2和第三级轴流式压缩机C3）中的第三级轴流式压缩机C3出口通过管路与回热器R4的第二入口连通，回热器R4的第二出口与所述三级换热器中的第一级换热器R5的第二入口连通，第一级换热器R5的第二出口与所述三级燃气轮机（第一级燃气轮机TU1、第二级燃气轮机TU2和第三级燃气轮机TU3）中的第一级燃气轮机TU1的入口连通，第一级燃气轮机TU1的出口第二级换热器R6的第二入口连通，第二级换热器R6的第二出口与第二级燃气轮机TU2的入口连通，第二级燃气轮机TU2的出口第三级换热器R7的第二入口连通，第三级换热器R7的第二出口与回热器R4的第一入口连通，回热器R4的第一出口与低温换热器R3的第二入口连通，低温换热器R3的第二出口与所述第一级轴流式压缩机C1的入口连通，第一级轴流式压缩机C1的出口与所述二级中冷器R1、R2中的第一级中冷器R1的第一入口连通，第一级中冷器R1的第一出口与第二级轴流式压缩机C2的入口连通，第二级轴流式压缩机C2的出口与第二级中冷器R2的第一入口连通，第二级中冷器R2的第一出口与第三级轴流式压缩机C3的入口连通，构成由氦气做传热工质、并用于驱动三级燃气轮机（第一级燃气轮机TU1、第二级燃气轮机TU2和第三级燃气轮机TU3）的第三回路系统。第三回路系统中的氦气在所述三级换热器中吸收热量变为高温高压气体，在所述燃气轮机内膨胀作功，驱动所述燃气轮机，燃气轮机驱动所述发电机D发电；

所述冷却塔C的第一、第二、第三出口分别与低温换热器R3的第一入口、第一级中冷器R1的第二入口、第二级中冷器R2的第二入口连通，冷却塔C的第一、第二、第三入口分别与低温换热器R3的第一出口、第一级中冷器R1的第二出口、第二级中冷器R2的第二出口连通，分别构成三条冷却回路系统。

图2所示为工作于恒温热源T₁和T₀间的不可逆闭式中冷回热再热三级燃气轮机循环的温熵图。所述的回热再热中冷循环中，再热是指第一级涡轮机膨胀作功后气体再由第二级换热器加热，回热是指第二级涡轮机膨胀作功后气体与第二级压缩机出来的气体进行热交换，中冷是指第一级压缩机出来的气体由冷却水冷却后进入第二级压缩机。其中：T为温度，S为工质的热力学熵，为不可逆恒温源布雷顿循环l—2—3—4—5—6 —7—8—9—10—11—12—13—14—l。l-2为气体在低压压气机中的不可逆绝热压缩过程 (压比为

，也称中冷压比);2-3为气体在中冷器中的冷却过程；3--4为气体在中压压气机中的不可逆绝热压缩过程 (压比为

，压比相同)；5-6为气体在高压压气机中的不可逆绝热压缩过程 (压比为，

为总压比)6-7为气体在回热器中的预热过程；7-8为工质从第一级换热器R5吸热过程；8-9为工质在第一级涡轮中的不可逆绝热膨胀过程；9—10为工质从第二级换热器R6吸热过程,10-11为工质在第二级涡轮中的不可逆绝热膨胀过程；11-12为工质从第三级换热器R7吸热过程,12-13为工质在第三级涡轮中的不可逆绝热膨胀过程；13—14为排气在回热器中的放热过程；14一l为排气向低温热源的放热过程。1--2 s 、3—4 s 和6—7 s为 l 一2、3 —4和 6 —7相应的可逆绝热压缩和膨胀过程。压气机内损失用内效率

