CN114198738A - 一种高温气冷堆给水加热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及核电站给水加热技术领域，具体涉及一种高温气冷堆给水加热系统，包括依次连接的给水泵、高压加热器、蒸汽发生器、汽水分离器、汽轮机、凝汽器和除氧器，第一升温管路，一端连接在主蒸汽管道上，另一端连接至汽水分离器出口侧；辅助升温管路，一端连接主蒸汽管路上，另一端连接第一升温管路上；第二升温管路，一端连接在汽水分离器出口侧，另一端连接在高压加热器汽侧。减温管路上设置减压阀及喷水减温装置，通过分阶段多级升温能够快速将给水加热到机组正常工作时的温度，蒸汽发生器内的温度变化较小，避免了蒸汽发生器内温度快速变化造成冷热冲击，能够大大降低机组发生瞬态工况对蒸汽发生器的损伤和系统的能耗。
Description
技术领域
本发明涉及核电站给水加热技术领域，具体涉及一种高温气冷堆给水加热系统。
背景技术
高温气冷堆目前采取的给水加热方法是辅助电锅炉产生辅助蒸汽，将辅助蒸汽通入除氧器中对给水初步加热，另一部分辅助蒸汽经过启动过热器加热成过热蒸汽，通入高压加热器汽侧对给水进行二次加热。
此种加热方法在机组满功率运行发生快速甩负荷、单堆跳堆等瞬态工况时，抽汽温度会大幅下降，同步给水温度下降幅度达到30℃左右，此时投用辅助电锅炉及启动过热器对给水加热，需要25分钟以上，不能及时恢复给水温度，且易对蒸汽发生器造成冷热冲击从而对蒸汽发生器内零部件造成损伤。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的高温气冷堆机组发生瞬态工况时不能及时恢复给水温度影响机组运行且易对蒸汽发生器内零件造成损伤的缺陷，从而提供一种高温气冷堆给水加热系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种高温气冷堆给水加热系统，包括依次连接的给水泵、高压加热器、蒸汽发生器、汽水分离器、汽轮机和凝汽器，除氧器出口与给水泵入口连通，汽水分离器与凝汽器之间连通有疏水管道；
还包括：主蒸汽管路，一端连接在蒸汽发生器与汽水分离器之间，另一端与凝汽器连接，主蒸汽管路上安装有旁排阀，旁排阀上游的主蒸汽管路上连接有主蒸汽支路，主蒸汽支路与汽轮机的入口侧连通；
第二升温管路，一端连接在汽水分离器出口侧，另一端连接在高压加热器汽侧，第二升温管路上设有第二减温减压阀。
可选地，还包括第一升温管路，一端连接在汽水分离器出口侧，另一端连接在主蒸汽支路上游的主蒸汽管路上。
可选地，还包括辅助升温管路，一端连接在第一升温管路与蒸汽发生器之间的主蒸汽管路上，另一端连接在第一升温管路上，辅助升温管路上设有第一减温减压阀。
可选地，第二升温管路上连接有通汽管路，通汽管路另一端连接在汽轮机入口侧。
可选地，依次连接的给水泵、高压加热器、蒸汽发生器、汽水分离器以及第二升温管路并联设置有多组。
可选地，汽水分离器和第二升温管路也并联设置有多组。
可选地，主蒸汽支路上安装有进汽阀组。
可选地，第二升温管路上安装有调节阀。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的高温气冷堆给水加热系统，包括依次连接的给水泵、高压加热器、蒸汽发生器、汽水分离器、汽轮机和凝汽器，除氧器出口与给水泵入口连通，汽水分离器与凝汽器之间连通有疏水管道；还包括：主蒸汽管路，一端连接在蒸汽发生器与汽水分离器之间，另一端与凝汽器连接，主蒸汽管路上安装有旁排阀，旁排阀上游的主蒸汽管路上连接有主蒸汽支路，主蒸汽支路与汽轮机的入口侧连通；第二升温管路，一端连接在汽水分离器出口侧，另一端连接在高压加热器汽侧，第二升温管路上设有第二减温减压阀。
