CN113063136A - 核气联合供汽系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种核气联合供汽系统，包括核能供汽单元、余热锅炉、加热除氧单元以及燃气轮机发电机组；所述核能供汽单元包括蒸汽发生器；所述加热除氧单元连接在所述余热锅炉和蒸汽发生器的进水口之间；所述余热锅炉内设有过热器；所述过热器的进口与所述蒸汽发生器的蒸汽出口连接；所述燃气轮机发电机组连接所述余热锅炉，将可燃气燃烧后形成的烟气输送至所述余热锅炉内。本发明的核气联合供汽系统，利用烟气余热对低温堆的蒸汽发生器排出的蒸汽进行加热，提高对外供汽的温度，同时还利用烟气余热预热低温堆蒸汽发生器给水，节省了核热能，提高了总的对外供汽量。

Description

核气联合供汽系统
技术领域
本发明涉及核能应用技术领域，尤其涉及一种核气联合供汽系统。
背景技术
核能小型堆具有用途多、应用范围广的特点，从能源形式的角度出发，陆上小堆的应用市场主要有如下三个方面：
1)提供蒸汽：蒸汽广泛应用于工业行业中，是工业行业的主要能源需求形式，典型的应用方式有：加热/消毒/加湿、动气/能源驱动、制冷/降温、清洗等。
2)提供热水：热水主要应用于北方地区冬季的民用供暖。此外，在大型建筑物的空调系统、海水淡化等方面也有很好的应用空间。
3)提供电力：电力是应用最为广泛的能源形式之一，在工作和生活中都起到重要的作用。
在不同工业中，蒸汽的品质需求和作用也不尽相同。石化、钢铁、冶金、水泥等大中型重工业行业，或者是对驱动动力有着较高的需求，或者是对工艺流程温度有着较高的要求，其所需的工业蒸汽品质较高。食品、造纸、医用制造、纺织等轻工行业的工业蒸汽主要用于工艺加热、吹扫、伴热等，其参数要求相对较低。
在工业蒸汽上市场价格方面，蒸汽价格主要受到燃料价格和蒸汽供应商相对于下游客户的垄断及议价能力的影响，主要的趋势是蒸汽的压力等级越高，则对应的价格区间越高。而低温堆的蒸汽参数仅能匹配中低压蒸汽的应用范围，不利于经济性的提升。
对于采用三重回路200MWt级低温核供热堆的核能小型堆，其两台机组可以提供约520t/h、蒸发器出口为1.6MPa.a(201.4℃绝压)的饱和蒸汽。然而，蒸汽发生器出口蒸汽为1.6MPa、201℃的饱和蒸汽，属于低压范围内的饱和蒸汽，仅可以满足用热参数较低的工业用户。其次，长距离输送对蒸汽过热度有一定要求，而陆上低温堆所产蒸汽为饱和蒸汽，需进一步加热提升其过热度。再次，为了对补给水进行加热，需消耗低温堆产生的蒸汽，使对外供汽量下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种提升蒸汽温度及供汽量的核气联合供汽系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种核气联合供汽系统，包括核能供汽单元、余热锅炉、加热除氧单元以及燃气轮机发电机组；
所述核能供汽单元包括蒸汽发生器；所述加热除氧单元连接在所述余热锅炉和蒸汽发生器的进水口之间，用于接入除盐水，利用所述余热锅炉内的烟气余热对除盐水加热除氧后输送至所述蒸汽发生器内；
所述余热锅炉内设有过热器；所述过热器的进口与所述蒸汽发生器的蒸汽出口连接，接入所述蒸汽发生器排出的蒸汽，利用所述余热锅炉内的烟气余热将蒸汽加热成低压过热蒸汽，通过所述过热器的出口供给蒸汽管网；
所述燃气轮机发电机组连接所述余热锅炉，将可燃气燃烧后形成的烟气输送至所述余热锅炉内。
优选地，所述加热除氧单元包括省煤器及除氧器；
所述省煤器设置在所述余热锅炉内；所述省煤器的输出端通过第一进水管连接所述除氧器，所述除氧器通过第二进水管与所述蒸汽发生器的进水口连接。
优选地，所述除氧器包括设置在所述余热锅炉外的除氧器主体、设置在所述余热锅炉内的蒸发器；
所述第一进水管连接在所述除氧器主体和所述省煤器的输出端之间，所述第二进水管连接在所述除氧器主体和所述蒸汽发生器的进水口之间；
所述蒸发器通过循环管道连接所述除氧器主体，形成一个除盐水循环回路，将所述除氧器主体内的除盐水加热为蒸汽再流回所述除氧器主体。
