CN106642039B - 一种多用途板式蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多用途板式蒸汽发生器，板式蒸汽发生组件包括换热板I和换热板II，所述换热板板面间相互连接。换热板I上设有反应堆冷却剂用换热通道，换热板II上设有二次侧介质用换热通道，换热通道是由换热板上的蚀刻凹槽与相邻换热板板面或板面上的蚀刻凹槽相配合构成，且蚀刻凹槽的深度小于所在换热板的厚度。所述板式蒸汽发生器设于反应堆压力容器筒体内，反应堆压力容器筒体内设有导流筒，导流筒的轴向与反应堆压力容器筒体的轴向平行，至少一个所述板式蒸汽发生器分布于导流筒和反应堆压力容器筒体的环形空间内。该装置具有结构紧凑、换热效率高、高功率体积比、制造成本低、运行稳定等方面的优点。

Description

一种多用途板式蒸汽发生器

技术领域

本发明涉及核反应堆领域，具体涉及一种多用途板式蒸汽发生器。

背景技术

模块式多用途小型压水堆是在成熟的压水堆核电技术基础上，采用了“一体化”反应堆设计技术，其安全性达到了第三代核能系统技术水平。该类堆型是一种将蒸汽发生器内置在反应堆压力容器内的反应堆，其最大特点是极大缩短了一回路系统大直径管道，不需要考虑假设的大直径管道破口事故（LOCA），缩小了反应堆装置的体积。目前，该类反应堆的经济性是制约其发展的主要技术瓶颈之一。而提高反应堆经济性的一个重要手段即为提高单堆的热功率。由于模块式小型堆要求体积小，换热强度大，因此换热设备一般采用直流蒸汽发生器。目前，一体化反应堆常用的蒸汽发生器为盘管式或套管式直流蒸汽发生器。当一体化反应堆的功率大于300MWt这个等级时，采用上述两种类型的直流蒸汽发生器会带来以下两个方面影响经济性的问题。

（1）为满足反应堆的换热需求，单台直流蒸汽发生器所需传热面大大增加，造成传热管数量及高度大大升高，这给蒸汽发生器的设计、制造带来极大的难度，单台蒸汽发生器的制造成本会大幅增加。

（2）随着蒸汽发生器外形尺寸的增加，内置蒸汽发生器的反应堆压力容器尺寸也会大大增加，造成设备制造难度大，造价成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是一体化反应堆的功率较高时，单台直流蒸汽发生器以及反应堆压力容器的制造难度大幅增加，造价成本提高，目的在于提供一种多用途板式蒸汽发生器，可用于不同功率水平一体化反应堆，具有热效率高、结构紧凑、高功率体积比、制造成本低、运行稳定的优点。

本发明通过下述技术方案实现：

一种多用途板式蒸汽发生器，包括板式蒸汽发生组件，所述板式蒸汽发生组件包括换热板，所述换热板包括换热板I和换热板II，所述换热板板面间相互连接，所述换热板I上设有反应堆冷却剂用换热通道，换热板II上设有二次侧介质用换热通道，所述反应堆冷却剂用换热通道是由换热板I上的凹槽与相邻换热板板面或板面上的凹槽相配合构成，且所述凹槽的深度小于所在换热板I的厚度；所述二次侧介质用换热通道是由换热板II上的凹槽与相邻换热板板面或板面上的凹槽相配合构成，且所述凹槽的深度小于所在换热板II的厚度。

反应堆冷却剂流过换热板I上的反应堆冷却剂用换热通道，给水流过换热板II上的二次侧介质用换热通道，通过顺流或逆流换热，将反应堆冷却剂中的热量传给给水，将给水加热为蒸汽导出进入二回路。通过在换热板I和换热板II上均加工开设凹槽结构，且凹槽分别在换热板I和换热板II上的深度小于所在换热板的厚度，所述凹槽的深度约为1～3mm，并使换热板I板面与换热板I板面连接、或换热板II板面与换热板II板面连接、或换热板I板面与换热板II板面连接，且至少有一个换热板I板面与一个换热板II板面是相邻连接的，通过凹槽结构与相邻换热板板面构成反应堆冷却剂、给水或蒸汽流通的密封通道。使得单位体积内换热面积大于盘管式及套管式直流蒸汽发生器，且结构紧凑、换热效率高，具有高功率体积比。

