CN110617470A - 过热蒸汽生产系统及过热蒸汽生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核能应用技术领域，提供过热蒸汽生产系统及过热蒸汽生产方法，过热蒸汽生产系统包括：蒸汽过热器；压水反应堆，所述压水反应堆产生的热水至少部分流经所述蒸汽过热器，将所述蒸汽过热器中的饱和蒸汽加热形成过热蒸汽。本发明不会出现饱和蒸汽在传输过程中易凝结，出现液滴或液雾的现象，便于远距离传输，满足远距离工业用户的需求，提高了蒸汽输送距离和利用率。

Description

过热蒸汽生产系统及过热蒸汽生产方法

技术领域

本发明涉及核能应用技术领域，尤其涉及过热蒸汽生产系统及过热蒸汽生产方法。

背景技术

蒸汽在日常生活和工业生产过程中有着广泛用途，利用核反应堆供应蒸汽减少了化石能源消耗量，减少了二氧化碳的排放。

传统的压水反应堆一般采用饱和式自然循环蒸汽发生器，通过反应堆冷却剂系统的循环将堆芯热量导出，反应堆冷却剂可直接流过蒸汽发生器的一次侧；或通过换热器把热量传递给中间隔离传热回路，中间隔离传热回路的介质流过蒸汽发生器的一次侧。蒸汽发生器二次侧的水吸收一次侧水的热量后，汽化产生饱和蒸汽，产生的饱和蒸汽用于汽轮机发电或供热。

然而，饱和蒸汽在传输过程中易凝结，出现液滴或液雾，使其不能满足远距离工业用户的需求，限制了蒸汽输送距离和利用率。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种过热蒸汽生产系统，以解决饱和蒸汽输送短、蒸汽利用率低的问题。

本发明还提出一种过热蒸汽生产方法。

根据本发明第一方面实施例的一种过热蒸汽生产系统，包括：

蒸汽过热器；

压水反应堆，所述压水反应堆产生的热水至少部分流经所述蒸汽过热器，将所述蒸汽过热器中的饱和蒸汽加热形成过热蒸汽。

根据本发明的一个实施例，所述蒸汽过热器的一次侧并联至所述压水反应堆的热水管路。

根据本发明的一个实施例，所述热水管路位于所述蒸汽过热器的一次侧入口与所述蒸汽过热器的一次侧出口之间设有调节阀。

根据本发明的一个实施例，还包括：

蒸汽发生器；

所述热水管路的出口连接至所述蒸汽发生器的一次侧入口，所述蒸汽发生器的一次侧出口通过循环回路连接至所述压水反应堆；

所述蒸汽发生器的二次侧入口连接供水管路，所述蒸汽发生器的二次侧出口连接至所述蒸汽过热器的二次侧入口，用于向所述蒸汽过热器提供饱和蒸汽。

根据本发明的一个实施例，所述循环回路上设有循环泵。

根据本发明的一个实施例，所述蒸汽过热器包括壳体和设于所述壳体内的传热管；

所述传热管的入口和出口均延伸出所述壳体并与所述热水管路连接。

根据本发明的一个实施例，所述传热管可采用但不限于U型管、螺旋管或蛇形管。

根据本发明的一个实施例，所述蒸汽过热器与所述蒸汽发生器分体设置，或所述蒸汽过热器集成到所述蒸汽发生器内的上部蒸汽空间中。

本发明第二方面实施例的一种过热蒸汽生产方法，利用压水反应堆为热源，对水加热；将加热后的水部分或全部首先通入蒸汽过热器的一次侧中，利用部分或全部热量将蒸汽过热器二次侧的饱和蒸汽加热至过热状态，形成过热蒸汽。

根据本发明的一个实施例，从蒸汽过热器的一次侧流出的热水，与未流过蒸汽过热器的热水混合后，被通入蒸汽发生器的一次侧，利用大部分热量将蒸汽发生器的二次侧水加热，产生饱和蒸汽，从蒸汽发生器的二次侧流出的饱和蒸汽，被通入到蒸汽过热器的二次侧，并被加热成为所述过热蒸汽。

本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

本发明实施例提供的过热蒸汽生产系统，包括：蒸汽过热器和为蒸汽过热器提供热源的压水反应堆，压水反应堆产生的热水至少部分流经所述蒸汽过热器，将所述蒸汽过热器中的饱和蒸汽加热形成过热蒸汽。本发明实施例采用压水反应堆作为热源生产过热蒸汽，可替代传统工业锅炉，减少温室气体排放；基于成熟的核电饱和蒸汽技术，无需消耗额外电力或化石燃料，具有热力系统简单、经济竞争力强的优点。此外，过热蒸汽在传输过程中，由于过热度的存在，不会携带水分，一直处于干燥状态，不会出现饱和蒸汽在传输过程中易凝结，出现液滴或液雾的现象，便于远距离传输，满足远距离工业用户的需求，提高了蒸汽输送距离和利用率。

此外，从蒸汽过热器一次侧流出的高温水和未流过该蒸汽过热器的高温水混合后，通入到蒸汽发生器一次侧中，用高温水的热量加热蒸汽发生器二次侧的给水，产生饱和蒸汽；将饱和蒸汽通入上述蒸汽过热器二次侧，以形成持续的蒸汽循环；从蒸汽发生器一次侧流出的换热后的冷水，再次送入到压水反应堆中，从而形成再次循环。

此外，本发明实施例中，水相变成蒸汽的过程发生在蒸汽发生器中，可避免出现过热蒸汽发生器中传热管表面结垢和腐蚀问题。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种实施例提供的过热蒸汽生产系统的原理示意图；

图2是本发明另一种实施例提供的过热蒸汽生产系统的原理示意图；

附图标记：

101：压水反应堆；102：蒸汽过热器；102-1：壳体；102-2：传热管；103：蒸汽发生器；104：循环泵；105：调节阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

压水反应堆是目前国际上最广泛的商用核电堆型，原理是：由核反应堆中的铀—235核燃料进行链式核反应并产生热量，加热核反应堆密闭循环系统中的纯净水，加热后的纯净水在蒸汽发生器将热量传递给蒸汽发生器给水回路的水，然后形成蒸汽推动汽轮发电机运转。能量转换全过程大致为：核能→热能→机械能→电能。

核能产生于核反应堆中的铀原子核裂变，当铀原子核连续裂变时(称“链式反应”)，会产生巨大的热能。核反应堆的作用就好比是我们都很熟悉的锅炉，不过锅炉里的水一般是用火加热的，而核反应堆里的水是用核燃料“加热”的，所以过去也把核反应堆俗称为“原子锅炉”。

如图1所示，第一方面，本发明实施例提供的一种过热蒸汽生产系统，包括：

蒸汽过热器102；

压水反应堆101，所述压水反应堆101产生的热水至少部分流经所述蒸汽过热器102，用热水携带的少部分热量将所述蒸汽过热器102中的饱和蒸汽加热形成过热蒸汽，可以输送到蒸汽管网中提供给用户。

本发明实施例采用压水反应堆101作为热源将饱和蒸汽加热为过热蒸汽，可替代传统工业锅炉，减少温室气体排放；基于成熟的核电饱和蒸汽技术，无需消耗额外电力或化石燃料，具有热力系统简单、经济竞争力强的优点。此外，过热蒸汽在传输过程中，由于过热度的存在，不会携带水分，一直处于干燥状态，不会出现饱和蒸汽在传输过程中易凝结，出现液滴或液雾的现象，便于远距离传输，满足远距离工业用户的需求，提高了蒸汽输送距离和利用率。

需要说明的是，本实施例中“热水至少部分流经所述蒸汽过热器102”是指热水可以全部流经蒸汽过热器102，也可以只有部分热水流经蒸汽过热器102。

根据本发明的一个实施例，所述蒸汽过热器102的一次侧并联至所述压水反应堆101的热水管路，从而热水可以部分流经蒸汽过热器102的一次侧。

本实施例中规定，水流通的一侧为“一次侧”，蒸汽流通的一侧为“二次侧”。

如图1所示，根据本发明的一个实施例，所述热水管路位于所述蒸汽过热器102的一次侧入口与所述蒸汽过热器102的一次侧出口之间设有调节阀105，换句话说，在所述蒸汽过热器102的一次侧入口与所述蒸汽过热器102的一次侧出口之间的热水管路上设有调节阀105，以调整进入蒸汽过热器102一次侧的热水的流量，进而可调节蒸汽过热度。从而可匹配传输距离，用于工业蒸汽、汽/水联产、热电联供、热膜混合的海水淡化等场景。

具体地，当调节阀105关断时，热水管路中的热水全部流经蒸汽过热器102的一次侧，当调节阀105打开时，热水管路中的热水部分流经蒸汽过热器102，从而可以根据需要，调节蒸汽过热度；还有部分未流经蒸汽过热器102的热水直接沿热水管路继续流动；并与流经蒸汽过热器102的一次侧出口的热水混合后流入下文提到的蒸汽发生器103中，将在下文具体介绍。

由于将饱和蒸汽加热为过热蒸汽所需的热量较小，因此流经蒸汽过热器102中的热水温度并没有明显下降，可以对该部分热水的热量进行再次利用，本实施例中，将该部分热水与未流经蒸汽过热器102的热水混合后通入蒸汽发生器103。

根据本发明的一个实施例，还包括：

蒸汽发生器103，本实施例采用自然循环蒸汽发生器，其产生的蒸汽为饱和蒸汽；

所述热水管路的出口连接至所述蒸汽发生器103的一次侧入口，将流经蒸汽过热器102的热水和未流经蒸汽过热器102的热水均由热水管路的出口通入蒸汽发生器103的一次侧入口，热水中携带的大部分热量用于将蒸汽发生器103中的水加热为饱和蒸汽；所述蒸汽发生器103的一次侧出口通过循环回路连接至所述压水反应堆101，由于热水的热量用于加热蒸汽发生器103中的水变成饱和蒸汽后，温度降低，变成冷水，将该冷水由蒸汽发生器103的一次侧出口流出，并通过循环回路再次流入所述压水反应堆101，继续进行加热，形成循环；

所述蒸汽发生器103的二次侧入口连接供水管路，用于提供形成饱和蒸汽的水源。所述蒸汽发生器103的二次侧出口连接至所述蒸汽过热器102的二次侧入口，用于向所述蒸汽过热器102提供饱和蒸汽，以形成持续的饱和蒸汽供应。

本实施例的自然循环蒸汽发生器总热负荷与压水反应堆101功率相匹配，可根据实际需求由自然循环蒸汽发生器直接供应饱和蒸汽或经蒸汽过热器102加热后供应过热蒸汽。

根据本发明的一个实施例，所述循环回路上设有循环泵104，利用循环泵104提供水流的动力，形成水流循环回路。

根据本发明的一个实施例，所述蒸汽过热器102包括壳体102-1和设于所述壳体102-1内的传热管102-2，壳体102-1的一端为饱和蒸汽入口，壳体102-1的另一端为过热蒸汽出口，通过蒸汽发生器103的二次侧出口将饱和蒸汽通入壳体102-1的空腔中，压水反应堆101的热水进入传热管102-2，所述传热管102-2中流通热水，通过传热管102-2将热量传递给饱和蒸汽，并将饱和蒸汽加热为过热蒸汽，并从壳体102-1的过热蒸汽出口排出。

为了便于传热管102-2与热水管路连接，所述传热管102-2的入口和出口均延伸出所述壳体102-1并与所述热水管路连接，此处连接的意思还包括连通。

根据本发明的一个实施例，所述传热管102-2可采用但不限于U型管、螺旋管或蛇形管等排列方式，传热管102-2采用U型管时，可以采用多个U型管叠加设置，以增大传热管102-2的表面积，从而便于将热量充分地传递到壳体102-1的空腔中，螺旋管或蛇形管形式的传热管102-2传热面积大，换热效果好，而且制造方便；当然，传热管102-2还可以采用其他适宜的形状。

本实施例中，水相变成蒸汽的过程发生在蒸汽发生器103中，可避免出现蒸汽过热器102中传热管102-2表面结垢和腐蚀问题。

根据本发明的一个实施例，所述蒸汽过热器102与所述蒸汽发生器103分体设置，如图1所示，蒸汽过热器102设于蒸汽发生器103外，蒸汽发生器103通过饱和蒸汽管路连接至蒸汽过热器102的二次侧入口，用于向蒸汽过热器102供应饱和蒸汽。

另一实施例中，如图2所示，所述蒸汽过热器102集成到所述蒸汽发生器103内的上部蒸汽空间中，从而，可以直接利用蒸汽空间中的饱和蒸汽进入蒸汽过热器102中，加热形成过热蒸汽，省去了饱和蒸汽管路设置，使得整体结构紧凑，在部分应用情景下，可减少设备数量、降低系统造价。

第二方面，本发明实施例提供的一种过热蒸汽生产方法，利用压水反应堆101为热源，对水加热；将加热后的水部分或全部首先通入蒸汽过热器102的一次侧中，利用部分或全部热量将蒸汽过热器102二次侧的饱和蒸汽加热至过热状态，形成过热蒸汽。从蒸汽过热器102的一次侧流出的热水，与未流过蒸汽过热器102的热水混合后，被通入蒸汽发生器103的一次侧，利用大部分热量将蒸汽发生器103的二次侧水加热，产生饱和蒸汽，从蒸汽发生器103的二次侧流出的饱和蒸汽，被通入到蒸汽过热器102的二次侧，并被加热成为所述过热蒸汽。

压水反应堆101为热源可替代传统工业锅炉，减少温室气体排放；基于成熟的核电饱和蒸汽技术，无需消耗额外电力或化石燃料，具有热力系统简单、经济竞争力强的优点。此外，过热蒸汽在传输过程中，由于过热度的存在，不会携带水分，一直处于干燥状态，不会出现饱和蒸汽在传输过程中易凝结，出现液滴或液雾的现象，便于远距离传输，满足远距离工业用户的需求，提高了蒸汽输送距离和利用率。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种过热蒸汽生产系统，其特征在于，包括：

蒸汽过热器；

压水反应堆，所述压水反应堆产生的热水至少部分流经所述蒸汽过热器，将所述蒸汽过热器中的饱和蒸汽加热形成过热蒸汽。

2.根据权利要求1所述的过热蒸汽生产系统，其特征在于，所述蒸汽过热器的一次侧并联至所述压水反应堆的热水管路。

3.根据权利要求2所述的过热蒸汽生产系统，其特征在于，所述热水管路位于所述蒸汽过热器的一次侧入口与所述蒸汽过热器的一次侧出口之间设有调节阀。

4.根据权利要求1所述的过热蒸汽生产系统，其特征在于，还包括：

蒸汽发生器；

所述热水管路的出口连接至所述蒸汽发生器的一次侧入口，所述蒸汽发生器的一次侧出口通过循环回路连接至所述压水反应堆；

所述蒸汽发生器的二次侧入口连接供水管路，所述蒸汽发生器的二次侧出口连接至所述蒸汽过热器的二次侧入口，用于向所述蒸汽过热器提供饱和蒸汽。

5.根据权利要求4所述的过热蒸汽生产系统，其特征在于，所述循环回路上设有循环泵。

6.根据权利要求1-5任一项所述的过热蒸汽生产系统，其特征在于，所述蒸汽过热器包括壳体和设于所述壳体内的传热管；

所述传热管的入口和出口均延伸出所述壳体并与所述热水管路连接。

7.根据权利要求6所述的过热蒸汽生产系统，其特征在于，所述传热管采用U型管、螺旋管或蛇形管。

8.根据权利要求6所述的过热蒸汽生产系统，其特征在于，所述蒸汽过热器与所述蒸汽发生器分体设置，或所述蒸汽过热器集成到所述蒸汽发生器内的上部蒸汽空间中。

9.一种过热蒸汽生产方法，其特征在于，利用压水反应堆为热源，对水加热；将加热后的水部分或全部首先通入蒸汽过热器的一次侧中，利用部分或全部热量将蒸汽过热器二次侧的饱和蒸汽加热至过热状态，形成过热蒸汽。

10.根据权利要求9所述的过热蒸汽生产方法，其特征在于，从蒸汽过热器的一次侧流出的热水，与未流过蒸汽过热器的热水混合后，被通入蒸汽发生器的一次侧，利用大部分热量将蒸汽发生器的二次侧水加热，产生饱和蒸汽，从蒸汽发生器的二次侧流出的饱和蒸汽，被通入到蒸汽过热器的二次侧，并被加热成为所述过热蒸汽。