CN205154276U - 核能与常规能源直接过热耦合发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种核能与常规能源直接过热耦合发电系统，包括：汽轮发电机组，汽轮发电机组包括汽轮机和发电机，汽轮机与发电机相连并驱动发电机发电；换热器，换热器与汽轮发电机组相连；核反应堆，核反应堆与换热器相连，核反应堆产生的蒸汽通过换热器对来自于汽轮发电机组的回水加热；和加热装置，加热装置与换热器和汽轮发电机组相连，用于通过常规能源将来自于换热器的蒸汽加热后供给到汽轮发电机组。根据本实用新型实施例的发电系统，采用核反应堆对从汽轮机流出的工质进行加热，在系统中，将核能所占份额提高到理论上的最大值，充分利用核燃料产生的热量，充分提高核能利用的效率，使其有更好的经济性，具有更大的应用空间。

Description

核能与常规能源直接过热耦合发电系统

技术领域

本实用新型涉及核能应用技术领域和常规能源应用技术领域，具体地，涉及一种核能与常规能源直接过热耦合发电系统。

背景技术

现有的压水堆核电站由于受到蒸汽发生器出口蒸汽温度的限制，只能产生较低品质的蒸汽进入汽轮机做功发电，因此发电效率只有33％左右，而相同规模的常规电力机组由于可以使用更高品质的蒸汽，效率可以达到45％以上，比如超超临界常规电机组主蒸汽温度可以达到600℃，效率可以达到49％甚至更高。

火力发电是目前常规电力供应的主要来源，相应机组技术成熟，热效率较高。但是目前的火力发电通常依赖于煤炭，通过燃烧煤炭发电，煤耗量大，污染严重。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。

为此，本实用新型在于提出一种核能与常规能源直接过热耦合发电系统，该系统结构简单，成本低廉，效率高，污染少。

根据本实用新型的核能与常规能源直接过热耦合发电系统，包括：汽轮发电机组，所述汽轮发电机组包括汽轮机和发电机，所述汽轮机与所述发电机相连并驱动所述发电机发电；换热器，所述换热器与所述汽轮发电机组相连；核反应堆，所述核反应堆与所述换热器相连，所述核反应堆产生的蒸汽通过所述换热器对来自于所述汽轮发电机组的回水加热；和加热装置，所述加热装置与所述换热器和所述汽轮发电机组相连，用于通过常规能源将来自于所述换热器的蒸汽加热后供给到所述汽轮发电机组。

根据本实用新型的核反应堆与常规能源直接过热耦合发电系统，采用核反应堆对从汽轮机流出的工质进行加热，在系统中，将核能所占份额提高到理论上的最大值，充分利用核燃料产生的热量，充分提高核能利用的效率，使其有更好的经济性，具有更大的应用空间。

另外，根据本实用新型的核能与常规能源直接过热耦合发电系统，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本实用新型的一个实施例，所述汽轮机包括中压缸和低压缸，所述中压缸的进汽口与所述加热装置相连，所述中压缸的排汽口与所述低压缸的进汽口相连，所述汽轮发电机组还包括依次连接在所述低压缸的排汽口与所述换热器之间的凝汽器、凝结水泵、疏水换热器、低压加热器、除氧器和给水泵，所述低压缸还具有抽汽口，所述抽汽口与所述低压加热器相连以加热从所述凝汽器进入到所述低压加热器内的凝结水。

根据本实用新型的一个实施例，所述低压加热器包括彼此串联的第一至第四级低压加热器。

根据本实用新型的一个实施例，从所述第一级低压加热器和所述第二级低压加热器排出的低压缸的抽汽通过所述疏水换热器后返回到所述凝汽器内，从所述第三级低压加热器排出的低压缸的抽汽进入从所述第三级低压加热器排出的回水中，从所述第四级低压加热器排出的低压缸的抽汽进入到所述第三级低压加热器内然后与从所述第三级低压加热器排出的低压缸的抽汽一起进入从所述第三级低压加热器排出的回水中。

