CN112233822A - 用于海洋环境的核电源能量转换与余热排出一体化系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种用于海洋环境的核电源能量转换与余热排出一体化系统，包括汽轮发电机组、冷凝器、除氧器、集汽管和配水管。本申请整个系统的设备和结构简单、功能完备，减小了系统的重量和空间尺寸；有利于重量的均匀分布，立式布置的汽轮机发电机组旋转后可以为整个系统提供部分浮升力，提高整个系统在海洋环境中的浮动稳定性和安全性；集汽管、配水管的设计可以最大程度上保证整个系统的质量均匀分配、浮动稳定，集汽内管和配水内管二者相互配合可以对称式分段隔离损坏的蒸汽发生器；系统冷源和热源之间具有高度差，因此在事故条件下，内管通过自然循环流动排除从压力容器内吸收的热量，具有高度的固有安全性。

Description

用于海洋环境的核电源能量转换与余热排出一体化系统

技术领域

本申请属于核电技术领域，更具体地说，是涉及一种用于海洋环境的核电源能量转换与余热排出一体化系统。

背景技术

核能是一种高效清洁的能源，它使用易裂变核素的自持链式裂变反应产生能量，通过核能、热能、机械能、电能的转换，为电网或电力设备供能。能量转换系统是核电站的主要系统，它承担向汽轮发电机组输送高温蒸汽、向蒸汽发生器输送给水等功能，还承担核电站主要的热能、机械能、电能转化功能，在正常运行工况、紧急工况和事故工况下，还可以通过调节能量转换系统的给水和蒸汽流量，排出核反应堆堆芯热量。

陆上核电站由于基本不受空间地域的限制，因此普遍设置大规模的能量转换系统及相关辅助设备，包括大尺寸的汽轮机厂房、发电机、长距离输汽管道、设备冷却水系统等，并且将能量转换系统大部分设备布置在安全壳外，通过安全壳贯穿件与安全壳内蒸汽发生器相连，这样做可以确保核电站一、二回路隔离，减少一回路放射性对能量转换系统设备性能的影响和工质的污染。在海洋环境中，核电源系统受地域空间限制较大，从而导致核电源的设备和结构布置难度较大。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种用于海洋环境的核电源能量转换与余热排出一体化系统，以解决现有技术中用于海洋环境的核电源的设备和结构布置难度较大的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：一种用于海洋环境的核电源能量转换与余热排出一体化系统，包括汽轮发电机组、冷凝器、除氧器、集汽管和配水管，所述集汽管用于收集蒸汽发生器产生的蒸汽，所述集汽管与所述汽轮发电机组之间连接有输汽管，所述汽轮发电机组、所述冷凝器和所述除氧器依次连接，所述除氧器与所述配水管之间连接有给水管，所述配水管用于为所述蒸汽发生器供水。

可选地，所述汽轮发电机组呈立式布置，所述冷凝器、所述除氧器、所述集汽管和所述配水管均为环状结构且分别绕所述汽轮发电机组的轴线方向环绕布置，所述输汽管设置有多个且绕所述汽轮发电机组的轴线方向均匀布置，所述给水管设置有多个且绕所述汽轮发电机组的轴线方向均匀布置。

可选地，所述蒸汽发生器设置有多组且绕所述汽轮发电机组的轴线方向均匀布置，所述集汽管连接有多个第一连接管，所述第一连接管连接有集汽内管，每个所述集汽内管均连接一组所述蒸汽发生器；所述配水管连接有多个第二连接管，所述第二连接管连接有配水内管，每个所述配水内管均连接一组所述蒸汽发生器。

可选地，每个所述第一连接管上设置有集汽隔离阀，每个所述第二连接管上设置有配水隔离阀。

可选地，所述蒸汽发生器、所述集汽内管和所述配水内管均设置在一压力容器内，所述汽轮发电机组、所述冷凝器、所述除氧器、所述集汽管、所述配水管和所述压力容器均设置在一安全壳内，所述第一连接管和所述第二连接管均贯穿设置于所述压力容器，所述集汽隔离阀和所述配水隔离阀均位于所述压力容器之外。

