CN102563590A

CN102563590A - 一种饱和蒸汽发生器

Info

Publication number: CN102563590A
Application number: CN2010106151079A
Authority: CN
Inventors: 张作义; 王大中; 张亚军; 贾海军; 孙艳飞; 陈明辉; 解衡
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2030-12-22
Also published as: CN102563590B

Abstract

本发明涉及饱和水蒸汽装置技术领域，具体公开了一种饱和蒸汽发生器。该饱和蒸汽发生器包括反应堆主回路压力壳以及串联连接的高效换热器和汽水分离器；高效换热器置于所述反应堆主回路压力壳的内部；汽水分离器置于所述反应堆主回路压力壳的外部。本发明提供的适用于紧凑型一体化核反应堆的饱和蒸汽发生器，该蒸汽发生器装置不仅能提供高干度的饱和水蒸汽，而且作业效率高、结构紧凑，特别适用于紧凑型小型核反应堆的应用及推广。

Description

一种饱和蒸汽发生器

技术领域

本发明涉及饱和水蒸汽装置技术领域，特别涉及一种适用于紧凑型一体化核反应堆的饱和蒸汽发生器装置。

背景技术

目前，核电工程中普遍应用的汽包式蒸汽发生器主要是由蒸发段和汽水分离器构成，而且无论是蒸发段和汽水分离器是置于一个承压壳内的一体化结构形式，还是将二者分置于两个承压壳内的分置式结构形式，二者均位于核反应堆主回路的压力容器之外。

二回路侧的水在蒸发段内被加热沸腾产生湿度较高的水蒸汽，高湿度的水蒸气进入汽水分离器后脱去其中所含的多余液态水分，产生饱和蒸汽。这种蒸汽发生器参数都很高，能产生大量的高温高压饱和水蒸气，非常适合于现代大型核电厂应用。但是这种蒸汽发生器装置，都存在着体积和重量十分庞大的问题，给其在紧凑型压水核反应堆中应用带来困难，甚至不能应用。

小型化紧凑型压水核反应堆，由于其适合作为特殊的动力应用而日益受到重视，而特殊的应用场合也对核反应堆蒸汽发生系统的性能和尺寸提出了严格要求，控制核反应堆本体和蒸汽发生器装置等附属设备的体积和重量并提高其工作性能是设计这种核反应堆的首要任务。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何克服现有的蒸汽发生器装置体积和重量比较庞大，应用范围有限，不能满足紧凑型小型核反应堆需求的缺点。

(二)技术方案

为了解决上述问题，本发明提供一种饱和蒸汽发生器，包括：反应堆主回路压力壳以及串联连接的高效换热器和汽水分离器；

所述高效换热器置于所述反应堆主回路压力壳内部；

所述汽水分离器置于所述反应堆主回路压力壳外部。

进一步地，还包括：循环泵和阀门；所述循环泵和阀门并联，分别与所述汽水分离器和高效换热器连接。

进一步地，所述高效换热器包括：位于底部的下部联箱、进水管、管束内管、套在所述管束内管外部的管束外管、上部联箱、汇流管和出口管；所述进水管的一端与所述循环泵的出口端连接，所述进水管的另一端延伸至下部联箱里；所述上部联箱的上管板与所述下部联箱的下管板分别与管束内管的两端焊接；所述上部联箱的下管板与下部联箱的上管板分别与管束外管的两端焊接；所述管束内管外侧和所述管束外管的内侧形成环形夹缝管路；所述汇流管与上部联箱相连并套在所述进水管的外部；所述出口管与所述汇流管相连。

进一步地，所述汽水分离器包括置于外层的汽水分离器壳体、支架、一级旋风分离器桶壁、二级旋风分离器桶壁、水下孔板、一级旋风分离器叶片、二级旋风分离器叶片、立式波纹板分离器、蒸汽出口管；

所述支架为圆环形，所述圆环支架上具有多个扇形孔，其外边缘焊接在所述汽水分离器壳体内壁上且距离汽水分离器壳体下端1/2-1/3处；所述支架位于水面下方；所述一级旋风分离器桶壁垂直焊接在所述支架上；所述水下孔板位于一级旋风分离器桶壁内侧下部；一级旋风分离器叶片、二级旋风分离器叶片纵向依次连接在所述一级旋风分离器桶壁的内外两侧上；所述蒸汽出口管与汽水分离器壳体的顶部焊接并延伸至所述汽水分离器壳体的外部，其位于汽水分离器壳体内部的一端与所述立式波纹板分离器的上端焊接在一起；所述立式波纹分离器的下端与二级旋风分离器桶壁顶端连接。

