CN115387875A - 一种高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行系统及方法，所述系统包括反应堆、蒸汽发生器、主氦风机、第二换热器、汽轮机高中压缸、汽轮机低压缸、凝汽器、凝结水泵、除氧器、低温熔盐储罐、第一换热器、中温熔盐储罐、高温熔盐储罐、热解制氢装置、第一抽汽调节阀、第二抽汽调节阀、第一给水调节阀、第二给水调节阀和第三给水调节阀。本发明公开的系统包括高温气冷堆一回路反应堆回路、二回路给水循环回路、发电回路、储能系统回路以及制氢系统回路，能够实现高温气冷堆制氢和发电的耦合运行，实现能量的梯度综合利用，可提高高温气冷堆运行经济性；通过储能系统能够保证高温气冷堆运行的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于核电技术领域，特别涉及一种高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行系统及方法。
背景技术
高温气冷堆(High Temperature Reactor，HTR)以其特有的安全性、用途广泛及随着模块式高温气冷堆概念的提出而具有的小型化、投资少、建造周期短等特点得到了广泛关注，成为六个最有发展前景的第四代反应堆类型之一。在反应堆技术方面，凭借着从模块式高温气冷堆继承的固有安全性和工程实践经验，高温气冷堆将成为最先实现的第4代反应堆系统；其堆芯出口氦气温度将提升到950℃以上，是目前最理想的高温电解制氢核反应堆。
目前，国内外已投入商业用途的高温气冷堆主要用于发电，尚无系统化的高温气冷堆制氢、发电等核能综合利用示范工程；为了充分利用高温气冷堆的高温工艺热，提高高温气冷堆的经济性，有必要构建超高温气冷堆制氢与发电耦合系统；同时，为了保证系统的安全稳定运行，有必要研究配置储能系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行系统及方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明提供的技术方案，能够实现高温气冷堆制氢和发电的耦合运行，同时通过储能系统可保证系统运行的安全稳定性。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行系统，包括：反应堆、蒸汽发生器、主氦风机、第二换热器、汽轮机高中压缸、汽轮机低压缸、凝汽器、凝结水泵、除氧器、低温熔盐储罐、第一换热器、中温熔盐储罐、高温熔盐储罐、热解制氢装置、第一抽汽调节阀、第二抽汽调节阀、第一给水调节阀、第二给水调节阀和第三给水调节阀；
所述反应堆的出口依次经所述第二换热器的壳侧通道、所述蒸汽发生器的壳侧通道、所述主氦风机与所述反应堆的进口相连通；
所述蒸汽发生器的管侧通道出口与所述汽轮机高中压缸的进口相连通，所述汽轮机高中压缸的第一出口与所述汽轮机低压缸的进口相连通；所述汽轮机高中压缸的第二出口经第一抽汽调节阀与所述除氧器的第一进口相连通；所述汽轮机高中压缸的第三出口经所述第二抽汽调节阀与所述第一换热器的壳侧通道进口相连通；所述汽轮机低压缸用于驱动发电机发电；
所述汽轮机低压缸的第二出口依次经所述凝汽器的壳侧通道、所述凝结水泵与所述除氧器的第二进口相连通；所述除氧器的出口与所述第一换热器的壳侧通道出口汇合后分为两路，一路经所述第一给水调节阀与所述蒸汽发生器的管侧通道进口相连通，另一路依次经所述第二给水调节阀、所述中温熔盐储罐的管侧通道、所述第三给水调节阀与所述蒸汽发生器的管侧通道进口相连通；
所述低温熔盐储罐的出口依次经所述凝汽器的管侧通道、低温熔盐输送泵、所述第一换热器的管侧通道、所述中温熔盐储罐的壳侧通道、中温熔盐输送泵、所述第二换热器的管侧通道、所述高温熔盐储罐的壳侧通道、高温熔盐输送泵、所述热解制氢装置的管侧通道与所述低温熔盐储罐的进口相连通。
本发明的进一步改进在于，还包括：
发电机，所述汽轮机低压缸的第一出口与所述发电机的进口相连通。
本发明的进一步改进在于，还包括：分离装置和储氢装置；
所述热解制氢装置的壳侧通道出口经所述分离装置与所述储氢装置的进口相连通；其中，所述分离装置用于提纯氢气。
本发明的进一步改进在于，所述反应堆的堆芯出口温度为950℃～1000℃。
本发明的进一步改进在于，所述汽轮机高中压缸的第二出口输出第一级抽汽，所述第一级抽汽温度为180℃～200℃。