当高温气冷堆需要并网发电时，需要蒸汽发生器进行加热升温，在反应堆启动初期，给水泵提供压力将水通入高压加热器和蒸汽发生器，在蒸汽发生器中，水吸收一回路中氦气的热量变成饱和蒸汽，然后进入汽水分离器中，饱和蒸汽通过汽水分离器与凝汽器之间连通的疏水管道进入凝汽器中。当汽水分离器内的压力达到指定压力时，第二升温管路投入工作，控制第二减温减压阀的阀后蒸汽压力不大于上述指定压力，将汽水分离器中的蒸汽通过第二升温管路回收到高压加热器中，进行给水二次加热，此时可减少给水泵一侧输入的辅助蒸汽的量，通过控制进入高压加热器中的蒸汽量，控制高压加热器出口的给水温度为指定温度。随着反应堆的功率提升，打开汽轮机进汽阀组，使得蒸汽从主蒸汽支路进入汽轮机内，开始暖机、冲转、并网并逐步升负荷。当蒸汽发生器出口蒸汽温度大于预定温度时，调节旁排阀使得汽轮机入口端主蒸汽支路上的压力逐步上升到指定压力，随后关闭旁排阀。引入部分主蒸汽通过辅助升温管路和第一升温管路经过减温减压后进入汽水分离器，同时蒸汽经过第二减温减压阀减温减压后进入高压加热器进汽侧，控制第二减温减压阀阀后蒸汽压力以保持高压加热器的出水温度恒定。当出现机组满功率运行发生快速甩负荷、单堆跳堆等瞬态工况时，由于有部分蒸汽发生器中输出的蒸汽经过汽水分离器和第二减温减压阀后重新回到高温加热器进汽侧，能够使高温加热器出口的给水温度下降数值较小，同时通过分阶段多级升温能够使给水温度快速恢复到机组正常工作时的温度，蒸汽发生器内的温度变化较小，避免了蒸汽发生器内温度快速变化造成冷热冲击，能够大大降低机组发生快速甩负荷、单堆跳堆等瞬态工况对蒸汽发生器的损伤。
2.本发明提供的高温气冷堆给水加热系统，还包括第一升温管路，一端连接在汽水分离器出口侧，另一端连接在主蒸汽支路上游的主蒸汽管路上。在升温过程中，当高压加热器出口给水温度到达指定温度且随反应堆功率提升，汽水分离器内压力到达另一预定压力时，第一升温管路投入工作，将汽水分离器中的蒸汽通过旁排阀通入凝汽器中，控制旁排阀使汽水分离器内压力不超过上述预定压力。同时汽水分离器内的部分蒸汽通过第二升温管路进入高压加热器内，进行给水二次加热。由于从第二升温管路进入高压加热器的蒸汽为从蒸汽发生器中循环回的蒸汽，其温度高于高压加热器出口的给水温度，通过调节进入高压加热器的蒸汽量，控制高压加热器出口的温度，能够降低给水泵一侧的给水温度，加快升温速率和并网速率的同时能够降低机组的整体能耗。
3.本发明提供的高温气冷堆给水加热系统，还包括辅助升温管路，一端连接在第一升温管路与蒸汽发生器之间的主蒸汽管路上，另一端连接在第一升温管路上，辅助升温管路上设有第一减温减压阀。当第一升温管路投入工作使蒸汽发生器内蒸汽升温至某一指定温度时，第一升温管路关闭，汽水分离器与蒸汽发生器之间的管路也关闭，使蒸汽发生器中的蒸汽一边从主蒸汽管路直接通入汽轮机，利用旁排阀控制汽轮机进汽侧的蒸汽压力。同时辅助升温管路投入工作，使得主蒸汽管路上的部分蒸汽经过第一减温减压阀，进入汽水分离器，进入汽水分离器的部分蒸汽继续经过第二升温管路进入高压加热器，对高压加热器出口侧的给水温度进行控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明的第一种实施方式中提供的高温气冷堆给水加热系统的示意图。
附图标记说明：1、除氧器；2、第一给水泵；3、第二给水泵；4、第一高压加热器；5、第二高压加热器；6、一号蒸汽发生器；7、二号蒸汽发生器；8、第一截止阀；9、第二截止阀；10、旁排阀；11、汽轮机进汽阀组；12、汽轮机；13、凝汽器；14、第三截止阀；15、第四截止阀；16、第一汽水分离器；17、第二汽水分离器；18、第五截止阀；19、第六截止阀；20、第七截止阀；21、第八截止阀；22、第九截止阀；23、第十截止阀；24、第一减温减压阀；25、第十一截止阀；26、第十二截止阀；27、第二减温减压阀；28、第一调节阀；29、第十三截止阀；30、第三减温减压阀；31、第二调节阀。