CN217386682U - 一种高温气冷堆机组启动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高温气冷堆机组启动系统，启动系统包括蒸汽发生器、汽水分离器、除氧器、疏水热交换器、汽轮发电机组以及凝汽器；蒸汽发生器的出口通过主蒸汽管路与相连；汽水分离器的入口通过汽水分离管路与蒸汽发生器的出口相连，汽水分离器的第一出口通过蒸汽排出管路与凝汽器的第一入口相连；除氧器的第三入口通过除氧器蒸汽管路与所述汽水分离器的第一出口相连，除氧器的出口通过给水管路与蒸汽发生器相连；疏水热交换器串设在给水管路上，其壳侧疏水入口通过汽水分离器疏水管路与汽水分离器的第二出口相连，其壳侧第一疏水出口通过热交换器壳侧第一排出管路与除氧器第二入口相连。该启动系统有效利用反应堆产生的热量，经济效益显著。

Description

一种高温气冷堆机组启动系统

技术领域

本实用新型属于核电技术领域，具体涉及一种高温气冷堆机组启动系统。

背景技术

高温气冷堆蒸汽发生器为螺旋管式直流热交换器，在高功率时给水进入蒸汽发生器直接生产高达540℃的过热蒸汽。因此在高温气冷堆相较于其他核电厂，需要在蒸汽发生器出口连接启停堆系统，用于机组启动阶段将给水转化为满足汽轮发电机组进汽要求的过热蒸汽。

在机组启动中，汽轮发电机组抽汽无法为除氧器提供加热汽源，给水只能使用电锅炉产生的辅助蒸汽向除氧器供汽加热，电锅炉需要长时间高功率运行，一次启动过程耗电量高达200万度电以上，能耗非常大。目前启停堆系统将汽水分离器内的蒸汽及疏水排往凝汽器，在凝汽器中冷却后排往大海，反应堆产生的热量未能有效利用。高温气冷堆在调试阶段需要在30％以下功率换料，将石墨球更换为燃料球，时间长达三个月，仅电费消耗达1500万元。

同时机组启动过程中，给水加热汽源全部由电锅炉提供，存在设备故障导致除氧器给水温度急剧下降对蒸汽发生器造成冷冲击损伤的风险。

针对上述问题，有必要提出一种设计合理且有效解决上述问题的高温气冷蒸汽堆机组启动系统。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种高温气冷蒸汽堆机组启动系统。

本实用新型提供一种高温气冷堆机组启动系统，所述启动系统包括蒸汽发生器、汽水分离器、除氧器、疏水热交换器、汽轮发电机组以及与所述汽轮发电机组相连的凝汽器；

所述蒸汽发生器的出口通过主蒸汽管路与所述汽轮发电机组相连；

所述汽水分离器的入口通过汽水分离管路与所述蒸汽发生器的出口相连，所述汽水分离器的第一出口通过蒸汽排出管路与所述凝汽器的第一入口相连；

所述除氧器的第一入口通过凝结水管路与所述凝汽器的出口相连，所述除氧器的出口通过给水管路与所述蒸汽发生器相连；其中，

所述疏水热交换器串设在所述给水管路上，所述疏水热交换器的壳侧疏水入口通过汽水分离器疏水管路与所述汽水分离器的第二出口相连，所述疏水热交换器的壳侧第一疏水出口通过热交换器壳侧第一排出管路与所述除氧器的第二入口相连。

