CN109058767B - 一种核反应堆蒸汽存储与供热系统 - Google Patents

一种核反应堆蒸汽存储与供热系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种核反应堆蒸汽存储与供热系统，包括核反应堆蒸汽发生单元、蒸汽蓄热单元和供热单元；核反应堆蒸汽发生单元包括核反应堆和蒸汽发生器，核反应堆通过换热管道连接蒸汽发生器；蒸汽蓄热单元包括蒸汽蓄热器、蒸汽存储罐和除氧水罐，蒸汽发生器出口与工业热用户及蒸汽蓄热器入口相连，蒸汽蓄热器顶部出口连接蒸汽存储罐，蒸汽存储罐出口连接工业热用户，蒸汽蓄热器底部出口连接除氧水罐，除氧水罐连接蒸汽发生器入口；供热单元包括汽水换热器，汽水换热器入口与蒸汽发生器出口连接，汽水换热器连至除氧水罐，汽水换热器出口连接居民/商业热用户。该系统可增加核反应堆的热负荷调节能力，满足不同的热能需求，并且不存在空气污染问题。

Description

一种核反应堆蒸汽存储与供热系统
技术领域
本发明涉及一种核反应堆蒸汽存储与供热系统，属于热能工程技术领域。
背景技术
目前中小型化石燃料锅炉，尤其是燃煤锅炉的工业和民用供热存在高污染、能耗大、运行灵活性差、运行成本偏高等问题，且成为雾霾天气的罪魁祸首之一。国家已有明确规定关停小型燃煤锅炉及小型火电机组。近年来可再生能源发展迅速，特别是风电和太阳能发电，但是弃风和弃光比例仍然较高，存在很大浪费。核能供热是以核裂变产生的能量为热源的集中供热方式，是解决城市能源供应及消除燃煤造成的环境污染的新思路。
核能供热过程中，工业和民用热用户负荷常存在波动，尤其是昼夜峰谷波动，因此供热过程中负荷调节能力较弱，需要连接储热系统。目前常用的储热方式为显热储热和相变储热。显热储热材料主要通过物质温度的变化来储热，储热介质必须具有较大的比热容，岩石、金属、水泥、水、导热油等是显热储热系统中常用的储热介质，但其储热密度低，系统的体积庞大、温度变化大、寿命低。相变储热材料可分为无机和有机两大类，无机相变材料具有较大的熔化热和固定的熔点，导热系数高，但这类材料容易出现过冷和相分离的现象；有机相变储热材料易于加工成型，但普遍都存在价格高、导热系数低等问题。通过制备复合相变储热材料实现相变材料的微封装或包裹以解决相变材料的相分离、导热性能差等问题是目前的储热材料研究的热点和趋势。
发明内容
本发明的目的在于针对上述的问题，提供一种核反应堆蒸汽存储与供热系统，该系统可以增大核堆供热的负荷调节能力，为工业和民用/商业热用户供热，并且不会带来环境污染的问题。
技术方案
一种核反应堆蒸汽存储与供热系统，其包括核反应堆蒸汽发生单元、蒸汽蓄热单元和供热单元；
所述核反应堆蒸汽发生单元包括核反应堆和蒸汽发生器，核反应堆通过换热管道和循环水泵与蒸汽发生器连接，所述核反应堆为蒸汽发生器的热源，通过循环水泵提供动力为蒸汽发生器提供高压过热水。
所述蒸汽蓄热单元包括蒸汽蓄热器、蒸汽存储罐和除氧水罐，所述蒸汽发生器的出口通过管道和二通阀与工业热用户及蒸汽蓄热器入口连接，蒸汽蓄热器顶部出口通过管道与蒸汽存储罐的入口连接，蒸汽存储罐的出口通过管道和二通阀与工业热用户连接，所述蒸汽蓄热器底部出口通过管道和二通阀与除氧水罐连接，除氧水罐通过管道和循环水泵连接至蒸汽发生器入口，此处通过打开二通阀将蒸汽蓄热器内过量的水储存并进行除氧操作，再通过循环水泵回流至蒸汽发生器；所述蒸汽蓄热器内设有储热模块。
所述供热单元包括汽水换热器，汽水换热器的入口通过二通阀和管道与蒸汽发生器的出口连接，汽水换热器的底部出口通过管道连接至除氧水罐，汽水换热器的出口通过管道连接至居民/商业热用户，将蒸汽发生器产生的蒸汽热量传递给供暖循环水；所述汽水换热器和居民/商业热用户的供暖管网内设有循环水泵，用于保证居民/商业热用户的供暖需求。
