CN103216818A - 用于热力发电站水回路的加热系统 - Google Patents

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Abstract

用于热力发电站水回路的加热系统包括：用于从冷凝器抽取水的抽取系统；第一组加热器，包括至少一个加热器、称为抽水加热入口且被供以来自抽取系统的抽取水流的第一部分的水入口、旨在加热抽取水的至少一个蒸汽输入；和第二组加热器，包括相对第一组加热器的抽取水入口串联布置的至少一个加热器和旨在加热抽取水的至少一个蒸汽输入。加热系统还包括冷凝水冷却器，其包括：第一水入口，称为冷凝水入口且由第二组加热器的冷凝水出口供给；第二水入口，被供以来自抽取系统的抽取水流的互补部分；第一出口，用于旨在再注入冷凝器的经冷却冷凝水；和第二出口，用于经加热的水，使得离开第一组加热器的水流能够与从疏水冷却器的第二出口导出的水流混合。

Description

用于热力发电站水回路的加热系统
技术领域
本发明涉及用于热力发电站的水-蒸汽循环的水回路的加热系统的领域。本发明的加热系统显然适用于核电站，并且尤其适用于设有沸水反应堆(BWR)的发电站，但也可适用于其它类型的热力发电站。本发明更特定地涉及用于在一方面至少一个冷凝器的出口和另一方面发电站的蒸汽发生系统的入口之间回收热量的回路。
背景技术
在今天的热力发电站中，优化水加热回路是至关重要的，特别是在关注降低能源消耗时。
关键问题是，有必要将水流在给定温度下传送到蒸汽发生系统的入口，同时在所有处理阶段对蒸汽或冷凝形式的水的能量进行最大的再利用。因此，难题为减小热能损耗和优化发电站的总体运行中的再利用之一。
在优化热力发电站的能量效率时，有必要考虑各个方面。特别地，发电站对于构成其的各种元件的结构完整性具有许多约束，这意味着必须做出某些折衷。
就此而言，配置的选择在热力发电站的各种元件之间强加了某些安全约束。安全/效率折衷有时导致能路中的热能和/或效率的损失。
图1描绘了热力发电站的常规设计，其包括蒸汽发生系统1、一组高压涡轮8、一组中压涡轮9和一组低压涡轮10。通常还有交流发电机11和冷凝器6。系统提供了到冷凝器6的冷却水流。
蒸汽发生系统1和高压、中压及低压涡轮、交流发电机11、外部循环回路300以及冷凝器6构成发电站的一次回路的关键要素。在一些情形下，中压和低压涡轮可组合。
在冷凝器6的出口侧，用于通过泵4抽取从抽自冷凝器6的水冷凝的水的回路包括表示为SP的净化系统35，另外也称为“精处理(polishing)系统”，其后是由几组加热器构成的加热回路。
原理在于从在涡轮中的所选点处分出的蒸汽回收其中一些余热，用于加热供给至蒸汽发生系统的水的目的。蒸汽入口20、21和23允许逐步加热回路30的水，以确保水流在期望温度下再注入蒸汽发生系统1的入口侧。
加热器LP1、LP2、LP3、LP4、给水箱(表示为BA)以及表示为HP的一组加热器相对于从冷凝器6抽出的水流串联安装，以便优化热力学水加热循环。在常规配置中，表示为RC的冷却器7定位在加热回路的上游，以在冷凝水返回冷凝器6之前冷却来自加热器LP3的冷凝水。
以常规方式，出于系统构造的原因，第一组加热器通常并入包括冷凝器6和低压涡轮10的结构中。在图示示例中，该第一组包括加热器LP1和LP2。
包括加热器LP3和LP4的第二组加热器通常布置在包括冷凝器6的结构的外部。
通常，谨慎的设计原则规定，来自该第二组的冷凝水100不能直接在并入包括冷凝器6和低压涡轮10的结构的第一组加热器中回收。
由于来自第二组加热器的冷凝水100不能直接传送到第一组，常规解决方案是在该冷凝水返回至冷凝器6之前冷却它，以便避免显著的热能损失。
在这类配置中，来自第二组的冷凝水100被注入冷却器7，以便使更冷的水经由冷却器7的出口13返回至冷凝器6。
