CN107420878A - 一种利用核能进行汽、热、电联供的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用核能进行汽、热、电联供的系统，包括蒸汽发生器二次侧回路、采暖供热回路、供工业蒸汽回路，蒸汽发生器产生的一部分主蒸汽用于发电，另一部分主蒸汽或汽轮机低压缸的入口蒸汽引入采暖供热回路，其余部分主蒸汽或汽轮机高压缸的抽汽引入供工业蒸汽回路，在蒸汽发生器二次侧回路中设有供热蒸汽凝结水冷却器，采暖供热回路及供工业蒸汽回路的蒸汽凝结水流经供热蒸汽凝结水冷却器后，再排入凝汽器，凝汽器的冷凝水经凝结水精处理装置、供热蒸汽凝结水冷却器等设备，返回蒸汽发生器。本发明实现了利用核能进行汽、热、电联供的多功能，提高了核电站的热效率和应用性，并且通过采用多种技术手段，提高了核能供汽、供热的安全性。

Description

一种利用核能进行汽、热、电联供的系统
技术领域
本发明属于核能技术领域，具体涉及一种利用核能进行汽、热、电联供的系统。
背景技术
众所周知，能源供应不足是限制我国国民经济发展的一个重要因素，在常规能源缺乏的地区，寻找替代能源是当务之急。核能作为一种安全、清洁而又经济的能源，是当前较成熟的替代能源之一。近年来，城镇居民采暖供热需求已成为终端热力消费量快速增长的主要市场领域之一，另一方面，国家节能减排政策的日益严格，各地市均要求积极淘汰现有的供热小锅炉等落后产能；热负荷和热源的“一增一减”，以及城市热源规划建设速度的滞后，导致各城市规划供热缺口日益增大。发展核能进行采暖供热，对于改善我国能源结构、缓解日趋紧张的能源供应局面、满足城镇居民日益增长的供暖需求、降低环境保护压力等具有重大意义。目前，利用核能进行区域供热的研究主要集中于核能低温供热堆技术领域，利用核能进行汽、热、电联供技术尚无实用性强的技术方案以及具体的应用实例。
中国发明专利申请“多功能核电厂”(申请号CN201410667528.4，公开日2014年11月20日)公开了一种多功能核电厂技术方案，包括汽轮机发电系统，以及至少一个非发电类用汽系统，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等。该发明仅描述了多功能核电厂的概念性设想，并未针对核能外供汽、热、水时需具备高安全性要求的特点做更进一步的说明，技术方案的可实施性较差，热效率和经济性都有待改善。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种利用核能进行汽、热、电联供的系统，采用多种技术手段确保核能供汽、供热的安全性和经济性，以及多功能核电站运行的安全性。
本发明的技术方案如下：一种利用核能进行汽、热、电联供的系统，包括用于发电的蒸汽发生器二次侧回路、采暖供热回路、供工业蒸汽回路，所述的蒸汽发生器二次侧回路包括与蒸汽发生器相连接的汽轮机，汽轮机连接凝汽器，蒸汽发生器产生的一部分主蒸汽引入汽轮机用于膨胀做功推动发电机发电，汽轮机的乏汽排入凝汽器，蒸汽发生器产生的另一部分主蒸汽或汽轮机低压缸的入口蒸汽引入采暖供热回路，蒸汽发生器产生的其余部分主蒸汽或汽轮机高压缸的抽汽引入供工业蒸汽回路，其中，在所述的蒸汽发生器二次侧回路中设有供热蒸汽凝结水冷却器，所述采暖供热回路及供工业蒸汽回路的蒸汽凝结水流经所述的供热蒸汽凝结水冷却器后，再排入凝汽器，凝汽器的冷凝水经凝结水精处理装置、供热蒸汽凝结水冷却器、低压加热器、除氧器，返回蒸汽发生器。