优选地，所述换热板I与换热板II交替排布连接。

通过将换热板I与换热板II交替排布连接，有利于增大反应堆冷却剂和给水的换热接触面积，增加换热效率。

优选地，所述换热板I或换热板II上通过蚀刻方法加工所述反应堆冷却剂用换热通道的凹槽或所述二次侧介质用换热通道的凹槽。

在换热板I或换热板II上通过激光或化学刻蚀的方法，加工出微小的换热通道，使得单位体积内换热面积远远大于盘管式及套管式直流蒸汽发生器，具有结构紧凑、换热效率高、高功率体积比、制造成本低。

优选地，所述换热板板面间通过真空扩散焊接相互连接。

利用真空扩散焊接实现换热板板面与另一换热板板面间相互连接，相邻换热板的每个接触点均为焊接点，具有很好的密封性，且可以承受高温、高压，使蒸汽发生器稳定运行。

优选地，所述板式蒸汽发生组件还包括套筒，所述套筒套设在换热板外，所述套筒的顶部设有上顶盖，所述上顶盖上设有反应堆冷却剂入口，套筒的底部设有联箱，所述换热板I和换热板II安装于联箱上，所述联箱上设有反应堆冷却剂出口管嘴，套筒侧壁的下部设有给水入口管嘴，套筒侧壁的上部设有蒸汽出口管嘴。

反应堆冷却剂由上顶盖的反应堆冷却剂入口进入，走换热板I上的直通道流过，自上而下流过蒸汽发生器，最后由联箱底部的反应堆冷却剂出口管嘴流出；给水从蒸汽发生组件的套筒的侧面给水入口管嘴进入，自下而上流过蒸汽发生器，通过纯逆流换热，将给水加热为过热蒸汽，最后由蒸汽发生组件套筒侧面的蒸汽出口管嘴导出，驱动汽轮机作功。通过逆流换热，使反应堆冷却剂与给水的平均温差更大，在相同的热负荷要求下，所需的换热管面积更小。

优选地，所述设于联箱上的反应堆冷却剂出口管嘴，包括：防泄漏环管和防旁流管嘴，所述防旁流管嘴套接于防泄漏环管的外侧，防泄漏环管与防旁流管嘴之间设有密封环，所述防旁流管嘴外底部固定在支撑平台上。

通过防泄漏环管、密封环和防旁流管嘴之间紧密配合，有效的防止反应堆冷却剂外漏。通过防旁流管嘴配合，将蒸汽发生器整体固定于支撑平台上。

优选地，所述防旁流管嘴和联箱之间设有弹簧，所述弹簧的中心轴线方向与所述板式蒸汽发生器的轴线方向平行，弹簧外部套设有套管，弹簧内设有定位柱，所述套管的上端固定于联箱上，所述定位柱的下端固定于防旁流管嘴上，弹簧的上端固定于联箱上，弹簧的下端通过螺母固定于定位柱上，所述套管和定位柱在轴向方向上的长度均小于处于弹性势能为零状态时的弹簧的长度。

定位柱和套管为弹簧提供定位，通过螺母将弹簧固定在定位柱上。蒸汽发生器整体通过防旁流管嘴放置在支承平台上，使蒸汽发生器与支撑平台之间构成弹性连接，可以有效避免热变形和热应力的问题。弹簧为蒸汽发生器在冲击应力和热应力下提供缓冲，同时解决了蒸汽发生器与反应堆压力容器之间的漏流。

