CN1484836A - 一种核动力设备及操作核动力设备的方法 - Google Patents

一种核动力设备及操作核动力设备的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1484836A
CN1484836A CNA028034759A CN02803475A CN1484836A CN 1484836 A CN1484836 A CN 1484836A CN A028034759 A CNA028034759 A CN A028034759A CN 02803475 A CN02803475 A CN 02803475A CN 1484836 A CN1484836 A CN 1484836A
Authority
CN
China
Prior art keywords
helium
power
loop
recirculation
low pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA028034759A
Other languages
English (en)
Inventor
�����¡�L��J��������
罗兰德·L·J·波尔顿
��D������ķ
皮特鲁斯·D·科姆
Ao
维勒姆·A·O·克里尔
R���ƶ���
戴维·R·尼科尔斯
��C��Ŧ����
迈克尔·C·纽沃特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pebble Bed Modular Reactor Pty Ltd
Original Assignee
Pebble Bed Modular Reactor Pty Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pebble Bed Modular Reactor Pty Ltd filed Critical Pebble Bed Modular Reactor Pty Ltd
Publication of CN1484836A publication Critical patent/CN1484836A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C1/00—Reactor types
    • G21C1/04—Thermal reactors ; Epithermal reactors
    • G21C1/06—Heterogeneous reactors, i.e. in which fuel and moderator are separated
    • G21C1/07—Pebble-bed reactors; Reactors with granular fuel
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21D—NUCLEAR POWER PLANT
    • G21D7/00—Arrangements for direct production of electric energy from fusion or fission reactions
    • G21D7/04—Arrangements for direct production of electric energy from fusion or fission reactions using thermoelectric elements or thermoionic converters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F02C1/04—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly
    • F02C1/05—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly characterised by the type or source of heat, e.g. using nuclear or solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/16—Control of working fluid flow
    • F02C9/18—Control of working fluid flow by bleeding, bypassing or acting on variable working fluid interconnections between turbines or compressors or their stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/16—Control of working fluid flow
    • F02C9/24—Control of the pressure level in closed cycles
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/24—Promoting flow of the coolant
    • G21C15/253—Promoting flow of the coolant for gases, e.g. blowers
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21D—NUCLEAR POWER PLANT
    • G21D1/00—Details of nuclear power plant
    • G21D1/02—Arrangements of auxiliary equipment