然而，由于在冷却器200的出口和回水100之间明显的较大温差，在加热回路30中的水的功能上存在显著的能量效率损失。
存在使得可以在加热器级联安装时增大能量平衡的解决方案。例如，一种已知的备选方案是装配冷凝水回收泵，其从一个特定的加热器回收冷凝水并将该冷凝水再注入同一加热器下游的给水回路中。这种系统的确允许在类似温度水平的水循环中直接回收，从而通过减小温差而增大能量效率。然而，该解决方案具有若干潜在缺点。
首先，它向水系统增加了额外的设备，特别是泵，这具有成本，需要空间来安装它们，并且要求一定水平的维护。此外，由回收泵泵送的冷凝水不经过净化从冷凝器抽取的水的净化系统SP，从而降低了回路中水的化学品质。
第二个已知的备选方案是将来自一个加热器的冷凝水系统地级联到更低级的加热器中。如前所述，该解决方案不能谨慎地应用于并入包括冷凝器6和低压涡轮10的结构中的加热器，因为这些分支未装配有止回阀，并且冷的再汽化水和冷凝水的混合物向涡轮的回流会导致涡轮叶片损坏，尤其是在压力突然急剧下降的情况中。
因此，在第一组加热器LP上游装配疏水冷却器7的配置通常是出于可靠性、制造容易性和水质的原因而采用的配置，而对能量效率相对不利。
发明内容
本发明使得可以减轻上述缺点。
本发明的一个目的是，使得用于加热将传送至蒸汽发生系统的水的回路的系统可行，该系统允许优化的能量平衡，同时确保涡轮的最高安全水平、最少维护工作和给水的最佳化学品质的可能性。
本发明涉及用于热力发电站水回路的加热系统，包括：
抽取系统，其用于从冷凝器抽取水；
第一组加热器，其包括：
      至少一个加热器，
      水入口，被称为抽水加热(extracted-water-for-heating)入口，被供以来自抽取系统的抽取水流的第一部分，以及
      至少一个蒸汽输入，旨在加热抽取水；以及
第二组加热器，其包括：
      至少一个加热器，相对于第一组加热器的抽取水入口串联布置，以及
      至少一个蒸汽输入，旨在加热抽取水；
加热系统是包括冷凝水冷却器的加热系统，该冷却器包括：
      第一水入口，被称为冷凝水入口，由第二组加热器的冷凝水出口供给；
      第二水入口，被供以来自抽取系统的抽取水流的互补部分；
      第一出口，用于旨在再注入冷凝器的经冷却的冷凝水；以及
      第二出口，用于经加热的水，使得离开第一组加热器的水流能够与从疏水冷却器的第二出口导出的水流混合。
这种设备的“并行”配置使得可以减少经过第一组加热器的抽取水流，且因此减小在第一组加热器中加热抽取水所需的蒸汽流。
具体而言，相比现有技术，这种配置允许来自抽取系统的抽取水流被分成：第一部分给水，经由其被称为抽水加热入口的入水口、第一组加热器；以及互补部分给水，经由其第二入水口、第二组加热器的冷凝水冷却器。
术语“互补”意味着这些部分之和代表来自抽取系统的抽取水流的100%。
这种特征显然使得可以减少在第一组加热器中加热抽取水所需的分出蒸汽流，该减少通过第一部分代表来自抽取系统的抽取水流的少于100%的事实而得以证明。
另一方面，这种特征允许冷凝水冷却器被供以来自抽取系统的抽取水流的少于100%的互补部分，该互补部分使得可以在其第二加热水出口处在比现有装置所实现的温度更高的温度下供应水。
根据另一有利特征，加热系统包括用于调节来自抽取系统的水流以允许调整供给至冷却器的水流的互补部分的装置。
具体而言，该互补部分允许供给至冷却器的水流被最佳地调整，以便实现热力发电站的优化的最终效率。
有利地，供给至冷却器的水流的互补部分按百分比计代表在2%和20%之间且优选地在5%和15%之间的来自抽取系统的水流。
具体而言，惊奇地发现，这样的值使得可以在冷凝水冷却器的第二出口处获得经加热水的温度，该温度处于与离开第一组的水的温度接近的温度。将处于类似温度的这两种流混合使得可以减少不可逆损耗并优化热力发电站的总效率。
