CN105679388A - 多功能核电厂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能核电厂，其包括核岛、汽轮发电机系统、控制系统和至少一个非发电类用汽系统；核岛利用核能生产蒸汽，核岛二回路的蒸汽经汽轮发电机系统和非发电类用汽系统使用后形成冷凝水，冷凝水经设有主给水泵的给水管线送回蒸汽发生器；汽轮发电机系统通过发电机发电对外提供电能，同时通过抽汽式汽轮机抽汽为非发电类用汽系统提供蒸汽。本发明多功能核电厂克服了现有核电厂的诸多缺点，具有功能多、热能利用率高、对周围环境无热污染、投资成本低、安全性高等优点。

Description

多功能核电厂

技术领域

本发明属于核电设计领域，更具体地说，本发明涉及一种多功能核电厂。

背景技术

核电厂是利用原子核内部蕴藏的能量大规模生产电力的新型发电厂，它大体上分为两部分：一部分是利用核能生产蒸汽的核岛，包括核反应堆和一回路系统；另一部分是利用蒸汽发电的常规岛，常规岛系统可划分为汽轮机回路、循环冷却水系统和电气系统三大系统。

核岛中核反应堆的作用是进行核裂变，将核能转化为热能。水作为冷却剂在反应堆中吸收核裂变产生的热能，成为高温高压的水，然后沿管道进入蒸汽发生器的U型管内，将热量传给U型管外侧的汽轮机工质(水)，使其变为饱和蒸汽；被冷却后的冷却剂再由主泵打回到反应堆内重新加热。如此循环往复，形成一个封闭的吸热和放热的循环过程，也就是一回路系统。

在常规岛系统中，汽轮机工质在蒸汽发生器中被加热成蒸汽后进入汽轮机膨胀作功，将蒸汽焓降放出的热能转变为汽轮机转子旋转的机械能。由于汽轮机转子与发电机转子两轴为刚性相连，因此汽轮机能够直接带动发电机发电，把机械能转换为电能。作完功后的蒸汽(乏汽)被排入冷凝器，由循环冷却水(如海水)进行冷却，凝结成水，然后由凝结水泵送入加热器预加热，再由主给水泵将其输入蒸汽发生器，从而完成了汽轮机工质的封闭循环，这就是汽轮机回路。

可见，核电厂利用核能进行发电的能量转换过程为：核能→热能→机械能→电能。事实上，利用核能进行发电，将核能转换成电能后供给社会使用，也正是现有核电厂的终极和唯一目的。但是，这样的核电厂至少存在以下缺点：

1)功能单一。现有核电厂只能提供电能，却不能在发电的同时对核能进行综合利用，因此不具备多种功能，如不能提供蒸汽、热水、淡化水和空调冷水等其他形式能源；

2)热能利用率低。现有核电厂的热能利用率一般不超过35％，在能量转换过程中有大量的热能被白白浪费掉；

3)对周围环境产生热污染。现有核电厂在能量转换过程中损失的大量热能以废热形式排向周围环境，对周围环境产生热污染；

4)成本高、安全性低。为了提高核能利用率，现有核电厂在设计时都尽可能地提高核反应堆和蒸汽发生器的工作压力，致使核反应堆和蒸汽发生器的工作压力都比较高，例如某种压水堆核反应堆的工作压力为15.5MPa，蒸汽发生器的工作压力为6.89MPa；这不仅提高了使得核电厂的投资成本，而且降低了其安全性。

有鉴于此，确有必要提供一种热能利用率和安全性都较高的多功能核电厂。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种热能利用率和安全性都较高的多功能核电厂，以克服现有核电厂的缺陷。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种多功能核电厂，其包括核岛、汽轮发电机系统、控制系统和至少一个非发电类用汽系统；核岛利用核能生产蒸汽，核岛二回路的蒸汽经汽轮发电机系统和非发电类用汽系统使用后形成冷凝水，冷凝水经设有主给水泵的给水管线送回蒸汽发生器；汽轮发电机系统通过发电机发电对外提供电能，同时通过抽汽式汽轮机抽汽为非发电类用汽系统提供蒸汽。

