CN114738065A - 一种快中子反应堆热电水三联供系统 - Google Patents

一种快中子反应堆热电水三联供系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种快中子反应堆热电水三联供系统，包括核电站二回路给水循环系统、发电回路、海水淡化回路以及供热回路，其中，核电站二回路给水循环系统与发电回路相连通，发电回路与海水淡化回路及供热回路相连通，该系统能够提高核能综合利用效率。

Description

一种快中子反应堆热电水三联供系统
技术领域
本发明属于快中子反应堆技术领域，涉及一种快中子反应堆热电水三联供系统。
背景技术
快中子反应堆是由快中子引起原子核裂变链式反应,并可实现核燃料增殖的核反应堆,能够使铀资源得到充分利用,还能处理热中子反应堆核电站生产的长寿命放射性废弃物。与压水堆、高温气冷堆等热中子反应堆相比较，快中子反应堆具有堆芯温度高,堆芯进出口温差大,堆芯呈矮胖型,冷却剂在堆芯的流程短等特点。
目前我国正在建设的600MW示范快堆工程仅用于发电，其用于发电的蒸汽热力参数达到14MPa、480℃，有必要开发快中子反应堆热电水三联供系统，实现快中子反应堆高品质热能梯级利用，以提高核能综合利用效率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种快中子反应堆热电水三联供系统，该系统能够提高核能综合利用效率。
为达到上述目的，本发明所述的快中子反应堆热电水三联供系统包括核电站二回路给水循环系统、发电回路、海水淡化回路以及供热回路，其中，核电站二回路给水循环系统与发电回路相连通，发电回路与海水淡化回路及供热回路相连通。
所述核电站二回路给水循环系统包括反应堆、中间换热器、一回路钠泵、二回路钠泵、蒸汽发生器及蒸汽过热器；
反应堆的出口与中间换热器的壳侧入口相连接，中间换热器的壳侧出口与一回路钠泵的入口相连接，一回路钠泵的出口与反应堆的入口相连通，二回路钠泵的出口与中间换热器的管侧入口相连通，中间换热器的管侧出口与蒸汽过热器的壳侧入口相连通，蒸汽过热器的壳侧出口与蒸汽发生器的壳侧入口相连通，蒸汽发生器的壳侧出口与二回路钠泵的入口相连通，发电回路与蒸汽发生器的管侧及蒸汽过热器的管侧相连通。
所述发电回路包括给水泵、汽轮机高中压缸、汽水分离再热器、低压缸、发电机、除氧器、凝汽器、凝结水泵、二级热网换热器及一级热网换热器；
给水泵的出口与蒸汽发生器的管侧入口相连通，蒸汽发生器的管侧出口与蒸汽过热器的管侧入口相连通，蒸汽过热器的管侧出口与汽轮机高中压缸的入口相连通，汽轮机高中压缸的一段抽汽口与汽水分离再热器的管侧入口相连通，汽轮机高中压缸的二段抽汽口与除氧器的汽侧入口相连通，汽轮机高中压缸的排汽口与汽水分离再热器的壳侧入口相连通，汽水分离再热器的壳侧出口与低压缸的入口相连通；
所述低压缸的出口与凝汽器的壳侧第一入口相连通，低压缸与发电机相连接；
所述汽水分离再热器的管侧出口分为两路，其中，一路与第一调节阀的入口相连通，第一调节阀的出口与一级热网换热器的壳侧入口相连通，一级热网换热器的壳侧出口与凝汽器的壳侧第二入口相连通；凝汽器的壳侧出口与凝结水泵的入口相连通，凝结水泵的出口与除氧器的入口相连通，除氧器的出口与给水泵的入口相连通；另一路与海水淡化回路相连通，二级热网换热器的壳侧出口与凝汽器的壳侧第三入口相连通；
除氧器的入口、二级热网换热器的壳侧入口及凝汽器的管侧均与海水淡化回路相连通，一级热网换热器的管侧及二级热网换热器的管侧与供热回路相连通。
汽水分离再热器的管侧出口经第一调节阀与一级热网换热器的壳侧入口相连通。
汽水分离再热器的管侧出口经第二调节阀的入口与海水淡化回路相连通。
海水淡化回路包括海水储罐、多效海水蒸馏装置、浓盐水储罐、真空泵、淡水冷凝器、淡水储罐、第三调节阀及第四调节阀；
