CN114635766A - 压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制系统及方法,其技术方案要点是所述汽轮机高压缸进口与蒸汽发生器出口连接，所述汽轮机高压缸出口与所述汽水分离再热器进口连接，所述汽水分离再热器出口与所述汽轮机低压缸进口连接，所述汽轮机低压缸出口与凝汽器连接，所述凝汽器出口与蒸汽发生器连接；在所述汽轮机高压缸和所述汽水分离再热器之间设置有供热抽汽管道，所述供热抽汽管道连接所述热网加热器，所述供热抽汽在热网加热器内凝结成的疏水回到所述凝汽器。本发明选择高压缸排汽管道上抽汽供热，在抽汽管道上不设安全阀，供热抽汽口的超压保护与汽水分离再热器的超压保护功能合并，保证安全的前提下节省了投资和布置空间。
Description
技术领域
本发明属于核电抽汽供热技术领域，具体涉及一种压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制系统及方法。
背景技术
最近几年，由于国家着力进行产业结构的调整。用电量下降，但建筑总量和采暖需要持续上升，由于无用电负荷热电联产机组难以运行，在东北地区，红沿河核电机组采取降负荷运行，把发电负荷让给一些小地热电联产机组。同时，由于冬季热电联产“以热换电”，不能调峰，导致采暖季弃风电现象严重。
核能属于清洁能源，无排放，替代燃煤热电联产机组，可以改善雾霾。适应未来可能出现的电网供给侧调整带来的核电机组调峰、降负荷压力，有效提高清洁能源在未来能源占比中的份额，扩大核电的竞争力。
在此形势下，大型压水堆核电机组反应堆产生的二回路蒸汽在进入汽轮机带动发电机产生电能的同时，抽取一部分用于向市政供热，是核能发电企业和环保的双重需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制系统及方法，以解决压水堆核电机组二回路蒸汽供热时抽汽位置选择、抽汽系统设置和相关控制问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制系统，所述控制系统包括:蒸汽发生器、汽轮机高压缸、汽轮机低压缸、汽水分离再热器、热网加热器和凝汽器；其中，
所述汽轮机高压缸进口与蒸汽发生器出口连接，所述汽轮机高压缸出口与所述汽水分离再热器进口连接，所述汽水分离再热器出口与所述汽轮机低压缸进口连接，所述汽轮机低压缸出口与凝汽器连接，所述凝汽器出口与蒸汽发生器连接；
在所述汽轮机高压缸和所述汽水分离再热器之间设置有供热抽汽管道，所述供热抽汽管道连接所述热网加热器，所述供热抽汽在热网加热器内凝结成的疏水回到所述凝汽器。
优选的，所述热网加热器包括热网加热器A和热网加热器B，所述热网加热器A与所述热网加热器B并联连接。
优选的，所述热网加热器的进水端与热网回水管道相连，所述热网加热器的出水端与热网供水管道相连，在所述热网回水管道与所述热网加热器之间设置有多个热网循环水泵。
优选的，所述热网加热器A进口加热蒸汽管道上设有阀A1和阀A2；所述热网加热器B进口加热蒸汽管道上设有阀B1和阀B2。
优选的，每个所述热网加热器进口加热蒸汽管道上的阀A1、A2和阀B1、 B2分别与本列加热器水位A和B联锁。
优选的，所述汽轮机高压缸排汽管道上接出的供热抽汽管道上设置手动关断阀一，气动止回阀二和液动快关调节阀三，所述手动关断阀一，气动止回阀二、液动快关调节阀三之间串联设置。
优选的，所述快关调节阀三采用反向密封，手动关断阀一采用正向密封。
优选的，所述手动关断阀一和快关调节阀三为蝶阀。
优选的，所述手动关断阀一，气动止回阀二和液动快关调节阀三的进出口分别设置有疏水阀一、疏水阀二、疏水阀三和疏水阀四，所述疏水阀一、疏水阀二、疏水阀三和疏水阀四的末端与凝汽器连接，所述疏水阀一、疏水阀二、疏水阀三和疏水阀四之间并联设置。
优选的，所述汽水分离再热器上设置有安全阀。