作为本发明多功能核电厂的一种改进，所述抽汽式汽轮机为既可供电又可供热的一次抽汽式汽轮机，其由高压段和低压段组成；使用时，由核岛的蒸汽发生器产生的一次蒸汽进入高压段膨胀作功，之后抽出全部或部分蒸汽供给非发电类用汽系统的各个热用户使用，其他部分则进入低压段继续膨胀作功，最后排入凝汽器。

作为本发明多功能核电厂的一种改进，所述抽汽式汽轮机包括高压缸和低压缸；高压缸设有一条入口蒸汽管线和两条出口蒸汽管线，其中，入口蒸汽管线与蒸汽发生器连接，两条出口蒸汽管线分别与非发电类用汽系统、低压缸连接；低压缸的出口蒸汽管线连接至凝汽器；凝汽器与蒸汽发生器给水管线连接，且连接点位于主给水泵的上游。

作为本发明多功能核电厂的一种改进，所述入口蒸汽管线上设有高压调节阀，高压缸与非发电类用汽系统连接的出口蒸汽管线上设有便于控制蒸汽抽出量的抽汽调节阀，高压缸连接至低压缸的出口蒸汽管线上设有低压调节阀或旋转隔板。

作为本发明多功能核电厂的一种改进，所述控制系统中对抽汽式汽轮机进行调节的部分包括调速器和调压器，调速器和调压器共同配合对高压段和低压段的各调节阀或旋转隔板进行控制，以同时满足汽轮发电机系统和非发电类用汽系统对电负荷和热负荷的需求。

作为本发明多功能核电厂的一种改进，所述非发电类用汽系统通过进口母管与汽轮发电机系统的抽汽式汽轮机连接，通过出口母管与核岛的蒸汽发生器给水管线连接，且连接点位于主给水泵的上游。

作为本发明多功能核电厂的一种改进，所述非发电类用汽系统设置在进口母管和出口母管之间；当非发电类用汽系统为多个时，则多个系统之间为并联结构。

作为本发明多功能核电厂的一种改进，所述至少一个非发电类用汽系统包括蒸汽供给系统、热水供给系统、空调供给系统和海水淡化系统中的一个或多个。

作为本发明多功能核电厂的一种改进，所述蒸汽供给系统包括区域换热站和蒸汽输配管线，来自抽汽式汽轮机的蒸汽在区域换热站内通过隔离式换热器生产出符合要求的蒸汽，蒸汽输配管线将生产的蒸汽按要求送至各蒸汽用户，从而对外提供蒸汽；经区域换热站冷却后的蒸汽冷却成的冷凝水从出口母管进入蒸汽发生器的给水管线。

作为本发明多功能核电厂的一种改进，所述热水供给系统包括区域换热站和热水输配管线，来自抽汽式汽轮机的蒸汽在区域换热站内通过隔离式换热器生产出符合要求的热水，热水输配管线将生产的热水按要求送至各热水用户，从而对外提供热水；经区域换热站冷却后的蒸汽冷却成的冷凝水从出口母管进入蒸汽发生器的给水管线。

作为本发明多功能核电厂的一种改进，所述空调供给系统包括区域空调制冷站和冷冻水输配管线，设置在区域空调制冷站的溴化锂冷水机组利用来自抽汽式汽轮机的蒸汽生产空调冷冻水，冷冻水输配管线将生产的空调冷冻水按要求送至各空调用户，从而对外提供空调冷冻水；经区域空调制冷站冷却后的蒸汽冷却成的冷凝水从出口母管进入蒸汽发生器的给水管线。

