CN1225743C - 操作核电站的方法及核电站 - Google Patents

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Abstract

一种包括利用氦作为工作流体的闭环电力产生回路的核电站。核电站进一步包括氦存量控制系统，该系统包括多个氦贮存罐，从而可以将氦注入到电力产生回路或从电力产生回路抽出。每个氦贮存罐带有一个散热器，以便使贮存罐具有相对高的热惯性，从而限制由于将氦注入到贮存罐中和/或从贮存罐中抽出而引起的贮存罐内的温度变化。这将使贮存罐的设计实现优化。

Description

操作核电站的方法及核电站
技术领域
本发明涉及电力的产生。更具体地讲，涉及一种操作核电站的方法以及核电站。本发明还涉及一种贮存罐。
背景技术
在一个使用氦作为工作流体并且具有连接在一个闭环电力产生回路中的一个核反应堆和电力转换系统的核电站中，产生的电力与通过反应堆芯的氦的质量流速成正比。
为了使产生的电力能够改变，使用了一种氦存量控制系统，它构造为能够将氦从电力产生回路中抽出并且能将氦引入电力产生回路，从而允许在电力产生回路中进行氦库存，并因此能调节通过反应堆的质量流量。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种操作核电站的方法，核电站具有一个利用氦作为工作流体的闭环电力产生回路，和一个具有至少一个氦贮存罐的氦存量控制系统，所述氦贮存罐可以通过流量传输的方式连接到闭环电力产生回路，以允许将氦引入到电力产生回路和从其抽出，该方法包括限制由于氦引入到至少一个贮存罐和从至少一个贮存罐抽出氦而导致的至少一个贮存罐中温度变化的步骤。
氦存量控制系统一般包括多个贮存罐，其中的压力从低压罐到高压罐变化，从而该方法包括限制每个贮存罐内的温度变化。
最好使一个贮存罐或每个贮存罐内保持等温条件，因为这将使贮存罐的设计能够达到最佳。但是，这是不实际的，因此，希望能在节约成本的情况下将贮存罐内保持的条件尽可能接近等温条件。该方法可以包括将由于将氦引入或抽出贮存罐使一个贮存罐或每个贮存罐内的温度变化限制到20℃。
可以被动地完成限制温度变化。为此，该方法可以包括在一个或每个贮存罐中提供一个散热器。
根据本发明的另一方面，提供了一个核电站，该核电站包括：
一个利用氦作为工作流体的闭环电力产生回路；和
一个氦存量控制系统，氦存量控制系统包括至少一个可以通过流量传输的方式连接到电力产生回路，以允许将氦引入到电力产生回路和从其抽出的氦贮存罐，和用于限制由于氦引入到至少一个贮存罐和从至少一个贮存罐抽出而引起的至少一个贮存罐中温度变化的装置。
氦存量控制系统可以包括多个氦贮存罐和用于限制每个贮存罐中温度变化的装置。
电站可以包括一个高压接点和一个低压接点，从而使氦存量控制系统能够有选择地连接到电力产生回路。
这种方案可以使氦从高压点抽出和在低压点引入到电力产生回路，而不需要外部压气机。
电力产生回路可以使用一种改进的布雷顿(Brayton)循环作为热力学变换循环。电力产生回路可以包括两个单轴涡轮机/压缩机组，和一个动力涡轮机，该动力涡轮机具有直接耦合的发电机、分别位于一个逆流换热器的热或低压侧与低压压缩机之间以及低压压缩机与高压压缩机之间的一个预冷器和一个中间冷却器。
可以被动地完成限制氦贮存罐中的温度变化。为此，可以把每个贮存罐设计为具有高的热惯性。这可以通过在一个贮存罐或每个贮存罐中提供一个散热器来实现。
当然，散热器可以根据需要和制造限制因素改变。
散热器可以是用钢制造的，并且具有每立方米贮存罐贮存容量180kg至300kg之间的质量。
散热器具有每立方米贮存罐贮存容量400至500m2之间的热传导表面积。
散热器可以包括多个散热片，散热片之间的间隔为散热片厚度的25至40倍。
根据本发明的又一方面，提供了一种适合于在核电站的氦存量控制系统中使用的贮存罐，该贮存罐包括：
一个容器；和
位于容器中的至少一个散热器。
散热器可以具有每立方米容器存储容量80kJ/K至140kJ/K的热容量。
散热器可以是用钢制造的，并且具有每立方米容器存储容量180kg至300kg的质量。
散热器可以具有每立方米容器存储容量400m2至500m2的表面积。
容器可以具有100m3的存储容量，散热器可以是用钢制造的并且具有30000kg的质量和40000至50000m2之间的表面积。
散热器可以是用铝制造的，并且具有每立方米容器存储容量90kg至150kg之间的质量。
散热器可以是用其上具有多个波纹的片材形成的，每个波纹具有片材厚度的20至40倍的高度。