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。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中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1所示为本实施例提供的一种高温气冷堆给水加热系统，包括依次连接的给水泵、高压加热器、蒸汽发生器、汽水分离器、汽轮机12和凝汽器13，除氧器出口与给水泵入口连通，在凝汽器13出口与给水泵入口之间还安装有除氧器1。汽水分离器与凝汽器13之间连通有疏水管道。还包括：主蒸汽管路、第一升温管路、第二升温管路和辅助升温管路。
主蒸汽管路一端连接在蒸汽发生器与汽水分离器之间，另一端与凝汽器13连接，主蒸汽管路上安装有旁排阀10，旁排阀10上游的主蒸汽管路上连接有主蒸汽支路，主蒸汽支路与汽轮机12的入口侧连通。在主蒸汽支路上安装有进汽阀组11。第二升温管路一端连接在汽水分离器出口侧，另一端连接在高压加热器汽侧，第二升温管路上设有第二减温减压阀27。第二升温管路上安装有调节阀，以调节蒸汽从第二升温管路返回到高压加热器中。在第二升温管路上还连接有通汽管路，通汽管路另一端连接在汽轮机12入口侧。
第一升温管路一端连接在汽水分离器出口侧，另一端连接在主蒸汽支路上游的主蒸汽管路上。辅助升温管路，一端连接在第一升温管路与蒸汽发生器之间的主蒸汽管路上，另一端连接在第一升温管路上，辅助升温管路上设有第一减温减压阀24。
在本实施例中，为了提升汽轮机12的工作功率，依次连接的给水泵、高压加热器、蒸汽发生器、汽水分离器以及第二升温管路并联设置有两组，并联设置的两组给水泵、高压加热器、蒸汽发生器、汽水分离器以及第二升温管路之间单独工作，互不影响。利用两组蒸汽发生器通过同一主蒸汽管路共同对同一个汽轮机12提供蒸汽。具体地，如图1所示，除氧器1通过出口侧分为两个管路，其中一个管路上设置第一给水泵2和第一高压加热器4，并连通到一号蒸汽发生器6。另一个管路上设置第二给水泵3和第二高压加热器5，并连通到二号蒸汽发生器7。除氧器1内的给水分别通过第一给水泵2和第二给水泵3提供压力，分别进入第一高压加热器4和第二高压加热器5，然后分别被泵送到一号蒸汽发生器6水侧和二号蒸汽发生器7的水侧。给水在一号蒸汽发生器6和二号蒸汽发生器7的水侧内吸收对应的汽侧一回路的氦气的热量，将给水加热成蒸汽进入出口端管道。
一号蒸汽发生器6的出口端和二号蒸汽发生器7的出口端共同与主蒸汽管路连通，一号蒸汽发生器6出口端与主蒸汽管路之间安装有第一截止阀8，二号蒸汽发生器7的出口端与主蒸汽管路之间安装有第二截止阀9。主蒸汽管路的末端依次连接有旁排阀10和凝汽器13，在旁排阀10上游的主蒸汽管路上还设置有主蒸汽支路，主蒸汽支路上依次设置有进汽阀组11和汽轮机12，汽轮机12的出汽侧与凝汽器13的入口连通。
在一号蒸汽发生器6与第一截止阀8之间的管路上并联设置有第一汽水分离器16和第二汽水分离器17，第一汽水分离器16底部和第二汽水分离器17底部与凝汽器13之间均连通有疏水管道，其中疏水管道在图1中未示出。第一汽水分离器16的入口端管路上设置有第五截止阀18，第二汽水分离器17入口端的管路上设有第六截止阀19。第一汽水分离器16的出口端和第二汽水分离器17的出口端均连接在第一升温管路上，第一升温管路上设置有第九截止阀22，第一汽水分离器16的出口端管路上设置有第七截止阀20，第二汽水分离器17出口端的管路上设有第八截止阀21。主蒸汽管路与第一升温管路之间还设置有辅助升温管路，在辅助升温管路上依次设置有第十截止阀23、第一减温减压阀24和第十一截止阀25。
