CN113066595A - 多能互补供汽系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多能互补供汽系统,包括核能供汽单元、余热锅炉、燃气轮机发电机组以及生物质供气单元;核能供汽单元包括蒸汽发生器,余热锅炉内设有省煤器和过热器;省煤器通过除氧器与蒸汽发生器的进水口连接,将加热及除氧后的除盐水输送至蒸汽发生器内;过热器的进口与蒸汽发生器的蒸汽出口连接;燃气轮机发电机组连接余热锅炉,将可燃气燃烧后形成的烟气输送至余热锅炉内;生物质供气单元连接燃气轮机发电机组,为燃气轮机发电机组提供可燃气。本发明的多能互补供汽系统,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
技术领域
本发明涉及核能应用技术领域,尤其涉及一种多能互补供汽系统。
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多能互补供汽系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种多能互补供汽系统,包括核能供汽单元、余热锅炉、燃气轮机发电机组以及生物质供气单元;所述核能供汽单元包括蒸汽发生器,所述余热锅炉内设有省煤器和过热器;
所述省煤器用于接入除盐水并利用所述余热锅炉内的烟气余热加热除盐水;所述省煤器通过除氧器与所述蒸汽发生器的进水口连接,将加热及除氧后的除盐水输送至所述蒸汽发生器内;
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;
所述生物质供气单元连接所述燃气轮机发电机组,为所述燃气轮机发电机组提供可燃气。
优选地,所述除氧器包括除氧器主体、设置在所述余热锅炉内的蒸发器;
所述除氧器主体通过第一进水管与所述省煤器的输出端连接,通过第二进水管与所述蒸汽发生器的进水口连接;
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,所述第二进水管上设有水泵。
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;
所述生物质供气单元连接所述燃烧室,将可燃气送入所述燃烧室内,在其中与空气混合后燃烧;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。
优选地,所述生物质供气单元包括对生物质原料进行预处理的预处理装置、对预处理后的生物质原料进行发酵处理的发酵装置、对所述发酵装置产生的可燃气进行脱硫处理的脱硫装置、接收脱硫后的可燃气的储气装置、接收来自所述发酵装置产生的渣料的储料装置;
所述发酵装置的进料口连接所述预处理装置的出料口,所述发酵装置的排气口连接所述脱硫装置,所述发酵装置的排料口连接所述储料装置;
所述储气装置连接在所述脱硫装置和所述燃气轮机发电机组之间。
优选地,所述生物质供气单元还包括连接在所述储气装置和所述燃气轮机发电机组之间的配气装置。
优选地,所述生物质供气单元还包括连接所述预处理装置,将蒸汽输送至所述预处理装置内作为热源的第一热源管道。
优选地,所述生物质供气单元还包括连接所述发酵装置,将蒸汽输送至所述发酵装置内作为热源的第二热源管道。
本发明的多能互补供汽系统,通过燃气轮机发电机组以及生物质供气单元的配合,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多能互补供汽系统的连接结构示意图;
图2是本发明另一实施例的多能互补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、2所示,本发明的多能互补供汽系统,包括核能供汽单元、余热锅炉30、燃气轮机发电机组40以及生物质供气单元50。
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作为整个多能互补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。
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,利用烟气余热对来自蒸汽发生器10的蒸汽进行加热。生物质供气单元50连接燃气轮机发电机组40,为燃气轮机发电机组40提供可燃气。
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内设有省煤器31和过热器32。
省煤器31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,提高供汽量,并且补水加热无需依赖核热能。
具体地,省煤器31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311与除氧器连接,从而除盐水进入省煤器31经加热后通过第一进水管311进入除氧器以进行除氧处理。为防止省煤器31进口处受热面低温腐蚀,第一进水管311和省煤器31的进口端之间连接有分流支管313,将部分加热后的除盐水引流至省煤器31的进口端,提高省煤器31进口处受热面内的水温。
除氧器通过第二进水管312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。除氧器可以与余热锅炉30集成设置或分体设置;除氧器可为双级除氧。如图1所示,除氧器可包括除氧器主体61以及蒸发器62。除氧器主体61置于余热锅炉30外,通过第一进水管311与省煤器31的输出端连接,通过第二进水管312与蒸汽发生器10的进水口连接。蒸发器62设置在余热锅炉30内,通过循环管道连接除氧器主体61,形成一个除盐水循环回路。循环管道包括第一管道631和第二管道632,除氧器主体61内的除盐水沿着第一管道631进入蒸发器62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632流回除氧器主体61。
为驱动除盐水的流动,第二进水管312上设有水泵314,加热及除氧后的除盐水经水泵314升压送入蒸汽发生器10内。
过热器32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32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32的出口排出。过热器32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。