可选的，所述疏水热交换器的壳侧第二疏水出口通过热交换器壳侧第二排出管路与所述凝汽器的第二入口相连。

可选的，所述除氧器的第三入口通过除氧器蒸汽管路与所述汽水分离器的第一出口相连。

可选的，还包括辅汽联箱，所述辅汽联箱通过辅助蒸汽管路与所述除氧器蒸汽管路相连。

可选的，所述汽水分离器疏水管路依次设置有第一截止阀和第一调节阀，所述第一截止阀的一端与所述汽水分离器的第二出口连接；

所述热交换器壳侧第一排出管路设置有第二调节阀。

可选的，所述热交换器壳侧第二排出管路设置有第三调节阀。

可选的，所述除氧器蒸汽管路依次设置有第二截止阀和第四调节阀，所述第四调节阀的一端与所述除氧器的第三入口连接；

所述辅助蒸汽管路设置有第三截止阀，其中，所述第三截止阀的第一端与所述第二截止阀的第一端连接。

可选的，所述蒸汽排出管路依次设置有第四截止阀、第五截止阀和旁排阀，其中，所述第四截止阀的一端与所述汽水分离器的第一出口连接，其中，

所述第三截止阀的第一端和所述第二截止阀的第一端均分别与所述第四截止阀和所述第五截止阀连接。

可选的，所述主蒸汽管路依次设置有第六截止阀和第七截止阀，所述第六截止阀的一端与所述蒸汽发生器的出口连接；

所述汽水分离管路上依次设置有第八截止阀、第五调节阀和第九截止阀，其中，所述第八截止阀的一端分别与所述第六截止阀和所述第七截止阀连接。

本实用新型的高温气冷堆机组启动系统，在给水管路上设置有疏水热交换器，当汽水分离器压力达到预设阈值时，疏水在压差作用下通过汽水分离器疏水管路进入疏水热交换器，然后经过热交换器壳侧第一排出管路回收至除氧器，除氧器的第三入口通过除氧器蒸汽管路与汽水分离器的第一出口相连，将汽水分离器内的蒸汽回收至除氧器，通过疏水及蒸汽的回收，有效利用了反应堆产生的热量，减少了辅助蒸汽用量，大幅降低电锅炉耗电量，在启动过程节约电费成本，经济效益显著。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的一种高温气冷堆机组启动系统的结构示意图。

图中：1、蒸汽发生器；2、汽水分离器；3、除氧器；4、疏水热交换器；5、汽轮发电机组；6、凝汽器；7、主蒸汽管路；8、汽水分离管路；9、蒸汽排出管路；10、凝结水管路；11、给水管路；12、给水泵；13、汽水分离器疏水管路；14、热交换器壳侧第一排出管路；15、热交换器壳侧第二排出管路；16、除氧器蒸汽管路；17、辅汽联箱；18、辅助蒸汽管路；19、第一截止阀；20、第一调节阀；21、第二调节阀；22、第三调节阀；23、第二截止阀；24、第四调节阀；25、第三截止阀；26、第四截止阀；27、第五截止阀；28、旁排阀；29、第六截止阀；30、第七截止阀；31、第八截止阀；32、第五调节阀；33、第九截止阀；34、汽水分离器旁路管路；35、第十截止阀；36、蒸汽排出旁路；37、第十一截止阀。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

如图1所示，本实用新型提供一种高温气冷堆机组启动系统，所述启动系统包括蒸汽发生器1、汽水分离器2、除氧器3、疏水热交换器4、汽轮发电机组5以及与汽轮发电机组5相连的凝汽器6。

蒸汽发生器1的出口通过主蒸汽管路7与汽轮发电机组5相连。

汽水分离器2的入口通过汽水分离管路8与蒸汽发生器1的出口相连，汽水分离器2的第一出口通过蒸汽排出管路9与凝汽器6的第一入口相连。

除氧器3的第一入口通过凝结水管路10与凝汽器6的出口相连，除氧器3的出口通过给水管路11与蒸汽发生器1相连，给水管路11上设置有给水泵12。其中，

疏水热交换器4串设在给水管路11上，疏水热交换器4的壳侧疏水入口通过汽水分离器疏水管路13与汽水分离器2的第二出口相连，疏水热交换器4的壳侧第一疏水出口通过热交换器壳侧第一排出管路14与除氧器3的第二入口相连。也就是说，给水泵12将除氧器3内给水升压后进入疏水热交换器4的管侧，并进入蒸汽发生器1的管侧，然后经过汽水分离管路8进入汽水分离器2，汽水分离器2产生的疏水通过汽水分离器疏水管路13进入疏水热交换器4，然后经过热交换器壳侧第一排出管路14进入除氧器3。

在本申请的实施例中，通过在给水管路上设置有疏水热交换器，当汽水分离器压力达到预设阈值时，疏水在压差作用下通过汽水分离器疏水管路进入疏水热交换器，然后经过热交换器壳侧第一排出管路回收至除氧器，实现热量回收，降低辅助电锅炉功率。

示例性的，如图1所示，疏水热交换器4的壳侧第二疏水出口通过热交换器壳侧第二排出管路15与凝汽器6的第二入口相接。也就是说，汽水分离器2产生的疏水通过汽水分离器疏水管路13进入疏水热交换器4，然后经过热交换器壳侧第二排出管路15进入凝汽器6。

在上述实施例中，通过在给水管路低点设置有疏水热交换器，当汽水分离器压力较低时，疏水通过重力进入疏水热交换器，然后通过热交换器壳侧第二排出管路回收至凝汽器，实现工质回收。汽水分离器高温疏水在疏水热交换器壳侧提升给水温度，疏水温度降低后再回收至除氧器，降低了疏水温度，管道材质要求低，实现了高温疏水的两级利用，有利于除氧器压力控制，运行安全稳定。

