CN109386325A - 核电站热力联合循环系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核电站热力联合循环系统，其包括：燃气发电机组，包括设有第一加热模块的余热锅炉；以及核电机组，包括依次连接的蒸汽发生器、汽轮机高压缸、汽轮机低压缸、冷凝器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵和高压加热器；其中，蒸汽发生器通过第一加热模块与汽轮机高压缸连接，蒸汽发生器产生的主蒸汽经过第一加热模块加热后进入汽轮机高压缸。相对于现有技术，本发明核电站热力联合循环系统采用了结构简单的加热器替换原有的蒸汽发生器，使得流体工作于单相区，安全可靠，降低了造价，提高了系统的做功能力和热效率，减少了容积容量。此外，本发明还公开了一种核电站热力联合循环方法。
Description
技术领域
本发明属于核电领域，更具体地说，本发明涉及一种核电站热力联合循环系统和方法。
背景技术
压水堆核电站热力系统原理图如图1所示，其主要设备包括：蒸汽发生器100、汽轮机高压缸102、汽水分离再热器104、汽轮机低压缸106、凝汽器108、凝结水泵110、低压加热器112、除氧器114、给水泵116和高压加热器118。
在满功率运行状态下，蒸汽发生器100产生的饱和蒸汽由主蒸汽管道先进入汽轮机高压缸102膨胀做功，并且从汽轮机高压缸102的不同级抽部分蒸汽进入高压加热器118，用于加热给水以及送到汽水分离再热器104加热高压缸排汽，汽轮机高压缸102的排汽一部分进入除氧器114，大部分进入汽水分离再热器104进行汽水分离，汽水分离再热器104的排汽经过两个再热器加热后形成过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机低压缸106膨胀做功，低压缸排汽进入凝汽器108形成凝结水；凝结水由凝结水泵110升压后经低压加热器112加热后送往除氧器114除氧和加热，除氧器114处理后的水经过给水泵116加压后流经高压加热器118进一步加热，最后进入蒸汽发生器100的二次侧，吸收反应堆一回路冷却剂热量后变为饱和蒸汽，从而完成一个完整的热力循环。
但是，压水堆核电站二回路主蒸汽参数受一回路参数的制约，主蒸汽的压力和温度低，而核电机组的总焓降约为同功率亚临界火电机组的2/3，增加了质量流量和容积流量，导致阀门和管道损失，加剧末级叶片余速损失和排汽缸损失对整个机组效率的影响，降低了整个二回路的循环热效率；此外，全部高压缸和部分低压缸在湿蒸汽状态下工作，存在严重的水蚀问题，使机组内效率和安全性都大为降低。
现有技术通过增加辅助回路，使用辅助回路中的蒸汽对蒸汽发生器产生的饱和蒸汽和高压缸排汽进行加热，以提高压水堆核电站的发电效率。但是，现有技术存在以下问题：首先，使用蒸汽作为场外热源的媒介来加热核电站主蒸汽，使得系统较为复杂；其次，上述方法只能略微提高主蒸汽的过热度，无法提高主蒸汽的压力。
有鉴于此，确有必要提供一种具有高发电效率的核电站热力联合循环系统和方法。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种具有高循环热效率的核电站热力联合循环系统和方法。
为实现上述发明目的，本发明提供一种核电站热力联合循环系统，其包括：
燃气发电机组，包括设有第一加热模块的余热锅炉；以及
核电机组，包括依次连接的加热器、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、冷凝器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵和高压加热器；
其中，加热器通过第一加热模块与汽轮机高压缸连接，来自加热器的水经过第一加热模块加热后进入汽轮机高压缸。
作为本发明核电站热力联合循环系统的一种改进，所述余热锅炉设有第二加热模块，所述汽轮机高压缸通过第二加热模块与汽轮机中压缸连接。
作为本发明核电站热力联合循环系统的一种改进，所述余热锅炉设有第三加热模块，所述低压加热器通过第三加热模块与除氧器连接。
作为本发明核电站热力联合循环系统的一种改进，来自加热器的水的温度为260～290℃。
作为本发明核电站热力联合循环系统的一种改进，来自加热器的水经过第一加热模块加热后输出过热蒸汽，过热蒸汽的温度大于300℃。
作为本发明核电站热力联合循环系统的一种改进，所述燃气发电机组还包括发电机、空气压缩机、燃气透平和烟囱。