根据本实用新型的一个实施例，所述给水泵由给水泵驱动透平驱动，所述给水泵驱动透平由来自于所述中压缸的抽汽驱动。

根据本实用新型的一个实施例，所述加热装置为燃煤锅炉、燃油锅炉或燃气锅炉。

根据本实用新型的一个实施例，所述核反应堆的热功率范围为2500MW-5500MW。

根据本实用新型的一个实施例，所述核反应堆为额定热功率为3000MW至3060MW，出口温度为320℃至330℃范围的核反应堆、额定热功率为2865MW至2925MW，出口温度为322℃至332℃的核反应堆、额定热功率为3370MW至3430MW，出口温度为316℃至326℃的核反应堆或额定热功率为4010MW至4070MW，出口温度为317℃至327℃的核反应堆。

根据本实用新型的一个实施例，所述换热器的出口的蒸汽包括饱和干蒸汽、饱和湿蒸汽和过热蒸汽。

根据本实用新型的一个实施例，从所述加热装置的蒸汽出口流出的蒸汽的温度为500℃-660℃。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型实施例的核能与常规能源直接过热耦合发电系统的结构示意图。

附图标记：

发电系统100；

换热器10；核反应堆20；

加热装置30；蒸汽出口31；蒸汽进口32；

汽轮机40；中压缸41；低压缸42；抽汽口421；

发电机50；凝汽器60；

凝结水泵61；疏水换热器62；低压加热器63；

第一级低压加热器631；第二级低压加热器632；第三级低压加热器633；第四级低压加热器634；

除氧器70；给水泵80；给水泵驱动透平90。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面首先结合附图具体描述根据本实用新型实施例的核能与常规能源直接过热耦合发电系统100。

如图1所示，根据本实用新型实施例的核能与常规能源直接过热耦合发电系统100包括汽轮发电机组、换热器10和核反应堆20和加热装置30。

具体而言，汽轮发电机组包括汽轮机40和发电机50，汽轮机40与发电机50相连并驱动发电机50发电，换热器10与汽轮发电机组相连，核反应堆20与换热器10相连，核反应堆20产生的蒸汽通过换热器10对来自于汽轮发电机组的回水加热。加热装置30与换热器10和汽轮发电机组相连，用于通过常规能源将来自于换热器10的蒸汽加热后供给到汽轮发电机组。

其中，加热装置30产生蒸汽，加热装置30具有排出蒸汽的蒸汽出口31，加热装置30还具有蒸汽进口32，汽轮机40与加热装置30和发电机50相连并驱动发电机50发电，换热器10设在汽轮机40与蒸汽进口32之间，核反应堆20与换热器10连通并对经过换热器10的工质进行加热。

换言之，根据本实用新型实施例的发电系统100主要由汽轮发电机组、换热器10和核反应堆20和加热装置30组成，其中，汽轮发电机组可以为本领域常用的发电机组。在本申请中，汽轮发电机组主要包括汽轮机40和发电机50，加热装置30产生蒸汽，蒸汽经过汽轮机40驱动汽轮机40活动，汽轮机40驱动发电机50发电。

加热装置30流出的蒸汽经过汽轮机40做功之后，流回加热装置30进行循环利用，经过汽轮机40之后的蒸汽温度降低，通常不会直接流入加热装置30，而是需要对该部分蒸汽进行加热之后再流回加热装置30。在本申请中，从汽轮机40流出的蒸汽经过与核反应堆20相连的换热器10换热之后，再流回加热装置30，换热器10中对蒸汽进行换热的热量来自于核反应堆20，即利用核反应堆20与常规能源系统的耦合方案，可以利用常规能源系统得到较高的二回路工质温度以提高反应堆的经济性。

在本申请中，采用核反应堆20对从汽轮机40流出的蒸汽进行加热，采用核能替代常规能源的一部分，并且核能在整个系统中，占所有能源的比例可以在理论上提高到最大值，从而可以充分利用核燃料产生的热量，降低常规能源的使用，可以达到节能减排的效果，提高经济效益。