优选地，所述第一进水管和所述省煤器的进口端之间连接有分流支管，将部分加热后的除盐水引流至所述省煤器的进口端。
优选地，所述第二进水管上设有水泵。
优选地，所述加热除氧单元包括串联连接并分别对除盐水进行一级加热除氧和二级加热除氧的第一除氧器和第二除氧器。
优选地，所述第一除氧器包括设置在所述余热锅炉外的第一除氧器主体、设置在所述余热锅炉内的第一蒸发器；所述第一蒸发器通过第一循环管道连接所述第一除氧器主体，形成第一除盐水循环回路，将所述第一除氧器主体内的除盐水加热为蒸汽再流回所述第一除氧器主体；
所述第二除氧器包括设置在所述余热锅炉外的第二除氧器主体、设置在所述余热锅炉内的第二蒸发器；所述第二除氧器主体通过第一送水管与所述第一除氧器主体连接，通过第二送水管与所述蒸汽发生器的进水口连接；
所述第二蒸发器通过第二循环管道连接所述第二除氧器主体，形成第二除盐水循环回路，将所述第二除氧器主体内的除盐水加热为蒸汽再流回所述第二除氧器主体。
优选地，所述第二送水管上设有水泵。
优选地，所述燃气轮机发电机组包括燃烧室、分别与所述燃烧室连接的空气压缩机和透平、与所述透平连接的发电机；
所述透平与所述余热锅炉的进烟道相连通，将所述燃烧室产生的烟气输送至所述余热锅炉内。
优选地，所述余热锅炉的进烟道内还设有补燃器。
本发明的核气联合供汽系统，通过燃气轮机发电机组发电同时为余热锅炉提供高温烟气，利用烟气余热对低温堆的蒸汽发生器排出的蒸汽进行加热，提高对外供汽的温度，同时还利用烟气余热预热低温堆蒸汽发生器给水，节省了核热能，提高了总的对外供汽量。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一实施例的核气联合供汽系统的连接结构示意图；
图2是本发明另一实施例的核气联合供汽系统的连接结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明一实施例的核气联合供汽系统，包括核能供汽单元、余热锅炉30、加热除氧单元以及燃气轮机发电机组40。
核能供汽单元包括蒸汽发生器10、与蒸汽发生器10连接的压力容器20，蒸汽发生器10和压力容器20也为核岛系统的一回路组成部分。蒸汽发生器10作为整个核气联合供汽系统的蒸汽来源，与余热锅炉30连接，将蒸汽输送至余热锅炉30内，利用余热锅炉30内烟气余热加热形成低压过热蒸汽(如≥221℃)后再输送至蒸汽管网，作为工业用汽等。
加热除氧单元连接在余热锅炉30和蒸汽发生器10的进水口之间，用于接入除盐水，利用余热锅炉30内的烟气余热对除盐水加热除氧后输送至蒸汽发生器10内，为蒸汽发生器10补水，提高供汽量，并且补水加热无需依赖核热能。
燃气轮机发电机组40连接余热锅炉30，将可燃气燃烧后形成的烟气输送至余热锅炉30内，实现可燃气发电同时为余热锅炉30提供高温烟气。
其中，余热锅炉30具有进烟道301和排烟道302，余热锅炉30通过其进烟道301连接燃气轮机发电机组40，燃气轮机发电机组40产生的烟气通过进烟道301进入余热锅炉30内。排烟道302可连接至烟囱，余热锅炉30内的烟气余热被利用后通过排烟道302排至烟囱。
余热锅炉30内设有过热器31。
过热器31的进口通过蒸汽管道321与蒸汽发生器10的蒸汽出口连接，蒸汽发生器10排出的蒸汽通过蒸汽管道321进入过热器31内，在余热锅炉30中吸收烟气余热形成低压过热蒸汽，最后再从过热器31的出口排出。过热器31的出口连接至蒸汽管网，低压过热蒸汽由蒸汽管网配送至各工业用户。
本实施例中，加热除氧单元包括省煤器51及除氧器。省煤器51通过除氧器与蒸汽发生器10的进水口连接，用于接入除盐水并利用余热锅炉30内的烟气余热对进入其内的除盐水进行加热，加热后的除盐水再经除氧器除氧后进入蒸汽发生器10内，为蒸汽发生器10补水。