本发明的进一步改进在于，所述汽轮机高中压缸的第三出口输出第二级抽汽，所述第二级抽汽温度为360℃～400℃。
本发明的进一步改进在于，所述汽轮机低压缸的第二出口输出排汽，所述排汽温度为100℃～130℃。
本发明的进一步改进在于，所述低温熔盐储罐输出的低温熔盐温度为80℃～100℃；所述中温熔盐储罐输出中温熔盐温度为280℃～350℃；所述高温熔盐储罐输出的高温熔盐温度为850℃～900℃。
本发明的进一步改进在于，所述热解制氢装置中，所述高温熔盐将热解水温度加热至750℃～850℃。
本发明提供的一种高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行方法，基于上述的高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行系统；
所述高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行方法中，发电、储能和制氢耦合运行方式包括：第一级抽汽调节阀、第二级抽汽调节阀、第一级给水调节阀处于开启状态，第二级给水调节阀和第三级给水调节阀于关闭状态；低温熔盐输送泵、中温熔盐输送泵、高温熔盐输送泵处于变频运行状；
其中，机组发电模式为主的运行方式时，通过调节第二级抽汽调节阀的开度，在满足发电机电负荷达最大出力后，分配用于第一换热器的汽轮机高中压缸的二段抽汽总流量，再由低温熔盐输送泵变频调节低温熔盐储罐中低温熔盐换热需求量；在满足反应堆用于匹配发电量的热负荷输出量的基础上，由中温熔盐输送泵变频调节中温熔盐储罐的中温熔盐换热需求量，根据高温熔盐储罐中高温熔盐换热总量，由高温熔盐输送泵变频调节高温熔盐流量来加热热解制氢装置中热解水，获得最佳制氢出力；
机组制氢模式为主的运行方式时，通过调节第一级抽汽调节阀的开度，使得用于除氧器的加热蒸汽流量满足发电机的最小电负荷，全开第二级抽汽调节阀，使得用于第一换热器的加热蒸汽流量最大，由低温熔盐输送泵变频调节低温熔盐储罐中低温熔盐达到最大换热需求量；在满足反应堆用于匹配最小发电量的热负荷输出量的基础上，由中温熔盐输送泵变频调节中温熔盐储罐的中温熔盐达到最大换热需求量，根据高温熔盐储罐中高温熔盐换热总量，由高温熔盐输送泵变频调节高温熔盐流量来加热热解制氢装置中热解水，获得最大制氢出力；
机组变工况下稳定运行方式时，当机组启动、甩负荷或汽轮机异常工况下，第一级抽汽调节阀和第二级抽汽调节阀关闭；打开第二给水调节阀和第三给水调节阀，利用中温熔盐储罐的中温熔盐加热且调节第一给水调节阀的开度，使得蒸汽发生器的进口给水温度稳定；通过中温熔盐输送泵出口流量来调节第二换热器的换热量，使得反应堆热负荷与发电机电负荷相匹配；根据高温熔盐储罐中高温熔盐换热总量，由高温熔盐输送泵变频调节高温熔盐流量来加热热解制氢装置中热解水，获得最佳制氢出力。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的系统能够实现高温气冷堆制氢和发电的耦合运行，同时通过储能系统可保证系统运行的安全稳定性；具体的，本发明将高温气冷堆给水循环回路、发电回路、制氢回路以及储能系统回路有机结合，使得本发明系统能够根据不同时期的用户需求，实现发电为主或制氢为主两种运行方式的切换，即能够满足主循环回路能量优先利用原则，同时实现了储能系统回路与制氢回路的匹配运行，极大地提高了核能综合利用效率。
本发明提供的方法中，在机组变工况运行时，随着发电机负荷的变化，能够利用储能系统回路调节一回路反应堆热负荷和二回路给水温度，保证了机组的安全稳定运行。另外，充分利用了低温熔盐吸收凝汽器的排汽余热，与常规电站使用循环水冷却凝汽器排汽的方式相比较，减少了冷源损失，同时将第二换热器换热后产生的疏水作为给水，实现了能量的梯度综合利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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是本发明实施例提供的一种高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行系统的结构示意图；