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21D—NUCLEAR POWER PLANT
    • G21D3/00—Control of nuclear power plant
    • G21D3/08—Regulation of any parameters in the plant
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21D—NUCLEAR POWER PLANT
    • G21D5/00—Arrangements of reactor and engine in which reactor-produced heat is converted into mechanical energy
    • G21D5/04—Reactor and engine not structurally combined
    • G21D5/06—Reactor and engine not structurally combined with engine working medium circulating through reactor core
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2210/00—Working fluids
    • F05D2210/10—Kind or type
    • F05D2210/12—Kind or type gaseous, i.e. compressible
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

一种调整核动力设备产生功率的方法，该方法包括调整通过反应堆氦流量的步骤。为此目的，该设备包括一闭环功率产生回路，它至少有一个压缩机和一个再循环回路，藉此氦能够围绕压缩机再循环流动。通过用适当的阀门调整围绕再循环回路中流动的氦流量，就能调整通过反应堆的氦流量从而调整产生的功率。该设备包括一个氦存量控制系统，藉此能够改变在功率产生回路中的氦的存量从而改变回路内产生的功率。

Description

一种核动力设备及操作核动力设备的方法
本发明涉及电力的产生。更具体地讲，它涉及一种核动力设备。它也涉及调整由该设备产生功率的方法。
按照本发明的一个方面，本发明提供了一种核动力设备，它包括：
一个闭环功率产生回路，它用氦作为工作流体并至少有一个压缩机；
一个再循环回路，借助它，氦能够围绕压缩机再循环流动；以及
阀门装置，以调整在再循环回路中的氦的流量
该电力产生回路可以包括：
一个核反应堆；
一个低压压缩机；
一个高压压缩机；
驱动低压压缩机和高压压缩机的驱动装置；
一个预冷却器，位于低压压缩机的上游；
一个内冷却器，位于低压压缩机和高压压缩机之间；
一个低压再循环回路，以使氦围绕低压压缩机再循环流动；
一个高压再循环回路，以使氦围绕高压压缩机再循环流动；以及
在每一个再循环回路中调整氦流量的阀门装置。
按照本发明的另一方面，在具有一个用氦作为工作流体的闭环功率产生回路并有一个核反应堆的核动力设备内，本发明提供了一种调整核动力设备产生功率的方法，该方法包括调整通过反应堆氦流量的步骤。
当该核动力设备是如上所述的核动力设备时，调整通过反应堆的氦流量可以包括调整在该个或每一个再循环回路中的氦流量。
驱动装置可以包括：被安置成串行连接的一个高压涡轮机，一个低压涡轮机以及一个动力涡轮机，它们分别被驱动连接到高压压缩机，低压压缩机和一个发电机，该功率产生回路还包括一个换热器，它有一低压侧，连接在动力涡轮机和预一冷却器之间，以及一高压侧，连接在高压压缩机和核反应准之间，高压再循环回路包括一高压再循环管道，其上装有一个再循环阀门，高压再循环管道从在高压压缩机和换热器高压侧之间的一点延伸至低压压缩机和内-冷却器之间的一点，而低压再循环回路包括一低压再循环管道，其上装有一个再循环阀门，低压再循环管道从在低压压缩机和内冷却器之间的一点延伸至再循环器和预-冷却器之间的一点。
在再循环回路内调整氦流量可以包括控制再循环阀门的操作以调整在再循环回路内氦的流量。
调整通过反应堆的氦流量可以包括调节在功率产生回路中的氦的存量。
为此目的，该核动力设备可以包括一个氦存量控制系统，它可以选择性地与功率产生回路接通，以允许氦被引进功率产生回路或把氦从回路移出。
调节氦的存量可以包括把氦存量控制系统选择性地和功率产生回路接通，以增加或减少在功率产生回路内的氦的存量，从而按需要增加或减小产生的功率。
在氦存量控制系统和功率产生回路之间氦转移的驱动力可以是氦存量控制系统和功率产生回路之间的压差。
氦存量控制系统可以包括多个存储罐，其中的压力从低压罐变化至高压罐。
氦存量控制系统可以选择性地在功率产生回路一个相对较高压力点和一个相对较低压力点和功率产生回路接通。
高压点可以是在高压压缩机的下游。
低压点可以是在低压压缩机和动力涡轮机之间，在低压压缩机的上游。
在本发明的一个实施方案中，当核动力设备处于负载跟随模式(load following mode)并要求增加产生的功率时，该方法可以包括把氦从氦存量控制系统引入功率产生回路的步骤。
在该实施方案中，氦可以从氦存量控制系统在功率产生回路的一个低压点引入功率产生回路。同样，氦典型地将在一个高压点从功率产生回路抽取并送至氦存量控制系统。
从功率产生回路抽取出来的氦被存入具有储存氦能力的压力最高的存储罐。而从氦存量控制系统送至功率产生回路的氦是取自具有供给氦能力的压力最低的罐。
和这样的安排相关的一个问题是，当处于负载跟随模式下，作为对增加功率请求的响应，在低压点把氦引进功率产生回路，导致一种功率的非最小相位响应(non-minimum phase response)，这事实上将导致产生功率的瞬时下降(dip)，而这可能是不希望出现的。
因而该方法可以包括在功率产生回路的低压点把氦引入功率产生回路并用调整在该个或每个再循环回路内的氦流量未对非最小相位响应进行补偿。
虽然这种安排导致功率产生回路效率的总体下降，但它能使功率产生回路产生的功率以这样一种方式增加，这种方式能避免功率的非最小相位响应。