进一步地，通过以上实施例可知，汽水分离器高温疏水进入疏水热交换器壳侧后，可以回收至除氧器或排往凝汽器，也可以同时进入除氧器或者凝汽器，方便进行给水水质控制及给水水温控制，运行灵活。

示例性，除氧器3的第三入口通过除氧器蒸汽管路16与汽水分离器2的第一出口相连。也就是说，汽水分离器2产生的蒸汽通过除氧器蒸汽管路16进入除氧器3。

在上述实施例中，当汽水分离器蒸汽压力高于除氧器压力时，可将汽水分离器产生的蒸汽回收至除氧器，用于给水加热，充分利用了反应堆产生的热量，辅助电锅炉可以退出给水加热，处于备用状态，大幅降低电费支出，避免造成能源浪费。

进一步地，通过以上实施例可知，在机组启动阶段给水加热由电锅炉单一加热除氧器，优化为反应堆产生的热量对除氧器、疏水热交换器两级加热，电锅炉可以提前退出给水加热，作为备用加热手段，降低了单一设备故障导致的给水温度急剧下降，对蒸汽发生器造成冷冲击的风险。

示例性的，如图1所示，启动系统还包括辅汽联箱17，辅汽联箱17通过辅助蒸汽管路18与除氧器蒸汽管路16相连。也就是说，随着汽水分离器2产生的蒸汽增加，一部分蒸汽可以通过辅助蒸汽管路18进入辅汽联箱17。

在上述实施例中，随着汽水分离器产生的蒸汽增加，可进一步将蒸汽回收至辅汽联箱，用于厂区采暖、高压加热器加热、除盐水加热等其他热负荷，进一步有效利用了反应堆产生的热量。

本实用新型的高温气冷堆机组启动系统，在给水管路低点上设置疏水热交换器，机组启动过程中，将汽水分离器内的蒸汽回收至除氧器用于给水加热，将汽水分离器内的疏水回收至疏水热交换器壳侧提升给水温度后再回收至除氧器，有效利用了反应堆产生的热量，减少了辅助蒸汽用量，大幅降低电锅炉耗电量，一次启动过程节约电费约70万元，经济效益显著，在调试阶段30％以下功率换料过程中节约费用上千万元。

示例性的，如图1所示，汽水分离器疏水管路13依次设置有第一截止阀19和第一调节阀20，第一截止阀19的一端与汽水分离器2的第二出口连接。热交换器壳侧第一排出管路14设置有第二调节阀21。

在上述实施例中，通过第一截止阀19、第一调节阀20和第二调节阀21能够较好的控制汽水分离器疏水管路13，进而可以实现将汽水分离器2内产生的疏水依次通过汽水分离器疏水管路13和热交换器壳侧第一排出管路14回收至除氧器3，实现热量回收，降低辅助电锅炉功率。

示例性的，如图1所示，热交换器壳侧第二排出管路15设置有第三调节阀22。

在上述实施例中，通过控制第三调节阀22的打开或者关闭，可实现热交换器壳侧第二排出管路15的打开或关闭，进而可控制汽水分离器2产生的疏水通过汽水分离器疏水管路13进入疏水热交换器4，然后经过热交换器壳侧第二排出管路15进入凝汽器6，实现工质回收。

示例性的，如图1所示，除氧器蒸汽管路16依次设置有第二截止阀23和第四调节阀24，第四调节阀24的一端与除氧器3的第三入口连接。辅助蒸汽管路18设置有第三截止阀25，其中，第三截止阀25的第一端与第二截止阀23的第一端连接。

在上述实施例中，通过第二截止阀23和第四调节阀24能够很好的控制除氧器蒸汽管路16，进而实现将汽水分离器2内产生的蒸汽通过除氧器蒸汽管路16回收至除氧器3，用于给水加热，充分利用了反应堆产生的热量，辅助电锅炉可以退出给水加热，处于备用状态，大幅降低电费支出，避免造成能源浪费。

通过控制第三截止阀25的打开或关闭，可实现辅助蒸汽管路18的打开或关闭，进而可控制将汽水分离器2内产生的蒸汽进一步回收至辅汽联箱17，用于厂区采暖、高压加热器加热、除盐水加热等其他热负荷，避免造成能源浪费。