进一步，如上所述的利用核能进行汽、热、电联供的系统，其中，所述的采暖供热回路包括汽水换热器、水水换热器，引入采暖供热回路的蒸汽依次经过汽水换热器、水水换热器与采暖水进行热交换，换热后的蒸汽凝结水流经蒸汽发生器二次侧回路中的供热蒸汽凝结水冷却器，然后进入凝汽器。
更进一步，如上所述的利用核能进行汽、热、电联供的系统，其中，所述的采暖供热回路还包括对采暖水的补水进行加热除氧的采暖补水除氧器，引入采暖供热回路的蒸汽一部分进入所述采暖补水除氧器，换热后的蒸汽凝结水收集在采暖补水除氧器凝结水箱，采暖补水除氧器凝结水箱与蒸汽发生器二次侧回路中的凝汽器连接。所述的采暖补水除氧器采用表面换热式除氧器。
更进一步，如上所述的利用核能进行汽、热、电联供的系统，其中，在所述采暖补水除氧器上设置采暖补水除氧器辐射监测仪表，采暖补水除氧器辐射监测仪表联锁控制补水管道上的采暖补水隔离阀；在采暖供热回路的采暖供水母管和采暖回水母管上，分别设置采暖供水母管辐射监测仪表和采暖回水母管辐射监测仪表，采暖供水母管辐射监测仪表和采暖回水母管辐射监测仪表分别联锁控制相应管道上的采暖供水母管隔离阀和采暖回水母管隔离阀。
进一步，如上所述的利用核能进行汽、热、电联供的系统，其中，所述的供工业蒸汽回路包括依次连接的工业蒸汽过热器、工业蒸汽发生器、工业蒸汽发生器凝结水箱、工业蒸汽给水加热器，引入供工业蒸汽回路的蒸汽依次流经所述的工业蒸汽过热器、工业蒸汽发生器、工业蒸汽发生器凝结水箱、工业蒸汽给水加热器与工业蒸汽给水进行热交换，换热后的蒸汽凝结水流经蒸汽发生器二次侧回路中的供热蒸汽凝结水冷却器，然后进入凝汽器。
更进一步，如上所述的利用核能进行汽、热、电联供的系统，其中，所述的供工业蒸汽回路包括对工业蒸汽给水进行加热除氧的工业蒸汽给水除氧器，引入供工业蒸汽回路的蒸汽一部分进入所述工业蒸汽给水除氧器，换热后的蒸汽凝结水收集在工业蒸汽给水除氧器凝结水箱，工业蒸汽给水除氧器凝结水箱与蒸汽发生器二次侧回路中的凝汽器连接。所述的工业蒸汽给水除氧器采用表面换热式除氧器。
更进一步，如上所述的利用核能进行汽、热、电联供的系统，其中，在所述的供工业蒸汽回路的工业蒸汽母管和凝结水回水母管上，分别设置供汽母管辐射监测仪表和工业蒸汽凝结水母管辐射监测仪表，供汽母管辐射监测仪表和工业蒸汽凝结水母管辐射监测仪表分别联锁控制相应管道上的供汽母管隔离阀和工业蒸汽凝结水母管隔离阀。
本发明的有益效果如下：本发明提供的一种利用核能进行汽、热、电联供的系统，实现了利用核能进行汽、热、电联供的多功能，提高了核电站的热效率和应用性。