优选的，所述汽水分离再热器与所述汽轮机低压缸之间设置有再热主汽阀和再热调节阀。
本发明还提供了压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制方法，所述控制方法应用于上述所述的系统，所述控制方法包括以下步骤：
汽轮机高压缸接受蒸汽发生器出口的主蒸汽，使主蒸汽在其中膨胀做功后排出；
汽水分离再热器接受汽轮机高压缸排出的主蒸汽进行汽、水分离，将分离后的蒸汽再热后进入汽轮机低压缸；
热网加热器在所述高压缸排汽管道上抽取一部分湿蒸汽，用于在热网加热器中加热热网循环水；
汽轮机低压缸接受汽水分离再热器出口的蒸汽做功后进入凝汽器。
优选的，所述控制方法还包括，凝汽器凝结的水经过处理后进入蒸汽发生器。
优选的，每个所述热网加热器进口加热蒸汽管道上的阀A1、A2和阀B1、 B2分别与本列加热器水位A和B联锁，在加热器水位高时联锁关闭。
优选的，所述联锁关闭包括：在汽轮机跳闸、汽轮机排汽与汽轮机进汽压比低二时，需要对汽轮机进行保护的瞬态工况下，联锁在0.5s内快速关闭快关调节阀三，在汽轮机排汽与汽轮机进汽压比低一时，停止快关调节阀三的继续开大；在两列热网加热器水位都出现高值时或热网循环水泵全部跳停时，联锁快关调节阀三在15s内正常关闭。
优选的，在汽轮机跳闸时，气动止回阀二、快关调节阀三和阀A1、阀A2 和阀B1、阀B2同时联锁关闭，停止供热抽汽。
本发明的技术效果和优点：
本发明选择高压缸排汽管道上抽汽供热，在抽汽管道上不设安全阀，供热抽汽口的超压保护与汽水分离再热器的超压保护功能合并，保证安全的前提下节省了投资和布置空间，方便管道应力计算和支吊架设置。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为现有技术中供热系统示意图；
图2为本发明的供热系统示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
在现有技术中，压水堆核电机组汽轮机由于主蒸汽参数低，汽轮机没有中压缸，高压缸排汽经汽水分离再热器后，进入汽轮机低压缸，无法按燃煤热电联产机组供热抽汽管道系统利用中压缸排汽抽汽供热。具体如图1所示，燃煤热电联产机组供热抽汽管道系统一般是利用中压缸排汽抽汽供热，在中压缸和低压缸之间联通管上设抽汽压力调节蝶阀，投入抽汽压力闭环控制，控制供热压力为定值。同时供热抽汽管道上设有安全阀，防止抽汽管道上阀门突然关闭时系统超压。管道上还设有液动快压阀、气动逆止阀和电动隔断阀。压水堆核电机组的回热抽汽管道上一般只设置一道气动止回阀和一道电动关断阀。各阀门根据设置目的进行联锁或手动控制。止回阀用于防止汽轮机甩负荷时工质倒流入汽轮机引起汽轮机超速，关断阀的作用是在回收加热器水位高时关闭，防止汽轮机进水损坏。
如果按现有技术采用再热蒸汽调节阀对供热抽汽压力进行定值控制，会导致再热蒸汽调节阀的频繁动作，引起阀门损坏，根据供热抽汽位置和抽汽参数特点，采用根据热网循环水供水温度要求控制抽汽管道上快关调节阀的方式，不对抽汽压力进行控制。同时热网加热器采用变压力运行方式，供热抽汽管道上不设安全阀，采用与汽水分离再热器安全阀合用的方式，能够有效节省了布置空间和计算难度。
在此基础上，本发明提供了一种压水堆核电机组供热抽汽管道阀门控制系统，如图2所示，所述控制系统包括:蒸汽发生器、汽轮机高压缸、汽轮机低压缸、汽水分离再热器、热网加热器和凝汽器；其中，
所述汽轮机高压缸进口与蒸汽发生器出口连接，所述汽轮机高压缸出口与所述汽水分离再热器进口连接，所述汽水分离再热器出口与所述汽轮机低压缸进口连接，所述汽轮机低压缸出口与凝汽器连接，所述凝汽器与蒸汽发生器连通；
在所述汽轮机高压缸和所述汽水分离再热器之间设置有供热抽汽管道，所述供热抽汽管道连接所述热网加热器，所述供热抽汽管道在热网加热器内凝结成的疏水回到所述凝汽器。