散热器可以包括多个平行的片材，波纹起到使相邻片材相互间隔的作用，从而使氦能够在片材之间流动。
散热器可以是形成为螺旋形的金属片形式。
金属片上可以具有多个波纹。
每个波纹的高度是金属片厚度的20至40倍。
材料可以具有0.1至0.3mm之间的厚度。
散热器可以包括多个管状元件。
可以将散热器形成为金属丝网。
附图说明
以下通过示例并参考附图说明本发明。
在附图中：
图1示出了根据本发明的核电站的一部分的示意图；
图2示出了形成根据本发明的核电站的一部分的氦存量控制系统的示意图；
图3示出了根据本发明的氦存量控制系统的贮存罐的一部分的剖视图；
图4以放大的尺寸示出了根据本发明的另一个贮存罐的横截面剖视图；和
图5是根据本发明的又一个贮存罐的一部分的剖视图。
具体实施方式
在图1中，参考号10总体地代表根据本发明的核电站的一部分。核电站10包括一个核反应堆12，以及和由参考号16总体指示的闭环电力产生回路连接在一起的由参考号14总体指示的电力转换系统。
现在还参考图2，核电站10包括一个由参考号18总体代表的氦存量控制系统，它可以如下面更详细地说明的那样有选择地连接到电力产生回路16和从电力产生回路16断开。
电力产生回路16包括一个高压单轴涡轮压缩机组20、一个低压单轴涡轮压缩机组22、以及一个传动连接到发电机26的动力涡轮机24。
高压涡轮压缩机组20包括一个传动连接到高压压缩机30的高压涡轮机28。同样地，低压涡轮压缩机组22包括一个传动连接到低压压缩机34的低压涡轮机32。
电力产生回路16进一步包括一个逆流换热器36、一个预冷器38和一个中间冷却器40。预冷器38位于换热器36的热或低压侧与低压压缩机34之间。中间冷却器40位于低压压缩机34和高压压缩机30之间。
氦存量控制系统18包括八个贮存罐42至56，以及一个增压罐58。
罐42至56中的压力是变化的，罐42中的压力最低，罐56中的压力最高，并且罐44至54中的压力在中间压力范围。
当希望把氦注入到电力产生回路16中时，在一个由图1中参考号60代表的低压注入点，从具有最低压力的罐将氦提供到电力产生回路16中。当要从电力产生回路16抽出氦时，从图1中参考号62指示的一个高压抽出点将氦抽出，并且提供到具有接收氦的容量的最高压力的罐中。
现在参考图3，每个罐42至58包括一个容器64，和一个位于容器64中的散热器66。
散热器66可以构造为具有足够高的热惯性，以便不管是将氦注入到罐中还是从罐中抽出氦，温度变化都相对较小，也就是最大温度变化不超过20℃，从而在罐内获得大致的等温条件。
在图3中，散热器66包括多个排列成栅格的相对薄的平行散热片68。散热片上的波纹起到间隔它们的作用，并且使得氦能够在它们之间流动。
散热片一般具有0.1至0.3mm之间的厚度，并且散热片之间的间隔一般在散热片厚度的25至40倍之间。在这方面，发明人相信厚度小于0.1mm的散热片将难以起作用。此外，具有大于0.3mm厚度的散热片将减小每单位质量的表面积，从而降低了散热器与氦之间热传导的效率。散热片之间的间隔一般选择为能够在整个容器64中提供均匀的散热片分布。
当然，散热器66的热惯性将根据罐的大小变化。但是，在一个具有100立方米左右存储容量的罐中，当用钢制造时，散热器66将具有大约30000kg的质量，和40000至50000m2之间的表面积。如果用铝制造散热器，那么散热器具有15000kg左右的质量，和40000m2至50000m2之间的表面积。
当然，散热器66的构造是可以改变的。因此，例如在图4中，参考号80代表了根据本发明的另一个罐的一部分，并且，除非另有指示，将上面使用的相同的参考号赋予相同的部件。在这个实施例中，散热器66典型地是螺卷形的。此外，当罐具有100m3左右的存储容量时，可以用具有9.5m左右宽度和0.1至0.3mm之间的厚度，并且具有提供在其上的大约是散热片厚度的20至40倍的波纹的金属片68制造散热器。螺旋是通过将金属片形成为总体上为圆形的横截面的卷构成的。在另一个实施例中，卷的横截面可以是方形。金属片上的波纹起到间隔相邻层的金属片的作用。可以在一个贮存罐的容器64的轴向上设置一个或更多的这种散热器66。也可以用金属丝网取代片状材料形成散热器66。
同样地，在图5中，参考号90总体指示根据本发明的另一个贮存罐的一部分，并且，除非另有指示，将上面使用的相同的参考号赋予相同的部件。
在本发明的这个实施例中，散热器66是由多个管92形成的。管92一般沿轴向排列在容器64内。
发明人相信，通过限制贮存罐内的温度变化，可以使为了满足核电站的操作条件而存储足够的氦所需的存储体积最小。