根据一个特定技术方面，第一组加热器包括至少一个第一加热器和一个第二加热器，它们级联布置，使得由被引入第二加热器中的蒸汽加热的水的一部分被再注入第一加热器或冷凝器中。
根据另一特定技术方面，第二组加热器包括至少一个第三加热器和一个第四加热器，它们级联布置，使得来自被引入第四加热器中的蒸汽的冷凝水的一部分被再注入第三加热器中。
有利地，精处理装置布置在从冷凝器抽取水的抽取系统和第一组加热器的入口之间，以便滤除存在的颗粒并截留溶解于将在水回路中被加热的水中的盐。
本发明还涉及包括用于加热水回路的系统的热力发电站，所述水回路加热系统包括：
抽取系统，其用于从冷凝器抽取水；
第一组加热器，其包括：
      至少一个加热器，
      水入口，被称为抽水加热入口，被供以来自抽取系统的抽取水流的第一部分，以及
      至少一个蒸汽输入，旨在加热抽取水；以及
第二组加热器，其包括：
      至少一个加热器，相对于第一组加热器的抽取水入口串联布置，以及
      至少一个蒸汽输入，旨在加热抽取水；
加热系统是包括冷凝水冷却器的加热系统，该冷却器包括：
      第一水入口，被称为冷凝水入口，由第二组加热器的冷凝水出口供给；
      第二水入口，被供以来自抽取系统的抽取水流的互补部分；
      第一出口，用于旨在再注入冷凝器的经冷却的冷凝水；以及
      第二出口，用于经加热的水，使得离开第一组加热器的水流能够与从疏水冷却器的第二出口导出的水流混合。
附图说明
参照附图，将借助于以下描述阐述本发明的其它特征和优点，附图描绘了：
图1：用于热力发电站的现有技术的水回路的加热器的系统的示意图；
图2：本发明的水回路的加热器的系统的示意图；
图3：水回路的加热器的系统的本发明的一个实施例的示意图。
为了更清楚起见，在所有附图中，相同或类似的元件将以相同的附图标记标示。
具体实施方式
在说明书的其余部分中，当多个加热器被称为“串联安装”时，这意味着来自一个加热器的出水至少部分地被供给至另一加热器的入口。在随后的描述中，将提及相对于来自水抽取系统4的水流串联安装的加热器。当第一加热器在第二加热器之前处理来自抽取系统的水时，其可称为位于第二加热器的上游。
在说明书的其余部分中，当多个加热器被称为“级联安装”时，这意味着它们串联安装且来自位于第一加热器下游的第二加热器的其中一些冷凝水被再注入第一加热器中且与其出水混合。
在说明书的其余部分中，冷凝水冷却器将被称为“冷却器”。从循环的蒸汽冷凝的水流也将被称为冷凝水。
图2描绘了热力发电站水回路的加热系统，该加热系统包括表示为A的第一组101加热器，其可用来将水流104加热至入口温度T1。第一组101加热器的入口处的水流104来自抽取系统4，抽取系统4从冷凝器C在出口处抽取水，输送处于与入口温度基本相等的温度T1的水流103。
第一组101加热器包括处于级联构造的多个加热器。在图3的示例中，第一组加热器包括两个级联的加热器LP1、LP2。
加热器是允许通过热传递来加热水的装置。这种热交换发生在一方面进入第一组加热器的蒸汽流111和另一方面来自水抽取系统4的处于温度T1的水流104之间，蒸汽流111在该装置中冷凝且经由出口18从该装置再次出现，该热将水流104加热至回路109的温度T2。
第一组101加热器将处于温度T2的经加热的水流109输送至表示为B的第二组102加热器的入口。由于与进入第二组102的蒸汽流112的热交换，第二组102加热器将入口处的水流109’加热至入口温度T2’，蒸汽流112冷凝并在出口108处从组B再次出现。
第一组101加热器和第二组102加热器相对于来自水抽取系统的水流串联布置。
本发明的加热系统包括表示为RC的冷却器7，其在两组冷却器的外部且相对于来自抽取系统4的水流与第一组加热器平行地布置。这是用于冷却来自第二组102加热器的冷凝水108的冷凝水冷却器。