可选地，所述冷凝器和所述除氧器之间连接有绕所述汽轮发电机组的轴线方向均匀布置的多个凝水管，所述凝水管上设置有凝水泵。

可选地，所述汽轮发电机组和所述除氧器之间连接有抽汽除氧管，所述抽汽除氧管上沿所述汽轮发电机组至所述除氧器的方向依序设置有抽汽截止阀和抽汽调节阀。

可选地，所述输汽管上沿所述集汽管至所述汽轮发电机组的方向依序设置有输汽释放阀、输汽截止阀、输汽调节阀、进汽释放阀和进汽截止阀，所述给水管上沿所述除氧器至所述配水管的方向依序设置有给水泵、给水截止阀和给水调节阀。

可选地，所述冷凝器的内部设置有冷凝管，所述冷凝管的一端依次穿出于所述冷凝器和所述安全壳并连接有海水管，所述海水管上设置有海水驱动泵，所述冷凝管的另一端依次穿出于所述冷凝器和所述安全壳。

可选地，所述汽轮发电机组、所述冷凝器、所述除氧器和所述蒸汽发生器自上而下依序布置。

本申请实施例至少具有以下有益效果：蒸汽发生器产生的具有大量热能的蒸汽通过集汽管被收集，然后通过输汽管被输送到汽轮发电机组，汽轮发电机组在蒸汽的推动下做功，将蒸汽的热能转换为汽轮发电机组的机械能，然后汽轮发电机组再将机械能转换为电能；依靠蒸汽发生器、集汽管、输汽管和汽轮发电机组能够实现热能、机械能、电能的转换，而且依靠冷凝器和除氧器形成除氧的冷凝水，除氧的冷凝水通过给水管、配水管供蒸汽发生器循环使用，整个系统的设备和结构简单、功能完备，减小了系统的重量和空间尺寸，从而降低了设备和结构的布置难度和成本；汽轮发电机机采用立式布置，而且冷凝器、除氧器均采用环形布置方式，有利于重量的均匀分布，立式布置的汽轮机发电机组旋转后可以为整个系统提供部分浮升力，进一步提高整个系统在海洋环境中的浮动稳定性和安全性；输汽管采用弧形布置，减少了流动阻力，给水泵设置在系统的底部位置，可以降低发生汽蚀的可能性；集汽管的设计可以均衡各个蒸汽发生器的蒸汽质量、平衡汽压，配水管的设计可以平衡各个蒸汽发生器的给水流量，最大程度上保证整个系统的质量均匀分配、浮动稳定，集汽内管和配水内管采用分段布置，二者相互配合可以对称式分段隔离损坏的蒸汽发生器，在保证蒸汽质量的同时保证系统的浮动稳定性；汽轮发电机组、冷凝器、除氧器和蒸汽发生器在竖直方向上自上而下依序布置，冷源和热源之间具有高度差，因此在事故条件下，内管通过自然循环流动排除从压力容器内吸收的热量，具有高度的固有安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的纵向剖面示意图；

图2为本申请实施例集汽管、第一连接管、集汽内管和蒸汽发生器的连接示意图；

图3为本申请实施例配水管、第二连接管、配水内管和蒸汽发生器的连接示意图。

其中，图中各标记为：

1、汽轮发电机组；2、冷凝器；3、除氧器；4、集汽管；5、配水管；6、蒸汽发生器；7、输汽管；8、给水管；9、第一连接管；10、集汽内管；11、第二连接管；12、配水内管；13、集汽隔离阀；14、配水隔离阀；15、压力容器；16、凝水管；17、凝水泵；18、抽汽除氧管；19、抽汽截止阀；20、抽汽调节阀；21、输汽释放阀；22、输汽截止阀；23、输汽调节阀；24、进汽释放阀；25、进汽截止阀；26、冷凝管；27、海水管；28、海水驱动泵；29、安全壳；30、给水泵；31、给水截止阀；32、给水调节阀。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”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，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专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本申请实施例提供一种用于海洋环境的核电源能量转换与余热排出一体化系统，如图1所示，包括汽轮发电机组1、冷凝器2、除氧器3、集汽管4和配水管5，集汽管4用于收集蒸汽发生器6产生的蒸汽，集汽管4与汽轮发电机组1之间连接有输汽管7，汽轮发电机组1、冷凝器2和环形除氧器3依次连接，除氧器3与配水管5之间连接有给水管8，配水管5用于为蒸汽发生器6供水。