采暖供热回路和供工业蒸汽回路均设置多级换热器，发电回路还设置了供热蒸汽凝结水冷却器，以此最大限度地利用加热蒸汽及其凝结水中的热量，提高核电站供热能力和热效率；采暖回路和供工业蒸汽回路的蒸汽凝结水均排入凝汽冷却、真空除氧，流经进入凝结水精处理装置进行净化，再接入除氧器进行二次除氧，确保核电站在实现多功能的同时，凝结水温度仍然满足凝结水精处理装置不耐高温的特殊要求，蒸发器二次侧水质也不因被蒸汽凝结水污染而降低，提高了核电站运行的安全性；采暖补水除氧器和工业蒸汽给水除氧器均选用表面换热式除氧器，实现蒸发器二次侧介质和外供介质的物理隔离，提高了核能供热、供汽的安全性；采暖补水除氧器筒体上设置辐射监测仪表，当监测到补水辐射剂量水平超过限定值时，联锁关闭补水管道上的隔离阀，防止电站内的放射性污染通过补水进入采暖回水中，进一步提高了核能采暖供热的安全性；在外供介质回路的供回母管上分别设置辐射监测仪表，实时监控供回介质的辐射剂量水平，并联锁控制供回母管隔离阀的关闭，避免放射性污染的扩散，进一步提高核能供汽、供热的安全性；在供工业蒸汽回路设置工业蒸汽过热器，将工业蒸汽加热成具有一定过热度的蒸汽，减少了工业蒸汽在输送过程中的凝结水损失。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中利用核能进行汽、热、电联供的系统结构图。
图中，1.蒸汽发生器、2.汽轮机高压缸、3.汽水分离再热器、4.汽轮机低压缸、5.凝汽器、6.凝结水泵、7.凝结水精处理装置、8.供热蒸汽凝结水冷却器、9.低压加热器、10.除氧器、11.主给水泵、12.汽水换热器、13.水水换热器、14.采暖循环水泵、15.采暖凝结水泵、16.采暖补水除氧器、17.采暖补水除氧器凝结水箱、18.采暖补水泵、19.采暖回水母管隔离阀、20.采暖供水母管隔离阀、21.采暖回水母管辐射监测仪表、22.采暖供水母管辐射监测仪表、23.采暖补水隔离阀、24.采暖补水除氧器辐射监测仪表、25.工业蒸汽过热器、26.工业蒸汽发生器、27.工业蒸汽发生器凝结水箱、28.工业蒸汽给水泵、29.工业蒸汽给水除氧器、30.工业蒸汽给水除氧器凝结水箱、31.工业蒸汽给水加热器、32.工业蒸汽凝结水母管隔离阀、33.供汽母管隔离阀、34.工业蒸汽凝结水母管辐射监测仪表、35.供汽母管辐射监测仪表。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
本发明提供了一种利用核能进行汽、热、电联供的系统，包括三个回路单元，分别为用于发电的蒸汽发生器二次侧回路A、采暖供热回路B、供工业蒸汽回路C，见图1。所述的蒸汽发生器二次侧回路A即常规的发电回路，包括与蒸汽发生器1相连接的汽轮机，蒸汽发生器1产生的一部分主蒸汽引入汽轮机用于膨胀做功推动发电机进行发电，汽轮机的乏汽排入凝汽器5，这与常规核电厂的原理和系统结构相同。本发明中，蒸汽发生器1产生的另一部分主蒸汽或汽轮机低压缸4的入口蒸汽引入采暖供热回路B，用于将采暖回水加热成满足采暖用户需求的采暖高温水；蒸汽发生器1产生的其余部分主蒸汽或汽轮机高压缸2的抽汽引入供工业蒸汽回路，用于将外供工业蒸汽回路凝结水和除盐水补水混合后的水加热成满足用户需求的工业蒸汽。
