CN114592924A - 一种快堆氦气发电的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快堆氦气发电的系统和方法，该系统包括钠‑氦换热器(1)、透平机(5)和压缩机(3)；其中，钠‑氦换热器(1)的第一出口接在透平机(5)的入口，透平机(5)的出口接在压缩机(3)的入口，压缩机(3)的出口接在钠‑氦换热器(1)的入口。该方法利用氦气作为发电介质，提高了快堆运行的安全性。本发明系统简单，有望降低机组投资成本。
Description
技术领域
本发明属于核电技术领域，具体涉及一种快堆氦气发电的系统和方法。
背景技术
目前快堆反应堆示范电站有三个回路，其中一回路和二回路为钠，三回路为水汽。利用钠作为中间介质，通过直流蒸发器将反应堆产生的热量加热水，产生蒸汽，推动汽轮机发电。
该系统存在以下一些问题：
(1)目前在建的快堆反应堆核电站示范工程，三回路为14MPa、200℃到485℃的水和蒸汽，在蒸发器的管侧。二回路为钠，在蒸发器的壳侧，压力为0.5MPa，温度为530℃。当蒸发器管道渗漏，三回路的水汽便会进入到二回路的钠中，发生钠水反应，影响到反应堆的安全。
(2)在启动停止阶段、干湿态转换阶段均存在蒸发器入口给水流量温度、流量难以控制，蒸发器出口压力波动大，主蒸汽温度变化剧烈，影响到蒸发器及汽轮机运行安全。
(3)三回路系统复杂，需要配备循环水系统、凝结水系统、精处理系统、给水系统、除氧器系统，启停堆系统、汽水分离再热器系统、辅助蒸汽系统、辅助锅炉、化学水处理系统等，投资成本高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种快堆氦气发电的系统和方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：
一种快堆氦气发电的系统，包括钠-氦换热器、透平机和压缩机；
钠-氦换热器的第一出口接在透平机的入口，透平机的出口接在压缩机的入口，压缩机的出口接在钠-氦换热器的入口。
本发明进一步的改进在于，还包括发电机、电动机和离合器；
发电机与透平机的一端同轴设置，电动机通过离合器与压缩机的另一端同轴设置。
本发明进一步的改进在于，透平机的另一端轴和压缩机的另一端轴连接起来同轴设置。
本发明进一步的改进在于，氦气为钠-氦换热器、透平机和压缩机组成的二回路的中间介质。
本发明进一步的改进在于，还包括快堆反应堆；钠-氦换热器的第二出口接在快堆反应堆的入口，快堆反应堆的出口接在钠-氦换热器的第二入口。
本发明进一步的改进在于，钠为钠-氦换热器和快堆反应堆组成的一回路的冷却剂。
一种快堆氦气发电的方法，该方法基于所述的一种快堆氦气发电的系统，包括以下步骤：
在快堆氦气发电的系统启动初期，电动机通过离合器带动压缩机和透平机，驱动二回路内的氦气循环；
随着快堆反应堆临界及功率的提升，一回路内的钠通过钠-氦换热器将热量传递给二回路的氦气，钠-氦换热器第一出口氦气温度提高，氦气在透平机做功，当透平机做功大于电动机的功率后，离合器脱开，电动机停止；
钠-氦换热器第一出口氦气在透平机内做功后，温度、压力降低，通过压缩机将气体压力提高，使系统内的循环能够持续进行。
本发明进一步的改进在于，通过控制快堆反应堆功率提升的速度，进而控制钠-氦换热器第一出口氦气的温度提升速度，进而控制透平机转速，当透平机转速稳定到3000rpm以后，发电机发电并网。
本发明进一步的改进在于，提高反应堆功率，发电机发电负荷增加，降低反应堆功率，发电机发电负荷减小，发电负荷根据需要增加或减少。
本发明进一步的改进在于，当因任何原因，发电系统需要停止时，电动机启动，为系统提供动力，满足机组停机的需要。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种快堆氦气发电的系统和方法，该系统与目前通常使用的系统比起来有以下几方面明显的优点：
1)氦气属于惰性气体，与钠在1000℃以下不会发生化学反应，有利于反应堆的安全运行。
2)氦气发电循环全工况范围无相变，避免了干湿态转化，避免了启停和运行过程的两相流流动不稳定性等问题，从机理上极大程度的规避了换热器流致振动的问题。
3)系统简单，投资成本也会大幅度降低。
附图说明
图1为本发明一种快堆氦气发电的系统的结构框图。
附图标记说明：
1、钠-氦换热器，2、电动机，3、压缩机，4、离合器，5、透平机，6、发电机，7、快堆反应堆。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明提供的一种快堆氦气发电的系统，包括钠-氦换热器1、电动机2、压缩机3、离合器4、透平机5、发电机6和快堆反应堆7。其中，钠-氦换热器1的第一出口接在透平机5的入口，透平机5的出口接在压缩机3的入口，压缩机3的出口接在钠-氦换热器1的入口。发电机6与透平机5的一端同轴设置，电动机2通过离合器4与压缩机3的另一端同轴设置。透平机5的另一端轴和压缩机3的另一端轴连接起来同轴设置。钠-氦换热器1的第二出口接在快堆反应堆7的入口，快堆反应堆7的出口接在钠-氦换热器1的第二入口。