由此，根据本实用新型实施例的核反应堆与常规能源直接过热耦合发电系统100，采用核反应堆20对从汽轮机40流出的工质进行加热，在系统中，将核能所占份额提高到理论上的最大值，充分利用核燃料产生的热量，充分提高核能利用的效率(达到40％以上)，使其有更好的经济性，具有更大的应用空间。

根据本实用新型的一个实施例，汽轮机40包括中压缸41和低压缸42，中压缸41的进汽口与加热装置30相连，中压缸41的排汽口与低压缸42的进汽口相连，汽轮发电机组还包括依次连接在低压缸42的排汽口与换热器10之间的凝汽器60、凝结水泵61、疏水换热器62、低压加热器63、除氧器70和给水泵80，低压缸42还具有抽汽口421，抽汽口421与低压加热器63相连以加热从凝汽器60进入到低压加热器63内的凝结水。

具体地，如图1所示，在本申请中，汽轮机40主要由中压缸41和低压缸42组成，低压缸42内的压力小于中压缸41内的压力，加热装置30产生的蒸汽依次经过中压缸41和低压缸42做功，进而驱动发电机50发电。

也就是说，根据本实用新型实施例的发电系统100，取消了汽轮发电机组中的高压缸结构，同时取消了火电机组的高压回热抽汽，即取消原常规火电机组的主蒸汽部分，则只需要一个给水泵80，大大简化了发电系统100的结构，从而可以大大降低成本。

同时，由于取消了火电机组的高压回热抽汽，加热装置30可以只设置一个入口，从而可以避免高焓值加热装置入口处不同热力状态的蒸汽混合产生的问题，系统配置简单，降低了投资成本。

在本实用新型的一些具体实施方式中，低压加热器63包括彼此串联的第一级低压加热器631、第二级低压加热器632、第三级低压加热器633和第四级低压加热器634。

进一步地，从第一级低压加热器631和第二级低压加热器632排出的低压缸42的抽汽通过疏水换热器62后返回到凝汽器60内，从第三级低压加热器633排出的低压缸42的抽汽进入从第三级低压加热器633排出的回水中，从第四级低压加热器634排出的低压缸42的抽汽进入到第三级低压加热器633内然后与从第三级低压加热器633排出的低压缸42的抽汽一起进入从第三级低压加热器633排出的回水中。

由此，根据本实用新型实施例的低压加热器63可以对从凝结水泵61流出的冷凝水进行充分的预热。

根据本实用新型的一个实施例，给水泵80由给水泵驱动透平90驱动，给水泵驱动透平90由来自于中压缸41的抽汽驱动。

也就是说，在本申请中，用于将除氧器70内的水泵送至换热器10的给水泵80的动力是来自于给水泵驱动透平90，而给水泵驱动透平90则由来自于中压缸41的抽汽驱动。

具体地，经过除氧后的水经由给水泵80加压，提高压力后进入与核反应堆20相连的换热器10，水在换热器10内经核反应堆20的热量加热成为饱和蒸汽或过热蒸汽。由此，可以提高系统中工质的压力，从而提高整个系统的效率，并且通过中压缸41的抽汽即可实现给水泵80的运转，可以减少能源消耗，降低运行成本。

在本实用新型的一些具体实施方式中，汽轮发电机组为中低压发电机组、高压发电机组、超高压发电机组、亚临界发电机组、超临界发电机组或超超临界发电机组中的一种。即本申请中所使用的汽轮发电机组包括中低压发电机组、高压发电机组、超高压发电机组、亚临界发电机组、超临界发电机组、超超临界发电机组且不限于此。

进一步地，在本申请中，对加热装置30进行加热的常规能源的供热方式包括：直接加热反应堆二回路工质、高品质工质与反应堆二回路混合等。具体地，在本实用新型的一些具体实施方式中，加热装置30为燃煤锅炉、燃油锅炉或燃气锅炉。