具体地，省煤器51具有相连通的进口端和输出端，进口端可通过外接管道接入除盐水，输出端通过第一进水管511与除氧器连接，从而除盐水进入省煤器51经加热后通过第一进水管511进入除氧器以进行除氧处理。为防止省煤器51进口处受热面低温腐蚀，第一进水管511和省煤器51的进口端之间连接有分流支管513，将部分加热后的除盐水引流至省煤器51的进口端，提高省煤器51进口处受热面内的水温。
除氧器通过第二进水管512与蒸汽发生器10的进水口连接，将加热及除氧后的除盐水送入蒸汽发生器10内。除氧器进一步可包括除氧器主体52以及蒸发器53。除氧器主体52置于余热锅炉30外，第一进水管511连接在除氧器主体52与省煤器51的输出端之间，第二进水管512连接在除氧器主体52与蒸汽发生器10的进水口之间。蒸发器53设置在余热锅炉30内，通过循环管道连接除氧器主体52，形成一个除盐水循环回路。循环管道包括第一管道531和第二管道532，除氧器主体52内的除盐水沿着第一管道531进入蒸发器53内，利用余热锅炉30内烟气余热加热为蒸汽再沿着第二管道532流回除氧器主体52。
为驱动除盐水的流动，第二进水管512上设有水泵514，加热及除氧后的除盐水经水泵514升压送入蒸汽发生器10内。
燃气轮机发电机组40可包括燃烧室41、分别与燃烧室41连接的空气压缩机42和透平(涡轮)43、与透平43连接的发电机44。空气压缩机42用于将空气送入燃烧室41，在其中与可燃气混合后燃烧。透平53与余热锅炉30的进烟道301相连通，将燃烧室41产生的烟气输送至余热锅炉30内。透平43动作带动发电机44发电，可为用电设备等供电。
另外，根据需要，可在余热锅炉30的进烟道301内设置补燃器32，用以提高余热锅炉30内烟气温度。
燃气轮机发电机组40的可燃气可直接由市购的燃气罐提供，或者由生物质处理设备处理生物质原料的产气(如沼气等)提供。
如图2所示，本发明另一实施例的核气联合供汽系统，包括核能供汽单元、余热锅炉30、加热除氧单元以及燃气轮机发电机组40。
核能供汽单元包括蒸汽发生器10、与蒸汽发生器10连接的压力容器20，蒸汽发生器10和压力容器20也为核岛系统的一回路组成部分。蒸汽发生器10作为整个核气联合供汽系统的蒸汽来源，将蒸汽输送至余热锅炉30中的过热器31内。过热器31的进口通过蒸汽管道321与蒸汽发生器10的蒸汽出口连接，蒸汽发生器10排出的蒸汽通过蒸汽管道321进入过热器31内，在余热锅炉30中吸收烟气余热形成低压过热蒸汽(如≥221℃)，最后再从过热器31的出口排出至蒸汽管网，由蒸汽管网配送至各工业用户。
加热除氧单元连接在余热锅炉30和蒸汽发生器10的进水口之间，用于接入除盐水，利用余热锅炉30内的烟气余热对除盐水加热除氧后输送至蒸汽发生器10内，为蒸汽发生器10补水，提高供汽量。
燃气轮机发电机组40连接余热锅炉30，将可燃气燃烧后形成的烟气输送至余热锅炉30内，实现可燃气发电同时为余热锅炉30提供高温烟气。
蒸汽发生器10、余热锅炉30、过热器31及燃气轮机发电机组40的设置均可参考上述图1所示实施例，在此不再赘述。
不同于上述实施例，在本实施例中，如图2所示，加热除氧单元包括串联连接的第一除氧器和第二除氧器。第一除氧器用于对除盐水进行一级加热除氧，第二除氧器用于对除盐水进行二级加热除氧，实现除盐水的两级除氧处理。
具体地，第一除氧器包括设置在余热锅炉30外的第一除氧器主体51、设置在余热锅炉30内的第一蒸发器52。第一除氧器主体51设有接水口或接水管以接入除盐水；第一蒸发器52通过第一循环管道53连接第一除氧器主体51，形成第一除盐水循环回路，将第一除氧器主体51内的除盐水加热为蒸汽再流回第一除氧器主体51。
第二除氧器包括设置在余热锅炉30外的第二除氧器主体61、设置在余热锅炉30内的第二蒸发器62。第二除氧器主体61通过第一送水管611与第一除氧器主体61连接，通过第二送水管612与蒸汽发生器10的进水口连接。第一除氧器主体51内经过一级加热除氧后的除盐水通过第一送水管611进入第二除氧器主体61。第二蒸发器62通过第二循环管道63连接第二除氧器主体61，形成第二除盐水循环回路，将第二除氧器主体61内的除盐水加热为蒸汽再流回第二除氧器主体61。第二除氧器主体61内经过二级加热除氧后的除盐水通过第二送水管612进入蒸汽发生器10，为蒸汽发生器10补水。