进一步，所述储热模块包括结构支架和蓄热体，所述结构支架的形状可以是“T”字型、百叶型或网格型，所述蓄热体等间隔的分布在结构支架上，所述蓄热体包括封装外壳和置于封装外壳内的储热材料；所述储热材料为无机或有机的显热储热材料、相变储热材料、热化学储热材料或其组合，其使用温度范围是100-850℃。
进一步，所述蓄热体的封装外壳结构为管式、板式、球形或蜂窝形，材质为铁、铝或铜。
进一步，所述储热模块的蓄热体内的封装外壳外表面存在翅片，该翅片形状为片状、针状、或环状并均匀分布；该翅片材质为铜、铝、铁或碳化硅。
本发明的有益效果为：本发明通过在核反应堆的蒸汽发生器后端连接含有复合相变储热材料的蒸汽蓄热器和汽水换热器，利用相变储热材料的高储热密度的优势不仅可实现在供热堆稳定运行的条件下，增加核反应堆的热负荷调节能力，还可为工业和居民/商业热用户提供蒸汽和热水，满足不同的热能需求，并且不存在燃煤锅炉供热造成的空气污染问题。
附图说明
图1是为本发明核反应堆蒸汽存储与供热系统的结构示意图；
其中，1-核反应堆；2-蒸汽发生器；3-蒸汽蓄热器；4-储热模块；5-蒸汽存储罐；6-工业热用户；7-除氧水罐；8-汽水换热器；9-居民/商业热用户。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种核反应堆蒸汽存储与供热系统，其包括核反应堆蒸汽发生单元、蒸汽蓄热单元和供热单元；
所述核反应堆蒸汽发生单元包括核反应堆1和蒸汽发生器2，核反应堆1通过换热管道和循环水泵与蒸汽发生器2连接，所述核反应堆为蒸汽发生器的热源，通过循环水泵提供动力为蒸汽发生器提供高压过热水。
所述蒸汽蓄热单元包括蒸汽蓄热器3、蒸汽存储罐5和除氧水罐7，所述蒸汽发生器2的出口通过管道和二通阀与工业热用户6及蒸汽蓄热器3的入口连接，蒸汽蓄热器3顶部的出口通过管道与蒸汽存储罐5的入口连接，蒸汽存储罐5的出口通过管道和二通阀与工业热用户6连接，所述蒸汽蓄热器3底部出口通过管道和二通阀与除氧水罐7连接，除氧水罐7通过管道和循环水泵连接至蒸汽发生器2入口，此处通过打开二通阀将蒸汽蓄热器3内过量的水储存并进行除氧操作，再通过循环水泵回流至蒸汽发生器；所述蒸汽蓄热器3内设有储热模块4。所述储热模块4的结构为板式，包括网格结构支架和相变蓄热体，所述相变蓄热体等间隔的分布在网格结构支架上，所述相变蓄热体包括封装外壳和储热材料，用于蒸汽热量的存储和释放，其中储热材料为甲酸钠、乙酸钠、乙酸钾、硅藻土和石墨的复合物。所述供热单元包括汽水换热器8，汽水换热器8的入口通过二通阀和管道与蒸汽发生器2的出口连接，汽水换热器8的底部出口通过管道连接至除氧水罐7，汽水换热器8的出口通过管道连接至居民/商业热用户9，将蒸汽发生器2产生的蒸汽热量传递给供暖循环水；所述居民/商业热用户的供暖管网内还设有循环水泵，用于保证居民热用户的供暖需求。
需要工业供热时，开启核反应堆1和蒸汽发生器2间的循环水泵、除氧水罐7和蒸汽发生器2间的循环水泵、蒸汽发生器2与蒸汽蓄热器3间的二通阀、蒸汽发生器2与工业热用户6间的二通阀，从核反应堆1带来的热量在蒸汽发生器2内变为蒸汽，除氧水罐7为蒸汽发生器2补水，蒸汽发生器2内的高温过热蒸汽一部分直接通过二通阀输入到工业热用户6，另一部分则输入蒸汽蓄热器3，通过储热模块4对蒸汽的热量进行存储，产生的高温饱和蒸汽储存至蒸汽存储罐5，当储热完毕后，关闭蒸汽发生器2与蒸汽蓄热器3间的二通阀，同时开启蒸汽存储罐5与工业热用户6间的二通阀，将存储的高温饱和蒸汽输入到工业热用户6，当蒸汽蓄热器3内的液位较高时，开启蒸汽蓄热器3与除氧水罐7间的二通阀，将多余的水排至除氧水罐7，经除氧后回流至蒸汽发生器2。