在本发明的另一个实施方案中，当设备处于负载跟随模式下，增加产生功率可以包括在功率产生回路中的高压点把氦引入功率产生回路。
功率产生回路的高压点通常是在压缩机和核反应堆之间，在这点上引入氦避免了非最小相位响应，因而就避免了功率的瞬间下降。
在这个实施方案中，该方法可以保证，如果需要的话，调整通过该个或每个再循环回路的氦流量以避免非最小相位响应。
为此目的，氦存量控制系统可以包括至少一个增压罐，在该罐中，氦以高于功率产生回路的最高压力这样的压力储存着，并从该罐可以在高压点向功率产生回路供给氦。
氦存量控制系统可以包括一个压缩机，以向至少一个增压罐以所需的压力供给氦。
该方法可以包括，当增压罐中的压力下降时，把从氦存量控制系统来的氦在功率产生回路的低压点供给进功率产生回路，并把从压缩机出来的至少一部份氦供给到压缩机的上游侧，以使一部份氦围绕压缩机再循环流动。
在负载跟随条件下，当在功率产生器中的一部份氦在该个或每个再循环回路中再循环流动时，增加产生功率可以包括减少流经该个或每个再循环回路氦体积的步骤。
该设备可以包括一可变电阻器库，它可以和发电机相连，也可以和发电机断开。
该设备可以包括一换热器旁路管道，它从换热器的高压侧的上游位置延伸到换热器高压侧的下游位置，并有一个换热器旁路阀门装在换热器旁路管道内以调整通过该处氦的流量。
该设备可以包括一气体旁路管道，在其中装有一个气体旁路阀门以调整通过该处的氦的流量，气体旁路管道从换热器高压侧的上游位置延伸至预冷却器的上游位置。
在负载损失(loss of load)的情况下，该方法可以包括以下步骤：
打开高压再循环阀门，低压再循环阀门和气体旁路阀门；
关闭气体旁路阀门；以及
调整高压旁路阀门和低压旁路阀门的操作以稳定功率产生回路。
当阀门是打开的情况下，它们通常是被移至完全打开的位置。
气体旁路阀门可以在检测到负载损失事件后立即打开并在经过一段事先确定的时间后关闭。
该方法可以包括，在过程稳定后，激活氦存量控制系统以使该设备处于稳定的，低功率操作模式。
该设备可以包括一个可变的电阻器库，它可以和发电机相连，也可与之断开，该方法包括通过电阻器库(resistor bank)调整发电机的负载从而控制动力涡轮机的转速。
在高压点把氦引入功率产生回路在下面两种情况下都能够用，一种是在负载跟随模式下来增加产生的功率时，一种是需要快速增加产生功率时。
当要求减小功率时，该方法可以包括打开至少一个再循环阀门的步骤。
更为可取的是，该方法包括把高压和低压再循环阀门都打开。
当该设备包括一个可与发电机连接，也可与之断开的可变电阻器库时，该方法可以包括用可变电阻器来补偿在功率需求方面的小的变化。这种安排就避免了阀门不必要的磨损。
现将用例示的方法，参考所附的框图对本发明加以叙述
在所附图中，
图1给出按照本发明一个核动力设备的部份示意表示；而
图2给出按照本发明形成核动力设备一部份的一个氦存量控制系统的示意表示。
参照附图的图1，参照数字10总体地指示按照本发明的一个核动力设备的一部份。核动力设备10包括一个闭环功率产生回路，一般地用参照数字12表示。该功率产生回路12包括一个核反应堆14，一高压涡轮机16，一低压涡轮机18，一动力涡轮20，一热交换器22，一预冷却器24，一低压压缩机26，一内冷却器28和一高压压缩机30。
反应堆14是一球形燃料反应堆，它用球状燃料元件。该反应堆14有一工作流体入口14.1和一工作流体出口14.2。
该高压涡轮机16被驱动连接到高压压缩机30，它有一上游侧或入口16.1和一下游侧或出口16.2，入口16.1被连接至反应堆14的出口14.2。
低压涡轮机18被驱动连接至低压压缩机26，它有一上游侧或入口18.1和一下游侧或出口18.2。入口18.1被连接至高压涡轮机16的出口16.2。
核动力设备10包括一发电机，总体用参照数字32表示，动力涡轮机20被驱动连接到该发电机。动力涡轮机20包括一上游侧或入口20.1或一下游侧或出口20.2。动力涡轮机20的入口20.1被连接至低压涡轮机18的出口18.2。该设备10包括一可变电阻器库33，它可以和发电机32电连接，也可以和发电机32断开。
热交换器22有一热侧或低压侧34和一冷侧或高压侧36。热交换器的低压侧34有一个入口34.1和一个出口34.2。低压侧的入口34.1就连接到动力涡轮机20的出口20.2。
预冷却器24是一个氦到水的热交换器，并包括一个氦入口24.1和一个氦出口24.2。预冷却器24的入口24.1被连接到热交换器22的低压侧34的出口34.2。
低压压缩机26有一个上游侧或入口26.1和一个下游侧或出口26.2。低压压缩机26的入口26.1被连接到预冷却器24的氦出口24.2。
内冷却器28是一个氦到水热交换器，并包含一个氦入口28.1和一个氦出口28.2。氦入口28.1被连接到低压压缩机26的出口26.2。
高压压缩机30包括一个上游侧或入口30.1和一个下游侧或出口30.2。高压压缩机30的入口30.1被连接到内冷却器28的氦出口28.2。高压压缩机30的出口30.2被连接到换热器22高压侧的入口36.1.热交换器22高压侧的出口36.2被连接到反应堆的入口14.1。
核动力设备10包括一起始增压系统，总体用参照数字38来表示，它连接在热交换器22的低压侧34的出口34.2和预冷却器24的入口24.1之间。
该起始增压系统38包括一个正常打开的起始增压系统直接连入阀门40，它直接连接在热交换器低压侧的出口34.2和预冷却器24的入口24.1之间。两个增压器42与起始增压系统直接连入阀门40相平行地被连接，而用一个正常关闭的隔离阀门44与每一个增压器42相随并与之串连。
一低压压缩机再循环管道46从低压压缩机的出口或下游侧26.2和内冷却器28的入口28.1之间的一个位置延伸到在起始增压系统38和预冷却器24的入口24.1之间的一个位置。在低压压缩机再循环管道46内安装了一个低压再循环阀门48。
一高压压缩机再循环管道50从高压压缩机的出口或下游侧30.2和热交换器22的高压侧36的入口36.1之间的一个位置延伸至低压压缩机26的出口或下游侧26.2和内冷却器28的入口28.1之间的一个位置。在高压再循环管道50内安装了一个高压再循环阀门51。
