CN117346126A - 一种压水堆核电机组高温供热的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种压水堆核电机组高温供热的系统和方法，该系统包括熔盐池、熔盐泵、低温蒸汽加热交换器和压水堆核电机组蒸汽供应模块；熔盐池的出口接在熔盐泵的入口，熔盐泵的出口接在低温蒸汽加热交换器的第一入口，低温蒸汽加热交换器的第二出口接在压水堆核电机组蒸汽供应模块的入口，压水堆核电机组蒸汽供应模块的出口接在低温蒸汽加热交换器的第二入口。该方法可以替代启动锅炉，实现机组启动用汽的需求；可以储存调峰电能，具有良好的经济性；可以根据用户需求，将低温蒸汽提高温度，满足用户的需求；可以实现在用户供热需求突然中断的情况下，给机组调整一定的缓冲时间；此外，可以在发电机组突然跳闸的情况下，给供热用户调整一定的缓冲时间。
Description
技术领域
本发明属于调频、储能、供热和核能综合利用技术领域，具体涉及一种压水堆核电机组高温供热的系统和方法。
背景技术
新建机组都需要启动锅炉，启动锅炉在首台机组启动过程中为机组启动提供蒸汽，在机组启动自身能够产生稳定蒸汽后，启动锅炉就处于备用状态，在第二台及后续机组启动过程中，可以通过临机供汽实现机组启动，电锅炉实际存在的意义就不是很大了，但作为备用汽源还必须存在，电厂为启动锅炉的备用及保养每年也要投入一定的费用。
随着风电、光伏等不稳定性电源容量的增大，核电机组也要参与电网调峰，核电机组调峰时，造成热量损失，因此采用储热装置，将核电机组调峰产生的多余电量、热量储存起来，供热将产生良好的经济效益。
核电机组是零碳供热的重要途径。但作为核能主力机型的压水堆核电机组只能提供280℃以下的蒸汽，不能满足高温蒸汽用户的需求。
发明内容
本发明的目的在于针对目前核能供热存在的问题，提供了一种压水堆核电机组高温供热的系统和方法。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种压水堆核电机组高温供热的系统，包括熔盐池、熔盐泵、低温蒸汽加热交换器和压水堆核电机组蒸汽供应模块；
熔盐池的出口接在熔盐泵的入口，熔盐泵的出口接在低温蒸汽加热交换器的第一入口，低温蒸汽加热交换器的第二出口接在压水堆核电机组蒸汽供应模块的入口，压水堆核电机组蒸汽供应模块的出口接在低温蒸汽加热交换器的第二入口。
本发明进一步的改进在于，熔盐池内布置有电加热装置，能够保证熔盐池内的盐处于熔融状态。
本发明进一步的改进在于，还包括电加热模块、高温蒸汽加热交换器和高温气冷堆核电机组蒸汽供应模块，低温蒸汽加热交换器的第一出口分为两股，其中一股接在电加热模块的第一入口，另一股接高温蒸汽加热交换器的第一入口，高温蒸汽加热交换器的第二出口接在高温气冷堆核电机组蒸汽供应模块的入口，高温气冷堆核电机组蒸汽供应模块的出口接在高温蒸汽加热交换器的第二入口。
本发明进一步的改进在于，还包括电源管理模块、超级电容模块和电网，电源管理模块从电网取电同时向电加热交换器供电，电网用于向超级电容模块充电，超级电容模块向电网放电，且超级电容模块能够通过电源管理模块向电加热模块放电，电网能够通过电源管理模块向超级电容模块充电。
本发明进一步的改进在于，还包括高温蒸汽供应模块、中温蒸汽供应模块和蒸汽发生器，电加热模块的出口和高温蒸汽加热交换器的第一出口汇合后接在高温蒸汽供应模块的第一入口，高温蒸汽供应模块的第一出口接在中温蒸汽供应模块的第一入口，中温蒸汽供应模块的第一出口接在蒸汽发生器的第一入口，蒸汽发生器的第一出口接在熔盐池的入口。
本发明进一步的改进在于，还包括给水除氧加热模块、回水复用及补水模块、低温蒸汽用户和高温蒸汽用户，给水除氧加热模块的出口接在蒸汽发生器的第二入口，蒸汽发生器的第二出口接在中温蒸汽供应模块的第二入口，中温蒸汽供应模块的第二出口分为两股，第一股接在高温蒸汽供应模块的第二入口，第二股接在低温蒸汽用户的入口，高温蒸汽供应模块的第二出口接在高温蒸汽用户的入口，高温蒸汽用户的出口和低温蒸汽用户的出口汇合后接在回水复用及补水模块的入口。