具体地，所述热网加热器包括热网加热器A和热网加热器B，所述热网加热器A与所述热网加热器B并联连接。所述热网加热器的进水端与热网回水管道相连，所述热网加热器的出水端与热网供水管道相连，在所述热网回水管道与所述热网加热器之间设置有多个热网循环水泵。所述蒸汽发生器和凝汽器之间还设置有热水循环水泵。所述热网加热器A进口加热蒸汽管道上设有阀A1和阀A2；所述热网加热器B进口加热蒸汽管道上设有阀B1和阀B2。每个所述热网加热器进口加热蒸汽管道上的阀A1、A2和阀B1、B2分别与本列加热器水位A和B联锁。在加热器水位高时联锁关闭，防止本列加热器进口蒸汽管道进水的同时，维持另一列加热器的继续运行以保证供热。所述手动关断阀一，气动止回阀二和液动快关调节阀三的进出口分别设置有疏水阀一、疏水阀二、疏水阀三和疏水阀四，所述疏水阀一、疏水阀二、疏水阀三和疏水阀四的末端与凝汽器连接，所述疏水阀一、疏水阀二、疏水阀三和疏水阀四之间并联设置。
具体地，所述汽轮机高压缸排汽管道上接出的供热抽汽管道上设置手动关断阀一，气动止回阀二和液动快关调节阀三，所述手动关断阀一，气动止回阀二、液动快关调节阀三之间串联。
具体地，所述快关调节阀三采用反向密封，手动关断阀一采用正向密封。在本实施例中，手动关断阀一采用正向密封，在非采暖季手动关闭，防止其后还有蒸汽漏出，造成做功能力损失。
所述手动关断阀一和快关调节阀三为蝶阀。由于蝶阀结构特点，单个阀门实现双向密封会导致造价的大幅提高，本发明通过手动关断阀一正向、快关调节阀三反向的设置方式，解决了防止反向气流进入汽轮机和防止非采暖季正向汽流在阀后造成大量疏水引起做功能力损失的关键问题。
在实际应用中，在供热抽汽管道上设置安全阀，但布置困难，计算难度大，投资增加。为了解决上述问题，本发明在汽水分离再热器上设置有安全阀。与此同时，采用再热调节阀调整抽汽压力为设定值，热网加速器按定压力抽汽参数设计，会使汽轮机再热调节阀的工作条件恶化，引起振动。所述汽水分离再热器与所述汽轮机低压缸之间设置有再热主汽阀和再热调节阀，降低振动。
具体地，在本实施例中涉及的压水堆：所述压水堆使用加压轻水作冷却剂和慢性剂，且水在堆内不沸腾的核反应堆。
高压缸：接受核岛蒸汽发生器出口的主蒸汽，使主蒸汽在其中膨胀做功后排出，进入汽水分离再热器。
供热：将高温水输送到城市二级换热站，放热后的热水返回到热电厂或区域锅炉房，利用泵加压后，在热网加热器中吸收蒸汽放出的热量后再向外供出的循环。
抽汽：在汽轮机的某一级后抽取做过部分功的蒸汽用于供热。
阀门：包括手动关断阀一、气动止回阀二、快关调节阀三、疏水阀一、疏水阀二、疏水阀三和疏水阀四。供热抽汽管道上设置的一系列用于保护、关断、调节用途的阀门。
针对现有技术中，快关调节阀三的关闭时间设定可以采用同一值，但会增加汽轮机和核岛的瞬态冲击。本发明快关调节阀三设置了调节、快关和正常关、关等各种功能，保证汽轮机和管道系统安全的前提下，减少了对机组的瞬态冲击。
手动关断阀一和快关调节阀三的结构型式为蝶阀，由于其结构特点，单个阀门实现双向密封对导致造价的大幅提高，发明了通过手动关断阀一正向、快关调节阀三反向的设置方式，解决了防止反向气流进入汽轮机和防止非采暖季正向汽流在阀后造成大量疏水引起做功能力损失的关键问题。
本发明涉及的压水核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制系统，解决了压水堆核电汽轮机供热的抽汽管道系统和控制问题，为同类机组的供热提供参考。
本发明还提出了一种压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制方法，所述该控制方法应用于上述所述的阀门设置与控制系统；所述控制方法包括以下步骤：
汽轮机高压缸接受蒸汽发生器出口的主蒸汽，使主蒸汽在其中膨胀做功后排出；
汽水分离再热器接受汽轮机高压缸排出的主蒸汽进行汽、水分离，将分离后的蒸气再热后进入汽轮机低压缸；
热网加热器在所述高压缸排汽管道上抽取一部分湿蒸汽，用于在热网加热器中加热热网循环水；