图1中，1、反应堆；2、蒸汽发生器；3、主氦风机；4、第二换热器；5、给水泵；6、汽轮机高中压缸；7、汽轮机低压缸；8、发电机；9、凝汽器；10、凝结水泵；11、除氧器；12、低温熔盐储罐；13、低温熔盐输送泵；14、第一换热器；15、中温熔盐储罐；16、中温熔盐输送泵；17、高温熔盐储罐；18、高温熔盐输送泵；19、热解制氢装置；20、分离装置；21、储氢装置；22、第一抽汽调节阀；23、第二抽汽调节阀；24、第一给水调节阀；25、第二给水调节阀；26、第三给水调节阀。
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，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
请参阅图1，本发明实施例提供的一种高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行系统，包括：反应堆1、蒸汽发生器2、主氦风机3、第二换热器4、给水泵5、汽轮机高中压缸6、汽轮机低压缸7、发电机8、凝汽器9、凝结水泵10、除氧器11、低温熔盐储罐12、低温熔盐输送泵13、第一换热器14、中温熔盐储罐15、中温熔盐输送泵16、高温熔盐储罐17、高温熔盐输送泵18、热解制氢装置19、分离装置20、储氢装置21、第一抽汽调节阀22、第二抽汽调节阀23、第一给水调节阀24、第二给水调节阀25和第三给水调节阀26；
反应堆1的出口与第二换热器4的壳侧进口相连通，第二换热器4的壳侧出口与蒸汽发生器2的壳侧进口相连通，蒸汽发生器2的壳侧出口与主氦风机3的进口相连通，主氦风机3的出口与反应堆1的进口相连通；
蒸汽发生器2的管侧出口与汽轮机高中压缸6的进口相连通，汽轮机高中压缸6的第一出口与汽轮机低压缸7的进口相连通，汽轮机高中压缸6的第二出口与第一抽汽调节阀22的进口相连通，第一抽汽调节阀22的出口与除氧器11的第一进口相连通，汽轮机高中压缸6的第三出口与第二抽汽调节阀23的进口相连通，第二抽汽调节阀23的出口与第一换热器14的壳侧进口相连通；汽轮机低压缸7的第一出口与发电机8的进口相连通，汽轮机低压缸7的第二出口与凝汽器9的壳侧进口相连通，凝汽器9的壳侧出口与凝结水泵10的进口相连通，凝结水泵10的出口与除氧器11的第二进口相连通，除氧器11的出口与第一换热器14的壳侧出口相汇合后与给水泵5的进口相连通，给水泵5的第一出口与第一给水调节阀24的进口相连通，给水泵5的第二出口与第二给水调节阀25的进口相连通，第二给水调节阀25的出口与中温熔盐储罐15的管侧进口相连通，中温熔盐储罐15的管侧出口与第三给水调节阀26的进口相连通，第三给水调节阀26的出口与第一给水调节阀24的出口相汇合后与蒸汽发生器2的管侧进口相连通；上述连接及连通关系构成了高温气冷堆发电系统回路；其中，本发明实施例具体示例性的，所描述的汽轮机高中压缸第一级、第二级抽汽分别来自于汽轮机高压缸第6级和第8级抽汽，根据所采用汽轮机不同类型和参数等级；解释性的，第一级、第二级抽汽也可来自于高压缸或中压缸其它级数。
低温熔盐储罐12的出口与凝汽器9的管侧进口相连通，凝汽器9的管侧出口与低温熔盐输送泵13的进口相连通，低温熔盐输送泵13的出口与第一换热器14的管侧进口相连通，第一换热器14的管侧出口与中温熔盐储罐15的壳侧进口相连通，中温熔盐储罐15的壳侧出口与中温熔盐输送泵16的进口相连通，中温熔盐输送泵16的出口与第二换热器4的管侧进口相连通，第二换热器4的管侧出口与高温熔盐储罐17的壳侧进口相连通，高温熔盐储罐17的壳侧出口与高温熔盐输送泵18的进口相连通，高温熔盐输送泵18的出口与热解制氢装置19的管侧进口相连通，热解制氢装置19的管侧出口与低温熔盐储罐12的进口相连通；上述连接及连通关系构成了高温气冷堆储能系统回路；
热解制氢装置19的壳侧出口与分离装置20的进口相连通，分离装置20的出口与储氢装置21的进口相连通；上述连接及连通关系构成了高温气冷堆制氢系统回路。其中，本发明实施例中的分离装置20采用压力变动吸附法来分离氢气的技术，即设置多个吸附塔和多种吸附剂，通过将氢气中携带的混合气体优先吸附，导出高纯度的氢气。
综上所述，本发明实施例具体提供了一种高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行系统，包括高温气冷堆一回路反应堆回路、二回路给水循环回路、发电回路、储能系统回路以及制氢系统回路，该系统能够实现高温气冷堆制氢和发电的耦合运行，实现了能量的梯度综合利用，提高了高温气冷堆运行经济性；同时通过储能系统保证了高温气冷堆运行的稳定性。
