CN107101185A - 管式蒸汽发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种管式蒸汽发生器，包括密闭的容器主体、换热管和隔板组件；所述容器主体内设有自内向外径向分布且相隔绝的第一腔室和第二腔室；所述换热管设置在所述第一腔室内且沿所述第一腔室自上而下延伸；所述隔板组件设置在所述第二腔室内，将所述第二腔室分成相隔绝的上腔、中腔和下腔。本发明中，通过独特的通道设计可以实现蒸汽发生器与压力容器以及主泵之间的紧凑布置，在空间受限的情况下布置具有明显的优势。采用螺旋盘管作为换热管，一方面可以强化传热，减小所需的传热面积，提高换热效率，另一方面可以解决传热管与管板之间的热膨胀差的问题，有利于克服热应力问题。

Description

管式蒸汽发生器
技术领域
本发明涉及核电站设备技术领域，尤其涉及一种压水堆核电站的管式蒸汽发生器。
背景技术
目前，大多数压水堆核电站的蒸汽发生器均为倒U型管式蒸汽发生器，其主要包括汽水分离器及干燥器。并且，现有的蒸汽发生器与反应堆压力容器、主泵等主设备皆用主管道连接，整体体积较大，整体布置占用空间大，不适用于如海上等空间受限的布置场合。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种利于紧凑布置的管式蒸汽发生器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种管式蒸汽发生器，包括密闭的容器主体、换热管和隔板组件；所述容器主体内设有自内向外径向分布且相隔绝的第一腔室和第二腔室；所述换热管设置在所述第一腔室内且沿所述第一腔室自上而下延伸；所述隔板组件设置在所述第二腔室内，将所述第二腔室分成相隔绝的上腔、中腔和下腔；
所述容器主体的侧面上设有第一接管嘴和第二接管嘴；所述第二接管嘴的进水通道、上腔、第一腔室、下腔以及所述第一接管嘴的出水通道依次连通，形成供一次侧介质通过的一次侧介质通道；
所述第一接管嘴的进水通道、中腔和所述第二接管嘴的出水通道依次连通，形成一次侧介质回流通过的回水通道；
所述容器主体的顶部设有蒸汽腔室，底部设有给水腔室；所述给水腔室、换热管内部通道和蒸汽腔室依次连通，形成供二次侧介质通过并与一次侧介质进行热交换的二次侧介质通道。
优选地，所述蒸汽发生器还包括内外套设并设置在所述容器主体内的内套筒和外套筒；所述第一腔室形成在所述内套筒和外套筒之间，所述第二腔室形成在所述外套筒和容器主体的内壁之间。
优选地，所述外套筒的上端设有连通所述第一腔室和上腔的上通口，下端设有连通所述第一腔室和下腔的下通口。
优选地，所述容器主体包括上下两端开放的筒体、分别设置在所述筒体两端上的上管板和下管板，所述上管板和下管板分别将所述筒体的上下两端封闭。
优选地，所述蒸汽发生器还包括连接在所述上管板上的第一封头、连接在所述下管板上的第二封头；
所述第一封头和上管板之间的空间形成所述蒸汽腔室，并且所述第一封头上设有蒸汽出口；所述第二封头和下管板之间的空间形成所述给水腔室，并且所述第二封头上设有给水进口。
优选地，所述上管板上设有若干第一通孔，所述第一通孔连通所述蒸汽腔室和所述换热管的内部通道；
所述下管板上设有若干第二通孔，所述第二通孔连通所述给水腔室和所述换热管的内部通道。
优选地，所述第一通孔贯通所述上管板，所述换热管的上端紧配合穿进所述第一通孔；
所述第二通孔贯通所述下管板，所述换热管的下端紧配合穿进所述第二通孔。
优选地，所述换热管为螺旋盘管换热管。
优选地，所述隔板组件包括上下间隔相对的第一隔板和第二隔板；所述中腔形成在所述第一隔板和第二隔板之间。
优选地，所述第二接管嘴和第一接管嘴相对地设置在所述容器主体的侧面，并且所述第二接管嘴在水平面上高于所述第一接管嘴。
优选地，所述蒸汽发生器还包括连接在所述第一接管嘴上的第一套管，所述第一套管包括相隔绝的内通道和外通道；所述第一套管的内通道形成所述第一接管嘴的进水通道，所述第一套管的外通道形成所述主泵接管嘴的出水通道。