汽轮机低压缸接受汽水分离再热器出口的蒸汽做功后进入凝汽器。
凝汽器凝结的水流入蒸汽发生器，实现闭环控制。
具体地，高压缸排出的湿蒸汽经汽水分离再热器再热后称为过热蒸汽，进入汽轮机低压缸做功，在进入汽水分离再热器之前的高压缸排汽管道上抽取一部分湿蒸汽，用于在热网加热器中加热热网循环水。
在本实施例中，高压缸排汽管道上接出的供热抽汽管道上设置一道手动关断阀一，一道气动止回阀二、一道液动快关调节阀三，每个热网加热器进口加热蒸汽管道上分别设有阀A1、A2和阀B1、B2。
每个热网加热器进口加热蒸汽管道上的阀A1、A2和阀B1、B2分别与本列加热器水位A和B联锁，在本列集热器水位高时连锁关闭，防止本列集热器进口蒸汽管道进水的同时，维持另一列加热器的继续运行以保证供热。
在本实施例中，快关调节阀三采用反向密封，具有调节、快关、正常开、正常关功能，正常运行时根据热网循环水供水温度需求调节开度；在汽轮机跳闸、汽轮机排汽与汽轮机进汽压比低二等需要对汽轮机进行保护的瞬态工况下，联锁在0.5s内快速关闭，防止汽轮机发生超速等损坏；在汽轮机排汽与汽轮机进汽压比低一等时为了保证汽轮机安全，禁止此阀门的继续开大；在两列热网加热器水位都出现高值时或热网循环水泵全部跳停时，联锁快关调节阀三在15s内正常关闭，而不采用0.5s的快关联锁，避免对汽轮机和核反应堆造成瞬态冲击。
在发生汽轮机跳闸时，快关调节阀三和阀A1、A2和阀B1、B2同时联锁关闭，停止供热抽汽。
压水堆核电机组由于蒸汽参数低，蒸汽湿度大，再热采用主蒸汽和汽轮机抽汽进行加热的等原因，采用低参数蒸汽不一定比高压参数蒸汽供热更经济，本实施例经过技术经济对比，选择高压缸排气管道上抽汽供热，在抽汽管道上不设安全阀，供热抽汽口的超压保护与汽水分离再热器的超压保护功能合并，保证安全的前提下节省了投资和布置空间，方便管道应力计算和支吊架设置。
本发明压水堆核电机组抽汽供热实施过程中相关保护、控制、联锁问题，为项目的顺利实施提供了解决方案，目前多个大型压水堆核电机组供热可行性研究正在进行，因此，本发明具有广发的应用前景。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制系统，其特征在于：所述控制系统包括:蒸汽发生器、汽轮机高压缸、汽轮机低压缸、汽水分离再热器、热网加热器和凝汽器；其中，
所述汽轮机高压缸进口与蒸汽发生器出口连接，所述汽轮机高压缸出口与所述汽水分离再热器进口连接，所述汽水分离再热器出口与所述汽轮机低压缸进口连接，所述汽轮机低压缸出口与凝汽器连接，所述凝汽器出口与蒸汽发生器连接；
在所述汽轮机高压缸和所述汽水分离再热器之间设置有供热抽汽管道，所述供热抽汽管道连接所述热网加热器，所述供热抽汽在热网加热器内凝结成的疏水回到所述凝汽器。
2.根据权利要求1所述的一种压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制系统，其特征在于：所述热网加热器包括热网加热器A和热网加热器B，所述热网加热器A与所述热网加热器B并联连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制系统，其特征在于：所述热网加热器的进水端与热网回水管道相连，所述热网加热器的出水端与热网供水管道相连，在所述热网回水管道与所述热网加热器之间设置有多个热网循环水泵。
4.根据权利要求2所述的一种压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制系统，其特征在于：所述热网加热器A进口加热蒸汽管道上设有阀A1和阀A2；所述热网加热器B进口加热蒸汽管道上设有阀B1和阀B2。
5.根据权利要求2或4所述的一种压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制系统，其特征在于：每个所述热网加热器进口加热蒸汽管道上的阀A1、A2和阀B1、B2分别与本列加热器水位A和B联锁。