基于本发明上述实施例提供的系统，本发明又一实施例中，提供一种高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行方法，包括以下步骤：
1)机组发电、储能和制氢耦合运行方式：
初始状态：反应堆1、蒸汽发生器2、主氦风机3、给水泵5、汽轮机高中压缸6、汽轮机低压缸7、发电机8、凝汽器9、凝结水泵10、除氧器11处于正常运行状态，第一级抽汽调节阀22、第二级抽汽调节阀23、第一级给水调节阀24处于开启状态，第二级给水调节阀25、第三级给水调节阀26处于关闭状态；低温熔盐输送泵13、中温熔盐输送泵16、高温熔盐输送泵18处于变频运行状态；
主氦风机3输送的氦气进入反应堆1中吸收堆芯产生的热量，进入第二换热器4壳侧换热后，再进入蒸汽发生器2的壳侧与给水泵5输送的给水进行换热，然后再进入反应堆1中进行吸热，形成反应堆1的循环回路；
给水泵5驱动除氧器11中给水进入蒸汽发生器2的二次侧中吸收反应堆1循环回路热量，其中，产生的蒸汽依次经过汽轮机高中压缸6、汽轮机低压缸7做功，并驱动发电机8发电。做功后的汽轮机低压缸7的排汽进入凝汽器9中冷凝后，再经凝结水泵10输送至除氧器11，除氧器11加热汽源来自汽轮机高中压缸6的第一级抽汽，形成二回路给水循环和发电回路；
低温熔盐储罐12输出的低温熔盐经低温熔盐输送泵13输送至凝汽器9中吸收汽轮机低压缸7的排汽热量，进行初级加热后进入第二换热器14中吸收汽轮机高中压缸6的第二级抽汽，进行第二次加热后进入中温熔盐储罐15，形成中温熔盐储能能量系统；
中温熔盐储罐15输出的中温熔盐经中温熔盐输送泵16输送至第二换热器4中吸收高温氦气热量后进入高温熔盐储罐17，形成高温熔盐储能能量系统；
高温熔盐储罐17输出的高温熔盐经高温熔盐输送泵18输送至热解制氢装置19中，热解水吸收高温熔盐热量后分解成氢气和氧气，经分离装置20分离出高纯度氢气，存储于储氢装置21中，形成热解制氢回路；
高温熔盐经热解制氢装置19中放热后成为低温熔盐，回至低温熔盐储罐12，形成熔盐储能循环回路。
2)机组发电模式为主的运行方式：
通过调节第二级抽汽调节阀23开度，在满足发电机8电负荷达最大出力后，分配用于第一换热器14的汽轮机高中压缸6的二段抽汽总流量，再由低温熔盐输送泵13变频调节低温熔盐储罐12中低温熔盐换热需求量；在满足反应堆1用于匹配发电量的热负荷输出量的基础上，由中温熔盐输送泵16变频调节中温熔盐储罐15的中温熔盐换热需求量，根据高温熔盐储罐17中高温熔盐换热总量，由高温熔盐输送泵18变频调节高温熔盐流量来加热热解制氢装置19中热解水，获得最佳制氢出力。
3)机组制氢模式为主的运行方式：
通过调节第一级抽汽调节阀22开度，使得用于除氧器11的加热蒸汽流量满足发电机8的最小电负荷，全开第二级抽汽调节阀23，使得用于第一换热器14的加热蒸汽流量最大，由低温熔盐输送泵13变频调节低温熔盐储罐12中低温熔盐达到最大换热需求量；在满足反应堆1用于匹配最小发电量的热负荷输出量的基础上，由中温熔盐输送泵16变频调节中温熔盐储罐15的中温熔盐达到最大换热需求量，根据高温熔盐储罐17中高温熔盐换热总量，由高温熔盐输送泵18变频调节高温熔盐流量来加热热解制氢装置19中热解水，获得最大制氢出力。
4)机组变工况下稳定运行方式：
当机组启动、甩负荷或汽轮机异常工况下，第一级抽汽调节阀22和第二级抽汽调节阀23关闭，汽轮机高中压缸6第一级和第二级抽汽丧失，除氧器11失去加热汽源。打开第二给水调节阀25和第三给水调节阀26，利用中温熔盐储罐15的中温熔盐加热给水泵5出口水温，同时调节第一给水调节阀24的开度，使得蒸汽发生器2进口给水温度稳定；同时，通过中温熔盐输送泵16出口流量来调节第二换热器4的换热量，使得反应堆1热负荷与发电机8电负荷相匹配，避免蒸汽发生器2进口给水温度波动较大，以及反应堆1热负荷不稳定引起的机组非正常停堆。
根据高温熔盐储罐17中高温熔盐换热总量，由高温熔盐输送泵18变频调节高温熔盐流量来加热热解制氢装置19中热解水，获得最佳制氢出力。
本发明实施例方法的原理性说明：