工作时，蒸汽发生器6产生的具有大量热能的蒸汽通过集汽管4被收集，然后通过输汽管7被输送到汽轮发电机组1，汽轮发电机组1在蒸汽的推动下做功，将蒸汽的热能转换为汽轮发电机组1的机械能，然后汽轮发电机组1再将机械能转换为电能，从而实现热能、机械能、电能的转换；蒸汽通过汽轮发电机组1后进入冷凝器2，冷凝形成液态水，然后液态水再进入除氧器3进行除氧，除氧后的液态水通过给水管8、配水管5进入蒸汽发生器6，如此不断循环。

本申请实施例提供的用于海洋环境的核电源能量转换与余热排出一体化系统，依靠蒸汽发生器6、集汽管4、输汽管7和汽轮发电机组1能够实现热能、机械能、电能的转换，而且依靠冷凝器2和除氧器3形成除氧的冷凝水，除氧的冷凝水通过给水管8、配水管5供蒸汽发生器6循环使用，整个系统的设备和结构简单，从而降低了设备和结构的布置难度和成本，特别适合用于海洋环境中的核电站。

在其中一个实施例中，如图1所示，汽轮发电机组1呈立式布置，冷凝器2、除氧器3、集汽管4和配水管5均为环状结构且分别绕汽轮发电机组1的轴线方向环绕布置，输汽管7设置有多个且绕汽轮发电机组1的轴线方向均匀布置，给水管8设置有多个且绕汽轮发电机组1的轴线方向均匀布置。通过上述设置，有利于整个系统中设备和结构的重量的均匀分布，整个系统的重心基本位于汽轮发电机组1的轴线上，有利于提高整个系统在海洋环境中的浮动稳定性；而且立式布置的汽轮机发电机组1旋转后可以为整个系统提供部分浮升力，进一步提高整个系统在海洋环境中的浮动稳定性和安全性。

在其中一个实施例中，如图1至图3所示，蒸汽发生器6设置有多组且绕汽轮发电机组1的轴线方向均匀布置，集汽管4连接有多个第一连接管9，第一连接管9连接有集汽内管10，每个集汽内管10均连接一组蒸汽发生器6；配水管5连接有多个第二连接管11，第二连接管11连接有配水内管12，每个配水内管12均连接一组蒸汽发生器6。通过集汽管4连接多个第一连接管9，然后各个第一连接管9再连接集汽内管10用于收集一组蒸汽发生器6产生的蒸汽，从而可以均衡各个蒸汽发生器6的蒸汽质量，平衡汽压，使各个蒸汽发生器6产生的蒸汽能够均匀地输送到集汽管4中，并在集汽管4中汇合后传输给输汽管7。通过配水管5连接多个第二连接管11，然后各个第二连接管11再连接配水内管12用于为一组蒸汽发生器6供水，从而可以平衡各个蒸汽发生器6的供水流量，最大程度上保证整个系统的重量分配均匀，提高系统的浮动稳定性和安全性。

在其中一个实施例中，如图1至图3所示，每个第一连接管9上均设置有集汽隔离阀13，每个第二连接管11上均设置有配水隔离阀14。通过在各个第一连接管9上分别设置集汽隔离阀13，在各个第二连接管11上分别设置配水隔离阀14，当某些蒸汽发生器6出现破损时，相应的蒸汽发生器6所在的那组蒸汽发生器6连接的第一连接管9上的集汽隔离阀13和第二连接管11上的配水隔离阀14关闭，将破损的蒸汽发生器6从系统中隔离开来，避免放射性物质进入破损的蒸汽发生器6后伴随蒸汽向外排出或污染由配水管5进入的冷凝水。

在其中一个实施例中，如图1至图3所示，蒸汽发生器6设置有六组，每组蒸汽发生器6设置有四台，集汽内管10和配水内管12均设置有六段且均为弧形管，六段集汽内管10和六段配水内管12分别绕汽轮发电机组1的轴线方向均匀布置。第一连接管9和第二连接管11均设置有六段，六段第一连接管9和六段第二连接管11分别绕汽轮发电机组1的轴线方向均匀布置。每段第一连接管9的一端连接一段集汽内管10，另一端连接集汽管4；每段第二连接管11的一端连接一端配水内管12，另一端连接配水管5。即每段集汽内管10分别用于收集一组蒸汽发生器6中的四台蒸汽发生器6产生的蒸汽，并输入到集汽管4中；每段配水内管12分别用于向一组蒸汽发生器6中的四台蒸汽发生器6供水。从而可以均衡各个蒸汽发生器6的蒸汽质量，平衡汽压，并可以平衡各个蒸汽发生器6的供水流量，提高系统的浮动稳定性和安全性。