一个热交换器旁路管道52从热交换器22的高压侧36的入口36.1的上游位置延伸至热交换器22的高压侧36的出口36.2的下游位置。在热交换器旁路管道52内安装了一个正常关闭的热交换器旁路阀门54。
该设备10包括一个高压冷却剂阀门56和一个低压冷却剂阀门58。高压冷却剂阀门56被配置成，当打开时，提供从高压压缩机30的高压侧或出口30.2到低压涡轮机18的入口或低压侧18.1的一个氦的旁路。低压冷却剂阀门58被配置成，当打开时，提供从高压压缩机30的高压侧或出口30.2到动力涡轮机30的入口20.1的一个氦的旁路。
该设备10包括一个气体旁路管道70，其中装有一个气体旁路阀门72来调节通过该处氦的流量。气体旁路管道70从热交换器22的高压侧的入口36.1的一个上游位置延伸到预冷却器24的入口24.1的一个上游位置。
现在参照附图的图2，该核动力设备还包括一个氦存量控制系统，总体用参照数字80表示。该氦存量控制系统80包括8个存储罐82，84，86，88，90，92，94，96和一个增压罐98。
存储罐82到96中的压力从高压罐96变化到低压罐82。在增压罐98中氦的压力比在功率产生回路12内氦的压力要大。为此目的，装有一个压缩机，通常用参照数字100来表示，用以在一个足够高的压力下向增压罐98和/或储存罐82到96供给氦。氦存量控制系统80是选择性地能在低压点102和高压点104(图1)上与功率产生回路连接以允许其间的氦的流动。
在使用时，核动力设备的功率输出能够被连续地调整到所需的功率，这一点是必需的。如在下面将更加详细的叙述的那样，氦存量控制系统能够被用以增加或减少核动力设备所产生的功率。
当处于负载跟随模式时，发电机输出被调整到设备始终连接着的电网的功率要求。通常这将要求设备能够遵循从最大连续功率额定值的100％到40％再到100％的序列而不需任何外部压缩机。增加或减小的速率通常不超过每分钟最大连续功率额定值的10％。
为了减小产生的功率，把氦在高压点从功率产生回路12中抽取出并输至具有最高压力的存储罐内，从而节省用以接收氦的容量。
可以有几种选择来增加产生的功率。
一种选择包括在得到功率增加的请求后，在把氦从氦存量控制系统在低压点供给至功率产生回路。虽然这将最终导致功率的增加，但一开始会引起功率的非最小相位响应，从而导致产生功率的瞬时下降。这种瞬时下降将干扰系统功率输出的平滑控制。
增加功率的第二种选择是用压缩机再循环阀门48，51来补偿，它避免了在低压注入的非最小相位响应。这就要求当核动力设备处于负载跟随模式时，再循环阀门48，51在正常环境下是部份打开的。如果电网要求一个功率增加，氦被从氦存量控制系统80在低压点注入功率产生回路。与此同时，再循环阀门48，51中的一个向或两个都向其关闭状态方向移动，这导致被准确控制的产生功率增加。这种安排的优点是响应不会显示非最小相位响应行为而功率增加容易加以控制。这种安排的一个不利之处是它必须在再循环阀门48，51部份开启的情况下操作核动力设备使得有储备的功率以抵消低压注入的非最小相位响应。以压缩机再循环阀门48，51部份打开来运行核动力设备将使核动力设备的整体效率下降。
提高功率的第三种选择是用同时在高压点氦注入的方法来对非最小相位响应补偿，从而避免了低压注入的非最小相位响应。
在负载跟随模式下增加产生功率的第四种选择是从氦存量控制系统80的增压罐98把氦在功率产生回路的高压点注入功率产生回路12。这能导致产生功率的增加而又没有非最小相位响应行为。因为当增压罐内的压力下降时，需要附加的功率，所以压缩机再循环阀门48，51是打开的，以便允许用前面所述的方式通过关闭阀门48，51来增加产生的功率，从而避免非最小相位响应。这个过程能够以这样的方式加以优化，使得环绕压缩机的再循环量处于最小，从而使设备的效率最高。
在发生负载损失的情况下，使动力涡轮20和发电机32的转速不超过一预先确定的最大速度是重要的。另外，最好在非常低的负载条件下，这称为住宅负载(house load)，布雷顿循环仍然有效。在住宅负载条件下保持能量转换再循环运行的这个过程被称为“负载甩抛”(load rejection)。
在负载损失的情况下，低压再循环阀门48，高压再循环阀门51和气体再循环阀门72被完全打开。在起始件以后经过一段事先确定时间区间，气体旁路阀门72被关闭，而高压再循环阀门51和低压再循环阀门48向其关闭状态移动。当过程稳定后，氦存量控制系统80被激活以使核动力设备进入一种稳定的低功率的操作模式，而低压再循环阀门48和高压再循环阀门51也可以关闭，如果需要的话。
电阻库33，作为动力涡轮速度控制器的一部份，可以被用来控制动力涡轮的速度。
核动力设备10被典型地配置成利用修改的布雷顿循环作为热力学转换循环。在布雷顿循环要紧急停止运行的情况下，只有气体旁路阀门72是打开的，并保持打开直到布雷顿循环停止运行。
在本发明者注意到的已有的核动力设备中，通过对至少一部份工作流体旁路涡轮机以获得负载甩抛过程和紧急停止。然而在本应用中，这种解决方法将导致引入高压(约85bar)和高温(约900℃量级)控制阀门，而这种阀门会昂贵和不可靠的。与此相反，用本发明，负载甩抛用操作阀门48，51，72来获得，而这些阀门操作在一显著更低的温度上。
当要以比负载跟随模式中更快地增加核动力设备10所产生的功率时，可以利用增压罐在高压点向功率产生回路注入氦。一般讲，增压罐的体积将这样选择以使得对于至少30秒的时间功率可以以每分最大连续额定值的至少20％的速率增加，而发生的频率小于每小时一次。
为此目的，当核动力设备反应堆的出口压力约为85bar，而设备的功率容量约为128MW时，增压罐98通常有约100m3的体积而氦将储存在约100bar的压力下。
如前所述，为了减少核动力设备10产生的功率，可以从功率产生回路中抽取氦并送进氦存量控制系统。虽然在负载跟随模式下，这种方法已足以允许功率被减小，但当要求功率快速下降时，那么此过程就太慢了。因而，为了得到功率的快速下降，再循环阀门48，51中一个或二个阀门都被打开从而导致通过反应堆14的氦质量流减少，及更小的功率被转移到氦。这又导致在动力涡轮机中产生更少的功率。通常该核动力设备能够在这样条件下运行：对于30秒这样的时间，功率以每分钟最大连续功率额定值的至少20％这样的速率下降，并且发生的频率小于每小时1次。