一种压水堆核电机组高温供热的方法，该方法基于所述的一种压水堆核电机组高温供热的系统，包括：
在系统投用初期，启动熔盐池内的电加热装置，将熔盐池中的盐加热至熔融状态；
启动熔盐泵，建立起熔盐从熔盐池经熔盐泵、低温蒸汽加热交换器、电加热模块、高温蒸汽加热交换器、高温蒸汽供应模块、中温蒸汽供应模块、蒸汽发生器最后回到熔盐池的循环；
电源管理模块从电网取电同时向电加热交换器供电，投用电加热交换器中的电加热装置，提升熔盐温度；
高温气冷堆核电机组蒸汽供应模块向高温蒸汽加热交换器供汽，加热高温蒸汽加热交换器中的熔盐，释放热量的蒸汽凝结为水返回高温气冷堆核电机组蒸汽供应模块中；
从电加热交换器和热高温蒸汽加热交换器中出来的高温熔盐进入到高温蒸汽供应模块中，提高高温蒸汽供应模块中的蒸汽温度，高温蒸汽供应模块中的蒸汽温度满足用户需求后向高温蒸汽用户供汽；
从高温蒸汽供应模块中出来的熔盐进入到中温蒸汽供应模块中，提高中温蒸汽供应模块中蒸汽温度，中温蒸汽供应模块中蒸汽温度满足用户需求后，一部分蒸汽向低温蒸汽用户供汽，另一部风蒸汽进入到高温蒸汽供应模块进一步提高温度；
从中温蒸汽供应模块中出来的熔盐进入到蒸汽发生器中，将蒸汽发生器中的水变成蒸汽，从蒸汽发生器中出来的蒸汽进入到中温蒸汽供应模块中，进一步提高温度；
高温蒸汽用户和低温蒸汽用户利用了蒸汽热量后，蒸汽凝结为水，如果用户不需要或者部分不需要凝水，则凝水返回回水复用及补水模块，在回水复用及补水模块处理和补充后进入到给水除氧加热模块中除氧加热进入到蒸汽发生器中产生蒸汽。
本发明进一步的改进在于，电加热模块的电加热和高温蒸汽加热交换器的蒸汽加热，能够同时投用，或者投用一种。
本发明进一步的改进在于，当电网电压异常升高时，电网向超级电容模块充电，超级电容模块吸收电网电量；当电网电压异常降低时，超级电容模块向电网放电；
超级电容模块备用时处于半充满状态，以利于正负向的调频作用；当超级电容模块处于满充状态时，通过电源管理模块向电加热交换器供电，使其处于半充满状态；当超级电容模块电量低于半充满状态时，电网通过电源管理模块向超级电容模块充电，使其处于半充满状态；
在用电低谷时，电网通过电源管理模块、电加热交换器将电能转化为热能，储存于熔盐系统中，起到“填谷”的作用；在用电高峰时，熔盐系统利用自身的储热，向热用户放热，从而减少电加热交换器的用电，起到“削峰”的作用。
本发明提供的一种压水堆核电机组高温供热的系统和方法，至少具有以下几方面明显的优点：
(1)可以替代启动锅炉，实现机组启动用汽的需求；
(2)可以储存调峰电能，具有良好的经济性；
(3)可以根据用户需求，将低温蒸汽提高温度，满足用户的需求；
(4)具有调频的功能；
(5)可以实现在用户供热需求突然中断的情况下，给机组调整一定的缓冲时间；
(6)可以在发电机组突然跳闸的情况下，给供热用户调整一定的缓冲时间。
附图说明
图1为本发明一种压水堆核电机组高温供热的系统的结构框图。
附图标记说明：
1、熔盐池，2、熔盐泵，3、低温蒸汽加热交换器，4、压水堆核电机组蒸汽供应模块，5、电加热模块，6、电源管理模块，7、超级电容模块，8、电网，9、高温蒸汽加热交换器，10、高温气冷堆核电机组蒸汽供应模块，11、高温蒸汽供应模块，12、中温蒸汽供应模块，13、蒸汽发生器，14、给水除氧加热模块，15、回水复用及补水模块，16、低温蒸汽用户，17、高温蒸汽用户。
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，本发明提供的一种压水堆核电机组高温供热的系统，包括熔盐池1、熔盐泵2、低温蒸汽加热交换器3、压水堆核电机组蒸汽供应模块4、电加热模块5、电源管理模块6、超级电容模块7、电网8、高温蒸汽加热交换器9、高温气冷堆核电机组蒸汽供应模块10、高温蒸汽供应模块11、中温蒸汽供应模块12、蒸汽发生器13、给水除氧加热模块14、回水复用及补水模块15、低温蒸汽用户16和高温蒸汽用户17。