示例性的，如图1所示，蒸汽排出管路9依次设置有第四截止阀26、第五截止阀27和旁排阀28，其中，第四截止阀26的一端与汽水分离器2的第一出口连接，其中，第三截止阀25的第一端和第二截止阀23的第一端均分别与第四截止阀26和第五截止阀27连接。也就是说，除氧器蒸汽管路16和辅助蒸汽管路18的一端均连接在第四截止阀26和第五截止阀27之间。

在上述实施例中，通过第四截止阀26、第五截止阀27和旁排阀28能够较好的控制蒸汽排出管路9，实现将汽水分离器2内产生的蒸汽通过蒸汽排出管路9排入凝汽器6内。

需要说明的是，通过旁排阀28控制汽水分离器2的压力，以实现将疏水和蒸汽稳定回收至除氧器3。具体地，通过调节旁排阀28，当汽水分离器2的压力高于除氧器3的压力时，可将汽水分离器2产生的疏水依次通过汽水分离器疏水管路13和热交换器壳侧第一排出管路14回收至除氧器3，也可将汽水分离器2产生的蒸汽通过除氧器蒸汽管路16回收至除氧器3，进而实现了将疏水和蒸汽稳定回收至除氧器3内。

示例性的，主蒸汽管路7依次设置有第六截止阀29和第七截止阀30，第六截止阀29的一端与蒸汽发生器1的出口连接。

汽水分离管路8上依次设置有第八截止阀31、第五调节阀32和第九截止阀33，其中，第八截止阀31的一端分别与第六截止阀29和第七截止阀30连接。也就是说，汽水分离管路8的一端连接在第六截止阀29和第七截止阀30之间。

在上述实施例中，通过第六截止阀29和第七截止阀30能够较好的对主蒸汽管路7进行控制，从而实现将蒸汽发生器1内产生的主蒸汽进入汽轮发电机组5内用于发电。

通过第八截止阀31、第五调节阀32和第九截止阀33能够较好的对汽水分离管路8进行控制，从而实现将蒸汽发生器1的给水通过汽水分离管路8进入汽水分离器2，其中第五调节阀32用于控制蒸汽发生器1出口压力。

示例性的，如图1所示，启动系统还包括汽水分离器旁路管路34，汽水分离器旁路管路34的第一端连接在第五调节阀32和第九截止阀之间，汽水分离器旁路管路34的第二端连接在第四截止阀26和第五截止阀27之间。其中，汽水分离器旁路管路34上设置有第十截止阀35。

示例性的，如图1所示，启动系统还包括蒸汽排出旁路36，蒸汽排出旁路36的第一端连接在第七截止阀30和汽轮发电机组5之间，蒸汽排出旁路36的第二端连接在第五截止阀27和旁排阀28之间。其中，蒸汽排出旁路36上设置有第十一截止阀37。

需要说明的是，该高温气冷堆机组启动系统的使用原理如下：

初始示意图1中截止阀和调节阀都处于关闭状态，系统已冲洗干净。

打开第六截止阀29，第八截止阀31，第五调节阀32，第九截止阀33，第一截止阀19，第一调节阀20，第三调节阀22，除氧器3的给水通过给水泵12提升压力通过疏水热交换器4管侧，进入蒸汽发生器1管侧，随后通过汽水分离管路8进入汽水分离器2，在重力作用下疏水通过汽水分离器疏水管路13进入疏水热交换器4壳侧，随后通过热交换器壳侧第二排出管路15回收至凝汽器6，实现工质回收。过程中第五调节阀32控制蒸汽发生器1出口压力为11MPa，通过第一调节阀20自动控制汽水分离器2内液位。

启动电锅炉，将电锅炉产生的辅助蒸汽通入除氧器3内对给水进行加热。当给水温度达到160℃时，反应堆具备启动条件。启动反应堆加热一回路氦气，主氦风机驱动一回路氦气进入蒸汽发生器壳侧，蒸汽发生器壳侧高温氦气加热管侧给水，蒸汽发生器出口给水温度继续提升，此时汽水分离器2壳侧疏水温度高于给水温度，将热量传递给管侧给水用于提升给水温度，当汽水分离器2内压力达到1MPa时，打开第四截止阀26、第五截止阀27，旁排阀28，通过旁排阀28将汽水分离器2内产生的蒸汽通过蒸汽排出管路9排入凝汽器6内，控制汽水分离器2内压力不超过1.4MPa(对应饱和温度195℃，使其回收蒸汽温度不超过管道设计温度)，此时汽水分离器2内压力高于除氧器3压力，可将疏水及蒸汽回收至除氧器3，打开第二调节阀21，关闭第三调节阀22，将热水通过换热器壳侧第一排出管路14回收至除氧器3，打开第二截止阀23，第四调节阀24，将蒸汽通过除氧器蒸汽管路16回收至除氧器3用于给水加热，第四调节阀24控制除氧器3内压力。通过对汽水分离器2内蒸汽及疏水回收，充分利用了反应堆产生的热量，辅助电锅炉可以退出给水加热，处于备用状态，大幅降低电费支出，避免造成能源浪费。