需要居民供热时，先开启核反应堆1和蒸汽发生器2间的循环水泵、除氧水罐7和蒸汽发生器2间的循环水泵、居民热用户的供暖管网内的循环水泵、蒸汽发生器2与蒸汽蓄热器3间的二通阀、汽水换热器8与蒸汽发生器2间的二通阀，从核反应堆1带来的热量在蒸汽发生器2内变为蒸汽，除氧水罐7为蒸汽发生器2补水，蒸汽发生器2内的高温过热蒸汽一部分输入至汽水交换器8，将热量传递给供暖管网以满足居民/商业热用户9的供暖需求，另一部分输入蒸汽蓄热器3，通过储热模块4对蒸汽的热量进行存储，当储热完毕后，关闭蒸汽发生器2与蒸汽蓄热器3间的二通阀，同时开启蒸汽蓄热器3与汽水换热器间的二通阀，将存储的高温饱和蒸汽与蒸汽发生器产生的高温过热蒸汽并流汇入到汽水换热器8，继续换热给居民热用户，当蒸汽蓄热器3内的液位较高时，开启蒸汽蓄热器3与除氧水罐7间的二通阀，将多余的水排至除氧水罐7，经除氧后回流至蒸汽发生器2。
同时进行工业供热和居民供热时，先开启核反应堆1和蒸汽发生器2间的循环水泵、除氧水罐7和蒸汽发生器2间的循环水泵、居民热用户的供暖管网内的循环水泵、蒸汽发生器2与蒸汽蓄热器3间的二通阀、蒸汽发生器2与工业热用户6间的二通阀、汽水换热器8与蒸汽发生器2间的二通阀，从核反应堆1带来的热量在蒸汽发生器2内变为蒸汽，除氧水罐7为蒸汽发生器2补水，蒸汽发生器2产生的高温过热蒸汽分为三部分输出，第一部分直接输入工业热用户6；第二部分输入至汽水换热器8，通过与供暖管网换热的方式将热量传递至居民/商业热用户9；第三部分输入蒸汽蓄热器3，通过储热模块4对蒸汽的热量进行存储，当储热完毕后，关闭蒸汽发生器2与蒸汽蓄热器3间的二通阀，同时开启蒸汽蓄热器3与汽水换热器间的二通阀、蒸汽存储罐5与工业热用户6间的二通阀，蒸汽蓄热器3产生的高温饱和蒸汽与蒸汽发生器2产生的高温过热蒸汽并流，分两路供给工业热用户6和汽水换热器8，同时实现工业供热和居民供热；当蒸汽蓄热器3内的液位较高时，开启蒸汽蓄热器3与除氧水罐7间的二通阀，将多余的水排至除氧水罐7，经除氧后回流至蒸汽发生器2。
本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的指导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种核反应堆蒸汽存储与供热系统，其特征在于，包括核反应堆蒸汽发生单元、蒸汽蓄热单元和供热单元；所述核反应堆蒸汽发生单元包括核反应堆(1)和蒸汽发生器(2)，核反应堆(1)通过换热管道和循环水泵与蒸汽发生器(2)连接；所述蒸汽蓄热单元包括蒸汽蓄热器(3)、蒸汽存储罐(5)和除氧水罐(7)，所述蒸汽发生器(2)的出口通过管道和二通阀与工业热用户(6)及蒸汽蓄热器(3)的入口连接，蒸汽蓄热器(3)顶部的出口通过管道与蒸汽存储罐(5)的入口连接，蒸汽存储罐(5)的出口通过管道和二通阀与工业热用户(6)连接，所述蒸汽蓄热器(3)底部出口通过管道和二通阀与除氧水罐(7)连接，除氧水罐(7)通过管道和循环水泵连接至蒸汽发生器(2)入口；所述蒸汽蓄热器(3)内设有储热模块(4)；所述供热单元包括汽水换热器(8)，汽水换热器(8)的入口通过二通阀和管道与蒸汽发生器(2)的出口连接，汽水换热器(8)的底部出口通过管道连接至除氧水罐(7)，汽水换热器(8)的出口通过管道连接至居民/商业热用户(9)；所述居民/商业热用户的供暖管网内还设有循环水泵；
所述储热模块(4)包括结构支架和蓄热体，所述结构支架的形状为“T”字型、百叶型或网格型，所述蓄热体等间隔的分布在结构支架上，所述蓄热体包括封装外壳和置于封装外壳内的储热材料；
所述储热材料为无机或有机的显热储热材料、相变储热材料、热化学储热材料或其组合，其使用温度范围是100-850℃。
2.如权利要求1所述的核反应堆蒸汽存储与供热系统，其特征在于，所述蓄热体的封装外壳结构为管式、板式、球形或蜂窝形。
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