来自抽取系统4的水流被分成传送至第一组101加热器的第一部分104和传送至冷却器7的互补部分105。
术语“互补”意味着这些部分之和代表来自抽取系统的抽取水流的100%。
水流的分配通过平衡跨两个回路的压降而确定。
冷却器7包括来自冷凝水的第二水入口108，该冷凝水来自第二组102加热器。冷却器包括热交换器，其用于通过将流108从温度T5冷却至温度T6而将互补部分105从温度T1加热至温度T4。
处于温度T4的流106与处于温度T2的流109混合以形成处于温度T’2的流109’，流109’构成第二组102加热器的进水。互补部分105可被调整，以便有利地获得接近T2的温度T4，这使得可以限制不可逆的损失，此处应理解，术语“接近”意味着±5℃的差值。
因此，来自第二组102加热器的冷凝水108可用于加热来自水抽取系统4的水流105，而该水流105不经过第一组101加热器。该解决方案允许第二组102加热器的冷凝水的其中一些热能被回收，并且还使得可以限制供给至第一组101加热器的分出蒸汽111的量。
这种配置的一个优点是，在冷却器7的第一出口的流106的温度和第二组102交换器的出口108的温度T5之间的差值减小，以便：
-首先减小在第一组101交换器的入口处分出的蒸汽111的量；
-其次，使得可以通过涡轮最末级中的流率的结果增加而增加发电站的粗功率(raw power)。
图3描绘了根据一个特定实施例的发电站中的饱和蒸汽的热力学循环的示意图，其中，第一组交换器101包括两个交换器LP1和LP2，并且第二组交换器102包括两个交换器LP3和LP4。
更具体而言，此处所示的热力学循环是包括核能源(未示出)和涡轮8、9、10的发电站的热力学循环，第一个为高压涡轮8，第二个为中压涡轮9，且第三个为低压涡轮10。在整个循环中，驱动流体(在本例中为蒸汽)接连流过高压涡轮8、中压涡轮9，然后低压涡轮10。这些涡轮能够转动交流发电机11的轴，交流发电机11自身能够发电。
在热力学循环的上游，蒸汽源，即例如至少一个蒸汽发生器1，向高压模块8供以新蒸汽。
(多个)干燥器/(多个)过热器组件2位于高压模块8和中压模块9之间，所述(多个)干燥器/(多个)过热器组件2能够干燥和过热从高压模块8导出的蒸汽，该蒸汽由所述高压模块8上游的蒸汽发生器1生成。该(多个)干燥器/(多个)过热器组件2还通过引自蒸汽发生器1的出口的管道而被供以新蒸汽，以便进行过热。
此外，在低压模块10的出口侧，管道将蒸汽供给至冷凝器6，冷凝器6自身与也称为外部循环回路300的散热器相关联。该冷凝器6具有将气态形式的蒸汽转化为液体的作用。
水抽取系统4定位在冷凝器6的出口侧，所述水抽取系统4供给水净化系统35。
来自抽取系统4和水净化系统35的水流然后被分成传送至第一组101加热器的第一部分104和传送至冷却器7的第二部分105。
在该实施例中，第一组101加热器包括两个蒸汽入口12和14，它们分别供给第一加热器LP1和第二加热器LP2。蒸汽流12和14对应于第一组加热器101的进入蒸汽流，但这两个入口的温度明显不同，因为串联配置加热器决定了加热在增加的给定温度梯度下进行。图2的入口111因此被认为是示意表示，其未考虑在加热器的入口处的蒸汽的温差和状态。
两个加热器LP1和LP2以如下方式级联安装：来自第二交换器LP2的冷凝水17的一部分被再注入第一交换器LP1。未被第二加热器LP2使用的水的其中一些热量因此被回收。来自第一加热器的处于温度T8的残余出水18返回至冷凝器6。
在该实施例中，第二组102加热器包括第三加热器LP3和第四加热器LP4。第二组加热器的两个加热器相对于来自第一组101加热器的经处理的水流串联安装，并且分别允许在来自涡轮分支的蒸汽入口20和21到经过加热器的抽取水(在其到给水箱BA的途中)之间的热传递，给水箱BA也被称为除气箱，其用来降低水中含有的氧和其它气体的浓度。