第一汽水分离器16和第二汽水分离器17上均设置有第二升温管路，第一汽水分离器16对应的第二升温管路与第一高压加热器4连通，第二汽水分离器17对应的第二升温管路与第二高压加热器5连通。第一汽水分离器16对应的第二升温管路上依次设置有第十二截止阀26、第二减温减压阀27和第一调节阀28，第二汽水分离器17对应的第二升温管路上依次设置有第十三截止阀29、第三减温减压阀30和第二调节阀31。两个第二升温管路上均设置有通汽管路，两条通汽管路另一端均连接在汽轮机12入口侧。与第一汽水分离器16对应的通气管路上安装有第三截止阀14，与第二汽水分离器17对应的通气管路上安装有第四截止阀15。
本实施例提供的高温气冷堆给水加热系统的工作方式如下，以第一高压加热器为例进行说明，第二高压加热器同第一高压加热器，文中不再赘述，具体分为以下几个阶段：
在第一时间段时，反应堆启动初期，所有截止阀和调节阀都处于关闭状态，打开第五截止阀18，电锅炉产生的辅助蒸汽将除氧器1内的给水加热至160℃，第一给水泵2提供压力将水通入第一高压加热器4和一号蒸汽发生器6，在一号蒸汽发生器6内吸收一回路氦气的热量变成饱和蒸汽进入第一汽水分离器16内，第一汽水分离器16内疏水通过底部疏水管道进入凝汽器13。
在第二时间段，当第一汽水分离器16内的压力达到1.7Mpa时，打开第十二截止阀26，投入第二减温减压阀27，控制第二减温减压阀27的阀后蒸汽压力不超过1.7Mpa，将第一汽水分离器16内蒸汽回收至第一高压加热器4进行给水二次加热，此时可适当减少除氧器1的辅助蒸汽用量，降低除氧器1温度，通过第一调节阀28调节进入第一高压加热器4的蒸汽量，控制第一高压加热器4出口给水温度为160℃。
在第三时间段，随着反应堆功率提升，当第一汽水分离器16内的压力达到5Mpa时，打开第七截止阀20，第九截止阀22，将第一汽水分离器16内部分蒸汽通过旁排阀10通入凝汽器13，控制旁排阀10使第一汽水分离器16内压力不超过5Mpa，第一汽水分离器16内蒸汽继续回收至第一高压加热器4进行给水二次加热。当第一汽水分离器16内温度达到290℃时，投入第二减温减压阀27的减温水，控制第二减温减压阀27的阀后温度不超过290℃，此时可进一步降低除氧器1温度，减少辅助蒸汽使用量，通过第一调节阀28调节进入第一高压加热器4的蒸汽量，控制第一高压加热器4出口给水温度为160℃。
在第四时间段，当反应堆功率达到30％以上，一号蒸汽发生器6出口蒸汽温度参数达到400℃时，打开第一截止阀8，关闭第九截止阀22，将一号蒸汽发生器6产生的蒸汽切至主蒸汽管路准备并网，旁排阀10控制汽轮机12上游的进汽阀组11前的压力为5Mpa。打开第十截止阀23，投用第一减温减压阀24，投入阀门减温水，控制第一减温减压阀24的阀后压力5Mpa，阀后温度为380℃。关闭第五截止阀18，引入部分主蒸汽通过辅助升温管路和第一升温管路进入第一汽水分离器16内，第一汽水分离器16内蒸汽继续通过第二减温减压阀27进行二次减温减压后通至第一高压加热器4进行给水二次加热。当机组负荷达到40％，二级抽汽压力大于0.147Mpa，将二级抽汽通入除氧器1，除氧器1滑压运行，退出辅助蒸汽加热汽源，电锅炉不再为除氧器1供应辅汽。通过第一调节阀28调节进入第一高压加热器汽侧的蒸汽量，控制第一高压加热器4的出口给水温度为160℃。
在第五时间段，打开汽轮机12的进汽阀组11，将蒸汽通往汽轮机12开始暖机、冲转、并网并逐步升负荷。当一号蒸汽发生器6出口蒸汽温度大于500℃时，调节旁排阀10使进汽阀组11前压力逐步上升至13.9Mpa，随后关闭旁排阀10。继续通过辅助升温管路和第一升温管路引入部分主蒸汽进入第一汽水分离器16内，第一汽水分离器16内蒸汽通过第一减温减压阀24控制在5Mpa、380℃，蒸汽经过第二减温减压阀27二次减温减压后进入第一高压加热器4汽侧，控制第二减温减压阀27阀后蒸汽压力1.7Mpa、290℃。通过第一调节阀28调节进入第一高压加热器4汽侧的蒸汽量，此时控制第一高压加热器4的出口给水温度为180℃。