优选的，氦气为钠-氦换热器1和快堆反应堆7组成的一回路的冷却剂。氦气为钠-氦换热器1透平机5和压缩机3组成的二回路的中间介质。
本发明提供的一种快堆氦气发电的方法，包括以下步骤：
在快堆氦气发电的系统启动初期，电动机2通过离合器4带动压缩机3和透平机5，驱动二回路内的氦气循环；
随着快堆反应堆7临界及功率的提升，一回路内的钠通过钠-氦换热器1将热量传递给二回路的氦气，钠-氦换热器1第一出口氦气温度提高，氦气在透平机5做功，当透平机5做功大于电动机2的功率后，离合器4脱开，电动机停止；
钠-氦换热器1第一出口氦气在透平机5内做功后，温度、压力降低，通过压缩机3将气体压力提高，使系统内的循环能够持续进行。
优选的，通过控制快堆反应堆7功率提升的速度，进而控制钠-氦换热器1第一出口氦气的温度提升速度，进而控制透平机5转速，当透平机5转速稳定到3000rpm以后，发电机6发电并网。
优选的，提高反应堆功率，发电机6发电负荷增加，降低反应堆功率，发电机6发电负荷减小，发电负荷根据需要增加或减少。
优选的，当因任何原因，发电系统需要停止时，电动机2启动，为系统提供动力，满足机组停机的需要。
实施例
目前在建的快堆反应堆示范工程，反应堆二回路出口钠温度为520℃，压力为0.5MPa，将该参数的钠引入“钠-氦”换热器，氦气出口温度可以达到500℃以上。由于氦气与钠不发生化学反应，将大大提高机组运行的安全性。氦气的压力一方面通过氦气压缩机达到20MPa以上，另一方面通过提高温度提高压力，可以将氦气提高到超临界压力以上。通过快堆反应堆与氦气透平结合形成的发电机组，可以实现超超临界核能发电机组，机组效率有望高于现有的快堆反应堆水汽发电、压水堆发电。同时可以取消现有快堆三回路的循环水系统、凝结水系统、精处理系统、给水系统、除氧器系统，启停堆系统、汽水分离再热器系统、辅助蒸汽系统、辅助锅炉、化学水处理系统等，系统大大简化，有望降低投资成本。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种快堆氦气发电的系统，其特征在于，包括钠-氦换热器(1)、透平机(5)和压缩机(3)；
钠-氦换热器(1)的第一出口接在透平机(5)的入口，透平机(5)的出口接在压缩机(3)的入口，压缩机(3)的出口接在钠-氦换热器(1)的入口。
2.根据权利要求1所述的一种快堆氦气发电的系统，其特征在于，还包括发电机(6)、电动机(2)和离合器(4)；
发电机(6)与透平机(5)的一端同轴设置，电动机(2)通过离合器(4)与压缩机(3)的另一端同轴设置。
3.根据权利要求2所述的一种快堆氦气发电的系统，其特征在于，透平机(5)的另一端轴和压缩机(3)的另一端轴连接起来同轴设置。
4.根据权利要求2所述的一种快堆氦气发电的系统，其特征在于，氦气为钠-氦换热器(1)、透平机(5)和压缩机(3)组成的二回路的中间介质。
5.根据权利要求2所述的一种快堆氦气发电的系统，其特征在于，还包括快堆反应堆(7)；钠-氦换热器(1)的第二出口接在快堆反应堆(7)的入口，快堆反应堆(7)的出口接在钠-氦换热器(1)的第二入口。
6.根据权利要求5所述的一种快堆氦气发电的系统，其特征在于，钠为钠-氦换热器(1)和快堆反应堆(7)组成的一回路的冷却剂。
7.一种快堆氦气发电的方法，其特征在于，该方法基于权利要求6所述的一种快堆氦气发电的系统，包括以下步骤：
在快堆氦气发电的系统启动初期，电动机(2)通过离合器(4)带动压缩机(3)和透平机(5)，驱动二回路内的氦气循环；
随着快堆反应堆(7)临界及功率的提升，一回路内的钠通过钠-氦换热器(1)将热量传递给二回路的氦气，钠-氦换热器(1)第一出口氦气温度提高，氦气在透平机(5)做功，当透平机(5)做功大于电动机(2)的功率后，离合器(4)脱开，电动机停止；
钠-氦换热器(1)第一出口氦气在透平机(5)内做功后，温度、压力降低，通过压缩机(3)将气体压力提高，使系统内的循环能够持续进行。
8.根据权利要求7所述的一种快堆氦气发电的方法，其特征在于，通过控制快堆反应堆(7)功率提升的速度，进而控制钠-氦换热器(1)第一出口氦气的温度提升速度，进而控制透平机(5)转速，当透平机(5)转速稳定到3000rpm以后，发电机(6)发电并网。
9.根据权利要求7所述的一种快堆氦气发电的方法，其特征在于，提高反应堆功率，发电机(6)发电负荷增加，降低反应堆功率，发电机(6)发电负荷减小，发电负荷根据需要增加或减少。
10.根据权利要求7所述的一种快堆氦气发电的方法，其特征在于，当因任何原因，发电系统需要停止时，电动机(2)启动，为系统提供动力，满足机组停机的需要。
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