为驱动除盐水的流动，第二送水管612上设有水泵613，加热及除氧后的除盐水经水泵613升压送入蒸汽发生器10内。
本发明的核气联合供汽系统工作时，燃气轮机发电机组40燃烧发电并将产生的高温烟气送入余热锅炉30。除盐水(如0.1MPa，20℃)进入加热除氧单元，利用经余热锅炉30内的烟气余热加热(如升温至145℃)除氧，再进入蒸汽发生器10内。蒸汽发生器10排出的低压饱和蒸汽(1.6MPa，201.4℃)进入余热锅炉30内的过热器31，经余热锅炉30内的烟气余热加热至≥221℃后通过蒸汽管网对外供汽。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种核气联合供汽系统，其特征在于，包括核能供汽单元、余热锅炉、加热除氧单元以及燃气轮机发电机组；
所述核能供汽单元包括蒸汽发生器；所述加热除氧单元连接在所述余热锅炉和蒸汽发生器的进水口之间，用于接入除盐水，利用所述余热锅炉内的烟气余热对除盐水加热除氧后输送至所述蒸汽发生器内；
所述余热锅炉内设有过热器；所述过热器的进口与所述蒸汽发生器的蒸汽出口连接，接入所述蒸汽发生器排出的蒸汽，利用所述余热锅炉内的烟气余热将蒸汽加热成低压过热蒸汽，通过所述过热器的出口供给蒸汽管网；
所述燃气轮机发电机组连接所述余热锅炉，将可燃气燃烧后形成的烟气输送至所述余热锅炉内。
2.根据权利要求1所述的核气联合供汽系统，其特征在于，所述加热除氧单元包括省煤器及除氧器；
所述省煤器设置在所述余热锅炉内；所述省煤器的输出端通过第一进水管连接所述除氧器，所述除氧器通过第二进水管与所述蒸汽发生器的进水口连接。
3.根据权利要求2所述的核气联合供汽系统，其特征在于，所述除氧器包括设置在所述余热锅炉外的除氧器主体、设置在所述余热锅炉内的蒸发器；
所述第一进水管连接在所述除氧器主体和所述省煤器的输出端之间，所述第二进水管连接在所述除氧器主体和所述蒸汽发生器的进水口之间；
所述蒸发器通过循环管道连接所述除氧器主体，形成一个除盐水循环回路，将所述除氧器主体内的除盐水加热为蒸汽再流回所述除氧器主体。
4.根据权利要求2所述的核气联合供汽系统，其特征在于，所述第一进水管和所述省煤器的进口端之间连接有分流支管，将部分加热后的除盐水引流至所述省煤器的进口端。
5.根据权利要求2所述的核气联合供汽系统，其特征在于，所述第二进水管上设有水泵。
6.根据权利要求1所述的核气联合供汽系统，其特征在于，所述加热除氧单元包括串联连接并分别对除盐水进行一级加热除氧和二级加热除氧的第一除氧器和第二除氧器。
7.根据权利要求6所述的核气联合供汽系统，其特征在于，所述第一除氧器包括设置在所述余热锅炉外的第一除氧器主体、设置在所述余热锅炉内的第一蒸发器；所述第一蒸发器通过第一循环管道连接所述第一除氧器主体，形成第一除盐水循环回路，将所述第一除氧器主体内的除盐水加热为蒸汽再流回所述第一除氧器主体；
所述第二除氧器包括设置在所述余热锅炉外的第二除氧器主体、设置在所述余热锅炉内的第二蒸发器；所述第二除氧器主体通过第一送水管与所述第一除氧器主体连接，通过第二送水管与所述蒸汽发生器的进水口连接；
所述第二蒸发器通过第二循环管道连接所述第二除氧器主体，形成第二除盐水循环回路，将所述第二除氧器主体内的除盐水加热为蒸汽再流回所述第二除氧器主体。
8.根据权利要求7所述的核气联合供汽系统，其特征在于，所述第二送水管上设有水泵。
9.根据权利要求1-8任一项所述的核气联合供汽系统，其特征在于，所述燃气轮机发电机组包括燃烧室、分别与所述燃烧室连接的空气压缩机和透平、与所述透平连接的发电机；
所述透平与所述余热锅炉的进烟道相连通，将所述燃烧室产生的烟气输送至所述余热锅炉内。
10.根据权利要求9所述的核气联合供汽系统，其特征在于，所述余热锅炉的进烟道内还设有补燃器。
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