本发明者相信按照本发明的一种核动力设备将允许对核动力设备产生的功率的精密的控制。

Claims (35)

1.一种核动力设备，它包括：
一个闭环功率产生回路，它利用氦作为工作流体并具有至少一个压缩机；
一个再循环回路，藉此回路，氦能够围绕压缩机再循环流动；以及
在再循环回路内调整氦流量的阀门装置。
2.权利要求1中所述的设备，其中功率产生回路包括：
一个核反应堆；
一个低压压缩机；
一个高压压缩机；
驱动低压压缩机和高压压缩机的驱动装置；
一个预冷却器，位于低压压缩机的上游；
一个内冷却器，位于低压压缩机和高压压缩机之间；
一个低压再循环回路，以使氦围绕低压压缩机再循环流动；
一个高压再循环回路，以使氦围绕高压压缩机再循环流动；以及
在每个再循环回路中调整氦流量的阀门装置。
3.权利要求2中所述的设备，其中驱动装置包括被安置成串行连接的一个高压涡轮机，一个低压涡轮机和一个动力涡轮机，它们分别驱动连接到高压压缩机，低压压缩机和一个发电机，该功率产生回路还包括一个换热器，它有一低压侧，连接在动力涡轮机和预冷却器之间，和一高压侧，连接在高压压缩机和核反应堆之间，高压再循环回路包括一高压再循环管道，其上装有一个再循环阀门，高压再循环管道从在高压压缩机和换热器高压侧之间的一点延伸至低压压缩机和内冷却器之间的一点，而低压再循环回路包括一低压再循环管道，其上装有一个再循环阀门，低压再循环管道从在低压压缩机和内冷却器之间的一点延伸至在换热器和预冷却器之间的一点。
4.权利要求3中所述的设备，该设备包括一个可变电阻器库，它能够和发电机电连接，也能和发电机断开。
5.权利要求3或4中所述的设备，该设备包括一换热器旁路管道，该管道从换热器高压侧的一上游位置延伸至换热器高压侧的一下游位置，以及包括在换热器旁路管道上安装的一换热器旁路阀门以调整通过该处的氦流量。
6.权利要求3到5中任一个权利要求所述的设备，该设备包括一气体旁路管道，在其中装有一个气体旁路阀门以调整通过该处的氦流量，该气体旁路管道从换热器高压侧的一上游位置延伸至预冷却器的一上游位置。
7.权利要求3到6中任一个权利要求所述的设备，该设备包括一个氦存量控制系统，它可以选择性地和功率产生回路流动连通地连接，从而允许氦被引进功率产生回路或把氦从回路移出。
8.权利要求7中所述的设备，其中氦存量控制系统包括多个存储罐，其中的压力从低压罐变化至高压罐。
9.权利要求8中所述的设备，其中氦存量控制系统能选择性地在功率产生回路的一个高压点上和一个低压点上连接到功率产生回路。
10.权利要求9中所述的设备，其中高压点是高压压缩机的下游。
11.权利要求9或10中所述的设备，其中低压点是低压压缩机的上游，它在低压压缩机和动力涡轮之间。
12.权利要求9到11的任一权利要求所述的设备，其中氦存量控制系统包括至少一个增压罐，其中氦所保持的压力大于在功率产生回路的高压点上氦的压力。
13.权利要求12中所述的设备，其中氦存量控制系统包括一个压缩机装备，以把氦以所需的压力供给至少一个增压罐。
14.一种调整核动力设备产生的功率的方法，核动力设备有一个用氦作为工作流体并有一个核反应堆的闭环功率产生回路，该方法包括调整通过反应堆的氦流量的步骤。
15.权利要求14中所述的方法，其中当该核动力设备是权利要求2到13中任一权利要求所述的核动力设备时，调整通过反应堆的氦流量包括调整在该个或各个再循环回路中的氦流量。
16.权利要求15中所述的方法，其中调整在再循环回路中的氦流量包括控制再循环阀门的操作以调整在再循环回路中的氦流量。
17.权利要求15到16中任一权利要求所述的方法，其中调整通过核反应堆的氦流量包括调整在功率产生回路中氦的存量。
18.权利要求17中所述的方法，其中调整氦的存量包括把一个氦存量控制系统选择性地与功率产生回路流动连通地相连接，，从而按需要增加或减少在功率产生回路内的氦存量。
19.权利要求18中所述的方法，其中在氦存量控制系统和功率产生回路之间氦转移的驱动力是在氦存量控制系统和功率产生回路之间的压差。
20.权利要求18或19中所述的方法，当该核动力设备处于负载跟随模式并要求增加产生功率时，该方法包括把氦从氦存量控制系统引进功率产生回路的步骤。
21.权利要求20中所述的方法，该方法包括把氦在功率产生回路的低压点引进功率产生回路，并通过调整在该个或每一个再循环回路中氦的流量以对非最小相位响应作出补偿。
22.权利要求20中所述的方法，该方法包括把氦在高压点引入功率产生回路。
23.权利要求22中所述的方法，该方法包括需要时调整通过该个或每一个再循环回路的氦流量以避免非最小相位响应。
24.权利要求15至23中任一权利要求中所述的方法，其中在负载跟随条件下，当功率产生器内的一部份氦在该个或每一个再循环回路中再循环时，增加产生功率包括减少通过该个或每一个再循环回路中流过的氦的体积的步骤。
25.权利要求15到19中任一权利要求所述的方法，该方法在负载损失的情况下包括以下步骤：
打开高压再循环阀门、低压再循环阀门和气体旁路阀门；
关闭气体旁路阀门；以及
调整高压旁路阀门和低压旁路阀门的操作以稳定功率产生回路。
26.权利要求25中所述的方法，其中当打开阀门时，它们被移向其完全打开的位置。
27.权利要求25或26中所述的方法，其中气体旁路阀门是在检测到负载损失事件后立即打开，而在经过事先确定的时间后关闭。
28.权利要求27中所述的方法，该方法包括，在过程稳定后，激活氦存量控制系统以使核动力设备进入一个稳定的，低功率操作模式。
29.权利要求28中所述方法，其中当设备包括一个可与发电机连接也可与发电机断开的可变电阻器库时，该方法包括用通过电阻器库来调整发电机上的负载的方法来控制动力涡轮机的速度。
30.权利要求15到19中任一权利要求中所述的方法，该方法包括，当要求功率减小时，打开至少一个再循环阀门。