作为本发明多功能核电厂的一种改进，所述海水淡化系统采用多级闪蒸馏法，利用来自抽汽式汽轮机的蒸汽热能，使用多级闪蒸馏淡化装置进行海水淡化，生产淡水，以满足淡水用户需求。

本发明多功能核电厂克服了现有核电厂的诸多缺点，具有功能多、热能利用率高、对周围环境无热污染、投资成本低、安全性高等优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明多功能核电厂及其有益效果进行详细说明。

图1为本发明多功能核电厂的原理布局图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

请参阅图1，本发明多功能核电厂包括核岛10、汽轮发电机系统、控制系统和至少一个非发电类用汽系统。其中，非发电类用汽系统包括但不限于蒸汽供给系统50、热水供给系统60、空调供给系统70和海水淡化系统80等用汽系统。

核岛10利用核能生产蒸汽，以满足汽轮发电机系统和非发电类用汽系统的总热能需求，其功能和系统构成与一般核电厂的核岛基本相同。只是由于本发明多功能核电厂可以对热能进行综合应用，即使低压的蒸汽也不会浪费，因此为了降低投资成本并提高核安全性，可以适当降低核岛核反应堆压力容器12和蒸汽发生器14的工作压力。蒸汽发生器14产生的蒸汽经汽轮发电机系统和非发电类用汽系统使用后，冷凝水经设有主给水泵16的给水管线18送回蒸汽发生器14。

汽轮发电机系统通过发电机22发电对外提供电能，同时通过抽汽式汽轮机抽汽为非发电类用汽系统提供蒸汽。本发明使用的汽轮机为一次抽汽式汽轮机，其由高压段和低压段组成，相当于一台背压式汽轮机与一台凝汽式汽轮机的组合。使用时，一次蒸汽进入高压段膨胀作功后，抽出全部或部分蒸汽供给非发电类用汽系统的各个热用户使用，其他部分则进入低压段继续膨胀作功，最后排入凝汽器24。

从具体结构上说，本发明汽轮发电机系统的汽轮机包括高压缸26和低压缸28。高压缸26设有一条入口蒸汽管线260和两条出口蒸汽管线262、264；其中，入口蒸汽管线260与蒸汽发生器14连接，两条出口蒸汽管线262、264分别与后续的非发电类用汽系统、低压缸28的入口连接；入口蒸汽管线260上设有高压调节阀266，高压缸26与非发电类用汽系统连接的出口蒸汽管线262上设有便于控制蒸汽抽出量的抽汽调节阀267。高压缸26和低压缸28之间的蒸汽管线262上设有低压调节阀280或旋转隔板；低压缸28的出口蒸汽管线282连接至凝汽器24。这种汽轮机即可供电又可供热：当抽汽量为零时与凝汽式汽轮机相同，此时发电机22的发电量最大；若将进入高压缸26的蒸汽全部抽出供给非发电类用汽系统，则相当于一台背压式汽轮机，此时发电机22的发电量最小，对外供热量最大；当抽汽量不为零时，进入汽轮机的蒸汽先流过高压缸26作功，然后全部或部分蒸汽从抽汽口经出口蒸汽管线262抽出供给热用户使用，其余蒸汽则通过低压调节阀280或旋转隔板进入低压缸28继续膨胀作功，最后排入凝汽器24冷却。凝汽器24与与蒸汽发生器14的给水管线18连接，且连接点位于主给水泵16的上游。

非发电类用汽系统通过进口母管42与汽轮发电机系统的抽汽式汽轮机连接，通过出口母管44与蒸汽发生器14的给水管线18连接，连接点位于主给水泵16的上游。非发电类用汽系统设置在进口母管42和出口母管44之间，当存在多个用汽系统时，则多个用汽系统之间为并联结构，且每一个用汽系统与进口母管42、出口母管44的连接管线上都分别设有控制阀门。