进一步地，所述汽水分离器还包括上升管和下降管；所述上升管位于水下孔板的下端，与所述高效换热器中的出口管相连；所述下降管位于所述汽水分离器的底部，与循环泵的入口端相连。

进一步地，所述二级旋风分离器叶片连接在靠近二级旋风分离器桶壁一侧的一级旋风分离器桶壁上。

进一步地，所述二级旋风分离器桶壁为圆筒形，倒扣在所述一级旋风分离器桶壁的外围，其底部延伸至水面的下方且位于支架的上方；其底部位于水面上方的桶壁上具有多个孔隙。

进一步地，还包括：补水装置，所述补水装置与所述汽水分离器相连。

(三)有益效果

本发明具有以下优点：本发明提供的适用于紧凑型一体化核反应堆的饱和蒸汽发生器，该蒸汽发生器装置不仅能提供高干度的饱和水蒸汽，而且作业效率高、结构紧凑，特别适用于紧凑型小型核反应堆的应用及推广。

附图说明

图1是本发明实施例饱和蒸汽发生器结构示意图；

图2是本发明实施例饱和蒸汽发生器高效换热器结构示意图；

图3是本发明实施例饱和蒸汽发生器汽水分离器结构示意图；

图4是本发明实施例饱和蒸汽发生器支架结构示意图；

图5是本发明实施例饱和蒸汽发生器二级旋风分离器桶壁结构剖面图；

图6是本发明实施例饱和蒸汽发生器二级旋风分离器桶壁结构俯视图。

图中：1、反应堆主回路压力壳；2、高效换热器；3、汽水分离器；4、循环泵；5、阀门；6、补水装置；7、进水管；8、下部联箱；9、上部联箱；10、汇流管；11、出口管；12、管束内管；13、管束外管；14、汽水分离器壳体；15、下降管；16、上升管；17、支架；18、水下孔板；19、一级旋风分离器叶片；20、一级旋风分离器桶壁；21、二级旋风分离器叶片；22、二级旋风分离器桶壁；23、立式波纹板分离器；24、蒸汽出口管；25、孔隙。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1-6所示，本发明实施例饱和蒸汽发生器包括：反应堆主回路压力壳1以及串联连接的高效换热器2和汽水分离器3，还包括循环泵4和阀门5。高效换热器2置于反应堆主回路压力壳1的内部，汽水分离器3置于反应堆主回路压力壳1的外部。循环泵4和阀门5并联连接后，分别与汽水分离器3和高效换热器2连接。

该反应堆主回路压力壳1内的反应堆堆芯产生热能，由反应堆主回路压力壳1内的水将此热能传递到高效换热器2的主回路的一侧。该高效换热器2作为蒸发段包括：进水管7、下部联箱8、管束内管12、套在管束内管12外的管束外管13、上部联箱9、汇流管10和出口管11。

该下部联箱8位于高效换热器2的底部，进水管7的一端与循环泵4的出口端连接，进水管7的另一端延伸至下部联箱8里面；上部联箱9的上管板与下部联箱8的下管板分别与管束内管12的两端焊接；上部联箱9的下管板与下部联箱8的上管板分别于管束外管13的两端焊接；管束内管12外侧和管束外管13的内侧形成环形夹缝管路；汇流管10与上部联箱9相连并套在进水管7的外部；出口管11与汇流管10相连。采用套管式或螺旋管式的管路设计，极大节省了高效换热器2内部各部件占据的空间，在保证提供高饱和蒸汽的同时，实现了高效换热器结构的紧凑性。

该汽水分离器3包括置于外层的汽水分离器壳体14、下降管15、上升管16、支架17、水下孔板18、一级旋风分离器叶片19、一级旋风分离器桶壁20、二级旋风分离器叶片21、二级旋风分离器桶壁22、立式波纹板分离器23、蒸汽出口管24。