Claims (23)

1.一种操作具有利用氦作为工作流体的闭环电力产生回路和包括至少一个氦贮存罐的氦存量控制系统的核电站的方法，所述氦贮存罐通过流量传输的方式连接到闭环电力产生回路，以便能够将氦引入电力产生回路和从电力产生回路抽出氦，该方法包括在至少一个贮存罐内提供一个散热器的步骤，所述散热器具有用于传热的每立方米贮存罐存储容量400m2至500m2之间的表面积。
2.根据权利要求1所述的方法，其中氦存量控制系统包括多个贮存罐，贮存罐中的压力从低压罐变化到高压罐，该方法包括在每一个罐中提供一个散热器。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中包括将由于氦引入至少一个贮存罐和从至少一个贮存罐抽出氦而引起的至少一个贮存罐内的温度变化限制到20℃。
4.一种核电站，包括：
一个利用氦作为工作流体的闭环电力产生回路；和
一个氦存量控制系统，所述氦存量控制系统包括至少一个通过流量传输的方式连接到闭环电力产生回路以便能够将氦引入电力产生回路和从电力产生回路抽出氦的氦贮存罐，以及位于至少一个贮存罐内的散热器，所述散热器具有用于传热的每立方米贮存罐存储容量400m2至500m2之间的表面积。
5.根据权利要求4所述的核电站，其中氦存量控制系统包括多个氦贮存罐和每个罐中的散热器。
6.根据权利要求4或5所述的核电站，其中散热器形成了用于将由于氦引入至少一个贮存罐和从至少一个贮存罐抽出氦而引起的至少一个贮存罐内的温度变化限制到20℃的装置的一部分。
7.根据权利要求4所述的核电站，其中包括一个高压接点和一个低压接点，从而可以有选择地将氦存量控制系统连接到电力产生回路。
8.根据权利要求4所述的核电站，其中散热器是用钢制造的，并且具有每立方米贮存罐存储容量180kg至300kg之间的质量。
9.根据权利要求4所述的核电站，其中散热器包括多个散热片。
10.根据权利要求9所述的核电站，其中散热片之间的间隔是散热片厚度的25倍至40倍之间。
11.一种适合于在核电站的氦存量控制系统中使用的贮存罐，该贮存罐包括：
一个容器；和
位于容器中的至少一个散热器，所述散热器具有每立方米容器存储容量400m2至500m2之间的表面积。
12.根据权利要求11所述的贮存罐，其中散热器具有每立方米容器存储容量80kJ/K至140kJ/K之间的热容量。
13.根据权利要求11所述的贮存罐，其中散热器是由钢制造的，并且具有每立方米容器存储容量180kg至300kg之间的质量。
14.根据权利要求11所述的贮存罐，其中容器具有100m3的存储容量，并且散热器是由钢制造的，具有30000kg的质量和40000m2至50000m2之间的表面积。
15.根据权利要求11所述的贮存罐，其中散热器是由铝制造的，并且具有每立方米容器存储容量90kg至150kg之间的质量。
16.根据权利要求11所述的贮存罐，其中散热器是由其上具有多个波纹的片材形成的，每个波纹具有片材厚度的20倍至40倍之间的高度。
17.根据权利要求16所述的贮存罐，其中散热器包括多个平行片材，波纹起到使相邻片材相互间隔的作用。
18.根据权利要求11所述的贮存罐，其中散热器是形成为螺旋的金属片形式。
19.根据权利要求18所述的贮存罐，其中金属片上具有多个波纹。
20.根据权利要求19所述的贮存罐，其中每个波纹的高度在金属片的厚度的20倍至40倍之间。
21.根据权利要求13至20中任意一项所述的贮存罐，其中散热器的材料具有0.1mm至0.3mm之间的厚度。
22.根据权利要求11所述的贮存罐，其中散热器包括多个管状元件。
23.根据权利要求11所述的贮存罐，其中散热器由金属丝网形成。
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