在其中一个实施例中，如图1至图3所示，蒸汽发生器6、集汽内管10和配水内管12均设置在一压力容器15内，汽轮发电机组1、冷凝器2、除氧器3、集汽管4、配水管5和压力容器15均设置在一安全壳29内，第一连接管9和第二连接管11均贯穿设置于压力容器15，集汽隔离阀13和配水隔离阀14均位于压力容器15之外。将蒸汽发生器6、集汽内管10和配水内管12设置在压力容器15内，汽轮发电机组1、冷凝器2、除氧器3、集汽管4、配水管5和压力容器15设置在安全壳29内，使蒸汽发生器6、集汽内管10和配水内管12这些放射性较大的设备和结构得到双重保护，尽可能避免反射性外泄；第一连接管9和第二连接管11贯穿设置于压力容器15，并使集汽隔离阀13和配水隔离阀14均位于压力容器15之外，使集汽管4和集汽内管10连通、配水管5和配水内管12连通，还能够减少集汽隔离阀13和配水隔离阀14受到的放射性污染。

在其中一个实施例中，如图1所示，冷凝器2和除氧器3之间连接有绕汽轮发电机组1的轴线方向均匀布置的多个凝水管16，凝水管16上设置有凝水泵17。进入汽轮发电机组1的过热蒸汽做功发电后，通过汽轮机的蜗壳进入冷凝器2中形成冷凝水，然后在凝水泵17的驱动加压下进入除氧器3，结构简单而且冷凝效果好。

在其中一个实施例中，如图1所示，汽轮发电机组1和除氧器3之间连接有抽汽除氧管18，抽汽除氧管18上沿汽轮发电机组1至除氧器3的方向依序设置有抽汽截止阀19和抽汽调节阀20。汽轮机发电机组中的部分蒸汽通过抽汽除氧管18进入除氧器3进行鼓泡除氧，可以提高除氧器3的除氧效果。

在其中一个实施例中，如图1所示，输汽管7上沿集汽管4至汽轮发电机组1的方向依序设置有输汽释放阀21、输汽截止阀22、输汽调节阀23、进汽释放阀24和进汽截止阀25；给水管8上沿除氧器3至配水管5的方向依序设置有给水泵30、给水截止阀31和给水调节阀32。输汽释放阀21用于控制输汽的开闭，输汽截止阀22用于在输汽关闭时提高输汽管7的密封性，输汽调节阀23用于在输汽开启时调节蒸汽流量，进汽释放阀24用于控制进汽的开闭，进汽截止阀25于在进汽关闭时提高输汽管7的密封性；通过输汽释放阀21、输汽截止阀22、输汽调节阀23、进汽释放阀24和进汽截止阀25的设置，可以更好地控制蒸汽向汽轮发电机组1中传输。经过除氧器3除氧后的冷凝水在给水泵30的驱动下通过给水管8流向蒸汽发生器6，给水截止阀31能够在给水泵30停止时提高给水管8的密封性，给水调节阀32能够在给水泵30运行时调节给水管8的流量。通过给水泵30、给水截止阀31和给水调节阀32的设置，可以更好地控制除氧后的冷凝水向蒸汽发生器6中传输。

在其中一个实施例中，如图1所示，冷凝器2的内部设置有冷凝管26，冷凝管26的一端依次穿出于冷凝器2和安全壳29并连接有海水管27，海水管27上设置有海水驱动泵28，冷凝管26的另一端依次穿出于冷凝器2和安全壳29。通过在冷凝器2的内部冷凝管26，并将冷凝管26的两端分别穿出于冷凝器2和安全壳29，同时冷凝管26的一端设置海水驱动泵28，使冷凝管26能够驱动海洋中的海水通过冷凝管26经过冷凝器2的内部，为冷凝器2的内部降温，然后通过冷凝管26的另一端排入海洋中，从而利用了海水来提高冷凝器2的冷凝效果，而且还能够节约大量的冷却成本。