海水储罐的出口与凝汽器的管侧入口相连通，凝汽器的管侧出口与多效海水蒸馏装置的壳侧入口相连通，多效海水蒸馏装置的底部出口与浓盐水储罐的入口相连通，多效海水蒸馏装置的顶部出口与真空泵的入口相连通，真空泵的出口与淡水冷凝器的壳侧入口相连通，淡水冷凝器的壳侧出口与淡水储罐的入口相连通，淡水储罐的出口分为两路，其中，一路与第三调节阀的入口相连通，第三调节阀的出口与除氧器的入口相连通，另一路与第四调节阀的入口相连通，第四调节阀的出口与供热回路相连通；
第二调节阀的出口与多效海水蒸馏装置的管侧入口相连通，多效海水蒸馏装置的管侧出口与二级热网换热器的壳侧入口相连通。
海水储罐的出口经海水输送泵与凝汽器的管侧入口相连通。
淡水储罐的出口经淡水输送泵后分为两路。
供热回路包括热网循环泵及热网用户站；
第四调节阀的出口与热网循环泵的入口相连通，热网循环泵的出口与淡水冷凝器的管侧入口相连通，淡水冷凝器的管侧出口与二级热网换热器的管侧入口相连通，二级热网换热器的管侧出口与一级热网换热器的管侧入口相连通，一级热网换热器的管侧出口与热网用户站的入口相连通，热网用户站的出口与热网循环泵的入口相连通。
多效海水蒸馏装置由三级蒸汽发生器组成，上一效蒸汽发生器的管侧顶部出口与下一效蒸汽发生器的管侧顶部入口相连通，上一效蒸汽发生器的管侧底部出口与下一效蒸汽发生器的管侧底部入口相连通。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的快中子反应堆热电水三联供系统在具体操作时，将核电站二回路给水循环和发电回路、海水淡化回路和供热回路有机结合，能够根据不同时期的用户需求，实现发电为主、供热为主或海水淡化为主三种运行方式的切换，即能够满足主循环回路能量优先利用原则，同时将余热用于其它两种循环回路，极大地提高了核能综合利用效率。
进一步，利用海水吸收凝汽器的排汽余热完成初级加热，利用多效海水蒸馏装置对海水进行多级加热蒸发，前一效蒸发器中蒸汽作为下一效蒸发器的加热汽源，直至海水深度蒸发至浓盐水，并利用真空泵将蒸汽抽至淡水冷凝器中作为热网冷端给水的初级加热汽源，实现能量的梯度综合利用。
进一步，本发明将海水经过淡化处理后用于发电回路和供热回路循环补充水，能够节约外部供水需求量，具有一定的经济效益。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为反应堆、2为中间换热器、3为一回路钠泵、4为二回路钠泵、5为蒸汽发生器、6为蒸汽过热器、7为给水泵、8为汽轮机高中压缸、9为汽水分离再热器、10为低压缸、11为发电机、12为除氧器、13为凝汽器、14为凝结水泵、15为海水储罐、16为海水输送泵、17为第一调节阀、18为第二调节阀、19为多效海水蒸馏装置、20为浓盐水储罐、21为真空泵、22为淡水冷凝器、23为二级热网换热器、24为一级热网换热器、25为热网用户站、26为热网循环泵、27为淡水储罐、28为淡水输送泵、29为第三调节阀、30为第四调节阀。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。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，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
参考图1，本发明所述的快中子反应堆热电水三联供系统包括反应堆1、中间换热器2、一回路钠泵3、二回路钠泵4、蒸汽发生器5、蒸汽过热器6、给水泵7、汽轮机高中压缸8、汽水分离再热器9、低压缸10、发电机11、除氧器12、凝汽器13、凝结水泵14、海水储罐15、海水输送泵16、第一调节阀17、第二调节阀18、多效海水蒸馏装置19、浓盐水储罐20、真空泵21、淡水冷凝器22、二级热网换热器23、一级热网换热器24、热网用户站25、热网循环泵26、淡水储罐27、淡水输送泵28、第三调节阀29及第四调节阀30；