31.权利要求30中所述的方法，该方法包括把二个再循环阀门都打开。
32.权利要求14到31中任一权利要求所述的方法，其中当设备包括一个可与发电机连接也可与发电机断开的可变电阻器库时，包括用可变电阻器来对功率需求的小变化进行补偿。
33.权利要求1中所述的设备，基本上如本说明书中所描述的。
34.权利要求14中所述的方法，基本上如本说明书中所描述的。
35.一种新设备或方法，基本上如本说明书和附图所描述和示出的。
CNA028034759A 2001-03-26 2002-03-25 一种核动力设备及操作核动力设备的方法 Pending CN1484836A (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ZA01/2459 2001-03-26
ZA200102459 2001-03-26
ZA01/2915 2001-04-09
ZA200102915 2001-04-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1484836A true CN1484836A (zh) 2004-03-24

Family

ID=27145560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA028034759A Pending CN1484836A (zh) 2001-03-26 2002-03-25 一种核动力设备及操作核动力设备的方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20040042579A1 (zh)
EP (1) EP1374253A1 (zh)
JP (1) JP2004525294A (zh)
KR (1) KR20030086248A (zh)
CN (1) CN1484836A (zh)
AU (1) AU2002244885A1 (zh)
CA (1) CA2431556A1 (zh)
WO (2) WO2002078011A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106050416A (zh) * 2015-11-05 2016-10-26 罗浩源 基于超临界二氧化碳的核动力发动机
CN113027610A (zh) * 2021-05-06 2021-06-25 中国航空发动机研究院 一种航空发动机、发动机的控制方法、飞行器

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005233149A (ja) * 2004-02-23 2005-09-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスータービンプラント
JP2005233148A (ja) * 2004-02-23 2005-09-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスータービンプラント
WO2008091381A2 (en) * 2006-08-01 2008-07-31 Research Foundation Of The City University Of New York System and method for storing energy in a nuclear power plant
US8544275B2 (en) * 2006-08-01 2013-10-01 Research Foundation Of The City University Of New York Apparatus and method for storing heat energy
US10094219B2 (en) 2010-03-04 2018-10-09 X Development Llc Adiabatic salt energy storage
KR101104768B1 (ko) * 2010-05-03 2012-01-12 황철원 헤어용품
JP5787709B2 (ja) * 2011-10-14 2015-09-30 三菱重工業株式会社 高温ガス炉蒸気発電システム
WO2014052927A1 (en) 2012-09-27 2014-04-03 Gigawatt Day Storage Systems, Inc. Systems and methods for energy storage and retrieval
US10229761B2 (en) * 2012-12-21 2019-03-12 Ge-Hitachi Nuclear Energy Americas Llc Startup/shutdown hydrogen injection system for boiling water reactors (BWRS), and method thereof
JP6083861B2 (ja) * 2013-01-21 2017-02-22 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 原子炉ガスタービン発電システムおよびその運転方法
US10458284B2 (en) * 2016-12-28 2019-10-29 Malta Inc. Variable pressure inventory control of closed cycle system with a high pressure tank and an intermediate pressure tank
US10233787B2 (en) 2016-12-28 2019-03-19 Malta Inc. Storage of excess heat in cold side of heat engine