如图1所示，蒸汽发生器二次侧回路A(即发电回路)包括蒸汽发生器1、汽轮机高压缸2、汽水分离再热器3、汽轮机低压缸4、凝汽器5、凝结水泵6、凝结水精处理装置7、供热蒸汽凝结水冷却器8、低压加热器9、除氧器10、主给水泵11。蒸汽发生器1产生的一部分主蒸汽引入发电回路，依次流经汽轮机高压缸2、汽水分离再热器3、汽轮机低压缸4，膨胀做功并推动发电机发电，汽轮机乏汽排入凝汽器5中冷凝，冷凝水经凝结水泵6加压依次流经凝结水精处理装置7、供热蒸汽凝结水冷却器8、低压加热器9、除氧器10，经加热除氧后由主给水泵11加压返回至蒸汽发生器1。汽水分离再热器3的加热蒸汽也引自蒸汽发生器1产生的蒸汽，低压加热器9则分别利用高温蒸汽凝结水和汽轮机低压缸4抽汽依次加热低温凝结水，除氧器10的加热蒸汽引自汽轮机高压缸2的排汽。在本发明中，所述采暖供热回路B及供工业蒸汽回路C的蒸汽凝结水流经所述的供热蒸汽凝结水冷却器8后，再排入凝汽器5，凝汽器的冷凝水经凝结水精处理装置7、供热蒸汽凝结水冷却器8、低压加热器9、除氧器10返回蒸汽发生器，因此，供热蒸汽凝结水冷却器8可以利用高温蒸汽凝结水进一步加热从凝汽器5中流出的低温凝结水，从而最大限度的利用了加热蒸汽及其凝结水中的热量，提高了核电站的热效率。
如图1所示，采暖供热回路B包括汽水换热器12、水水换热器13、采暖循环水泵14、采暖凝结水泵15、采暖补水除氧器16、采暖补水除氧器凝结水箱17、采暖补水泵18、采暖回水母管隔离阀19、采暖供水母管隔离阀20、采暖回水母管辐射监测仪表21、采暖供水母管辐射监测仪表22、采暖补水隔离阀23、采暖补水除氧器辐射监测仪表24。蒸汽发生器1产生的另一部分主蒸汽或汽轮机低压缸4入口蒸汽引入采暖供热回路，一部分依次流经汽水换热器12、采暖凝结水泵15、水水换热器13，将采暖水加热至满足用户需求的采暖高温供水，蒸汽凝结水经供热蒸汽凝结水冷却器8冷却后，排入凝汽器5。另一部分蒸汽引入采暖补水除氧器16对软化水补水进行加热除氧，蒸汽凝结水收集在采暖补水除氧器凝结水箱17，并最终排入凝汽器5。除氧之后的补水经采暖补水泵18加压接入采暖回水母管；采暖回水经采暖循环水泵14加压，依次流经水水换热器13和汽水换热器12。
采暖供热回路B选用的汽水换热器12、水水换热器13为管壳式换热器，采暖补水除氧器16为表面换热式除氧器，正常工况下，采暖水与二回路介质物理隔离，避免了携带潜在放射性的蒸发器二次侧介质扩散至采暖热水中。表面换热式除氧器为现有的设备，其工作原理是：利用高温蒸汽，经过表面式换热器将低温水加热至沸腾除氧。而其它混合式除氧器的工作原理是：将高温蒸汽直接混入低温水中，对低温水进行加热鼓泡除氧。相对于混合式除氧器，本发明采用表面换热式除氧器后，如图1的B部分所示，引入采暖补水除氧器16的蒸汽与软化水补水分别位于除氧器内表面式换热管两侧流动，实现两侧介质的物理隔离，避免了携带潜在放射性的蒸汽发生器1产生的主蒸汽或汽轮机低压缸4入口蒸汽混入除氧水中，提高了核能供热的固有安全特性。
在采暖补水除氧器16筒体上设置采暖补水除氧器辐射监测仪表24，当监测到补水辐射剂量水平超过限定值时，联锁关闭补水管道上的采暖补水隔离阀23，防止电站内的放射性污染通过补水进入采暖回水中。在采暖供水母管和采暖回水母管上，分别设置采暖供水母管辐射监测仪表22和采暖回水母管辐射监测仪表21，当监测到采暖供回水中辐射剂量超过限定值时，联锁关闭相应管道上的采暖供水母管隔离阀20和采暖回水母管隔离阀19，防止电站内的放射性污染通过采暖循环水扩散至电站外。