以正在建设的第四代高温气冷堆为例，反应堆1堆芯出口温度为950～1000℃，功率为110MW，主氦风机3输送的150℃的冷氦气进入反应堆1中吸收堆芯产生的热量，产生950℃的热氦气，热氦气进入第二换热器4壳侧与中温熔盐输送泵16输送的中温熔盐进行换热后，换热后热氦气温度降至750℃，再进入蒸汽发生器2的壳侧与给水泵5输送的给水进行换热，换热后成为150℃的冷氦气，然后再进入反应堆1中进行吸热，形成反应堆1的循环回路；给水泵5驱动除氧器11中给水温度为150℃，进入蒸汽发生器2的二次侧中吸收750℃的热氦气携带的热量，给水经加热后发生相变，产生570℃的蒸汽依次经过汽轮机高中压缸6、汽轮机低压缸7做功，并驱动发电机8发电，最大发电功率为100MW。做功后的汽轮机低压缸7的排汽进入凝汽器9中冷凝，凝结水温度为60℃，再经凝结水泵10输送至除氧器11，除氧器11加热汽源来自汽轮机高中压缸6的第一级抽汽，第一级抽汽温度为180～200℃，形成二回路给水循环和发电回路；低温熔盐储罐12输出的低温熔盐温度为80～100℃，经低温熔盐输送泵13输送至凝汽器9中吸收汽轮机低压缸7的排汽热量，排汽温度为100～130℃，进行初级加热后低温熔盐温度升高至100℃以上，进入第二换热器14中吸收汽轮机高中压缸6的第二级抽汽，第二级抽汽温度为360～400℃，进行第二次加热后成为中温熔盐，温度为280～350℃，进入中温熔盐储罐15，形成中温熔盐储能能量系统；中温熔盐储罐15输出的中温熔盐经中温熔盐输送泵16输送至第二换热器4中吸收950℃高温氦气热量后进入高温熔盐储罐17，高温熔盐温度为850～900℃，形成高温熔盐储能能量系统；高温熔盐储罐17输出的高温熔盐经高温熔盐输送泵18输送至热解制氢装置19中，高温熔盐将热解水温度加热至750～850℃，高温分解成氢气和氧气，经分离装置20采用压力变动吸附法分离出高纯度氢气，存储于储氢装置21中，形成热解制氢回路；高温熔盐经热解制氢装置19中放热后温度降至100℃以下，成为低温熔盐，回至低温熔盐储罐12，形成熔盐储能循环回路。
本发明实施例中，当机组启动、甩负荷或汽轮机异常工况下，汽轮机高中压缸6第一级和第二级抽汽丧失，除氧器11失去加热汽源。利用中温熔盐储罐15的中温熔盐，温度为280～350℃加热给水泵5出口水温至150℃的正常运行温度，同时调节第一给水调节阀24的开度，使得蒸汽发生器2进口给水温度稳定。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行系统，其特征在于，包括：反应堆(1)、蒸汽发生器(2)、主氦风机(3)、第二换热器(4)、汽轮机高中压缸(6)、汽轮机低压缸(7)、凝汽器(9)、凝结水泵(10)、除氧器(11)、低温熔盐储罐(12)、第一换热器(14)、中温熔盐储罐(15)、高温熔盐储罐(17)、热解制氢装置(19)、第一抽汽调节阀(22)、第二抽汽调节阀(23)、第一给水调节阀(24)、第二给水调节阀(25)和第三给水调节阀(26)；
所述反应堆(1)的出口依次经所述第二换热器(4)的壳侧通道、所述蒸汽发生器(2)的壳侧通道、所述主氦风机(3)与所述反应堆(1)的进口相连通；
所述蒸汽发生器(2)的管侧通道出口与所述汽轮机高中压缸(6)的进口相连通，所述汽轮机高中压缸(6)的第一出口与所述汽轮机低压缸(7)的进口相连通；所述汽轮机高中压缸(6)的第二出口经第一抽汽调节阀(22)与所述除氧器(11)的第一进口相连通；所述汽轮机高中压缸(6)的第三出口经所述第二抽汽调节阀(23)与所述第一换热器(14)的壳侧通道进口相连通；所述汽轮机低压缸(7)用于驱动发电机发电；
所述汽轮机低压缸(7)的第二出口依次经所述凝汽器(9)的壳侧通道、所述凝结水泵(10)与所述除氧器(11)的第二进口相连通；所述除氧器(11)的出口与所述第一换热器(14)的壳侧通道出口汇合后分为两路，一路经所述第一给水调节阀(24)与所述蒸汽发生器(2)的管侧通道进口相连通，另一路依次经所述第二给水调节阀(25)、所述中温熔盐储罐(15)的管侧通道、所述第三给水调节阀(26)与所述蒸汽发生器(2)的管侧通道进口相连通；
所述低温熔盐储罐(12)的出口依次经所述凝汽器(9)的管侧通道、低温熔盐输送泵(13)、所述第一换热器(14)的管侧通道、所述中温熔盐储罐(15)的壳侧通道、中温熔盐输送泵(16)、所述第二换热器(4)的管侧通道、所述高温熔盐储罐(17)的壳侧通道、高温熔盐输送泵(18)、所述热解制氢装置(19)的管侧通道与所述低温熔盐储罐(12)的进口相连通。
2.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行系统，其特征在于，还包括：