熔盐池1的出口接在熔盐泵2的入口，熔盐泵2的出口接在低温蒸汽加热交换器3的第一入口，低温蒸汽加热交换器3的第二出口接在压水堆核电机组蒸汽供应模块4的入口，压水堆核电机组蒸汽供应模块4的出口接在低温蒸汽加热交换器3的第二入口。
低温蒸汽加热交换器3的第一出口分为两股，其中一股接在电加热模块5的第一入口，另一股接高温蒸汽加热交换器9的第一入口，高温蒸汽加热交换器9的第二出口接在高温气冷堆核电机组蒸汽供应模块10的入口，高温气冷堆核电机组蒸汽供应模块10的出口接在高温蒸汽加热交换器9的第二入口。
电源管理模块6从电网8取电同时向电加热交换器5供电，电网8用于向超级电容模块7充电，超级电容模块7向电网8放电，且超级电容模块7能够通过电源管理模块6向电加热模块5放电，电网8能够通过电源管理模块6向超级电容模块7充电。
电加热模块5的出口和高温蒸汽加热交换器9的第一出口汇合后接在高温蒸汽供应模块11的第一入口，高温蒸汽供应模块11的第一出口接在中温蒸汽供应模块12的第一入口，中温蒸汽供应模块12的第一出口接在蒸汽发生器13的第一入口，蒸汽发生器13的第一出口接在熔盐池1的入口。
给水除氧加热模块14的出口接在蒸汽发生器13的第二入口，蒸汽发生器13的第二出口接在中温蒸汽供应模块12的第二入口，中温蒸汽供应模块12的第二出口分为两股，第一股接在高温蒸汽供应模块11的第二入口，第二股接在低温蒸汽用户16的入口，高温蒸汽供应模块11的第二出口接在高温蒸汽用户17的入口，高温蒸汽用户17的出口和低温蒸汽用户16的出口汇合后接在回水复用及补水模块15的入口。
其中，熔盐池1内布置有电加热装置，能够保证熔盐池1内的盐处于熔融状态。
本发明提供的一种压水堆核电机组高温供热的方法，包括：
在系统投用初期，启动熔盐池1内的电加热装置，将熔盐池1中的盐加热至熔融状态；
启动熔盐泵2，建立起熔盐从熔盐池1经熔盐泵2、低温蒸汽加热交换器3、电加热模块5、高温蒸汽加热交换器9、高温蒸汽供应模块11、中温蒸汽供应模块12、蒸汽发生器13最后回到熔盐池1的循环；
电源管理模块6从电网8取电同时向电加热交换器5供电，投用电加热交换器5中的电加热装置，提升熔盐温度；
高温气冷堆核电机组蒸汽供应模块10向高温蒸汽加热交换器9供汽，加热高温蒸汽加热交换器9中的熔盐，释放热量的蒸汽凝结为水返回高温气冷堆核电机组蒸汽供应模块10中；
从电加热交换器5和热高温蒸汽加热交换器9中出来的高温熔盐进入到高温蒸汽供应模块11中，提高高温蒸汽供应模块11中的蒸汽温度，高温蒸汽供应模块11中的蒸汽温度满足用户需求后向高温蒸汽用户17供汽；
从高温蒸汽供应模块11中出来的熔盐进入到中温蒸汽供应模块12中，提高中温蒸汽供应模块12中蒸汽温度，中温蒸汽供应模块12中蒸汽温度满足用户需求后，一部分蒸汽向低温蒸汽用户16供汽，另一部风蒸汽进入到高温蒸汽供应模块11进一步提高温度；
从中温蒸汽供应模块12中出来的熔盐进入到蒸汽发生器13中，将蒸汽发生器13中的水变成蒸汽，从蒸汽发生器13中出来的蒸汽进入到中温蒸汽供应模块12中，进一步提高温度；
高温蒸汽用户17和低温蒸汽用户16利用了蒸汽热量后，蒸汽凝结为水，如果用户不需要或者部分不需要凝水，则凝水返回回水复用及补水模块15，在回水复用及补水模块15处理和补充后进入到给水除氧加热模块14中除氧加热进入到蒸汽发生器13中产生蒸汽。
当电网8电压异常升高时，电网8向超级电容模块7充电，超级电容模块7吸收电网电量；当电网8电压异常降低时，超级电容模块7向电网8放电；
超级电容模块7备用时处于半充满状态，以利于正负向的调频作用；当超级电容模块7处于满充状态时，通过电源管理模块6向电加热交换器5供电，使其处于半充满状态；当超级电容模块7电量低于半充满状态时，电网8通过电源管理模块6向超级电容模块7充电，使其处于半充满状态；
在用电低谷时，电网8通过电源管理模块6、电加热交换器5将电能转化为热能，储存于熔盐系统中，起到“填谷”的作用；在用电高峰时，熔盐系统利用自身的储热，向热用户放热，从而减少电加热交换器5的用电，起到“削峰”的作用。
其中，电加热模块5的电加热和高温蒸汽加热交换器9的蒸汽加热，能够同时投用，或者投用一种。