优选地，所述板式蒸汽发生器设于反应堆压力容器筒体内，所述反应堆压力容器筒体内设有导流筒，所述导流筒的轴向与反应堆压力容器筒体的轴向平行，至少一个所述板式蒸汽发生器分布于导流筒和反应堆压力容器筒体的环形空间内。可将两个或两个以上的板式蒸汽发生器均匀对称地排布安装于导流筒和反应堆压力容器筒体的环形空间内。

优选地，所述板式蒸汽发生器设于反应堆压力容器筒体内，所述反应堆压力容器筒体内设有导流筒，所述导流筒的轴向与反应堆压力容器筒体的轴向平行，至少一个所述板式蒸汽发生器分布于导流筒和反应堆压力容器筒体的环形空间内，所述给水入口管嘴与反应堆压力容器筒体上的给水入口法兰、以及所述蒸汽出口管嘴与反应堆压力容器筒体的蒸汽出口法兰分别通过螺栓连接，导流筒的上部端口与反应堆冷却剂入口通过引流组件连通。

所述蒸汽发生器的给水入口管嘴与反应堆压力容器筒体通过给水入口法兰连接、蒸汽出口管嘴与反应堆压力容器筒体通过蒸汽出口法兰连接实现密封，当蒸汽发生器需要检修时，拆除给水入口法兰及蒸汽出口法兰处的螺栓，即可将蒸汽发生器整体吊出，具有良好的检修可达性。引流组件与导流筒上部端口固定连接，蒸汽发生器与上部的引流组件固定连接，反应堆冷却剂自下而上通过导流筒流入引流组件，通过引流组件进入蒸汽发生器，引流组件有利于反应堆反应堆冷却剂均匀地分配至每台蒸汽发生器。

优选地，所述反应堆压力容器筒体内的上部设有支撑板，所述板式蒸汽发生器设于支撑板和反应堆压力容器顶盖之间，且板式蒸汽发生器的下端固定于支撑板上。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明提供的一种多用途板式蒸汽发生器，多用途是指可用于不同功率水平的一体化反应堆，实现将反应堆冷却剂的热量传递给二次侧给水，产生过热蒸汽。该装置具有结构紧凑、换热效率高、高功率体积比、制造成本低、运行稳定等方面的优点。本发明提供的一种多用途板式蒸汽发生器的功率体积比为盘管式或套管式直流蒸汽发生器的3～8倍以上，即：在一个热负荷300MWt级的反应堆压力容器内，可以很容易布置600MWt级以上的蒸汽发生器，有效提高反应堆的经济性；

2、本发明提供了一种与现有技术都有差异的板式蒸汽发生器，采用在板材上通过刻蚀的方法加工出微小的通道，利用真空扩散焊接实现板与板之间的连接，相邻换热板的每个接触点均为焊接点，可以承受高温、高压。微小通道的使用，有效提高了单位体积内的换热面积，功率体积比远高于盘管式及套管式直流蒸汽发生器。通过两种不同通道形状的换热板焊接形成的板式蒸汽发生组件，实现了给水与反应堆冷却剂纯逆流换热。具有体积小、重量轻、功率体积比高等方面的优点。相比于盘管式及套管式直流蒸汽发生器，更适用于高功率一体化反应堆，可有效提高反应堆的经济性；

3、本发明充分考虑了板式蒸汽发生器维修可达性，在给水入口管嘴及蒸汽出口管嘴处采用法兰连接实现与反应堆压力容器筒体的密封。在板式蒸汽发生器需要检修时，拆除法兰螺栓后，即可将板式蒸汽发生器整体吊出，具有良好的维修性；

4、本发明在板式蒸汽发生器下部通过弹簧、防泄漏环管、密封环、防旁流管嘴等零部件构成的反应堆冷却剂出口管嘴与支承平台之间的配合，使板式蒸汽发生器与压力容器之间构成弹性连接，可以有效避免热变形和热应力的问题，防止反应堆冷却剂出口管嘴处因热应力发生漏流的现象发生；

