CN107355272A - 一种氦气‑蒸汽联合循环热电冷三联供系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氦气‑蒸汽联合循环热电冷三联供系统及方法，包括蒸汽轮机高中压缸、蒸汽轮机低压缸、蒸汽轮发电机、凝汽器、除氧器、溴化锂双效式制冷机组、热网换热器、反应堆、氦‑氦换热器、氦气轮机、氦气轮发电机、蒸汽发生器及氦‑水换热器，该系统及方法能够基于反应堆实现热电冷的联合供给，并且成本低，污染较少，同时能够实现热电冷的灵活匹配。

Description

一种氦气-蒸汽联合循环热电冷三联供系统及方法
技术领域
本发明属于能源技术领域，涉及一种热电冷三联供系统及方法，具体涉及一种氦气-蒸汽联合循环热电冷三联供系统及方法。
背景技术
热电冷三联供系统是一种将发电、供热和制冷过程综合为一体的多联产系统。热电冷三联供技术具有提高能源利用率，减少有害气体排放和实现能源多样化供给的优势，在国内外已得到了普遍推广。根据能量供应模式，热电冷三联供系统主要有三种类型：锅炉-蒸汽轮机热电冷联产、燃气-蒸汽联合循环热电冷联产和内燃机热电冷联产。就目前国内热电冷联供技术发展情况而言，热电冷联供技术主要集中于中、大型热电厂的改造项目，即由原来单一供电改造为发电、供热、制冷的一体化项目，此类项目的特点为：以发电为主，供热和制冷为辅。相较于发达国家成熟的热电冷联供系统，国内受制于目前的电力结构体系，在热电冷三种能源输出的协调匹配方面仍存在一定差距。同时，考虑到我国国情和能源中长期发展规划目标，以上所述以煤或天然气作为输入能源的三种热电冷联供系统，前者对大气污染较严重，后者虽具有清洁燃烧和效率较高的优点，但我国天然气资源有限，能源利用成本较高。
球床模块式高温气冷堆核电站是目前国际公认的第四代先进反应堆，该项发电技术已列入我国能源技术创新“十三五”规划。高温气冷堆具有输出热量高(800-1000℃)、发电效率高、固有安全性的特点。其热电转换方式有两种：一种是将冷却堆芯的氦气直接推动氦气轮机发电，采用氦气布雷顿循环，转换效率可达到45％左右；另一种是将一回路高温氦气与二回路给水进行热交换，产生过热蒸汽推动蒸汽轮机发电，转换效率可达到42％左右。鉴于高温气冷堆具备以上特点，将其应用于热电冷联供技术成为一项重要的工程应用领域。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种氦气-蒸汽联合循环热电冷三联供系统及方法，该系统及方法能够基于反应堆实现热电冷的联合供给，并且成本低，污染较少，同时能够实现热电冷的灵活匹配。
为达到上述目的，本发明所述的氦气-蒸汽联合循环热电冷三联供系统包括蒸汽轮机高中压缸、蒸汽轮机低压缸、蒸汽轮发电机、凝汽器、除氧器、溴化锂双效式制冷机组、热网换热器、反应堆、氦-氦换热器、氦气轮机、氦气轮发电机、蒸汽发生器及氦-水换热器；
反应堆的出口与氦-氦换热器的放热侧入口相连通，氦-氦换热器的放热侧出口与反应堆的入口相连通；
氦-氦换热器的吸热侧出口与氦气轮机的入口相连通，氦气轮机与氦气轮发电机同轴布置，氦气轮机的出口依次经蒸汽发生器的放热侧及氦-水换热器的放热侧与氦-氦换热器的吸热侧入口相连通；
蒸汽发生器的吸热侧出口与蒸汽轮机高中压缸的蒸汽入口相连通，蒸汽轮机高中压缸的蒸汽出口分为两路，其中一路与蒸汽轮机低压缸的蒸汽入口相连通，另一路与溴化锂双效式制冷机组及热网换热器相连通，蒸汽轮机低压缸的排汽出口依次经凝汽器及除氧器与氦-水换热器的吸热侧入口相连通，氦-水换热器的吸热侧出口与蒸汽发生器的吸热侧入口相连通，蒸汽轮机高中压缸、蒸汽轮机低压缸及蒸汽轮发电机同轴布置。
凝汽器与除氧器之间通过凝结水泵相连通。
除氧器通过主给水泵与氦-水换热器的吸热侧入口相连通。
氦-水换热器的放热侧出口经压气机与氦-氦换热器的吸热侧入口相连通。
氦-氦换热器的放热侧出口经主氦风机与反应堆的入口相连通。
本发明所述的氦气-蒸汽联合循环热电冷三联供方法包括以下步骤：