实施例：
某新建能源基地配备了4台1000MW华龙一号核电机组，距离其6KM的某化工园需要1.5MPa、400℃蒸汽。
在第一台机组建设前期，采用了本发明所提出的储能供热方案。能源基地不需要单独配备启动电锅炉，节约投资约6000多万万元，通过该具有储能功能的启动锅炉，在首台机组启动阶段为机组提供启动用蒸汽；在正常运行阶段，华龙一号核电机组向储能系统提供1.6MPa、230℃的蒸汽，经储能系统加热后可向化工园提供1.5MPa、400℃的蒸汽，产生了良好的经济和社会效益。
在调峰阶段，多余的电进入储能系统，在用电高峰期，减少华龙一号核电机组向储能的供电量、利用储能系统的储热，保证了用户连续用电的需求，也多向电网供电，取得了良好的经济和社会效益。
在热用户突然发生故障后，多余的热也可通过储热系统储存，给出机组调整的时间；在某发电机组故障后，通过储热系统放热，给出机组调整时间，不至于使用户用热发生大幅波动。
由于储热系统一直处于热态，机组启动汽源也一直处于热备用状态，当机组全部停止后，通过电加热产汽，可满足机组再次启动用汽的需求。
在电网电压发生较大波动时，通过超级电容平抑了电网电压的波动，获得了电网的奖励电价，同时减少了核电机组的波动，有利于核电机组的安全稳定运行。
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 (9)
1.一种压水堆核电机组高温供热的系统，其特征在于，包括熔盐池(1)、熔盐泵(2)、低温蒸汽加热交换器(3)和压水堆核电机组蒸汽供应模块(4)；
熔盐池(1)的出口接在熔盐泵(2)的入口，熔盐泵(2)的出口接在低温蒸汽加热交换器(3)的第一入口，低温蒸汽加热交换器(3)的第二出口接在压水堆核电机组蒸汽供应模块(4)的入口，压水堆核电机组蒸汽供应模块(4)的出口接在低温蒸汽加热交换器(3)的第二入口。
2.根据权利要求1所述的一种压水堆核电机组高温供热的系统，其特征在于，熔盐池(1)内布置有电加热装置，能够保证熔盐池(1)内的盐处于熔融状态。
3.根据权利要求1所述的一种压水堆核电机组高温供热的系统，其特征在于，还包括电加热模块(5)、高温蒸汽加热交换器(9)和高温气冷堆核电机组蒸汽供应模块(10)，低温蒸汽加热交换器(3)的第一出口分为两股，其中一股接在电加热模块(5)的第一入口，另一股接高温蒸汽加热交换器(9)的第一入口，高温蒸汽加热交换器(9)的第二出口接在高温气冷堆核电机组蒸汽供应模块(10)的入口，高温气冷堆核电机组蒸汽供应模块(10)的出口接在高温蒸汽加热交换器(9)的第二入口。
4.根据权利要求3所述的一种压水堆核电机组高温供热的系统，其特征在于，还包括电源管理模块(6)、超级电容模块(7)和电网(8)，电源管理模块(6)从电网(8)取电同时向电加热交换器(5)供电，电网(8)用于向超级电容模块(7)充电，超级电容模块(7)向电网(8)放电，且超级电容模块(7)能够通过电源管理模块(6)向电加热模块(5)放电，电网(8)能够通过电源管理模块(6)向超级电容模块(7)充电。
5.根据权利要求4所述的一种压水堆核电机组高温供热的系统，其特征在于，还包括高温蒸汽供应模块(11)、中温蒸汽供应模块(12)和蒸汽发生器(13)，电加热模块(5)的出口和高温蒸汽加热交换器(9)的第一出口汇合后接在高温蒸汽供应模块(11)的第一入口，高温蒸汽供应模块(11)的第一出口接在中温蒸汽供应模块(12)的第一入口，中温蒸汽供应模块(12)的第一出口接在蒸汽发生器(13)的第一入口，蒸汽发生器(13)的第一出口接在熔盐池(1)的入口。
6.根据权利要求5所述的一种压水堆核电机组高温供热的系统，其特征在于，还包括给水除氧加热模块(14)、回水复用及补水模块(15)、低温蒸汽用户(16)和高温蒸汽用户(17)，给水除氧加热模块(14)的出口接在蒸汽发生器(13)的第二入口，蒸汽发生器(13)的第二出口接在中温蒸汽供应模块(12)的第二入口，中温蒸汽供应模块(12)的第二出口分为两股，第一股接在高温蒸汽供应模块(11)的第二入口，第二股接在低温蒸汽用户(16)的入口，高温蒸汽供应模块(11)的第二出口接在高温蒸汽用户(17)的入口，高温蒸汽用户(17)的出口和低温蒸汽用户(16)的出口汇合后接在回水复用及补水模块(15)的入口。