作为本发明核电站热力联合循环系统的一种改进，所述燃气透平排出的烟气的温度为450～600℃。
为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种核电站热力联合循环方法，其包括以下步骤：
1)燃气透平所排出的烟气在余热锅炉内对来自核电机组的水或蒸汽加热后，从烟囱排出；
2)来自加热器的水经过余热锅炉的第一加热模块加热后进入汽轮机高压缸，来自汽轮机高压缸的排汽依次经过汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、冷凝器形成凝结水，凝结水泵把凝结水送入低压加热器加热，接着进入除氧器除氧和经过高压加热器加热后循环至加热器。
作为本发明核电站热力联合循环方法的一种改进，所述余热锅炉设有第二加热模块，来自汽轮机高压缸的排汽经过第二加热模块加热后进入汽轮机中压缸。
作为本发明核电站热力联合循环方法的一种改进，所述余热锅炉设有第三加热模块，冷凝水经过第三加热模块加热后进入除氧器。
相对于现有技术，本发明核电站热力联合循环系统和方法具有以下优点：
1)采用结构简单的加热器替换现有的蒸汽发生器，使得流体工作于单相区，安全可靠，降低了机组造价；
2)通过将燃气发电机组与核电机组组成混合热力循环系统，提高了核电站蒸汽的过热度和压力，避免了汽轮机在湿蒸汽的工况下工作，增加了机组蒸汽焓降，提高了系统的做功能力和热效率，减少了容积容量；
3)加热器输出260～290℃的高压饱和水或过冷水，继而在余热锅炉中被加热蒸发形成过热蒸汽，使汽轮机进汽参数大幅提高；
4)燃气透平的排烟在余热锅炉中为来自核电机组的水和蒸汽提供热量，排烟余热经过多次降温后排出，提高了燃气发电机组的效率；
5)高压缸排汽在余热锅炉中去湿和加热，取消使用传统的汽水分离再热器，降低了机组造价；
6)机组参数大大提高，提高了热效率，减少了容积容量。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电站热力联合循环系统和方法及其有益技术效果进行详细说明，其中：
图1为现有的压水堆核电站热力系统的示意图。
图2为本发明核电站热力联合循环系统的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
请参阅图2所示，本发明核电站热力联合循环系统包括：
燃气发电机组20，包括设有第一加热模块202的余热锅炉200；以及
核电机组30，包括依次连接的加热器300、汽轮机高压缸302、汽轮机中压缸303、汽轮机低压缸304、冷凝器306、凝结水泵308、低压加热器310、除氧器312、给水泵314和高压加热器316；
其中，加热器300通过第一加热模块202与汽轮机高压缸302连接，来自加热器300的水经过第一加热模块202加热后进入汽轮机高压缸302。
需要说明的是，第一加热模块202可以采用直流型，使给水顺序通过省煤器、蒸发受热面(水冷壁)、过热器并全部变为过热水蒸气；也可以采用汽包型，即包括汽包、水冷壁、省煤器、过热器，给水被循环加热汽化。
来自加热器300的水的温度为260～290℃，一般在280℃左右，来自加热器300的水经过第一加热模块202加热后输出温度大于300℃的过热蒸汽。
根据本发明的一个实施方式，余热锅炉200还设有第二加热模块204，汽轮机高压缸302通过第二加热模块204与汽轮机中压缸303连接，高压缸的排汽经过第二加热模块204加热后进入汽轮机中压缸303做功。
根据本发明的一个实施方式，余热锅炉200还设有第三加热模块206，低压加热器310通过第三加热模块206与除氧器312连接，低压缸排汽进入冷凝器306后形成冷凝水，冷凝水由凝结水泵308升压后经低压加热器310加热，加热后的冷凝水通过第三加热模块206再加热后进入除氧器312进行除氧，然后经过给水泵314和高压加热器316加热循环至加热器300。
燃气发电机组20还包括发电机214、空气压缩机208、燃气透平210和烟囱212、燃烧室216。燃气透平210排出的烟气的温度为450～600℃，燃气透平210排出的烟气在余热锅炉200内对来自核电机组30的水和蒸汽逐级梯度加热后，从烟囱212排出。排烟余热经过多次降温，获得了较低的温度，提高了燃气发电机组20的热利用率。
燃气透平210燃烧天然气和来自空气压缩机208的空气，在燃气透平210出现故障停转时，为了保障对主蒸汽的加热，可使天然气在燃烧室216后直接进入余热锅炉200，也可设置旁路，将天然气燃烧后送入余热锅炉200。