5、本发明能实现反应堆内一体化布置，结构紧凑，解决了在高功率一体化反应堆上使用盘管式及套管式直流蒸汽发生器时，经济性较差、蒸汽发生器及压力容器设计及制造方面难度大等方面的问题；

6、利用反应堆冷却剂作为载热剂，将堆芯的热量传递给二回路，为二回路系统提供合格品质的过热蒸汽；在停堆和事故运行工况下，导出反应堆堆芯余热；作为高温、高压、高放射性的反应堆冷却剂压力边界的组成部分，保证压力边界的完整性，防止放射性物质外泄。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明一种多用途板式蒸汽发生器总体结构示意图；

图2为本发明板式蒸汽发生组件示意图；

图3为本发明板式蒸汽发生组件示意图；

图4为本发明换热板I；

图5为本发明换热板II；

图6为本发明反应堆冷却剂出口管嘴结构图；

图7为本发明反应堆冷却剂出口管嘴侧向局部剖视图；

图8为本发明一种多用途板式蒸汽发生器安装结构示意图；

图9为本发明引流组件整体结构示意图；

图10为本发明引流组件俯视结构示意图；

图11为本发明引流组件正视结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：1-板式蒸汽发生组件，2-套筒，3-换热板I，4-换热板II，5-反应堆冷却剂用换热通道，6-二次侧介质用换热通道，7-联箱，8-上顶盖，9-反应堆冷却剂入口，10-反应堆冷却剂出口管嘴，11-给水入口管嘴，12-蒸汽出口管嘴，13-反应堆压力容器筒体，14-支撑板，15-导流筒，16-引流组件，17-给水入口法兰，18-蒸汽出口法兰，19-支承平台，20-防泄漏环管，21-防旁流管嘴，22-密封环，23-弹簧，24-套管，25-定位柱，26-螺母，27-顶盖。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本发明一种多用途板式蒸汽发生器，如图2～5所示，一种多用途板式蒸汽发生器包括板式蒸汽发生组件1，板式蒸汽发生组件1包括换热板，所述换热板包括换热板I3和换热板II4，换热板I3与换热板II4交替排布，换热板I3板面与换热板II4板面通过真空扩散焊接连接。换热板I3上设有反应堆冷却剂用换热通道5，换热板II4上设有二次侧介质用换热通道6。所述反应堆冷却剂用换热通道5是由换热板I3上的凹槽与相邻换热板II4板面相配合构成的直流通道，且所述凹槽的深度为所在换热板I3板厚度的一半；所述二次侧介质用换热通道6是由换热板II4上的凹槽与相邻换热板I3板板面相配合构成的直流通道，且所述凹槽的深度为所在换热板II4板厚度的一半。通过激光蚀刻方法在所述换热板I3和换热板II4上加工所述反应堆冷却剂用换热通道5的凹槽和所述二次侧介质用换热通道6的凹槽，所述凹槽为半圆弧形结构。

如图1所示，所述板式蒸汽发生组件1还包括套筒2，套筒2套设在换热板外。套筒2的顶部设有上顶盖8，上顶盖8上设有反应堆冷却剂入口9，套筒2的底部设有联箱7，换热板I3和换热板II4安装于联箱7上，联箱7上设有反应堆冷却剂出口管嘴10，反应堆冷却剂由反应堆冷却剂入口9进入，走直通道，流通过反应堆冷却剂用换热管道5，最后由反应堆冷却剂出口管嘴10流出；套筒2侧壁的下部设有给水入口管嘴11，套筒2侧壁的上部设有蒸汽出口管嘴12，给水由二次侧介质给水入口管嘴11进入，流通二次侧介质用换热通道6，逆流而上进行热交换，最后由蒸汽出口管嘴12流出。