在第六时间段，当机组负荷达到70％，一级抽汽满足第一高压加热器4给水加热要求时，打开第三截止阀14，将汽轮机12一级抽汽通过通汽管路通入第一高压加热器4汽侧加热给水。关闭第十截止阀23，一号蒸汽发生器6产生的蒸汽全部供给汽轮机12。随后第一汽水分离器16暖管处于热备用状态。当机组负荷达到满功率时第一高压加热器4出口给水温度为203℃。
当出现机组满功率运行发生快速甩负荷、单堆跳堆等瞬态工况时，一级抽汽及二级抽汽温度下降，此时关闭第三截止阀14停运第一高压加热器4上的汽轮机12一级抽汽，打开第十截止阀23，将部分主蒸汽引入第一汽水分离器16内，第一汽水分离器16内蒸汽通过第一减温减压阀24控制在5Mpa、380℃，蒸汽经过第二减温减压阀27进行二次减温减压后进入第一高压加热器4汽侧，控制第二减温减压阀27阀后蒸汽压力1.7Mpa、290℃。通过第一调节阀28调节进入第一高压加热器4汽侧的蒸汽量，将第一高压加热器4出口给水温度快速恢复至203℃，防止对蒸汽发生器造成冷热冲击。
同时高温气冷堆所需给水温度需要大于160℃，在机组启动及低负荷运行阶段，现有给水加热技术一直使用电锅炉及启动过热器进行给水加热，直至机组负荷达到70％，汽轮机12抽汽能达到给水加热要求时，退出辅助蒸汽及启动过热器。其中辅助电锅炉功率27Mwe，启动过热器功率3Mwe，该阶段耗电量巨大。通过本发明的多级快速响应升温，能够大大缩短辅助电锅炉和过热器的工作时长，降低高温气冷堆在发生瞬态工况和启动初期以及低负荷运行时的能耗。
作为替代的实施方式，给水泵、高压加热器、蒸汽发生器、汽水分离器以及第二升温管路均设置有一组。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种高温气冷堆给水加热系统，其特征在于，包括依次连接的给水泵、高压加热器、蒸汽发生器、汽水分离器、除氧器、汽轮机(12)和凝汽器(13)，所述除氧器(1)出口与所述给水泵入口连通，所述汽水分离器与所述凝汽器(13)之间连通有疏水管道；
还包括：主蒸汽管路，一端连接在所述蒸汽发生器与所述汽水分离器之间，另一端与所述凝汽器(13)连接，所述主蒸汽管路上安装有旁排阀(10)，所述旁排阀(10)上游的所述主蒸汽管路上连接有主蒸汽支路，所述主蒸汽支路与所述汽轮机(12)的入口侧连通；
第二升温管路，一端连接在所述汽水分离器出口侧，另一端连接在所述高压加热器汽侧，所述第二升温管路上设有第二减温减压阀(27)。
2.根据权利要求1所述的高温气冷堆给水加热系统，其特征在于，还包括第一升温管路，一端连接在所述汽水分离器出口侧，另一端连接在所述主蒸汽支路上游的所述主蒸汽管路上。
3.根据权利要求2所述的高温气冷堆给水加热系统，其特征在于，还包括辅助升温管路，一端连接在所述第一升温管路与蒸汽发生器之间的所述主蒸汽管路上，另一端连接在所述第一升温管路上，所述辅助升温管路上设有第一减温减压阀(24)。
4.根据权利要求1至3任一项所述的高温气冷堆给水加热系统，其特征在于，所述第二升温管路上连接有通汽管路，所述通汽管路另一端连接在所述汽轮机(12)入口侧。
5.根据权利要求1至3任一项所述的高温气冷堆给水加热系统，其特征在于，依次连接的所述给水泵、所述高压加热器、所述蒸汽发生器并联设置有多组。
6.根据权利要求5所述的高温气冷堆给水加热系统，其特征在于，所述汽水分离器和所述第二升温管路也并联设置有多组。
7.根据权利要求1至3任一项所述的高温气冷堆给水加热系统，其特征在于，所述主蒸汽支路上安装有进汽阀组(11)。
8.根据权利要求1至3任一项所述的高温气冷堆给水加热系统，其特征在于，所述第二升温管路上安装有调节阀。
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