支架17为圆环形，圆环支架17上具有多个扇形孔，其外边缘焊接在汽水分离器壳体14内壁上且距离汽水分离器壳体14下端1/2-1/3处；支架17位于水面下方。一级旋风分离器桶壁20垂直焊接在支架17上。水下孔板18位于一级旋风分离器桶壁20内侧下部；一级旋风分离器叶片19、二级旋风分离器叶片21纵向依次连接在一级旋风分离器桶壁的内外两侧。二级旋风分离器叶片21连接在靠近二级旋风分离器桶壁22一侧的一级旋风分离器桶壁20上。蒸汽出口管24与汽水分离器壳体14的顶部焊接并延伸至汽水分离器壳体14的外部，其位于汽水分离器壳体14内部的一端与立式波纹板分离器23的上端焊接在一起；立式波纹分离器23的下端与二级旋风分离器桶壁20顶端连接。二级旋风分离器桶壁22为圆筒形，其倒扣在一级旋风分离器桶壁20的外围，其底部延伸至水面的下方且位于支架17的上方；其底部位于水面上方的桶壁上具有多个孔隙25。上升管16位于水下孔板18的下端，与高效换热器2中的出口管11相连；下降管15位于汽水分离器3的底部，与循环泵4的入口端相连。

另外，该饱和蒸汽发生器还包括补水装置6，该补水装置6与汽水分离器3相连，为蒸汽发生器2提供过冷水。

本发明实施例当循环泵4正常工作时，可使蒸汽发生器以强迫循环方式发生工质流动，通过阀门5来调节循环回路的循环倍率；或者当循环泵4停止工作时，通过阀门5可使蒸汽发生器以自然循环方式进行工质流动。

下面具体说明饱和蒸汽发生器的工作过程。

该反应堆主回路压力壳1内的反应堆堆芯产生热能，由反应堆主回路压力壳1内的水将此热能传递到高效换热器2的主回路的一侧。补水装置6提供的过冷水进入汽水分离器3的下部，若应用强迫循环工况时，过冷水通过下降管15经循环泵4进入高效换热器2中的进水管7中；或者应用自然循环工况时，过冷水通过下降管15经阀门5进入高效换热器2中的进水管7中。进水管7将过冷水下降至下部联箱8中。在循环泵或自然循环压头的作用下，过冷水自下而上在由管束内管12和管束外管13形成的环形夹缝管路中上升，处于环形夹缝管路中的水和蒸汽称为二回路水。在上升的过程中，该二回路水不断吸收流经管束内管12内部和管束外管13外部的一回路水的热量后沸腾。由于上部联箱9的上管板与下部联箱8的下管板分别与管束内管12的两端焊接，上部联箱9的下管板与下部联箱8的上管板分别于管束外管13的两端焊接。以此限制二回路水只能在管束内管12和管束外管13形成的环形夹缝管路中流动，而一回路水既能通过管束内管12的内部又能在管束外管13外部流动。因此二回路水通过环形夹缝管路的内外两侧同时吸热，实现了在有限的空间内进行的高效的热交换。二回路水沸腾后产生的汽水混合物上升至上部联箱9中。由汇流管10将汽水混合物引入出口管11完成换热过程。

由于出口管11与汽水分离器中的上升管16相连，吸热形成的汽水混合物经上升管16回到汽水分离器3中。在汽水分离器3中的蒸汽通过水下孔板18大量小孔后，均匀地上升直至脱离液面的束缚，之后进入一级旋风分离器19进行粗分离。分离原理为：蒸汽在一级旋风分离器叶片19的作用下产生旋转向上的流动，蒸汽中裹挟的液相因密度与蒸汽相比较大，因而在旋转过程中被离心力甩向外围而撞在一级旋风分离器桶壁20的内侧而附着在上面，待汇流成液流后向下流回汽水分离器3下部的过冷水中；而脱掉液相的干蒸汽继续向上流动，一级旋风分离器19起到除湿目的。由于二级旋风分离器桶壁22是倒扣在一级旋风分离器桶壁20外围，经第一次分离的较干的蒸汽上升遇到二级旋风分离器桶壁22顶端被阻挡后而转向下流动，从而进入二级旋风分离器进入第二次分离。蒸汽在二级旋风分离器叶片21作用下产生旋转向下的流动，蒸汽中裹挟的液相在旋转过程中被离心力甩向外围而撞在二级旋风分离器桶壁22的内侧而附着在上面，汇流成液流后向下流回汽水分离器下部的过冷水中，而干蒸汽因向下流动受液面阻挡只能通过二级旋风分离器桶壁22底部的孔隙25流向二级旋风分离器桶壁22和汽水分离器壳体14之间的环形空隙中。此时经过两次旋风分离器分离的蒸汽已具有较高干度，但还裹挟着少量极其细微的液滴，较高干度的蒸汽继续向上流动后进入立式波纹板分离器23中，在立式波纹板分离器23的曲折流道中，因流动频繁转向，细微的液滴不断撞在立式波纹板分离器23的波纹板表面而被吸附并最终沿二级旋风分离器桶壁22外侧流回到汽水分离器3下部的过冷水中，最终从立式波纹板分离器23中出来的的饱和且干燥的蒸汽经蒸汽出口管24传输到汽水分离器3外部，以便进行下一步工艺程序。