反应堆1的出口与中间换热器2的壳侧入口相连接，中间换热器2的壳侧出口与一回路钠泵3的入口相连接，一回路钠泵3的出口与反应堆1的入口相连通，二回路钠泵4的出口与中间换热器2的管侧入口相连通，中间换热器2的管侧出口与蒸汽过热器6的壳侧入口相连通，蒸汽过热器6的壳侧出口与蒸汽发生器5的壳侧入口相连通，蒸汽发生器5的壳侧出口与二回路钠泵4的入口相连通；
给水泵7的出口与蒸汽发生器5的管侧入口相连通，蒸汽发生器5的管侧出口与蒸汽过热器6的管侧入口相连通，蒸汽过热器6的管侧出口与汽轮机高中压缸8的入口相连通，汽轮机高中压缸8的一段抽汽口与汽水分离再热器9的管侧入口相连通，汽轮机高中压缸8的二段抽汽口与除氧器12的汽侧入口相连通，汽轮机高中压缸8的排汽口与汽水分离再热器9的壳侧入口相连通，汽水分离再热器9的壳侧出口与低压缸10的入口相连通；
所述低压缸10的出口与凝汽器13的壳侧第一入口相连通，低压缸10与发电机11相连接；
所述汽水分离再热器9的管侧出口分为两路，其中，一路与第一调节阀17的入口相连通，第一调节阀17的出口与一级热网换热器24的壳侧入口相连通，一级热网换热器24的壳侧出口与凝汽器13的壳侧第二入口相连通；凝汽器13的壳侧出口与凝结水泵14的入口相连通，凝结水泵14的出口与除氧器12的入口相连通，除氧器12的出口与给水泵7的入口相连通；另一路与第二调节阀18的入口相连通，第二调节阀18的出口与多效海水蒸馏装置19的管侧入口相连通，多效海水蒸馏装置19的管侧出口与二级热网换热器23的壳侧入口相连通，二级热网换热器23的壳侧出口与凝汽器13的壳侧第三入口相连通；
海水储罐15的出口与海水输送泵16的入口相连通，海水输送泵16的出口与凝汽器13的管侧入口相连通，凝汽器13的管侧出口与多效海水蒸馏装置19的壳侧入口相连通，多效海水蒸馏装置19的底部出口与浓盐水储罐20的入口相连通，多效海水蒸馏装置19的顶部出口与真空泵21的入口相连通，真空泵21的出口与淡水冷凝器22的壳侧入口相连通，淡水冷凝器22的壳侧出口与淡水储罐27的入口相连通，淡水储罐27的出口与淡水输送泵28的入口相连通；
所述淡水输送泵28的出口分为两路，其中，一路与第三调节阀29的入口相连通，第三调节阀29的出口与除氧器12的入口相连通，另一路与第四调节阀30的入口相连通，第四调节阀30的出口与热网循环泵26的入口相连通，热网循环泵26的出口与淡水冷凝器22的管侧入口相连通，淡水冷凝器22的管侧出口与二级热网换热器23的管侧入口相连通，二级热网换热器23的管侧出口与一级热网换热器24的管侧入口相连通，一级热网换热器24的管侧出口与热网用户站25的入口相连通，热网用户站25的出口与热网循环泵26的入口相连通。
多效海水蒸馏装置19由三级蒸汽发生器组成，上一效蒸汽发生器的管侧顶部出口与下一效蒸汽发生器的管侧顶部入口相连通，上一效蒸汽发生器的管侧底部出口与下一效蒸汽发生器的管侧底部入口相连通。
本发明的具体工作过程为：
一回路钠泵3输送的一回路冷却剂进入反应堆1中吸收堆芯产生的热量后，再进入到中间换热器2的一次侧与二回路冷却剂换热，然后再进入反应堆1中吸热，以形成快中子堆一回路；二回路钠泵4输送的二回路冷却剂进入中间换热器2中吸收一回路热量后，二回路冷却剂进入到蒸汽过热器6及蒸汽发生器5的一次侧与三回路给水换热，然后再进入中间换热器2中吸热，以形成快中子堆二回路；
给水泵7驱动除氧器12中的给水进入蒸汽发生器5及蒸汽过热器6的二次侧中吸收快中子堆二回路循环热量，产生的蒸汽进入汽轮机高中压缸8中，汽轮机高中压缸8的排汽进入汽水分离再热器9中，汽轮机高中压缸8的一段抽汽通入汽水分离再热器9中加热汽轮机高中压缸8的排汽至过热蒸汽后，再通入低压缸10中做功并驱动发电机11发电；做功后低压缸10的排汽进入凝汽器13中冷凝，再由凝结水泵14输送至除氧器12中，除氧器12的加热汽源来自汽轮机高中压缸8的二段抽汽，以形成二回路给水循环和发电回路；