发电机(8)，所述汽轮机低压缸(7)的第一出口与所述发电机(8)的进口相连通。
3.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行系统，其特征在于，还包括：分离装置(20)和储氢装置(21)；
所述热解制氢装置(19)的壳侧通道出口经所述分离装置(20)与所述储氢装置(21)的进口相连通；其中，所述分离装置(20)用于提纯氢气。
4.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行系统，其特征在于，
所述反应堆(1)的堆芯出口温度为950℃～1000℃。
5.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行系统，其特征在于，
所述汽轮机高中压缸(6)的第二出口输出第一级抽汽，所述第一级抽汽温度为180℃～200℃。
6.根据权利要求5所述的一种高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行系统，其特征在于，
所述汽轮机高中压缸(6)的第三出口输出第二级抽汽，所述第二级抽汽温度为360℃～400℃。
7.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行系统，其特征在于，所述汽轮机低压缸(7)的第二出口输出排汽，所述排汽温度为100℃～130℃。
8.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行系统，其特征在于，所述低温熔盐储罐(12)输出的低温熔盐温度为80℃～100℃；所述中温熔盐储罐(15)输出中温熔盐温度为280℃～350℃；所述高温熔盐储罐(17)输出的高温熔盐温度为850℃～900℃。
9.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行系统，其特征在于，所述热解制氢装置(19)中，所述高温熔盐将热解水温度加热至750℃～850℃。
10.一种高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行方法，其特征在于，基于权利要求1至9中任一项所述的高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行系统；
所述高温气冷堆发电、储能与制氢耦合运行方法中，发电、储能和制氢耦合运行方式包括：第一级抽汽调节阀、第二级抽汽调节阀、第一级给水调节阀处于开启状态，第二级给水调节阀和第三级给水调节阀于关闭状态；低温熔盐输送泵(13)、中温熔盐输送泵(16)、高温熔盐输送泵(18)处于变频运行状；
其中，机组发电模式为主的运行方式时，通过调节第二级抽汽调节阀的开度，在满足发电机电负荷达最大出力后，分配用于第一换热器(14)的汽轮机高中压缸(6)的二段抽汽总流量，再由低温熔盐输送泵(13)变频调节低温熔盐储罐(12)中低温熔盐换热需求量；在满足反应堆(1)用于匹配发电量的热负荷输出量的基础上，由中温熔盐输送泵(16)变频调节中温熔盐储罐(15)的中温熔盐换热需求量，根据高温熔盐储罐(17)中高温熔盐换热总量，由高温熔盐输送泵(18)变频调节高温熔盐流量来加热热解制氢装置(19)中热解水，获得最佳制氢出力；
机组制氢模式为主的运行方式时，通过调节第一级抽汽调节阀的开度，使得用于除氧器(11)的加热蒸汽流量满足发电机的最小电负荷，全开第二级抽汽调节阀，使得用于第一换热器(14)的加热蒸汽流量最大，由低温熔盐输送泵(13)变频调节低温熔盐储罐(12)中低温熔盐达到最大换热需求量；在满足反应堆(1)用于匹配最小发电量的热负荷输出量的基础上，由中温熔盐输送泵(16)变频调节中温熔盐储罐(15)的中温熔盐达到最大换热需求量，根据高温熔盐储罐(17)中高温熔盐换热总量，由高温熔盐输送泵(18)变频调节高温熔盐流量来加热热解制氢装置(19)中热解水，获得最大制氢出力；