6.根据权利要求1所述的一种压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制系统，其特征在于：所述汽轮机高压缸排汽管道上接出的供热抽汽管道上设置手动关断阀一，气动止回阀二和液动快关调节阀三，所述手动关断阀一，气动止回阀二、液动快关调节阀三之间串联设置。
7.根据权利要求6所述的一种压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制系统，其特征在于：所述快关调节阀三采用反向密封，手动关断阀一采用正向密封。
8.根据权利要求7所述的一种压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制系统，其特征在于：所述手动关断阀一和快关调节阀三为蝶阀。
9.根据权利要求6所述的一种压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制系统，其特征在于：所述手动关断阀一，气动止回阀二和液动快关调节阀三的进出口分别设置有疏水阀一、疏水阀二、疏水阀三和疏水阀四，所述疏水阀一、疏水阀二、疏水阀三和疏水阀四的末端与凝汽器连接，所述疏水阀一、疏水阀二、疏水阀三和疏水阀四之间并联设置。
10.根据权利要求1所述的一种压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制系统，其特征在于：所述汽水分离再热器上设置有安全阀。
11.根据权利要求1所述的一种压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制系统，其特征在于：所述汽水分离再热器与所述汽轮机低压缸之间设置有再热主汽阀和再热调节阀。
12.一种压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制方法，其特征在于：所述控制方法应用于权利要求1-11任一所述的系统，所述控制方法包括以下步骤：
汽轮机高压缸接受蒸汽发生器出口的主蒸汽，使主蒸汽在其中膨胀做功后排出；
汽水分离再热器接受汽轮机高压缸排出的主蒸汽进行汽、水分离，将分离后的蒸汽再热后进入汽轮机低压缸；
热网加热器在所述高压缸排汽管道上抽取一部分湿蒸汽，用于在热网加热器中加热热网循环水；
汽轮机低压缸接受汽水分离再热器出口的蒸汽做功后进入凝汽器。
13.根据权利要求12所述的一种压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制方法，其特征在于：所述控制方法还包括，凝汽器凝结的水经过处理后进入蒸汽发生器。
14.根据权利要求12所述的一种压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制方法，其特征在于：每个所述热网加热器进口加热蒸汽管道上的阀A1、A2和阀B1、B2分别与本列加热器水位A和B联锁，在加热器水位高时联锁关闭。
15.根据权利要求14所述的一种压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制方法，其特征在于：所述联锁关闭包括：在汽轮机跳闸、汽轮机排汽与汽轮机进汽压比低二时，需要对汽轮机进行保护的瞬态工况下，联锁在0.5s内快速关闭快关调节阀三，在汽轮机排汽与汽轮机进汽压比低一时，停止快关调节阀三的继续开大；在两列热网加热器水位都出现高值时或热网循环水泵全部跳停时，联锁快关调节阀三在15s内正常关闭。
16.根据权利要求12所述的一种压水堆核电机组供热抽汽管道阀门设置与控制方法，其特征在于：在汽轮机跳闸时，气动止回阀二、快关调节阀三和阀A1、阀A2和阀B1、阀B2同时联锁关闭，停止供热抽汽。
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