7.一种压水堆核电机组高温供热的方法，其特征在于，该方法基于权利要求6所述的一种压水堆核电机组高温供热的系统，包括：
在系统投用初期，启动熔盐池(1)内的电加热装置，将熔盐池(1)中的盐加热至熔融状态；
启动熔盐泵(2)，建立起熔盐从熔盐池(1)经熔盐泵(2)、低温蒸汽加热交换器(3)、电加热模块(5)、高温蒸汽加热交换器(9)、高温蒸汽供应模块(11)、中温蒸汽供应模块(12)、蒸汽发生器(13)最后回到熔盐池(1)的循环；
电源管理模块(6)从电网(8)取电同时向电加热交换器(5)供电，投用电加热交换器(5)中的电加热装置，提升熔盐温度；
高温气冷堆核电机组蒸汽供应模块(10)向高温蒸汽加热交换器(9)供汽，加热高温蒸汽加热交换器(9)中的熔盐，释放热量的蒸汽凝结为水返回高温气冷堆核电机组蒸汽供应模块(10)中；
从电加热交换器(5)和热高温蒸汽加热交换器(9)中出来的高温熔盐进入到高温蒸汽供应模块(11)中，提高高温蒸汽供应模块(11)中的蒸汽温度，高温蒸汽供应模块(11)中的蒸汽温度满足用户需求后向高温蒸汽用户(17)供汽；
从高温蒸汽供应模块(11)中出来的熔盐进入到中温蒸汽供应模块(12)中，提高中温蒸汽供应模块(12)中蒸汽温度，中温蒸汽供应模块(12)中蒸汽温度满足用户需求后，一部分蒸汽向低温蒸汽用户(16)供汽，另一部风蒸汽进入到高温蒸汽供应模块(11)进一步提高温度；
从中温蒸汽供应模块(12)中出来的熔盐进入到蒸汽发生器(13)中，将蒸汽发生器(13)中的水变成蒸汽，从蒸汽发生器(13)中出来的蒸汽进入到中温蒸汽供应模块(12)中，进一步提高温度；
高温蒸汽用户(17)和低温蒸汽用户(16)利用了蒸汽热量后，蒸汽凝结为水，如果用户不需要或者部分不需要凝水，则凝水返回回水复用及补水模块(15)，在回水复用及补水模块(15)处理和补充后进入到给水除氧加热模块(14)中除氧加热进入到蒸汽发生器(13)中产生蒸汽。
8.根据权利要求7所述的一种压水堆核电机组高温供热的方法，其特征在于，电加热模块(5)的电加热和高温蒸汽加热交换器(9)的蒸汽加热，能够同时投用，或者投用一种。
9.根据权利要求7所述的一种压水堆核电机组高温供热的方法，其特征在于，当电网(8)电压异常升高时，电网(8)向超级电容模块(7)充电，超级电容模块(7)吸收电网电量；当电网(8)电压异常降低时，超级电容模块(7)向电网(8)放电；
超级电容模块(7)备用时处于半充满状态，以利于正负向的调频作用；当超级电容模块(7)处于满充状态时，通过电源管理模块(6)向电加热交换器(5)供电，使其处于半充满状态；当超级电容模块(7)电量低于半充满状态时，电网(8)通过电源管理模块(6)向超级电容模块(7)充电，使其处于半充满状态；
在用电低谷时，电网(8)通过电源管理模块(6)、电加热交换器(5)将电能转化为热能，储存于熔盐系统中，起到“填谷”的作用；在用电高峰时，熔盐系统利用自身的储热，向热用户放热，从而减少电加热交换器(5)的用电，起到“削峰”的作用。
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| CN202311383665.0A CN117346126A (zh) | 2023-10-24 | 2023-10-24 | 一种压水堆核电机组高温供热的系统和方法 |
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2023
- 2023-10-24 CN CN202311383665.0A patent/CN117346126A/zh active Pending
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