海水储罐15中的海水经海水输送泵16输送至凝汽器13中吸收低压缸10的排汽热量，进行初级加热后进入多效海水蒸馏装置19中吸收汽轮机高中压缸8的一段抽汽热量，完成二级加热后，蒸发液由真空泵21抽送至淡水冷凝器22中，蒸发液进入淡水冷凝器22中与热网冷端供水换热后冷凝，冷凝水进入淡水储罐27中；多效海水蒸馏装置19中海水析出的结晶体主要为盐类物，最终排入浓盐水储罐20，用于工业盐原材料，以形成海水淡化回路；
热网用户站25中的热网冷端供水经热网循环泵26输送至淡水冷凝器22中吸收海水蒸发液中的热量后，进入二级热网换热器23中继续吸收经多效海水蒸馏装置19加热后的余热，再继续进入一级热网换热器24中吸收汽轮机高中压缸8的一段抽汽热量，热网热端供水输送至热网用户站25中，以形成供热回路。
本发明包括以下运行方式：
1)当机组以发电模式为主，汽轮机高中压缸8的一段抽汽热量主要用于发电，在满足发电机11的电负荷达最大出力后，分配用于供热和海水淡化的汽轮机高中压缸8的一段抽汽总流量，再由第一调节阀17调节供热回路中一级热网换热器24的换热需求量以及海水淡化回路中多效海水蒸馏装置19的换热需求量；
2)当机组以供热模式为主，汽轮机高中压缸8的一段抽汽热量主要用于供热，由第一调节阀17调节供热回路中一级热网换热器24达到最大换热量后，分配用于发电和海水淡化的汽轮机高中压缸8的排汽总流量，由第二调节阀18调节海水淡化回路中多效海水蒸馏装置19的换热需求量后，剩余汽轮机高中压缸8的排汽用于推动发电机11做功；
3)当机组以海水淡化模式为主，汽轮机高中压缸8的一段抽汽热量主要用于海水淡化，由第二调节阀18调节海水淡化回路中多效海水蒸馏装置19达到最大换热量后，分配用于发电和供热的汽轮机高中压缸8的排汽总流量，由第一调节阀17调节一级热网换热器24的换热需求量后，剩余汽轮机高中压缸8的排汽用于推动发电机11做功；
4)当夏季工况下，机组不需要对外供热时，第一调节阀17保持关闭状态，隔离供热回路；
5)第三调节阀29和第四调节阀30用于补充机组运行过程中给水平衡，具体过程为：当热网循环泵26的给水流量不能满足热网用户站25的需求时，则启动淡水输送泵28，并经第四调节阀30自动补充热网冷端给水流量满足需求；当凝结水泵14的流量不能满足除氧器12的给水需求时，则启动淡水输送泵28并经第三调节阀29自动调节，以维持除氧器12的水位稳定。

Claims (10)

1.一种快中子反应堆热电水三联供系统，其特征在于，包括核电站二回路给水循环系统、发电回路、海水淡化回路以及供热回路，其中，核电站二回路给水循环系统与发电回路相连通，发电回路与海水淡化回路及供热回路相连通。
2.根据权利要求1所述的快中子反应堆热电水三联供系统，其特征在于，所述核电站二回路给水循环系统包括反应堆(1)、中间换热器(2)、一回路钠泵(3)、二回路钠泵(4)、蒸汽发生器(5)及蒸汽过热器(6)；
反应堆(1)的出口与中间换热器(2)的壳侧入口相连接，中间换热器(2)的壳侧出口与一回路钠泵(3)的入口相连接，一回路钠泵(3)的出口与反应堆(1)的入口相连通，二回路钠泵(4)的出口与中间换热器(2)的管侧入口相连通，中间换热器(2)的管侧出口与蒸汽过热器(6)的壳侧入口相连通，蒸汽过热器(6)的壳侧出口与蒸汽发生器(5)的壳侧入口相连通，蒸汽发生器(5)的壳侧出口与二回路钠泵(4)的入口相连通，发电回路与蒸汽发生器(5)的管侧及蒸汽过热器(6)的管侧相连通。
3.根据权利要求2所述的快中子反应堆热电水三联供系统，其特征在于，所述发电回路包括给水泵(7)、汽轮机高中压缸(8)、汽水分离再热器(9)、低压缸(10)、发电机(11)、除氧器(12)、凝汽器(13)、凝结水泵(14)、二级热网换热器(23)及一级热网换热器(24)；
给水泵(7)的出口与蒸汽发生器(5)的管侧入口相连通，蒸汽发生器(5)的管侧出口与蒸汽过热器(6)的管侧入口相连通，蒸汽过热器(6)的管侧出口与汽轮机高中压缸(8)的入口相连通，汽轮机高中压缸(8)的一段抽汽口与汽水分离再热器(9)的管侧入口相连通，汽轮机高中压缸(8)的二段抽汽口与除氧器(12)的汽侧入口相连通，汽轮机高中压缸(8)的排汽口与汽水分离再热器(9)的壳侧入口相连通，汽水分离再热器(9)的壳侧出口与低压缸(10)的入口相连通；