(设高压压气机和低压压气机的效率相同)，涡轮机的内损失用内效率

来表示，即有：

设工质为定比热的理想气体，其热容率为C_wf ；工质与高低温热源间的换热器R5的热导率U_H2，换热器R6、R7热导率U_H1、回热器R3热导率U_L1，换热器均为逆流式，热导率为传热系数与传热面积之积。由工质性质、热源与工质间的传热和换热器理论可知吸、放热率、回热热流率和中冷换热热流率分别为：

其中

-

、

、

、

、、

、

，分别代表图2中各工况点温度；

式中，E_H、E_L、E₁分别为高低温侧换热器R5、R6、R7、回热器R3和中冷器R4的有效度，

E_H=l-exp(-NN)，E_L=l-exp(-NL)，

E_R=NR／(NR+1)，E₁=l-exp(-N1)

其中，N_i(i=H，L，R，I)为传热单元数，Ni=Ui／CWf。循环输出功率和效率为：

P=Q₁+Q₂+Q₃-Q₄-Q₆-Q₇，

=P／(Q₁+Q₂+Q₃)。

Claims

1.一种压水堆核动力燃汽轮机循环发电系统，包括压水堆核反应系统（S），发电机（D），以及控制装置，其特征在于：还包括蒸汽发生器（V）, 用于驱动所述发电机（D）的三级燃气轮机（TU1、TU2和TU3）, 三级压缩机（C1、C2和C3），三级换热器（R5、R6和R7），二级中冷器（R1和R2），低温换热器（R3），和冷却塔（C），

所述压水堆核反应系统（S）的高压加热水箱的出水口通过带有稳压器（P）的管道与所述蒸汽发生器（V）下部的U型管入口连通，所述U型管的出口通过带有主泵（P1）的管道与所述高压加热水箱的回水口连通，构成第一回路系统；

所述蒸汽发生器（V）的热蒸汽出口通过管路分别与所述三级换热器（R5、R6和R7）的第一入口连通，三级换热器（R5、R6和R7）的第一出口分别通过管路与所述蒸汽发生器（V）的回水口连通，构成由水做传热工质的第二回路系统；

所述三级压缩机（C1、C2和C3）中的第三级压缩机（C3）出口通过管路与回热器（R4）的第二入口连通，回热器（R4）的第二出口与所述三级换热器（R5、R6和R7）中的第一级换热器（R5）的第二入口连通，第一级换热器（R5）的第二出口与所述三级燃气轮机（TU1、TU2和TU3）中的第一级燃气轮机（TU1）的入口连通，第一级燃气轮机（TU1）的出口第二级换热器（R6）的第二入口连通，第二级换热器（R6）的第二出口与第二级燃气轮机（TU2）的入口连通，第二级燃气轮机（TU2）的出口第三级换热器（R7）的第二入口连通，第三级换热器（R7）的第二出口与回热器（R4）的第一入口连通，回热器（R4）的第一出口与低温换热器（R3）的第二入口连通，低温换热器（R3）的第二出口与所述第一级压缩机（C1）的入口连通，第一级压缩机（C1）的出口与所述二级中冷器（R1、R2）中的第一级中冷器（R1）的第一入口连通，第一级中冷器（R1）的第一出口与第二级压缩机（C2）的入口连通，第二级压缩机（C2）的出口与第二级中冷器（R2）的第一入口连通，第二级中冷器（R2）的第一出口与第三级压缩机（C3）的入口连通，构成由氦气做传热工质、并用于驱动三级燃气轮机（TU1、TU2和TU3）的第三回路系统；

所述冷却塔（C）的第一、第二、第三出口分别与低温换热器（R3）的第一入口、第一级中冷器（R1）的第二入口、第二级中冷器（R2）的第二入口连通，冷却塔（C）的第一、第二、第三入口分别与低温换热器（R3）的第一出口、第一级中冷器（R1）的第二出口、第二级中冷器（R2）的第二出口连通，分别构成三条冷却回路系统。

2.根据权利要求1所述的压水堆核动力燃汽轮机循环发电系统，其特征在于：所述的三级压缩机（C1、C2和C3）均为轴流式压缩机。