在其中一个实施例中，如图1所示，汽轮发电机组1、冷凝器2、除氧器3和蒸汽发生器6自上而下依序布置。当发生事故时，由于蒸汽发生器6设置在最底部，冷源和热源之间具有高度差，蒸汽发生器6中的蒸汽会沿循环回路，在密度差的驱动下形成自然循环流动，将压力容器15中的热量传递到外界(海水中)，从而提高系统的固有安全性。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于海洋环境的核电源能量转换与余热排出一体化系统，其特征在于，包括汽轮发电机组、冷凝器、除氧器、集汽管和配水管，所述集汽管用于收集蒸汽发生器产生的蒸汽，所述集汽管与所述汽轮发电机组之间连接有输汽管，所述汽轮发电机组、所述冷凝器和所述除氧器依次连接，所述除氧器与所述配水管之间连接有给水管，所述配水管用于为所述蒸汽发生器供水。

2.根据权利要求1所述的用于海洋环境的核电源能量转换与余热排出一体化系统，其特征在于，所述汽轮发电机组呈立式布置，所述冷凝器、所述除氧器、所述集汽管和所述配水管均为环状结构且分别绕所述汽轮发电机组的轴线方向环绕布置，所述输汽管设置有多个且绕所述汽轮发电机组的轴线方向均匀布置，所述给水管设置有多个且绕所述汽轮发电机组的轴线方向均匀布置。

3.根据权利要求2所述的用于海洋环境的核电源能量转换与余热排出一体化系统，其特征在于，所述蒸汽发生器设置有多组且绕所述汽轮发电机组的轴线方向均匀布置，所述集汽管连接有多个第一连接管，所述第一连接管连接有集汽内管，每个所述集汽内管均连接一组所述蒸汽发生器；所述配水管连接有多个第二连接管，所述第二连接管连接有配水内管，每个所述配水内管均连接一组所述蒸汽发生器。

4.根据权利要求3所述的用于海洋环境的核电源能量转换与余热排出一体化系统，其特征在于，每个所述第一连接管上设置有集汽隔离阀，每个所述第二连接管上设置有配水隔离阀。

5.根据权利要求4所述的用于海洋环境的核电源能量转换与余热排出一体化系统，其特征在于，所述蒸汽发生器、所述集汽内管和所述配水内管均设置在一压力容器内，所述汽轮发电机组、所述冷凝器、所述除氧器、所述集汽管、所述配水管和所述压力容器均设置在一安全壳内，所述第一连接管和所述第二连接管均贯穿设置于所述压力容器，所述集汽隔离阀和所述配水隔离阀均位于所述压力容器之外。

6.根据权利要求2所述的用于海洋环境的核电源能量转换与余热排出一体化系统，其特征在于，所述冷凝器和所述除氧器之间连接有绕所述汽轮发电机组的轴线方向均匀布置的多个凝水管，所述凝水管上设置有凝水泵。

7.根据权利要求1所述的用于海洋环境的核电源能量转换与余热排出一体化系统，其特征在于，所述汽轮发电机组和所述除氧器之间连接有抽汽除氧管，所述抽汽除氧管上沿所述汽轮发电机组至所述除氧器的方向依序设置有抽汽截止阀和抽汽调节阀。

8.根据权利要求1至6任意一项所述的用于海洋环境的核电源能量转换与余热排出一体化系统，其特征在于，所述输汽管上沿所述集汽管至所述汽轮发电机组的方向依序设置有输汽释放阀、输汽截止阀、输汽调节阀、进汽释放阀和进汽截止阀，所述给水管上沿所述除氧器至所述配水管的方向依序设置有给水泵、给水截止阀和给水调节阀。

9.根据权利要求5所述的用于海洋环境的核电源能量转换与余热排出一体化系统，其特征在于，所述冷凝器的内部设置有冷凝管，所述冷凝管的一端依次穿出于所述冷凝器和所述安全壳并连接有海水管，所述海水管上设置有海水驱动泵，所述冷凝管的另一端依次穿出于所述冷凝器和所述安全壳。

10.根据权利要求9所述的用于海洋环境的核电源能量转换与余热排出一体化系统，其特征在于，所述汽轮发电机组、所述冷凝器、所述除氧器和所述蒸汽发生器自上而下依序布置，使得发生事故时所述蒸汽发生器中的蒸汽会沿循环回路在密度差的驱动下形成自然循环流动，将所述压力容器中的热量排出到外界。

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