反应堆产生的高温氦气进入到氦-氦换热器放热侧中进行换热，然后再进入反应堆中进行吸热；
氦-氦换热器吸热侧输出的高温氦气进入氦气轮机中做功，使氦气轮机带动氦气轮发电机发电，氦气轮机输出的排气依次在蒸汽发生器的放热侧放热、氦-水换热器的放热侧放热后进入到氦-氦换热器中吸热形成高温氦气；
凝汽器输出的凝结水经除氧器后依次进入到氦-水换热器的吸热侧吸热及蒸汽发生器的吸热侧吸热后形成过热蒸汽，所述过热蒸汽进入到蒸汽轮机高中压缸中，蒸汽轮机高中压缸输出的蒸汽分为两路，其中一路进入到溴化锂双效式制冷机组及热网换热器中，另一路在蒸汽轮机低压缸中做功后进入到凝汽器中凝结为凝结水。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的氦气-蒸汽联合循环热电冷三联供系统及方法在具体操作时，反应堆输出的高温氦气先将热能用于氦气轮机发电，再将能量应用于蒸汽轮机做功发电、溴化锂双效式制冷机组制冷及热网换热器供热，然后再将氦气余热用于加热给水，实现能量的梯级利用，从而极大的提高核能的转换效率。同时在具体操作时，可以根据不同时期用户的需求，调整进入到蒸汽轮机低压缸、溴化锂双效式制冷机组及热网换热器中的排汽量，从而实现以热定电或以冷定电，即优先保证用户供热或制冷期间所需蒸汽量，然后再将剩余蒸汽用于发电，从而实现热电冷的灵活匹配，并且成本低，污染小，系统稳定性较高。
附图说明
图1为本发明的原理图。
其中，1为反应堆、2为氦-氦换热器、3为主氦风机、4为氦气轮机、5为氦气轮发电机、6为蒸汽发生器、7为氦-水换热器、8为压气机、9为蒸汽轮机高中压缸、10为蒸汽轮机低压缸、11为蒸汽轮发电机、12为溴化锂双效式制冷机组、13为热网换热器、14为凝汽器、15为凝结水泵、16为除氧器、17为主给水泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的氦气-蒸汽联合循环热电冷三联供系统包括蒸汽轮机高中压缸9、蒸汽轮机低压缸10、蒸汽轮发电机11、凝汽器14、除氧器16、溴化锂双效式制冷机组12、热网换热器13、反应堆1、氦-氦换热器2、氦气轮机4、氦气轮发电机5、蒸汽发生器6及氦-水换热器7；反应堆1的出口与氦-氦换热器2的放热侧入口相连通，氦-氦换热器2的放热侧出口与反应堆1的入口相连通；氦-氦换热器2的吸热侧出口与氦气轮机4的入口相连通，氦气轮机4与氦气轮发电机5同轴布置，氦气轮机4的出口依次经蒸汽发生器6的放热侧及氦-水换热器7的放热侧与氦-氦换热器2的吸热侧入口相连通；蒸汽发生器6的吸热侧出口与蒸汽轮机高中压缸9的蒸汽入口相连通，蒸汽轮机高中压缸9的蒸汽出口分为两路，其中一路与蒸汽轮机低压缸10的蒸汽入口相连通，另一路与溴化锂双效式制冷机组12及热网换热器13相连通，蒸汽轮机低压缸10的排汽出口依次经凝汽器14及除氧器16与氦-水换热器7的吸热侧入口相连通，氦-水换热器7的吸热侧出口与蒸汽发生器6的吸热侧入口相连通，蒸汽轮机高中压缸9、蒸汽轮机低压缸10及蒸汽轮发电机11同轴布置。
凝汽器14与除氧器16之间通过凝结水泵15相连通；除氧器16通过主给水泵17与氦-水换热器7的吸热侧入口相连通；氦-水换热器7的放热侧出口经压气机8与氦-氦换热器2的吸热侧入口相连通；氦-氦换热器2的放热侧出口经主氦风机3与反应堆1的入口相连通。
本发明所述的氦气-蒸汽联合循环热电冷三联供方法包括以下步骤：
反应堆1产生的高温氦气进入到氦-氦换热器2放热侧中进行换热，然后再进入反应堆1中进行吸热；
氦-氦换热器2吸热侧输出的高温氦气进入氦气轮机4中做功，使氦气轮机4带动氦气轮发电机5发电，氦气轮机4输出的排气依次在蒸汽发生器6的放热侧放热、氦-水换热器7的放热侧放热后进入到氦-氦换热器2中吸热形成高温氦气；
凝汽器14输出的凝结水经除氧器16后依次进入到氦-水换热器7的吸热侧吸热及蒸汽发生器6的吸热侧吸热后形成过热蒸汽，所述过热蒸汽进入到蒸汽轮机高中压缸9中，蒸汽轮机高中压缸9输出的蒸汽分为两路，其中一路进入到溴化锂双效式制冷机组12及热网换热器13中，另一路在蒸汽轮机低压缸10中做功后进入到凝汽器14中凝结为凝结水。