如图1所示，供工业蒸汽回路C包括工业蒸汽过热器25、工业蒸汽发生器26、工业蒸汽发生器凝结水箱27、工业蒸汽给水泵28、工业蒸汽给水除氧器29、工业蒸汽给水除氧器凝结水箱30、工业蒸汽给水加热器31、工业蒸汽凝结水母管隔离阀32、供汽母管隔离阀33、工业蒸汽凝结水母管辐射监测仪表34、供汽母管辐射监测仪表35。蒸汽发生器1产生的其余部分主蒸汽或汽轮机高压缸2抽汽引入供工业蒸汽回路，一部分蒸汽依次流经工业蒸汽过热器25、工业蒸汽发生器26、工业蒸汽发生器凝结水箱27、工业蒸汽给水加热器31，蒸汽凝结水与采暖蒸汽凝结水混合后经供热蒸汽凝结水冷却器8冷却，再排入凝汽器5。另一部分蒸汽引入工业蒸汽给水除氧器29对工业蒸汽给水进行加热除氧，蒸汽凝结水收集在工业蒸汽给水除氧器凝结水箱30，并最终排入凝汽器5。工业蒸汽凝结水回水和除盐水补水混合后经工业蒸汽给水加热器31、工业蒸汽给水除氧器29加热除氧后，经工业蒸汽给水泵30加压后依次流经工业蒸汽发生器26和工业蒸汽过热器25，被加热成满足需求的工业蒸汽供给用户。
供工业蒸汽回路C选用的工业蒸汽过热器25、工业蒸汽发生器26、工业蒸汽给水加热器31均为管壳式换热设备，工业蒸汽给水除氧器29为表面换热式除氧器，正常工况下，工业蒸汽及其凝结水与二回路介质物理隔离，避免了携带潜在放射性的蒸发器二次侧介质扩散至工业蒸汽中。
在供工业蒸汽回路C的工业蒸汽母管和凝结水回水母管上分别设置供汽母管辐射监测仪表35、工业蒸汽凝结水母管辐射监测仪表34，当监测到工业蒸汽与其凝结水回水中辐射剂量率差值超过限定值时，联锁关闭相应管道上的供汽母管隔离阀33、工业蒸汽凝结水母管隔离阀32，防止电站内的放射性污染通过工业蒸汽扩散至电站外。
本发明重点针对提高核电站供汽、供热的安全性和多功能核电站运行的安全性，采用表面换热式除氧器替代传统混合式除氧器、在外供介质回路供回母管上设置辐射监测仪表及其联锁控制阀门、将蒸汽凝结水接入凝汽器等一系列创新设计；同时，在发电回路采用设置供热蒸汽凝结水冷却器的创新设计，以尽可能回收供热蒸汽凝结水中余热，提高核电站的热效率和经济性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种利用核能进行汽、热、电联供的系统，包括用于发电的蒸汽发生器二次侧回路(A)、采暖供热回路(B)、供工业蒸汽回路(C)，所述的蒸汽发生器二次侧回路包括与蒸汽发生器(1)相连接的汽轮机，汽轮机连接凝汽器(5)，蒸汽发生器(1)产生的一部分主蒸汽引入汽轮机用于膨胀做功推动发电机发电，汽轮机的乏汽排入凝汽器(5)，蒸汽发生器(1)产生的另一部分主蒸汽或汽轮机低压缸(4)的入口蒸汽引入采暖供热回路，蒸汽发生器(1)产生的其余部分主蒸汽或汽轮机高压缸(2)的抽汽引入供工业蒸汽回路，其特征在于：在所述的蒸汽发生器二次侧回路中设有供热蒸汽凝结水冷却器(8)，所述采暖供热回路及供工业蒸汽回路的蒸汽凝结水流经所述的供热蒸汽凝结水冷却器(8)后，再排入凝汽器(5)，凝汽器(5)的冷凝水经凝结水精处理装置(7)、供热蒸汽凝结水冷却器(8)、低压加热器(9)、除氧器(10)，返回蒸汽发生器(1)。