US10233833B2 (en) 2016-12-28 2019-03-19 Malta Inc. Pump control of closed cycle power generation system
US11053847B2 (en) 2016-12-28 2021-07-06 Malta Inc. Baffled thermoclines in thermodynamic cycle systems
US10221775B2 (en) 2016-12-29 2019-03-05 Malta Inc. Use of external air for closed cycle inventory control
US10801404B2 (en) 2016-12-30 2020-10-13 Malta Inc. Variable pressure turbine
US10436109B2 (en) 2016-12-31 2019-10-08 Malta Inc. Modular thermal storage
CA3088184A1 (en) 2018-01-11 2019-07-18 Lancium Llc Method and system for dynamic power delivery to a flexible datacenter using unutilized energy sources
US11852043B2 (en) 2019-11-16 2023-12-26 Malta Inc. Pumped heat electric storage system with recirculation
US11480067B2 (en) 2020-08-12 2022-10-25 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with generation cycle thermal integration
US11396826B2 (en) 2020-08-12 2022-07-26 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with electric heating integration
US11454167B1 (en) 2020-08-12 2022-09-27 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with hot-side thermal integration
WO2022036106A1 (en) 2020-08-12 2022-02-17 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with thermal plant integration
US11286804B2 (en) 2020-08-12 2022-03-29 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with charge cycle thermal integration
US11486305B2 (en) 2020-08-12 2022-11-01 Malta Inc. Pumped heat energy storage system with load following
CN114592924A (zh) * 2022-03-07 2022-06-07 西安热工研究院有限公司 一种快堆氦气发电的系统和方法
CN117133494B (zh) * 2023-07-19 2024-06-04 华能核能技术研究院有限公司 一种氦气快速回收及再利用装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH384942A (de) * 1961-08-09 1965-02-26 Escher Wyss Ag Verfahren und Einrichtung zur Förderung des Arbeitsmittels beim Arbeitsmittelwechsel zwischen dem Arbeitskreislauf einer geschlossenen Gasturbinenanlage und einem Arbeitsmittelspeicher zum Zwecke der Veränderung des Druckpegels in der Anlage
CH482919A (de) * 1967-11-08 1969-12-15 Sulzer Ag Geschlossene Gasturbinenanlage
FR2067741A5 (zh) * 1969-11-14 1971-08-20 Socia
DE2046078B2 (de) * 1970-09-18 1972-11-16 Einrichtung zum regeln des drucks in einem einen waermeerzeuger und eine gasturbine enthaltenden geschlossenen gaskreislauf
CH517990A (de) * 1971-01-25 1972-01-15 Foerderung Forschung Gmbh Verfahren zur Verbesserung der Nachwärmeabfuhr bei einer Notabschaltung eines gasgekühlten Kernreaktors sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einer Energieerzeugungsanlage
CH521518A (de) * 1971-06-30 1972-04-15 Foerderung Forschung Gmbh Verfahren und Einrichtung zur Regelung der abgegebenen Nutzleistung einer Gasturbine mit geschlossenem Gaskreislauf in einer Energieerzeugungsanlage mit einem gasgekühlten Kernreaktor