请参照图2所示，本发明核电站混合热力循环方法包括以下步骤：
1)燃气透平210所排出的烟气在余热锅炉200内对来自核电机组30的水或蒸汽加热后，从烟囱212排出；
2)来自加热器300的水经过余热锅炉200的第一加热模块202加热后产生温度大于300℃的过热蒸汽，过热蒸汽进入汽轮机高压缸302；
3)高压缸排汽经过余热锅炉200的第二加热模块204加热后进入汽轮机中压缸303，中压缸排汽进入汽轮机低压缸304，低压缸排汽进入冷凝器306形成冷凝水；
4)冷凝水进入凝结水泵308加压和低压加热器310加热后，接着经过余热锅炉200的第三加热模块206加热进入除氧器312，然后经过高压加热器316加热循环至加热器300。
可以理解的是，本发明中汽轮机采用全速机，分为汽轮机高压缸302、汽轮机中压缸303、汽轮机低压缸304，为了降低改造成本，汽轮机也可以采用半速机。
结合以上对本发明的详细描述可知，相对于现有技术，本发明核电站热力联合循环系统和方法可广泛应用于核电站或火电厂，具有以下优点：
1)采用结构简单的加热器300替换现有的蒸汽发生器，使得流体工作于单相区，安全可靠，降低了机组造价；
2)通过将燃气发电机组20与核电机组30组成混合热力循环系统，提高了核电站蒸汽的过热度和压力，避免了汽轮机在湿蒸汽的工况下工作，增加了机组蒸汽焓降，提高了系统的做功能力和热效率，减少了容积容量；
3)加热器输出260～290℃的高压饱和水或过冷水，继而在余热锅炉中被加热蒸发形成过热蒸汽，使汽轮机进汽参数大幅提高；
4)燃气透平210的排烟在余热锅炉200中为来自核电机组30的水和蒸汽提供热量，排烟余热经过多次降温后排出，提高了燃气发电机组20的效率；
5)高压缸排汽在余热锅炉200中去湿和加热，取消使用传统的汽水分离再热器，降低了机组造价；
6)机组参数大大提高，提高了热效率，减少了容积容量。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种核电站热力联合循环系统，其特征在于，包括：
燃气发电机组，包括设有第一加热模块的余热锅炉；以及
核电机组，包括依次连接的加热器、汽轮机高压缸、汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、冷凝器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵和高压加热器；
其中，加热器通过第一加热模块与汽轮机高压缸连接，来自加热器的水经过第一加热模块加热后进入汽轮机高压缸。
2.根据权利要求1所述的核电站热力联合循环系统，其特征在于，所述余热锅炉还设有第二加热模块，所述汽轮机高压缸通过第二加热模块与汽轮机中压缸连接。
3.根据权利要求1或2所述的核电站热力联合循环系统，其特征在于，所述余热锅炉还设有第三加热模块，所述低压加热器通过第三加热模块与除氧器连接。
4.根据权利要求1所述的核电站热力联合循环系统，其特征在于，来自加热器的水的温度为260～290℃。
5.根据权利要求1所述的核电站热力联合循环系统，其特征在于，来自加热器的水经过第一加热模块加热后输出过热蒸汽，过热蒸汽的温度大于300℃。
6.根据权利要求1所述的核电站热力联合循环系统，其特征在于，所述燃气发电机组还包括空气压缩机、燃气透平和烟囱。
7.根据权利要求6所述的核电站热力联合循环系统，其特征在于，所述燃气透平排出的烟气的温度为450～600℃。
8.一种核电站热力联合循环方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)燃气透平所排出的烟气在余热锅炉内对来自核电机组的水或蒸汽加热后，从烟囱排出；
2)来自加热器的水经过余热锅炉的第一加热模块加热后进入汽轮机高压缸，来自汽轮机高压缸的排汽依次经过汽轮机中压缸、汽轮机低压缸、冷凝器、凝结水泵、低压加热器形成冷凝水，冷凝水进入除氧器除氧和经过高压加热器加热后循环至加热器。
9.根据权利要求8所述的核电站热力联合循环方法，其特征在于，所述余热锅炉设有第二加热模块，来自汽轮机高压缸的排汽经过第二加热模块加热后进入汽轮机中压缸。
10.根据权利要求8所述的核电站热力联合循环方法，其特征在于，所述余热锅炉设有第三加热模块，冷凝水经过第三加热模块加热后进入除氧器。
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