由此，根据本实用新型实施例的加热装置30的选择范围较广，加热工质可以为煤，也可以是天然气或其它生物质能源。

根据本实用新型的一个实施例，核反应堆20为百万千瓦级核电站，核反应堆20热功率范围为2500MW-5500MW。具体地，核反应堆20可以为额定热功率为3000MW至3060MW，出口温度为320℃至330℃范围的核反应堆、额定热功率为2865MW至2925MW，出口温度为322℃至332℃的核反应堆、额定热功率为3370MW至3430MW，出口温度为316℃至326℃的核反应堆或额定热功率为4010MW至4070MW，出口温度为317℃至327℃的核反应堆。

也就是说，在本申请中，百万千瓦级核反应堆20所采用的热功率在2500MW-5500MW之间，具体地，则可以是额定热功率为3000MW至3060MW、2865MW至2925MW、3370MW至3430MW和4010MW至4070MW的核反应堆，并且额定热功率不同的核反应堆对应不同的出口温度，其中，出口温度是指核反应堆20的出口温度。

由此，根据本实用新型实施例的发电系统100可以采用不同功率的核反应堆，使用范围广泛。

在本实用新型的一些具体实施方式中，换热器10的出口的蒸汽包括饱和干蒸汽、饱和湿蒸汽和过热蒸汽。具体地，换热器10的出口的蒸汽可以是5-23MPa压力范围内的饱和干蒸汽、5-23MPa压力范围内的饱和湿蒸汽、5-23MPa压力范围内的各种过热度的过热蒸汽等且不限于此。

由此，该结构的加热装置30可以降低整个发电系统100对换热器10出口的蒸汽品质的要求，可以简化与反应堆相连的换热器汽水分离后再加热系统，进一步简化系统结构，降低成本。

在本实用新型的一些具体实施方式中，从加热装置30的蒸汽出口流出的蒸汽的温度为500℃-660℃。由此，该温度的蒸汽可以获得较高的发电效率。

下面具体描述根据本实用新型实施例的发电系统100的工作流程。

根据本实用新型实施例的发电系统100在工作时，加热装置30产生蒸汽，蒸汽从蒸汽出口31流出，进入汽轮机40的中压缸41和低压缸42驱动发电机50发电，从低压缸42的排气口排出的蒸汽依次进入凝汽器60、凝结水泵61、疏水换热器62和低压加热器63，低压缸42的抽汽口421与低压加热器63相连并加热从凝汽器60进入到低压加热器63内的凝结水。

其中，从第一级低压加热器631和第二级低压加热器632排出的低压缸42的抽汽通过疏水换热器62后返回到凝汽器60内，从第三级低压加热器633排出的低压缸42的抽汽进入从第三级低压加热器633排出的回水中，从第四级低压加热器634排出的低压缸42的抽汽进入到第三级低压加热器633内然后与从第三级低压加热器633排出的低压缸42的抽汽一起进入从第三级低压加热器633排出的回水中。

经过四级低压加热器加热的回水流经除氧器70除氧，然后通过给水泵80加压，将回水流入与核反应堆20相连换热器10中进行加热，经过加热之后的蒸汽流回加热装置30，进行循环利用。

下面结合具体实施例描述根据本实用新型的发电系统100。

实施例1

如图1所示，根据本实用新型实施例的发电系统100的加热装置30采用锅炉，汽轮机40包括中压缸41和低压缸42，中压缸与锅炉的出口相连，低压缸与中压缸和发电机50相连。低压缸的出口连有凝汽器60和除氧器70，给水泵80设在除氧器70与换热器10之间，换热器10与给水泵80和锅炉的蒸汽进口相连。核反应堆20与换热器10相连并对换热器10内的蒸汽或水进行加热。

发电的循环过程为：加热装置30产生600℃的蒸汽，蒸汽依次进入汽轮机40的中压缸、低压缸中做功驱动发电机50发电，再经由凝汽器60、低压加热器、中压加热器和除氧器70后，进入给水泵80。给水泵80将水加压至6MPa，在换热器10内由核反应堆20的热量加热为饱和蒸汽275.63℃后，回流至锅炉中，在锅炉中由常规能源进一步加热到600℃，之后再依次进入汽轮机40的中压缸、低压缸中做功驱动发电机50发电，完成循环过程。