US4000617A (en) * 1975-01-27 1977-01-04 General Atomic Company Closed cycle gas turbine system
GB1549730A (en) * 1975-06-12 1979-08-08 Kernforschungsanlage Juelich Method of operating a nuclear energy installation having a closed working gas circuit and nuclear energy installation for carrying out the method
US4007595A (en) * 1975-09-30 1977-02-15 Westinghouse Electric Corporation Dual turbine power plant and a reheat steam bypass flow control system for use therein
CH599460A5 (zh) * 1975-12-23 1978-05-31 Bbc Brown Boveri & Cie
DE2724812C3 (de) * 1977-06-02 1981-09-17 Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 5170 Jülich Verfahren zum Betreiben einer Kernenergieanlage mit in einem Hochtemperaturreaktor erhitzten Arbeitsgas und Kernenergieanlage zur Durchführung des Verfahrens
US4299660A (en) * 1978-06-16 1981-11-10 General Atomic Company Heat-extraction system for gas-cooled nuclear reactor
KR100881473B1 (ko) * 2000-09-04 2009-02-05 페블 베드 모듈러 리엑터(프로프라이어터리) 리미티드 원자력로

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106050416A (zh) * 2015-11-05 2016-10-26 罗浩源 基于超临界二氧化碳的核动力发动机
CN113027610A (zh) * 2021-05-06 2021-06-25 中国航空发动机研究院 一种航空发动机、发动机的控制方法、飞行器

Also Published As

Publication number Publication date
CA2431556A1 (en) 2002-10-03
US20040042579A1 (en) 2004-03-04
WO2002078010B1 (en) 2003-08-14
EP1374253A1 (en) 2004-01-02
WO2002078010A8 (en) 2002-10-31
WO2002078010A1 (en) 2002-10-03
WO2002078011A1 (en) 2002-10-03
JP2004525294A (ja) 2004-08-19
AU2002244885A1 (en) 2002-10-08
KR20030086248A (ko) 2003-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1484836A (zh) 一种核动力设备及操作核动力设备的方法
US20230291232A1 (en) Integrated power production and storage systems
CN1266708C (zh) 核电站及调整其发电电路的方法
CN1240079C (zh) 布雷顿循环核电站以及启动布雷顿循环的方法
CN1229596C (zh) 热泵式热水供给机
CN1296940C (zh) 在核反应堆停堆时向蒸气发生器供应压力水的方法和装置
CN102200103B (zh) 集成式太阳能联合循环发电站及其运作方法
CN1013322B (zh) 核电站
CN101046326A (zh) 热泵供热水机
CN1206449C (zh) 透平机及其运行方法
CN1417535A (zh) 连环冷却－加热系统
CN1867754A (zh) 用于管道内流动的气体增压的方法和装置
KR101692173B1 (ko) 배열 회수 시스템 및 배열 회수 방법
CN1568526A (zh) 运转核电站的方法
CN1918375A (zh) 燃气涡轮机组
CN1918374A (zh) 燃气涡轮机组
CN116767030A (zh) 一种基于分层协调的燃料电池系统热管理方法
JPH01117903A (ja) 組合されたガス‐蒸気タービン‐発電装置の出力調整装置
CN210245631U (zh) 一种用于燃料电池发动机的氢气涡轮增压器
CN106460664A (zh) 使用补充空气系统的燃气涡轮机效率和调节速度改进
CN215057596U (zh) 一种煤矿瓦斯发电机组余热梯级利用系统
CN202165161U (zh) 一种160kW沼气发电机组
CN202157865U (zh) 一种80kW沼气发电机组
CN202165162U (zh) 一种30kw沼气发电机组
CN202165163U (zh) 一种50kW沼气发电机组

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication