CN111997699B - 一种供热核堆与常规能源耦合发电供热系统及方法 - Google Patents

一种供热核堆与常规能源耦合发电供热系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种供热核堆与常规能源耦合发电供热系统及方法，包括：核能供热单元和常规能源发电单元；所述核能供热单元包括供热核堆以及分别与供热核堆连接的蒸汽发生装置、凝结水换热装置以及热网水换热装置；所述常规能源发电单元包括常规能源锅炉、高压缸、低压缸、凝汽器、给水系统和热网首站；所述凝汽器的输出端分别连接蒸汽发生装置和凝结水换热装置。本发明常规能源电厂耦合核能热量供热发电，充分利用核能，提高核能供热经济效益，发挥核能供热与常规能源发电各自的优势。

Description

一种供热核堆与常规能源耦合发电供热系统及方法
技术领域
本发明涉及核能供热发电技术领域，尤其涉及一种供热核堆与常规能源耦合发电供热系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
核能作为安全高效、清洁低碳的优质能源，核能供热能够满足采暖供汽热负荷的需要，是构建北方地区清洁取暖体系的有效途径，可代替燃煤锅炉，实现新旧动能转换，同时能够改善环境质量、提高城市品位和竞争力。
但是单独利用供热核堆进行供暖供热具有一定的局限性：
(1)供热核堆投资较高、经济性不高。项目投资较高，收益率较低，项目投资回收期长，项目存在投资高、运行经济性低等问题。
(2)采暖负荷频繁波动性的特点，不利于供热核堆的稳定安全运行。由于居民采暖热负荷存在季节波动性和日夜波动性，采暖热负荷的频繁变化，要求频繁调整供热核堆的出力，不利于供热核堆的安全稳定运行。
(3)供热核堆可对外提供工业用汽，但是对工业用汽负荷的稳定性要求较高，工业用汽负荷的不确定性易引起非采暖季停堆运行问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种供热核堆与常规能源耦合发电供热系统及方法，常规能源电厂耦合核能热量供热发电，充分利用核能，提高核能供热经济效益，发挥核能供热与常规能源发电各自的优势。
为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种供热核堆与常规能源耦合发电供热系统，包括：核能供热单元和常规能源发电单元；所述核能供热单元包括供热核堆以及分别与供热核堆连接的蒸汽发生装置、凝结水换热装置以及热网水换热装置；所述常规能源发电单元包括依次设置的常规能源锅炉、高压缸、低压缸、凝汽器、给水系统和热网首站；所述凝汽器的输出端分别连接蒸汽发生装置和凝结水换热装置。
根据本发明的第二个方面，提供了一种供热核堆与常规能源耦合发电供热方法，包括：
在非采暖季，核能供热单元和常规能源发电单元耦合运行：
凝结水经凝结水泵升压后输送至核能供热单元，一部分加热生成高温凝结水，一部分生成核能蒸汽；高温凝结水经过除氧、升压、加热后送入常规能源锅炉；核能蒸汽部分对外供工业蒸汽，部分送至低压缸入口；
常规能源锅炉产生的主蒸汽经过高压缸做功后，排汽与核能蒸汽混合，进入低压缸做功。
在采暖季，核能供热单元和常规能源发电单元耦合运行：
供热核堆热量通过热网水换热装置实现对外供热；一部分热量通过凝结水换热装置生成高温凝结水，以供向除氧器；一部分热量通过蒸汽发生装置生成核能蒸汽对外供工业蒸汽，或根据供热负荷调整向低压缸供蒸汽量；以此来保证供热核堆长期高效安全稳定运行。
常规能源发电单元在发电的同时，实现对外供热调峰，机组根据调峰负荷需求采用背压运行方式或抽凝运行方式；同时，高压缸排汽可作为工业蒸汽的备用热源。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明系统在非采暖季，供热核堆在外供工业蒸汽的同时，与常规能源发电单元耦合发电，保证了核堆全年的安全、稳定、经济、可靠运行。
在采暖季，为了避免由于供暖负荷频繁波动导致的供热核堆出力频繁调整，核堆仅带基本采暖热负荷运行，多余的热量对外供工业蒸汽或向常规能源发电单元提供核能蒸汽；而将常规能源发电单元作为核能供暖的调峰热源，在采暖热负荷调峰的同时获取发电效益，保证供热核堆高效安全稳定运行。
本发明附加方面的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
通过参照附图的以下详细描述，本发明实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更容易理解。在附图中，将以示例以及非限制性的方式对本发明的多个实施例进行说明，其中：
图1为根据本发明一种实施例的供热核堆与常规能源耦合发电供热系统结构示意图；
其中，1.常规能源锅炉，2.高压缸，3.低压缸，4.第一发电机，5.第二发电机，6.凝汽器，7.凝结水泵，8.除氧器，9.给水泵，10.高压加热器，11.蒸汽发生装置，12.凝结水换热装置，13.热网水换热装置，14.供热核堆，15.常规能源侧热网首站。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“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的限制。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
根据本发明的实施例，提供了一种供热核堆14与常规能源耦合发电供热系统，参照图1，包括：核能供热单元和常规能源发电单元；
其中，核能供电单元包括供热核堆14以及分别与供热核堆14连接的蒸汽发生装置11、凝结水换热装置12以及热网水换热装置13。
常规能源发电单元包括常规能源锅炉1、高压缸2、低压缸3、凝汽器6和常规能源侧热网首站15。
蒸汽发生装置11的输出端分别连接工业蒸汽的输送端和低压缸3的输入端；凝结水换热装置12的输出端连接至除氧器8；热网水换热装置13与外网热网循环水连接。
凝汽器6的输出端经过凝结水泵7分别连接蒸汽发生装置11和凝结水换热装置12。
除氧器8的输出端依次经过给水泵9和高压加热器10后，连接至常规能源锅炉1。常规能源锅炉1产生的主蒸汽连接至高压缸2，高压缸2排汽与核能蒸汽混合后连接至低压缸3，低压缸3排汽连接至凝汽器6。
同时，高压缸2连接第一发电机4，低压缸3连接第二发电机5。
在另外一些实施方式中，高压缸2排汽作为采暖蒸汽连接至常规能源侧热网首站15，采暖蒸汽疏水连接至除氧器8，依次经过除氧器8、给水泵9和高压加热器10后，进入常规能源锅炉1。
实施例二
根据本发明的实施例，提供了一种供热核堆14与常规能源耦合发电供热方法，具体包括如下过程：
在非采暖季，核能供热单元和常规能源发电单元耦合运行：
凝汽器6出口凝结水由凝结水泵7升压后输送至核能供热单元，一部分凝结水经蒸汽发生装置11加热生成核能蒸汽，一部分经凝结水换热装置12生成高温凝结水。核能蒸汽分成两路：其中一路与常规能源发电单元低压缸3连接，推动低压缸3做功；另一路供工业蒸汽。高温凝结水输送至除氧器8。
凝结水换热装置12出口的高温凝结水输送至除氧器8，然后由给水泵9升压后经高压加热器10送入常规能源锅炉1。常规能源锅炉1产生的主蒸汽输送至高压缸2做功，并推动第一发电机4发电；高压缸2排汽与核能蒸汽混合后进入低压缸3做功，推动第二发电机5发电。低压缸3排汽排入凝汽器6，利用循环水冷却成凝结水。
在非采暖季，核能供热单元与常规能源发电单元耦合运行方式，避免了无采暖负荷时停堆或长期低负荷运行，提高了核能的利用率和经济性。
在采暖季，核能供热单元和常规能源发电单元耦合运行：供热核堆14带基本采暖热负荷运行，在兼顾工业蒸汽的同时按负荷向常规能源发电单元提供核能蒸汽，避免了供热核堆14功率的频繁调整，保证了供热核堆14的安全稳定运行，提高了核能利用率和经济性；常规能源发电电源在发电的同时作为核能供暖的调峰热源，同时也可以作为工业蒸汽的备用热源。
根据热负荷需求，供热核堆14大部分热量通过热网水换热装置13加热热网循环水，以实现对外供热；部分热量通过凝结水换热装置12加热生成高温凝结水；其余热量通过蒸汽发生装置11生成核能蒸汽以供工业蒸汽及向低压缸3供汽。
常规能源发电单元在发电的同时，实现对外供热调峰，机组根据调峰负荷需求采用抽凝运行方式或背压运行方式。
抽凝运行时：凝汽器6出口的凝结水经过凝结水泵7输送至凝结水换热装置12，产生的高温凝结水进入除氧器8。进入除氧器8的高温凝结水通过高压缸2排汽加热除氧，并由给水泵9加压后经高压加热器10加热，然后输送至常规能源锅炉1。给水经常规能源锅炉1加热后生成主蒸汽，输送至高压缸2做功，推动第一发电机4发电。高压缸2排汽与核能蒸汽混合后进入低压缸3做功，并推动第二发电机5发电。
部分高压缸2排汽作为采暖蒸汽输送至常规能源侧热网首站15，以加热热网循环水实现对外供热。采暖蒸汽经热网首站生成的采暖回水输送至除氧器8。
背压运行时：常规能源锅炉1产生的主蒸汽进入高压缸2做功，排汽全部作为采暖蒸汽进入常规能源侧热网首站15，加热热网循环水实现对外供热。采暖蒸汽经热网首站生成的采暖回水输送至除氧器8，通过高压加热器10加热后进入常规能源锅炉1。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种供热核堆与常规能源耦合发电供热系统，其特征在于，包括：核能供热单元和常规能源发电单元；所述核能供热单元包括供热核堆以及分别与供热核堆连接的蒸汽发生装置、凝结水换热装置以及热网水换热装置；所述常规能源发电单元包括依次设置的常规能源锅炉、高压缸、低压缸、凝汽器、给水系统和热网首站；所述凝汽器的输出端分别连接蒸汽发生装置和凝结水换热装置；
所述蒸汽发生装置的输出端分别连接工业蒸汽的输送端和低压缸的输入端；
所述凝结水换热装置的输出端连接至除氧器的输入端，所述除氧器的输出端依次经过给水泵和高压加热器后，连接至常规能源锅炉；
所述给水系统包括：依次连接的除氧器、给水泵、高压加热器；
所述高压缸的输出端分别连接除氧器、低压缸的输入端和热网首站。
2.如权利要求1所述一种供热核堆与常规能源耦合发电供热系统，其特征在于，采暖蒸汽疏水连接至除氧器，依次经过给水泵和高压加热器后，进入常规能源锅炉。
3.如权利要求1所述一种供热核堆与常规能源耦合发电供热系统，其特征在于，所述热网水换热装置连接至热网，用于对外供暖。
4.如权利要求1所述一种供热核堆与常规能源耦合发电供热系统，其特征在于，所述高压缸的抽汽输出端与高压加热器连接。
5.如权利要求1所述一种供热核堆与常规能源耦合发电供热系统，其特征在于，所述凝汽器中的凝结水经过升压后分为两路，其中一路输送至蒸汽发生装置，形成核能蒸汽，另一路输送至凝结水换热装置，形成高温凝结水。
6.一种供热核堆与常规能源耦合发电供热方法，其特征在于，包括：在非采暖季，核能供热单元和常规能源发电单元耦合运行：
凝结水升压后输送至核能供热单元，一部分加热生成高温凝结水，一部分生成核能蒸汽；高温凝结水经过除氧、升压、加热后送入常规能源锅炉；核能蒸汽部分对外供工业蒸汽，部分送至低压缸；
常规能源锅炉产生的主蒸汽经过高压缸做功后，排汽与核能蒸汽混合，进入低压缸做功；
在采暖季，核能供热单元和常规能源发电单元耦合运行：
供热核堆带基本采暖热负荷运行，主要热量通过热网水换热装置实现对外供热；一部分热量通过凝结水换热装置生成高温凝结水，以供向除氧器；一部分热量通过蒸汽发生装置生成核能蒸汽，在兼顾工业蒸汽的同时按负荷向常规能源发电单元提供核能蒸汽；
常规能源发电单元在发电的同时，实现对外供热调峰，机组根据调峰负荷需求采用抽凝运行方式或背压运行方式；同时，高压缸排汽可作为工业蒸汽的备用热源。
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