将根据本实用新型实施例的百万千瓦级反应堆(热功率为3030MW)的直接过热方案进行计算分析，得到以下结果：发电系统100的电功率为1843MW，锅炉中加热蒸汽所需的热量为1489MW，反应堆热功率占比为67％，循环的耦合效率为41％。

由此可见，根据本实用新型实施例的核能与常规能源接过热耦合发电系统100，采用核反应堆20对从汽轮机40流出的蒸汽进行加热，在系统中，将核能所占份额提高到理论上的最大值，充分利用核燃料产生的热量，充分提高核能利用的效率，使其有更好的经济性，具有更大的应用空间。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种核能与常规能源直接过热耦合发电系统，其特征在于，包括：

汽轮发电机组，所述汽轮发电机组包括汽轮机和发电机，所述汽轮机与所述发电机相连并驱动所述发电机发电；

换热器，所述换热器与所述汽轮发电机组相连；

核反应堆，所述核反应堆与所述换热器相连，所述核反应堆产生的蒸汽通过所述换热器对来自于所述汽轮发电机组的回水加热；和

加热装置，所述加热装置与所述换热器和所述汽轮发电机组相连，用于通过常规能源将来自于所述换热器的蒸汽加热后供给到所述汽轮发电机组。

2.根据权利要求1所述的核能与常规能源直接过热耦合发电系统，其特征在于，所述汽轮机包括中压缸和低压缸，所述中压缸的进汽口与所述加热装置相连，所述中压缸的排汽口与所述低压缸的进汽口相连，

所述汽轮发电机组还包括依次连接在所述低压缸的排汽口与所述换热器之间的凝汽器、凝结水泵、疏水换热器、低压加热器、除氧器和给水泵，

所述低压缸还具有抽汽口，所述抽汽口与所述低压加热器相连以加热从所述凝汽器进入到所述低压加热器内的凝结水。

3.根据权利要求2所述的核能与常规能源直接过热耦合发电系统，其特征在于，所述低压加热器包括彼此串联的第一至第四级低压加热器。

4.根据权利要求3所述的核能与常规能源直接过热耦合发电系统，其特征在于，从所述第一级低压加热器和所述第二级低压加热器排出的低压缸的抽汽通过所述疏水换热器后返回到所述凝汽器内，从所述第三级低压加热器排出的低压缸的抽汽进入从所述第三级低压加热器排出的回水中，从所述第四级低压加热器排出的低压缸的抽汽进入到所述第三级低压加热器内然后与从所述第三级低压加热器排出的低压缸的抽汽一起进入从所述第三级低压加热器排出的回水中。

5.根据权利要求2所述的核能与常规能源直接过热耦合发电系统，其特征在于，所述给水泵由给水泵驱动透平驱动，所述给水泵驱动透平由来自于所述中压缸的抽汽驱动。

6.根据权利要求1所述的核能与常规能源直接过热耦合发电系统，其特征在于，所述加热装置为燃煤锅炉、燃油锅炉或燃气锅炉。

7.根据权利要求1所述的核能与常规能源直接过热耦合发电系统，其特征在于，所述核反应堆的热功率范围为2500MW-5500MW。

8.根据权利要求7所述的核能与常规能源直接过热耦合发电系统，其特征在于，所述核反应堆为额定热功率为3000MW至3060MW，出口温度为320℃至330℃范围的核反应堆、额定热功率为2865MW至2925MW，出口温度为322℃至332℃的核反应堆、额定热功率为3370MW至3430MW，出口温度为316℃至326℃的核反应堆或额定热功率为4010MW至4070MW，出口温度为317℃至327℃的核反应堆。

9.根据权利要求1所述的核能与常规能源直接过热耦合发电系统，其特征在于，所述换热器的出口的蒸汽包括饱和干蒸汽、饱和湿蒸汽和过热蒸汽。

10.根据权利要求1所述的核能与常规能源直接过热耦合发电系统，其特征在于，从所述加热装置的蒸汽出口流出的蒸汽的温度为500℃-660℃。