优选地，所述蒸汽发生器还包括连接在所述第二接管嘴的第二套管，所述第二套管包括相隔绝的内通道和外通道；所述第二套管的内通道形成所述第二接管嘴的进水通道，所述第二套管的外通道形成所述第二接管嘴的出水通道。
本发明的有益效果：1、通过独特的通道设计可以实现蒸汽发生器与压力容器以及主泵之间的紧凑布置，在空间受限的情况下布置具有明显的优势。2、蒸汽发生器采用强迫循环，因此二次侧无自由液面，受摇摆等工况的影响将远远小于倒U型管式蒸汽发生器，扩展了适用性。
另外，采用螺旋盘管作为换热管，一方面可以强化传热，减小所需的传热面积，提高换热效率，另一方面可以解决传热管与管板之间的热膨胀差的问题，有利于克服热应力问题。螺旋盘管的空间利用率高，有利于减小容器主体的尺寸，各螺旋段之间的长度一致性可以得到更好的保证。螺旋盘管两端均可达，发生破损时可在蒸汽发生器的上部和下部同时进行堵管操作，具有较好的检修可达性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一实施例的管式蒸汽发生器的剖面结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明一实施例的管式蒸汽发生器，包括密闭的容器主体10、换热管20和隔板组件30。其中，容器主体10内设有自内向外径向分布且相隔绝的第一腔室101和第二腔室102；换热管20设置在第一腔室101内，且沿第一腔室101自上而下延伸；隔板组件30设置在第二腔室102内，将第二腔室102分成相隔绝的上腔1021、中腔1022和下腔1023。
容器主体10的侧面上设有第一接管嘴11和第二接管嘴12，可分别连接主泵和压力容器；第二接管嘴12的进水通道121、上腔1021、第一腔室101、下腔1023以及第一接管嘴11的出水通道112依次连通，形成供一次侧介质通过的一次侧介质通道；一次侧介质的流通可如图中实线箭头所示。第一接管嘴11的进水通道111、中腔1022和第二接管嘴12的出水通道122依次连通，形成一次侧介质回流通过的回水通道；加压后的一次侧介质的流通可如图中虚线箭头所示。
容器主体10上设有蒸汽腔室103和给水腔室104；给水腔室104、换热管20内部通道和蒸汽腔室103依次连通，形成供二次侧介质通过并与一次侧介质进行热交换的二次侧介质通道。
其中，换热管20优选采用若干螺旋管螺旋排列形成的螺旋盘管，相较于U型管式的换热管，一方面可以强化传热，减小所需的传热面积，另外可以解决传热管与管板之间的热膨胀差的问题，有利于克服热应力问题。另外，螺旋盘管的空间利用率高，有利于减小容器主体10的尺寸，各螺旋段之间的长度一致性可以得到更好的保证。换热管20两端均可达，发生破损时可在蒸汽发生器的上部和下部同时进行堵管操作，具有较好的检修可达性。
第一腔室101的上端设有上通口(未图示)，以连通第一腔室101和上腔1021；第一腔室101的下端设有下通口(未图示)，以连通第一腔室101和下腔1023。
本实施例中，容器主体10包括上下两端开放的筒体13、上管板14和下管板15，上管板14和下管板15分别设置在筒体13的两端上，将筒体13的上下两端封闭。
作为选择，上管板14可通过螺栓和螺母的配合锁紧在筒体13的上端，方便打开容器主体；下管板15可通过焊接固定在筒体13的下端。
进一步地，蒸汽发生器还包括内外套设并设置在容器主体10内的内套筒61和外套筒62；第一腔室101形成在内套筒61和外套筒62之间，第二腔室102形成在外套筒62和容器主体10的内壁之间。
其中，内套筒61和外套筒62的上下端分别可通过焊接等方式固定在上管板14和下管板15上。连通第一腔室101和上腔1021的上通口可开设在外套筒62的上端，连通第一腔室101和下腔1023的下通口可开设在外套筒62的下端。
本实施例中，第一腔室101和第二腔室102均为环形腔室。
优选地，蒸汽腔室103设置在容器主体10的顶部，给水腔室104设置在容器主体10的底部。
进一步地，蒸汽发生器还包括连接在上管板14上的第一封头40、连接在下管板15上的第二封头50。第一封头40在上管板14上的连接方式可为焊接或螺栓连接；第二封头50在下管板15上的连接方式可为焊接或螺栓连接。