在该示例中，第三加热器LP3和第四加热器LP4级联安装。这意味着来自第四加热器LP4的残余水16的一部分被再注入第三交换器LP3，以改进加热回路的热力学循环和热效率。
为了改进能量平衡，第三LP3和第四LP4加热器各自分别包括内置冷却器15和15’。
第三LP3和第四LP4加热器与作为混合交换器的第五加热器BA串联安装。作为备选，可使用接触交换器，而这对本发明的总体范围没有任何影响。
第二组102交换器包括蒸汽入口112，其在流动上对应于图3的实施例中的两个蒸汽入口20和21。
如第一组101交换器那样，第二组的蒸汽入口允许蒸汽在不同压力和温度下输送。该配置使得可以确保第二组加热器中增加的温度梯度，并且优化加热回路且减小能量损耗。
本发明的冷却器7的布置的一个优点是，其安装与并入涡轮和冷凝器结构中的第一组101加热器分开。因此，冷却器7和冷凝水处理可配置成以便受益于与加热器LP3相关联的保护设备，从而不对涡轮产生风险。
冷却器7还能够解决为运载用于在热力发电站中加热的水的回路所特有的另一问题，尤其是增大可被服务中的过滤和精处理系统处理的水流。
具体而言，在某些发电站中，在冷凝器的出口和因此用于加热水回路的系统的入口处，存在用于净化发电站的水的装置(也称为“精处理系统”)，其从流过加热系统的水过滤并去除矿物质。
该配置特别地用于单管蒸汽发生系统，尤其用于沸水反应堆，对此，水在进入蒸汽发生系统之前被尽可能地去除固体颗粒和溶解盐，以便限制其中的有害沉淀物。
在这类发电站中，使用冷凝水回收泵的已知备选方案是不可接受的，因为，由此将逸出精处理系统的水的量使得不可能确保蒸汽发生系统接收所需品质的水。在这种情况下通常使用带有串联冷却器7的基本配置，以确保涡轮安全和水质，在电站效率方面有可接受的折衷。本发明的冷却器和其布置在加热系统中的事实允许涡轮安全和水质与改进的能量性能相协调。
在一个特定实施例中，在设备的各个入口和出口点处的温度为：
T1 = 20℃；
T2 = 85℃；
T4 = 85℃；
T5 = 95℃；
T6 = 30℃。
还应强调，这些值来自对实施例的实施，其中，来自水抽取系统4的水流被分成传送到第一组101加热器的第一部分104和传送到冷却器7的互补部分105，该第一部分104代表来自抽取系统4的所述水流的大致90%，而该第二部分105代表来自抽取系统4的所述水流的大致10%。
有利地，第一部分104代表来自抽取系统4的水流的85%和95%之间的范围，并且传送到冷却器7的第二部分105代表在15%和5%之间的值的范围。这些值是来自抽取系统4的水流的百分比。
由于本发明，来自加热器LP3的冷凝水的能量因此在85℃的温度下被回收，而在对应于串联冷却器的之前配置中，该相同能量将在20℃和30℃之间的温度下被回收。在其它已知的解决方案由于涡轮安全或给水质量的风险而不可信的背景下，本发明的应用相比现有技术允许由交流发电机产生的功率的0.2%的增益，这是非常重要的。

Claims (8)

1.一种用于热力发电站水回路的加热系统，包括：
抽取系统(4)，其用于从冷凝器(6)抽取水；
第一组(101)加热器，其包括：
      至少一个加热器(A, LP1, LP2)，
      水入口(104, 12, 14)，其被称为抽水加热入口，被供以来自所述抽取系统(4)的抽取水流(103)的第一部分(105)，以及
      至少一个蒸汽输入(111)，其旨在加热抽取水(104)；以及
第二组(102)加热器，其包括：
      至少一个加热器(B, LP3, LP4)，其相对于所述第一组(101)加热器的抽取水入口(104, 12, 14)串联布置，以及
      至少一个蒸汽输入(112, 20, 21)，其旨在加热抽取水(109’)；
所述加热系统是包括冷凝水冷却器(7)的加热系统，所述冷却器(7)包括：
      第一水入口，其被称为冷凝水入口，由所述第二组(102)加热器的冷凝水出口(108)供给；