蒸汽供给系统50包括区域换热站和蒸汽输配管线51，来自抽汽式汽轮机的蒸汽在区域换热站内通过隔离式换热器52生产出符合要求的蒸汽，蒸汽输配管线51将生产的蒸汽按要求送至各蒸汽用户，从而对外提供蒸汽。经区域换热站冷却后的蒸汽冷却成的冷凝水从出口母管44进入蒸汽发生器14的给水管线18，与来自冷凝器24的冷凝水汇合，汇合后的冷凝水由主给水泵16送回蒸汽发生器14。

热水供给系统60包括区域换热站和热水输配管线61，来自抽汽式汽轮机的蒸汽在区域换热站内通过隔离式换热器62生产出符合要求的热水，热水输配管线61将生产的热水按要求送至各热水用户，从而对外提供热水。经区域换热站冷却后的蒸汽冷却成的冷凝水从出口母管44进入蒸汽发生器14的给水管线18，与来自冷凝器24的冷凝水汇合，汇合后的冷凝水由主给水泵16送回蒸汽发生器14。

空调供给系统70包括区域空调制冷站和冷冻水输配管线71，设置在区域空调制冷站的溴化锂冷水机组72利用来自抽汽式汽轮机的蒸汽生产空调冷冻水，冷冻水输配管线71将生产的空调冷冻水按要求送至各空调用户，从而对外提供空调冷冻水。经区域空调制冷站冷却后的蒸汽冷却成的冷凝水从出口母管44进入蒸汽发生器14的给水管线18，与来自冷凝器24的冷凝水汇合，汇合后的冷凝水由主给水泵16送回蒸汽发生器14。

海水淡化系统80采用多级闪蒸馏法，利用来自抽汽式汽轮机的蒸汽热能，使用多级闪蒸馏淡化装置82进行海水淡化，生产淡水，以满足沿海或海岛等淡水缺乏地区的淡水用户需求。

控制系统根据各系统的供给需求对核电厂的其他系统进行综合控制，满足核电厂安全运行，实现核电厂的多种功能。其中，控制系统中对抽汽式汽轮机进行调节的部分包括调速器32和调压器34，调速器32和调压器34共同配合对高压段和低压段的各调节阀266、267、280或旋转隔板(如果有)进行控制，以同时满足汽轮发电机系统和非发电类用汽系统对电负荷和热负荷的需求。具体来说，当电负荷下降时，汽轮机的转速就会上升，此时调速器32动作，将高压调节阀266和抽汽调节阀267(或旋转隔板)均关小，使汽轮机发电功率下降，保持抽汽量不变；当热负荷增大时，抽汽压力降低，调压器34动作，将高压调节阀266开大，低压调节阀280关小，使得高压段的功率增大，低压段的功率减小，两者相抵而保持汽轮机的发电功率不变，同时供热的抽汽量增加。

与现有技术相比，本发明多功能核电厂能够克服现有核电厂的诸多缺点，至少具有以下优点：

1)可以实现多种功能。能够在发电的同时提供蒸汽、热水、淡化水和空调冷量，从而对核能进行综合利用；

2)热能利用率高。与发电相比，抽气工况的潜热损失较小，尤其全抽汽工况下无潜热损失，热能利用率很高；

3)对周围环境无热污染。热能利用率高，也就无需向周围环境排放废热，避免了热污染；

4)因为所需工作压力较低，因此投资成本低，且安全性高。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (12)

1.一种多功能核电厂，其特征在于：包括核岛、汽轮发电机系统、控制系统和至少一个非发电类用汽系统；核岛利用核能生产蒸汽，核岛二回路的蒸汽经汽轮发电机系统和非发电类用汽系统使用后形成冷凝水，冷凝水经设有主给水泵的给水管线送回蒸汽发生器；汽轮发电机系统通过发电机发电对外提供电能，同时通过抽汽式汽轮机抽汽为非发电类用汽系统提供蒸汽。