蒸汽轮机采用纯凝、抽凝及背压三种运行工况。当机组不需要供热或制冷时，蒸汽轮机进入纯凝运行状态，全部用于发电；当处于制冷需求时，蒸汽轮机进入抽凝运行状态，蒸汽轮机高中压缸9的排汽分为两路，其中一路进入蒸汽轮机低压缸10中做功，另一路进入溴化锂双效式制冷机组12用于制冷，当夏季制冷用户需求较大时，蒸汽轮机进入背压运行状态，蒸汽轮机高中压缸9的排汽更多投入到溴化锂双效式制冷机组12中；当处于供热需求时，蒸汽轮机进入抽凝运行状态，蒸汽轮机高中压缸9的排汽分为两路，其中一路进入蒸汽轮机低压缸10中做功，另一路进入热网换热器13用于制热，当冬季供热用户需求较大时，蒸汽轮机进入背压运行状态，蒸汽轮机高中压缸9的排汽更多投入热网换热器13中。

Claims (6)

1.一种氦气-蒸汽联合循环热电冷三联供系统，其特征在于，包括蒸汽轮机高中压缸(9)、蒸汽轮机低压缸(10)、蒸汽轮发电机(11)、凝汽器(14)、除氧器(16)、溴化锂双效式制冷机组(12)、热网换热器(13)、反应堆(1)、氦-氦换热器(2)、氦气轮机(4)、氦气轮发电机(5)、蒸汽发生器(6)及氦-水换热器(7)；
反应堆(1)的出口与氦-氦换热器(2)的放热侧入口相连通，氦-氦换热器(2)的放热侧出口与反应堆(1)的入口相连通；
氦-氦换热器(2)的吸热侧出口与氦气轮机(4)的入口相连通，氦气轮机(4)与氦气轮发电机(5)同轴布置，氦气轮机(4)的出口依次经蒸汽发生器(6)的放热侧及氦-水换热器(7)的放热侧与氦-氦换热器(2)的吸热侧入口相连通；
蒸汽发生器(6)的吸热侧出口与蒸汽轮机高中压缸(9)的蒸汽入口相连通，蒸汽轮机高中压缸(9)的蒸汽出口分为两路，其中一路与蒸汽轮机低压缸(10)的蒸汽入口相连通，另一路与溴化锂双效式制冷机组(12)及热网换热器(13)相连通，蒸汽轮机低压缸(10)的排汽出口依次经凝汽器(14)及除氧器(16)与氦-水换热器(7)的吸热侧入口相连通，氦-水换热器(7)的吸热侧出口与蒸汽发生器(6)的吸热侧入口相连通，蒸汽轮机高中压缸(9)、蒸汽轮机低压缸(10)及蒸汽轮发电机(11)同轴布置。
2.根据权利要求1所述的氦气-蒸汽联合循环热电冷三联供系统，其特征在于，凝汽器(14)与除氧器(16)之间通过凝结水泵(15)相连通。
3.根据权利要求1所述的氦气-蒸汽联合循环热电冷三联供系统，其特征在于，除氧器(16)通过主给水泵(17)与氦-水换热器(7)的吸热侧入口相连通。
4.根据权利要求1所述的氦气-蒸汽联合循环热电冷三联供系统，其特征在于，氦-水换热器(7)的放热侧出口经压气机(8)与氦-氦换热器(2)的吸热侧入口相连通。
5.根据权利要求1所述的氦气-蒸汽联合循环热电冷三联供系统，其特征在于，氦-氦换热器(2)的放热侧出口经主氦风机(3)与反应堆(1)的入口相连通。
6.一种氦气-蒸汽联合循环热电冷三联供方法，其特征在于，基于权利要求1所述的氦气-蒸汽联合循环热电冷三联供系统，包括以下步骤：
反应堆(1)产生的高温氦气进入到氦-氦换热器(2)放热侧中进行换热，然后再进入反应堆(1)中进行吸热；
氦-氦换热器(2)吸热侧输出的高温氦气进入氦气轮机(4)中做功，使氦气轮机(4)带动氦气轮发电机(5)发电，氦气轮机(4)输出的排气依次在蒸汽发生器(6)的放热侧放热、氦-水换热器(7)的放热侧放热后进入到氦-氦换热器(2)中吸热形成高温氦气；
凝汽器(14)输出的凝结水经除氧器(16)后依次进入到氦-水换热器(7)的吸热侧吸热及蒸汽发生器(6)的吸热侧吸热后形成过热蒸汽，所述过热蒸汽进入到蒸汽轮机高中压缸(9)中，蒸汽轮机高中压缸(9)输出的蒸汽分为两路，其中一路进入到溴化锂双效式制冷机组(12)及热网换热器(13)中，另一路在蒸汽轮机低压缸(10)中做功后进入到凝汽器(14)中凝结为凝结水。
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