燃气轮机发电机组40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。生物质供气单元50连接燃烧室41,将可燃气(如沼气等)送入燃烧室41内,在其中与空气混合后燃烧。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,如图2所示实施例中,可在余热锅炉30的进烟道301内设置补燃器33,用以提高余热锅炉30内烟气温度。
生物质供气单元50包括预处理装置51、发酵装置52、脱硫装置53、储气装置54以及储料装置55。预处理装置51接收生物质原料(如用于产生沼气的农林废弃物等),对生物质原料进行预处理。发酵装置52的进料口连接预处理装置51的出料口,接收经过预处理的生物质原料并对其进行发酵处理,通过厌氧反应等产生沼气等可燃气体。脱硫装置53连接发酵装置52的排料口,接收来自发酵装置52的可燃气,对可燃气进行脱硫处理。发酵装置52产生的渣料(包括沼渣和沼液)排至储料装置55。储料装置55进一步可将渣料固液分离并排出,沼渣可作为有机肥进行再利用。储气装置54接收脱硫后的可燃气,进行储存。储气装置54连接在脱硫装置53和燃气轮机发电机组40之间,将脱硫后的可燃气输配至燃气轮机发电机组40的燃烧室41内。
进一步地,生物质供气单元50还包括第一热源管道56和第二热源管道57。第一热源管道56连接预处理装置51,用于接入蒸汽并输送至预处理装置51内作为热源。第二热源管道57连接发酵装置52,用于接入蒸汽并输送至发酵装置52内作为热源。
蒸汽通过第一热源管道56进入预处理装置51的加热盘管内,对生物质原料进行加热预处理。如图1所示,在一实施例中,第一热源管道56远离预处理装置51的另一端可以连接至蒸汽管网或者过热器32出口,将经过加热后的蒸汽部分输送至预处理装置51内作为热源。如图2所示,在另一实施例中,第一热源管道56远离预处理装置51的另一端连接至循环管道的第二管道632,将经过加热除氧后形成的部分蒸汽输送至预处理装置51内作为热源。
蒸汽通过第二热源管道57进入发酵装置52的加热盘管内,对生物质原料进行加热以进行发酵处理。如图1所示,在一实施例中,第二热源管道57远离发酵装置52的另一端也可以连接至蒸汽管网或者过热器32出口,将经过加热后的蒸汽部分输送至发酵装置52内作为热源。如图2所示,在另一实施例中,第二热源管道57远离发酵装置52的另一端连接至循环管道的第二管道632,将经过加热除氧后形成的部分蒸汽输送至发酵装置52内作为热源。
对于预处理装置51和发酵装置52采用相同来源的蒸汽,第一热源管道56和第二热源管道57可以连接汇合成一管道再连接至蒸汽来源(如蒸汽管网或第二管道632),简化管道的布置。
根据需要,生物质供气单元50还可包括连接在储气装置54和燃气轮机发电机组40之间的配气装置58。可燃气通过配气装置58的分配,一部分送至燃气轮机发电机组40,另一部分可输送至其他需要燃气的设备。或者,可燃气全部通过配气装置58至燃气轮机发电机组40。
本发明的多能互补供汽系统还可包括辅助供气单元(未图示),辅助供气单元包括气罐,在生物质供气单元50产生的可燃气不足时可采用辅助供气单元进行供气。
本发明的多能互补供汽系统工作时,生物质供气单元50产生的可燃气(如沼气等)经燃气轮机发电机组40燃烧发电并形成高温烟气后进入余热锅炉30。除盐水(如0.1MPa,20℃)进入余热锅炉30内的省煤器31,经余热锅炉30内的烟气余热加热后升温(如升温至145℃)进入除氧器除氧,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32,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)
1.一种多能互补供汽系统,其特征在于,包括核能供汽单元、余热锅炉、燃气轮机发电机组以及生物质供气单元;所述核能供汽单元包括蒸汽发生器,所述余热锅炉内设有省煤器和过热器;
所述省煤器用于接入除盐水并利用所述余热锅炉内的烟气余热加热除盐水;所述省煤器通过除氧器与所述蒸汽发生器的进水口连接,将加热及除氧后的除盐水输送至所述蒸汽发生器内;
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;
所述生物质供气单元连接所述燃气轮机发电机组,为所述燃气轮机发电机组提供可燃气。
2.根据权利要求1所述的多能互补供汽系统,其特征在于,所述除氧器包括除氧器主体、设置在所述余热锅炉内的蒸发器;
所述除氧器主体通过第一进水管与所述省煤器的输出端连接,通过第二进水管与所述蒸汽发生器的进水口连接;
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。
3.根据权利要求2所述的多能互补供汽系统,其特征在于,所述第二进水管上设有水泵。
4.根据权利要求2所述的多能互补供汽系统,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1所述的多能互补供汽系统,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;
所述生物质供气单元连接所述燃烧室,将可燃气送入所述燃烧室内,在其中与空气混合后燃烧;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。
6.根据权利要求5所述的多能互补供汽系统,其特征在于,所述余热锅炉的进烟道内还设有补燃器。
7.根据权利要求1-6任一项所述的多能互补供汽系统,其特征在于,所述生物质供气单元包括对生物质原料进行预处理的预处理装置、对预处理后的生物质原料进行发酵处理的发酵装置、对所述发酵装置产生的可燃气进行脱硫处理的脱硫装置、接收脱硫后的可燃气的储气装置、接收来自所述发酵装置产生的渣料的储料装置;
所述发酵装置的进料口连接所述预处理装置的出料口,所述发酵装置的排气口连接所述脱硫装置,所述发酵装置的排料口连接所述储料装置;
所述储气装置连接在所述脱硫装置和所述燃气轮机发电机组之间。
8.根据权利要求7所述的多能互补供汽系统,其特征在于,所述生物质供气单元还包括连接在所述储气装置和所述燃气轮机发电机组之间的配气装置。
9.根据权利要求7所述的多能互补供汽系统,其特征在于,所述生物质供气单元还包括连接所述预处理装置,将蒸汽输送至所述预处理装置内作为热源的第一热源管道。
10.根据权利要求7所述的多能互补供汽系统,其特征在于,所述生物质供气单元还包括连接所述发酵装置,将蒸汽输送至所述发酵装置内作为热源的第二热源管道。
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