机组变工况下稳定运行方式时，当机组启动、甩负荷或汽轮机异常工况下，第一级抽汽调节阀和第二级抽汽调节阀关闭；打开第二给水调节阀(25)和第三给水调节阀(26)，利用中温熔盐储罐(15)的中温熔盐加热且调节第一给水调节阀(24)的开度，使得蒸汽发生器(2)的进口给水温度稳定；通过中温熔盐输送泵(16)出口流量来调节第二换热器(4)的换热量，使得反应堆(1)热负荷与发电机电负荷相匹配；根据高温熔盐储罐(17)中高温熔盐换热总量，由高温熔盐输送泵(18)变频调节高温熔盐流量来加热热解制氢装置(19)中热解水，获得最佳制氢出力。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117008672A (zh) * | 2023-09-27 | 2023-11-07 | 西安热工研究院有限公司 | 一种蒸汽发生器出口蒸汽温度稳定性调节的试验系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070000251A1 (en) * | 2005-06-30 | 2007-01-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electric power generation/hydrogen production combination plant |
| CN109356679A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-02-19 | 西安交通大学 | 一种核能蒸汽-布雷顿联合循环发电系统 |
| WO2020210837A2 (en) * | 2019-04-12 | 2020-10-15 | Terrapower, Llc | Nuclear thermal plant with load-following power generation |
| CN114481163A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-13 | 西安热工研究院有限公司 | 一种高温气冷堆直接制氢耦合蒸汽循环发电系统 |
| CN216957473U (zh) * | 2022-01-29 | 2022-07-12 | 山东核电有限公司 | 一种含有储能功能的核电厂灵活性综合利用装置系统 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070000251A1 (en) * | 2005-06-30 | 2007-01-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Electric power generation/hydrogen production combination plant |
| CN109356679A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-02-19 | 西安交通大学 | 一种核能蒸汽-布雷顿联合循环发电系统 |
| WO2020210837A2 (en) * | 2019-04-12 | 2020-10-15 | Terrapower, Llc | Nuclear thermal plant with load-following power generation |
| CN114481163A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-13 | 西安热工研究院有限公司 | 一种高温气冷堆直接制氢耦合蒸汽循环发电系统 |
| CN216957473U (zh) * | 2022-01-29 | 2022-07-12 | 山东核电有限公司 | 一种含有储能功能的核电厂灵活性综合利用装置系统 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 彭强;丁静;魏小兰;杨建平;杨晓西;: "硝酸熔盐体系在能源利用中的研究进展", 现代化工, no. 06, 20 June 2009 (2009-06-20) * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117008672A (zh) * | 2023-09-27 | 2023-11-07 | 西安热工研究院有限公司 | 一种蒸汽发生器出口蒸汽温度稳定性调节的试验系统 |
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