实施例2

本发明一种多用途板式蒸汽发生器，在实施例1的基础上进一步优化，如图6～7所示，板式蒸汽发生器的反应堆冷却剂出口管嘴10包括防泄漏环管20和防旁流管嘴21，防泄漏环管20焊接于联箱7的底部，防旁流管嘴21套接于防泄漏环管20的外侧，防泄漏环管20与防旁流管嘴21之间设有密封环22，防旁流管嘴21外底部与支撑平台19的凹槽相配合固定。在所述防旁流管嘴21和联箱7之间设有弹簧23，所述弹簧23的中心轴线方向与所述板式蒸汽发生器的轴线方向平行，弹簧23外部套设有套管24，弹簧23内设有定位柱25，所述套管24的上端固定于联箱7上，所述定位柱25的下端固定于防旁流管嘴21上，弹簧23的上端固定于联箱7上，弹簧23的下端通过螺母26固定于定位柱25上，所述套管24和定位柱25在轴向方向上的长度均小于处于弹性势能为零状态时的弹簧23的长度。

实施例3

将实施例2提供的一种多用途板式蒸汽发生器安装于反应堆压力容器内，如图8所示，反应堆压力容器筒体13内设有导流筒15，导流筒15的轴心线与反应堆压力容器筒体13的轴心线重合。有4个板式蒸汽发生器均匀对称分布于导流筒15和反应堆压力容器筒体13的环形空间内。给水入口管嘴11与反应堆压力容器筒体13上的给水入口法兰17、以及所述蒸汽出口管嘴12与反应堆压力容器筒体13的蒸汽出口法兰18分别通过螺栓密封连接，导流筒15的上部端口与反应堆冷却剂入口9通过引流组件16连通。引流组件16采用十字形沟槽结构，如图9～11所示，引流组件16的中部设有与导流筒15上端口连通的通孔，引流组件16的十字形沟槽结构上分别对应设有与反应堆冷却剂入口9连通的通孔。引流组件16与导流筒15采用焊接连接，反应堆冷却剂入口9与引流组件16通过焊接连接，反应堆冷却剂自下而上通过导流筒15流入引流组件16，通过引流组件16的十字形沟槽流入反应堆冷却剂入口9后进入蒸汽发生器，引流组件16有利于反应堆冷却剂均匀地分配至每台蒸汽发生器。同时，反应堆冷却剂自下而上流过在导流筒15时，相当于在由4个蒸汽发生器围绕的空间内进行换热。

因此4台蒸汽发生器均匀布置于反应堆压力容器筒体13及导流筒8之间的环形空间中，下部通过弹性、密封连接固定于支承平台19上，反应堆压力容器筒体13内还可焊接支撑板14，将四个支承平台19固定在支撑板14上，使板式蒸汽发生器固定于反应堆压力容器筒体13内的支撑板14顶盖27之间。在支撑板14中部开设反应堆冷却剂导入通孔，使导流筒15与反应堆一回路出口连通，支撑板14还设有反应堆冷却剂导出通孔，经换热后的反应堆冷却剂由反应堆冷却剂出口管嘴10流出，依次通过与支承平台19和支撑板14上的导出通孔流回反应堆一回路入口继续对堆芯进行冷却作用。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多用途板式蒸汽发生器，包括板式蒸汽发生组件(1)，其特征在于，所述板式蒸汽发生组件(1)包括换热板，所述换热板包括换热板I(3)和换热板II(4)，所述换热板板面间相互连接，所述换热板I(3)上设有反应堆冷却剂用换热通道(5)，换热板II(4)上设有二次侧介质用换热通道(6)，所述反应堆冷却剂用换热通道(5)是由换热板I(3)上的凹槽与相邻换热板板面或板面上的凹槽相配合构成，且所述凹槽的深度小于所在换热板I(3)的厚度；所述二次侧介质用换热通道(6)是由换热板II(4)上的凹槽与相邻换热板板面或板面上的凹槽相配合构成，且所述凹槽的深度小于所在换热板II(4)的厚度；