2.如权利要求1所述的利用核能进行汽、热、电联供的系统，其特征在于：所述的采暖供热回路包括汽水换热器(12)、水水换热器(13)，引入采暖供热回路的蒸汽依次经过汽水换热器(12)、水水换热器(13)与采暖水进行热交换，换热后的蒸汽凝结水流经蒸汽发生器二次侧回路中的供热蒸汽凝结水冷却器(8)，然后进入凝汽器(5)。
3.如权利要求2所述的利用核能进行汽、热、电联供的系统，其特征在于：所述的采暖供热回路还包括对采暖水的补水进行加热除氧的采暖补水除氧器(16)，引入采暖供热回路的蒸汽一部分进入所述采暖补水除氧器(16)，换热后的蒸汽凝结水收集在采暖补水除氧器凝结水箱(17)，采暖补水除氧器凝结水箱(17)与蒸汽发生器二次侧回路中的凝汽器(5)连接。
4.如权利要求3所述的利用核能进行汽、热、电联供的系统，其特征在于：所述的采暖补水除氧器(16)采用表面换热式除氧器。
5.如权利要求3所述的利用核能进行汽、热、电联供的系统，其特征在于：在所述采暖补水除氧器(16)上设置采暖补水除氧器辐射监测仪表(24)，采暖补水除氧器辐射监测仪表(24)联锁控制补水管道上的采暖补水隔离阀(23)。
6.如权利要求2-5中任意一项所述的利用核能进行汽、热、电联供的系统，其特征在于：在采暖供热回路的采暖供水母管和采暖回水母管上，分别设置采暖供水母管辐射监测仪表(22)和采暖回水母管辐射监测仪表(21)，采暖供水母管辐射监测仪表(22)和采暖回水母管辐射监测仪表(21)分别联锁控制相应管道上的采暖供水母管隔离阀(20)和采暖回水母管隔离阀(19)。
7.如权利要求1所述的利用核能进行汽、热、电联供的系统，其特征在于：所述的供工业蒸汽回路包括依次连接的工业蒸汽过热器(25)、工业蒸汽发生器(26)、工业蒸汽发生器凝结水箱(27)、工业蒸汽给水加热器(31)，引入供工业蒸汽回路的蒸汽依次流经所述的工业蒸汽过热器(25)、工业蒸汽发生器(26)、工业蒸汽发生器凝结水箱(27)、工业蒸汽给水加热器(31)与工业蒸汽给水进行热交换，换热后的蒸汽凝结水流经蒸汽发生器二次侧回路中的供热蒸汽凝结水冷却器(8)，然后进入凝汽器(5)。
8.如权利要求7所述的利用核能进行汽、热、电联供的系统，其特征在于：所述的供工业蒸汽回路包括对工业蒸汽给水进行加热除氧的工业蒸汽给水除氧器(29)，引入供工业蒸汽回路的蒸汽一部分进入所述工业蒸汽给水除氧器(29)，换热后的蒸汽凝结水收集在工业蒸汽给水除氧器凝结水箱(30)，工业蒸汽给水除氧器凝结水箱(30)与蒸汽发生器二次侧回路中的凝汽器(5)连接。
9.如权利要求8所述的利用核能进行汽、热、电联供的系统，其特征在于：所述的工业蒸汽给水除氧器(29)采用表面换热式除氧器。
10.如权利要求7-9中任意一项所述的利用核能进行汽、热、电联供的系统，其特征在于：在所述的供工业蒸汽回路的工业蒸汽母管和凝结水回水母管上，分别设置供汽母管辐射监测仪表(35)和工业蒸汽凝结水母管辐射监测仪表(34)，供汽母管辐射监测仪表(35)和工业蒸汽凝结水母管辐射监测仪表(35)分别联锁控制相应管道上的供汽母管隔离阀(33)和工业蒸汽凝结水母管隔离阀(32)。
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