第一封头40和上管板14之间的空间形成蒸汽腔室103，并且第一封头40上设有蒸汽出口41；第二封头50和下管板15之间的空间形成给水腔室104，并且第二封头50上设有给水进口51。二次侧介质通过给水进口51进入给水腔室104，沿着二次侧介质通道进入换热管20内部通道，与通过第一腔室101的一次侧介质进行热交换，热交换后形成的蒸汽从换热管20内部通道上升到蒸汽腔室103内，并可从蒸汽出口41输出。从蒸汽出口41输出的是过热蒸汽，因此无需进行汽水分离和干燥，简化蒸汽发生器的结构。
为实现蒸汽腔室103、换热管20内部通道和给水腔室104的依次连通，上管板14上设有若干第一通孔141，第一通孔141连通蒸汽腔室103和换热管20的内部通道；下管板15上设有若干第二通孔151，第二通孔151连通给水腔室104和换热管20的内部通道。
本实施例中，第一通孔141贯通上管板14，换热管20的上端可通过胀焊等方式紧配合穿进第一通孔141，从而换热管20的上端外周与第一通孔141的内壁密封连接，确保第一腔室101内的一次侧介质不会从换热管20和第一通孔141之间的缝隙流进蒸汽腔室103。第二通孔151贯通下管板15，换热管20的下端可通过胀焊等方式紧配合穿进第二通孔151，从而换热管20的下端外周与第二通孔151的内壁密封连接，确保第一腔室101内的一次侧介质不会从换热管20和第二通孔151之间的缝隙流进给水腔室104。在本实施例中，换热管20的每一螺旋管对应设置一组第一通孔141、第二通孔151，以便于独立给水加热，同时使得安装固定更加可靠。
在其他实施例中，换热管20的上端也可焊接在第一通孔141位于第一腔室101内的开口外周，换热管20的下端可焊接在第二通孔151位于第一腔室101内的开口外周，同样可实现蒸汽腔室103、换热管20内部通道和给水腔室104的依次连通。
隔板组件30包括上下间隔相对的第一隔板31和第二隔板32；中腔1022形成在第一隔板31和第二隔板32之间；上腔1021和下腔1023分别位于第一隔板31和第二隔板32相背的一侧。
本实施例中，第二接管嘴12和第一接管嘴11相对地设置在容器主体10的侧面，并且第二接管嘴12在水平面上高于第一接管嘴11。
隔板组件30呈环形，第一隔板31和第二隔板32均为环形隔板。第一隔板31和第二隔板32的内周侧固定在外套筒62的外壁面上，第一隔板31和第二隔板32的外周侧可通过密封组件配合在容器主体10的筒体13内壁面上。结合一次侧介质通道、回水通道、第二接管嘴12和第一接管嘴11的设置，本实施例中，如图1中所示，第一隔板31对应在第一接管嘴11的上方，且位于第二接管嘴12的进水通道121和出水通道122之间；第二隔板32则对应在第二接管嘴12的下方，且位于第一接管嘴11的进水通道111和出水通道112之间。
进一步地，蒸汽发生器还包括连接在第一接管嘴11上的第一套管70。第一套管70包括相隔绝的内通道和外通道，内通道形成第一接管嘴11的进水通道111，外通道形成第一接管嘴11的出水通道112。内通道和外通道可由内管和外管内外相套接形成。
蒸汽发生器还包括连接在第二接管嘴12的第二套管80。第二套管80包括相隔绝的内通道和外通道，内通道形成第二接管嘴12的进水通道121，外通道形成第二接管嘴12的出水通道122。内通道和外通道可由内管和外管内外相套接形成。
第一套管70和第二套管80可通过长度的控制设置为短套管，蒸汽发生器通过短套管分别与主泵和压力容器连接，形成紧凑布置，在空间受限的情况下具有明显的优势，适用于如海上等空间受限的布置场合。
本发明的蒸汽发生器工作时，来自反应堆的一次侧高温水经第二套管80的内通道(第二接管嘴12的进水通道121)进入容器主体10中的上腔1021，向上流动，到达顶部后通过上通口进入第一腔室101，沿着换热管20之间的间隙向下流动。在换热管20各层之间的间隙从上向下流动将热量传递给换热管20内的二次侧介质，将二次侧介质加热成过热蒸汽。