      第二水入口，其被供以来自所述抽取系统(4)的所述抽取水流(103)的互补部分(105)；
      第一出口，其用于旨在再注入所述冷凝器(6)的经冷却的冷凝水(107)；以及
      第二出口(106)，其用于经加热的水，使得离开所述第一组(101)加热器的水流(109)能够与从所述疏水冷却器(7)的第二出口(106)导出的水流混合。
2.根据权利要求1所述的加热系统，其特征在于，所述加热系统包括用于调节来自所述抽取系统(4)的水流(105)以允许调整供给至所述冷却器(7)的水流的互补部分(105)的装置。
3.根据权利要求1和2中的任一项所述的加热系统，其特征在于，供给至所述冷却器(7)的所述水流的互补部分(105)按百分比计代表在2%和20%之间的来自所述抽取系统(4)的水流。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的加热系统，其特征在于，供给至所述冷却器(7)的所述水流的互补部分(105)按百分比计代表在5%和15%之间的来自所述抽取系统(4)的水流。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的加热系统，其特征在于，所述第一组加热器(101)包括至少一个第一加热器(LP1)和一个第二加热器(LP2)，它们级联布置，使得由被引入所述第二加热器(LP2)中的蒸汽(14)加热的水(17)的一部分被再注入所述第一加热器(LP1)或所述冷凝器(6)中。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的加热系统，其特征在于，所述第二组(102)加热器包括至少一个第三加热器(LP3)和一个第四加热器(LP4)，它们级联布置，使得来自被引入所述第四加热器(LP4)中的蒸汽(21)的冷凝水的一部分(16)被再注入所述第三加热器(LP3)中。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的加热系统，其特征在于，精处理系统布置在从所述冷凝器抽取水的所述抽取系统(4)和所述第一组(101)加热器的入口(104)之间，以便滤除存在的颗粒并截留溶解于将在所述水回路中被加热的水中的盐。
8.一种包括用于加热水回路的系统的热力发电站，所述水回路加热系统包括：
抽取系统(4)，其用于从冷凝器(6)抽取水；
第一组(101)加热器，其包括：
      至少一个加热器(A, LP1, LP2)，
      水入口(104, 12, 14)，其被称为抽水加热入口，被供以来自所述抽取系统(4)的抽取水流(103)的第一部分(105)，以及
      至少一个蒸汽输入(111)，其旨在加热抽取水(104)；以及
第二组(102)加热器，其包括：
      至少一个加热器(B, LP3, LP4)，其相对于所述第一组(101)加热器的抽取水入口(104, 12, 14)串联布置，以及
      至少一个蒸汽输入(112, 20, 21)，其旨在加热抽取水(109’)；
所述加热系统是包括冷凝水冷却器(7)的加热系统，所述冷却器(7)包括：
      第一水入口，其被称为冷凝水入口，由所述第二组(102)加热器的冷凝水出口(108)供给；
      第二水入口，其被供以来自所述抽取系统(4)的所述抽取水流(103)的互补部分(105)；
      第一出口，其用于旨在再注入所述冷凝器(6)的经冷却的冷凝水(107)；以及
      第二出口(106)，其用于经加热的水，使得离开所述第一组(101)加热器的水流(109)能够与从所述疏水冷却器(7)的第二出口(106)导出的水流混合。
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