2.根据权利要求1所述的多功能核电厂，其特征在于：所述抽汽式汽轮机为既可供电又可供热的一次抽汽式汽轮机，其由高压段和低压段组成；使用时，由核岛的蒸汽发生器产生的一次蒸汽进入高压段膨胀作功，之后抽出全部或部分蒸汽供给非发电类用汽系统的各个热用户使用，其他部分则进入低压段继续膨胀作功，最后排入凝汽器。

3.根据权利要求2所述的多功能核电厂，其特征在于：所述抽汽式汽轮机包括高压缸和低压缸；高压缸设有一条入口蒸汽管线和两条出口蒸汽管线，其中，入口蒸汽管线与蒸汽发生器连接，两条出口蒸汽管线分别与非发电类用汽系统、低压缸连接；低压缸的出口蒸汽管线连接至凝汽器；凝汽器与蒸汽发生器的给水管线连接，且连接点位于主给水泵的上游。

4.根据权利要求3所述的多功能核电厂，其特征在于：所述入口蒸汽管线上设有高压调节阀，高压缸与非发电类用汽系统连接的出口蒸汽管线上设有便于控制蒸汽抽出量的抽汽调节阀，高压缸连接至低压缸的出口蒸汽管线上设有低压调节阀或旋转隔板。

5.根据权利要求4所述的多功能核电厂，其特征在于：所述控制系统中对抽汽式汽轮机进行调节的部分包括调速器和调压器，调速器和调压器共同配合对高压段和低压段的各调节阀或旋转隔板进行控制，以同时满足汽轮发电机系统和非发电类用汽系统对电负荷和热负荷的需求。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的多功能核电厂，其特征在于：所述非发电类用汽系统通过进口母管与汽轮发电机系统的抽汽式汽轮机连接，通过出口母管与核岛的蒸汽发生器的给水管线连接，且连接点位于主给水泵的上游。

7.根据权利要求6所述的多功能核电厂，其特征在于：所述非发电类用汽系统设置在进口母管和出口母管之间；当非发电类用汽系统为多个时，则多个系统之间为并联结构。

8.根据权利要求7所述的多功能核电厂，其特征在于：所述至少一个非发电类用汽系统包括蒸汽供给系统、热水供给系统、空调供给系统和海水淡化系统中的一个或多个。

9.根据权利要求8所述的多功能核电厂，其特征在于：所述蒸汽供给系统包括区域换热站和蒸汽输配管线，来自抽汽式汽轮机的蒸汽在区域换热站内通过隔离式换热器生产出符合要求的蒸汽，蒸汽输配管线将生产的蒸汽按要求送至各蒸汽用户，从而对外提供蒸汽；经区域换热站冷却后的蒸汽冷却成的冷凝水从出口母管进入蒸汽发生器的给水管线。

10.根据权利要求8所述的多功能核电厂，其特征在于：所述热水供给系统包括区域换热站和热水输配管线，来自抽汽式汽轮机的蒸汽在区域换热站内通过隔离式换热器生产出符合要求的热水，热水输配管线将生产的热水按要求送至各热水用户，从而对外提供热水；经区域换热站冷却后的蒸汽冷却成的冷凝水从出口母管进入蒸汽发生器的给水管线。

11.根据权利要求8所述的多功能核电厂，其特征在于：所述空调供给系统包括区域空调制冷站和冷冻水输配管线，设置在区域空调制冷站的溴化锂冷水机组利用来自抽汽式汽轮机的蒸汽生产空调冷冻水，冷冻水输配管线将生产的空调冷冻水按要求送至各空调用户，从而对外提供空调冷冻水；经区域空调制冷站冷却后的蒸汽冷却成的冷凝水从出口母管进入蒸汽发生器的给水管线。

12.根据权利要求8所述的多功能核电厂，其特征在于：所述海水淡化系统采用多级闪蒸馏法，利用来自抽汽式汽轮机的蒸汽热能，使用多级闪蒸馏淡化装置进行海水淡化，生产淡水，以满足淡水用户需求。