所述板式蒸汽发生组件(1)还包括套筒(2)，所述套筒(2)套设在换热板外，所述套筒(2)的顶部设有上顶盖(8)，所述上顶盖(8)上设有反应堆冷却剂入口(9)，套筒(2)的底部设有联箱(7)，所述换热板I(3)和换热板II(4)安装于联箱(7)上，所述联箱(7)上设有反应堆冷却剂出口管嘴(10)，套筒(2)侧壁的下部设有给水入口管嘴(11)，套筒(2)侧壁的上部设有蒸汽出口管嘴(12)；

所述设于联箱(7)上的反应堆冷却剂出口管嘴(10)包括防泄漏环管(20)和防旁流管嘴(21)，所述防旁流管嘴(21)套接于防泄漏环管(20)的外侧，防泄漏环管(20)与防旁流管嘴(21)之间设有密封环(22)，所述防旁流管嘴(21)外底部固定在支撑平台(19)上。

2.根据权利要求1所述的一种多用途板式蒸汽发生器，其特征在于，所述换热板I(3)与换热板II(4)交替排布连接。

3.根据权利要求1所述的一种多用途板式蒸汽发生器，其特征在于，所述换热板I(3)或换热板II(4)上通过蚀刻方法加工所述反应堆冷却剂用换热通道(5)的凹槽或所述二次侧介质用换热通道(6)的凹槽。

4.根据权利要求1所述的一种多用途板式蒸汽发生器，其特征在于，所述换热板板面间通过真空扩散焊接相互连接。

5.根据权利要求1所述的一种多用途板式蒸汽发生器，其特征在于，所述防旁流管嘴(21)和联箱(7)之间设有弹簧(23)，所述弹簧(23)的中心轴线方向与所述板式蒸汽发生器的轴线方向平行，弹簧(23)外部套设有套管(24)，弹簧(23)内设有定位柱(25)，所述套管(24)的上端固定于联箱(7)上，所述定位柱(25)的下端固定于防旁流管嘴(21)上，弹簧(23)的上端固定于联箱(7)上，弹簧(23)的下端通过螺母(26)固定于定位柱(25)上，所述套管(24)和定位柱(25)在轴向方向上的长度均小于处于弹性势能为零状态时的弹簧(23)的长度。

6.根据权利要求1所述的一种多用途板式蒸汽发生器，其特征在于，所述板式蒸汽发生器设于反应堆压力容器筒体(13)内，所述反应堆压力容器筒体(13)内设有导流筒(15)，所述导流筒(15)的轴向与反应堆压力容器筒体(13)的轴向平行，至少一个所述板式蒸汽发生器分布于导流筒(15)和反应堆压力容器筒体(13)的环形空间内。

7.根据权利要求1所述的一种多用途板式蒸汽发生器，其特征在于，所述板式蒸汽发生器设于反应堆压力容器筒体(13)内，所述反应堆压力容器筒体(13)内设有导流筒(15)，所述导流筒(15)的轴向与反应堆压力容器筒体(13)的轴向平行，至少一个所述板式蒸汽发生器分布于导流筒(15)和反应堆压力容器筒体(13)的环形空间内，所述给水入口管嘴(11)与反应堆压力容器筒体(13)上的给水入口法兰(17)、以及所述蒸汽出口管嘴(12)与反应堆压力容器筒体(13)的蒸汽出口法兰(18)分别通过螺栓连接，导流筒(15)的上部端口与反应堆冷却剂入口(9)通过引流组件(16)连通。

8.根据权利要求6或7所述的一种多用途板式蒸汽发生器，其特征在于，所述反应堆压力容器筒体(13)内的上部设有支撑板(14)，所述板式蒸汽发生器设于支撑板(14)和反应堆压力容器顶盖(27)之间，且板式蒸汽发生器的下端固定于支撑板(14)上。