所述低压缸(10)的出口与凝汽器(13)的壳侧第一入口相连通，低压缸(10)与发电机(11)相连接；
所述汽水分离再热器(9)的管侧出口分为两路，其中，一路与第一调节阀(17)的入口相连通，第一调节阀(17)的出口与一级热网换热器(24)的壳侧入口相连通，一级热网换热器(24)的壳侧出口与凝汽器(13)的壳侧第二入口相连通；凝汽器(13)的壳侧出口与凝结水泵(14)的入口相连通，凝结水泵(14)的出口与除氧器(12)的入口相连通，除氧器(12)的出口与给水泵(7)的入口相连通；另一路与海水淡化回路相连通，二级热网换热器(23)的壳侧出口与凝汽器(13)的壳侧第三入口相连通；
除氧器(12)的入口、二级热网换热器(23)的壳侧入口及凝汽器(13)的管侧均与海水淡化回路相连通，一级热网换热器(24)的管侧及二级热网换热器(23)的管侧与供热回路相连通。
4.根据权利要求3所述的快中子反应堆热电水三联供系统，其特征在于，汽水分离再热器(9)的管侧出口经第一调节阀(17)与一级热网换热器(24)的壳侧入口相连通。
5.根据权利要求4所述的快中子反应堆热电水三联供系统，其特征在于，汽水分离再热器(9)的管侧出口经第二调节阀(18)的入口与海水淡化回路相连通。
6.根据权利要求5所述的快中子反应堆热电水三联供系统，其特征在于，海水淡化回路包括海水储罐(15)、多效海水蒸馏装置(19)、浓盐水储罐(20)、真空泵(21)、淡水冷凝器(22)、淡水储罐(27)、第三调节阀(29)及第四调节阀(30)；
海水储罐(15)的出口与凝汽器(13)的管侧入口相连通，凝汽器(13)的管侧出口与多效海水蒸馏装置(19)的壳侧入口相连通，多效海水蒸馏装置(19)的底部出口与浓盐水储罐(20)的入口相连通，多效海水蒸馏装置(19)的顶部出口与真空泵(21)的入口相连通，真空泵(21)的出口与淡水冷凝器(22)的壳侧入口相连通，淡水冷凝器(22)的壳侧出口与淡水储罐(27)的入口相连通，淡水储罐(27)的出口分为两路，其中，一路与第三调节阀(29)的入口相连通，第三调节阀(29)的出口与除氧器(12)的入口相连通，另一路与第四调节阀(30)的入口相连通，第四调节阀(30)的出口与供热回路相连通；
第二调节阀(18)的出口与多效海水蒸馏装置(19)的管侧入口相连通，多效海水蒸馏装置(19)的管侧出口与二级热网换热器(23)的壳侧入口相连通。
7.根据权利要求6所述的快中子反应堆热电水三联供系统，其特征在于，海水储罐(15)的出口经海水输送泵(16)与凝汽器(13)的管侧入口相连通。
8.根据权利要求6所述的快中子反应堆热电水三联供系统，其特征在于，淡水储罐(27)的出口经淡水输送泵(28)后分为两路。
9.根据权利要求6所述的快中子反应堆热电水三联供系统，其特征在于，供热回路包括热网循环泵(26)及热网用户站(25)；
第四调节阀(30)的出口与热网循环泵(26)的入口相连通，热网循环泵(26)的出口与淡水冷凝器(22)的管侧入口相连通，淡水冷凝器(22)的管侧出口与二级热网换热器(23)的管侧入口相连通，二级热网换热器(23)的管侧出口与一级热网换热器(24)的管侧入口相连通，一级热网换热器(24)的管侧出口与热网用户站(25)的入口相连通，热网用户站(25)的出口与热网循环泵(26)的入口相连通。
10.根据权利要求6所述的快中子反应堆热电水三联供系统，其特征在于，多效海水蒸馏装置(19)由三级蒸汽发生器组成，上一效蒸汽发生器的管侧顶部出口与下一效蒸汽发生器的管侧顶部入口相连通，上一效蒸汽发生器的管侧底部出口与下一效蒸汽发生器的管侧底部入口相连通。
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