一次侧高温水到达第一腔室101底部后经下通口流到下腔1023，向上流动，从第一接管嘴11的出水通道112进入主泵，经主泵加压后的一次侧水经第一接管嘴11的进水通道111(第一套管70的内通道)、中腔1022以及第二接管嘴12的出水通道122(第二套管80的外通道)进入压力容器内部，回到堆芯重新加热。
二次侧给水从第二封头50的给水进口51进入给水腔室104，并进入换热管20的内部通道中，经螺旋段向上逐步由过冷水加热成为过热蒸汽，在第一封头40内蒸汽腔室103汇集后从蒸汽出口41输出，进入二回路驱动汽轮机发电。
本发明的蒸汽发生器中，采用强迫循环，因此二次侧无自由液面，受摇摆等工况的影响将远远小于倒U型管式蒸汽发生器，扩展了适用性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种管式蒸汽发生器，其特征在于，包括密闭的容器主体、换热管和隔板组件；所述容器主体内设有自内向外径向分布且相隔绝的第一腔室和第二腔室；所述换热管设置在所述第一腔室内且沿所述第一腔室自上而下延伸；所述隔板组件设置在所述第二腔室内，将所述第二腔室分成相隔绝的上腔、中腔和下腔；
所述容器主体的侧面上设有第一接管嘴和第二接管嘴；所述第二接管嘴的进水通道、上腔、第一腔室、下腔以及所述第一接管嘴的出水通道依次连通，形成供一次侧介质通过的一次侧介质通道；
所述第一接管嘴的进水通道、中腔和所述第二接管嘴的出水通道依次连通，形成一次侧介质回流通过的回水通道；
所述容器主体上设有蒸汽腔室和给水腔室；所述给水腔室、换热管内部通道和蒸汽腔室依次连通，形成供二次侧介质通过并与一次侧介质进行热交换的二次侧介质通道。
2.根据权利要求1所述的管式蒸汽发生器，其特征在于，所述蒸汽发生器还包括内外套设并设置在所述容器主体内的内套筒和外套筒；所述第一腔室形成在所述内套筒和外套筒之间，所述第二腔室形成在所述外套筒和容器主体的内壁之间；
所述外套筒的上端设有连通所述第一腔室和上腔的上通口，下端设有连通所述第一腔室和下腔的下通口。
3.根据权利要求1所述的管式蒸汽发生器，其特征在于，所述容器主体包括上下两端开放的筒体、分别设置在所述筒体两端上的上管板和下管板，所述上管板和下管板分别将所述筒体的上下两端封闭。
4.根据权利要求3所述的管式蒸汽发生器，其特征在于，所述蒸汽发生器还包括连接在所述上管板上的第一封头、连接在所述下管板上的第二封头；
所述第一封头和上管板之间的空间形成所述蒸汽腔室，并且所述第一封头上设有蒸汽出口；所述第二封头和下管板之间的空间形成所述给水腔室，并且所述第二封头上设有给水进口。
5.根据权利要求4所述的管式蒸汽发生器，其特征在于，所述上管板上设有若干第一通孔，所述第一通孔连通所述蒸汽腔室和所述换热管的内部通道；
所述下管板上设有若干第二通孔，所述第二通孔连通所述给水腔室和所述换热管的内部通道。
6.根据权利要求5所述的管式蒸汽发生器，其特征在于，所述第一通孔贯通所述上管板，所述换热管的上端紧配合穿进所述第一通孔；
所述第二通孔贯通所述下管板，所述换热管的下端紧配合穿进所述第二通孔。
7.根据权利要求1所述的管式蒸汽发生器，其特征在于，所述换热管为螺旋盘管。
8.根据权利要求1所述的管式蒸汽发生器，其特征在于，所述隔板组件包括上下间隔相对的第一隔板和第二隔板；所述中腔形成在所述第一隔板和第二隔板之间。
9.根据权利要求1所述的管式蒸汽发生器，其特征在于，所述第二接管嘴和第一接管嘴相对地设置在所述容器主体的侧面，并且所述第二接管嘴在水平面上高于所述第一接管嘴。
10.根据权利要求1-9任一项所述的管式蒸汽发生器，其特征在于，所述蒸汽发生器还包括连接在所述第一接管嘴上的第一套管，所述第一套管包括相隔绝的内通道和外通道；所述第一套管的内通道形成所述主泵接管嘴的进水通道，所述第一套管的外通道形成所述第一接管嘴的出水通道。
11.根据权利要求1-9任一项所述的管式蒸汽发生器，其特征在于，所述蒸汽发生器还包括连接在所述第二接管嘴的第二套管，所述第二套管包括相隔绝的内通道和外通道；所述第二套管的内通道形成所述第二接管嘴的进水通道，所述第二套管的外通道形成所述第二接管嘴的出水通道。
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