本发明提供的适用于紧凑型一体化核反应堆的饱和蒸汽发生器，该蒸汽发生器装置不仅能提供高干度的饱和水蒸汽，而且作业效率高、结构紧凑，特别适用于紧凑型小型核反应堆的应用及推广。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims

1.一种饱和蒸汽发生器，其特征在于，包括：反应堆主回路压力壳以及串联连接的高效换热器和汽水分离器；

所述高效换热器置于所述反应堆主回路压力壳的内部；

所述汽水分离器置于所述反应堆主回路压力壳的外部。

2.如权利要求1所述的饱和蒸汽发生器，其特征在于，还包括：循环泵和阀门；

所述循环泵和阀门并联，分别与所述汽水分离器和高效换热器连接。

3.如权利要求1所述的饱和蒸汽发生器，其特征在于，所述高效换热器包括：位于底部的下部联箱、进水管、管束内管、套在所述管束内管外部的管束外管、上部联箱、汇流管和出口管；

所述进水管的一端与所述循环泵的出口端连接，所述进水管延伸至下部联箱里；

所述上部联箱的上管板与所述下部联箱的下管板分别与管束内管的两端焊接；所述上部联箱的下管板与下部联箱的上管板分别与管束外管的两端焊接；所述管束内管外侧和所述管束外管的内侧形成环形夹缝管路；

所述汇流管套在所述进水管的外部与上部联箱相连；

所述出口管与所述汇流管相连。

4.如权利要求1所述的饱和蒸汽发生器，其特征在于，所述汽水分离器包括置于外层的汽水分离器壳体、支架、一级旋风分离器桶壁、二级旋风分离器桶壁、水下孔板、一级旋风分离器叶片、二级旋风分离器叶片、立式波纹板分离器、蒸汽出口管；

所述支架为圆环形，所述圆环支架上具有多个扇形孔，其外边缘焊接在所述汽水分离器壳体内壁上且距离汽水分离器壳体下端1/2-1/3处；所述支架位于水面下方；

所述一级旋风分离器桶壁垂直焊接在所述支架上；

所述水下孔板位于一级旋风分离器桶壁内侧下部；一级旋风分离器叶片、二级旋风分离器叶片纵向依次连接在所述一级旋风分离器桶壁的内外两侧上；

所述蒸汽出口管与汽水分离器壳体的顶部焊接并延伸至所述汽水分离器壳体的外部，其位于汽水分离器壳体内部的一端与所述立式波纹板分离器的上端焊接在一起；

所述立式波纹分离器的下端与二级旋风分离器桶壁顶端连接。

5.如权利要求4所述的饱和蒸汽发生器，其特征在于，所述汽水分离器还包括上升管和下降管；

所述上升管位于水下孔板的下端，与所述高效换热器中的出口管相连；

所述下降管位于所述汽水分离器的底部，与循环泵的入口端相连。

6.如权利要求4所述的饱和蒸汽发生器，其特征在于，所述二级旋风分离器叶片连接在靠近二级旋风分离器桶壁一侧的一级旋风分离器桶壁上。

7.如权利要求4所述的饱和蒸汽发生器，其特征在于，所述二级旋风分离器桶壁为圆筒形，其倒扣在所述一级旋风分离器桶壁的外围，其底部延伸至水面的下方且位于支架的上方；其底部位于水面上方的桶壁上具有多个孔隙。

8.如权利要求1所述的饱和蒸汽发生器，其特征在于，还包括：补水装置，所述补水装置与所述汽水分离器相连。