随着蒸汽发生器1出口水温增加，水中铁离子及硫酸根离子会增加，此时打开第三调节阀22，将汽水分离器2内部分疏水排至凝汽器6内，温度降低后进入凝结水精处理系统进行水质处理，经过处理后的疏水再依次经过凝结水管路10和给水管路11进入蒸汽发生器1，使进入蒸汽发生器1内的给水水质满足要求及疏水热交换器4出口给水水温不超过限值。

反应堆继续升功率，打开第三截止阀25，将蒸汽进一步回收至辅汽联箱17，用于厂区采暖、高压加热器加热、除盐水加热等其他热负荷。当蒸汽发生器1出口超过饱和蒸汽温度(318℃)，汽水分离器2降压后蒸汽管道将超过200℃，停止回收蒸汽，关闭第三截止阀25，第二截止阀23，提升电锅炉功率，逐步关闭第四调节阀24，第三截止阀25，将除氧器3加热汽源切换至电锅炉供辅助蒸汽。当汽水分离器2内蒸汽达到过热蒸汽时，疏水逐步减少，当第一调节阀20自动关闭时，关闭第一截止阀19，疏水回收停止。

当蒸汽发生器1出口蒸汽温度达到400℃时，此时蒸汽过热度满足汽轮汽轮发电机组冲转要求，准备将汽水分离器2退出运行。打开第十截止阀35，第十一截止阀37，关闭第九截止阀33，第四截止阀26，蒸汽发生器1产生的过热蒸汽通过汽水分离器旁路管路34、蒸汽排出旁路36进入主蒸汽管路7、汽轮发电机组5进汽阀前，控制旁排阀28将汽轮发电机组5进汽阀前压力升至5MPa，打开汽轮发电机组5进汽阀，蒸汽进入汽轮发电机组5用于冲转、并网升负荷。反应堆继续提升功率，旁排阀28逐渐关小，当汽轮发电机组5进汽阀前压力达到额定运行压力时，打开第七截止阀30，关闭第八截止阀31，第五截止阀27，蒸汽发生器1产生的过热蒸汽全部通过主蒸汽管道7进入汽轮发电机组5用于发电。随着机组负荷上升，汽轮汽轮发电机组5二级抽汽进入除氧器3，一级抽汽进入高压加热器用于给水温度提升，电锅炉供应的辅助蒸汽逐步减小直至电锅炉退出运行。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种高温气冷堆机组启动系统，其特征在于，所述启动系统包括蒸汽发生器、汽水分离器、除氧器、疏水热交换器、汽轮发电机组以及与所述汽轮发电机组相连的凝汽器；

所述蒸汽发生器的出口通过主蒸汽管路与所述汽轮发电机组相连；

所述汽水分离器的入口通过汽水分离管路与所述蒸汽发生器的出口相连，所述汽水分离器的第一出口通过蒸汽排出管路与所述凝汽器的第一入口相连；

所述除氧器的第一入口通过凝结水管路与所述凝汽器的出口相连，所述除氧器的出口通过给水管路与所述蒸汽发生器相连；其中，

所述疏水热交换器串设在所述给水管路上，所述疏水热交换器的壳侧疏水入口通过汽水分离器疏水管路与所述汽水分离器的第二出口相连，所述疏水热交换器的壳侧第一疏水出口通过热交换器壳侧第一排出管路与所述除氧器的第二入口相连。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述疏水热交换器的壳侧第二疏水出口通过热交换器壳侧第二排出管路与所述凝汽器的第二入口相连。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述除氧器的第三入口通过除氧器蒸汽管路与所述汽水分离器的第一出口相连。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括辅汽联箱，所述辅汽联箱通过辅助蒸汽管路与所述除氧器蒸汽管路相连。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述汽水分离器疏水管路依次设置有第一截止阀和第一调节阀，所述第一截止阀的一端与所述汽水分离器的第二出口连接；

所述热交换器壳侧第一排出管路设置有第二调节阀。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述热交换器壳侧第二排出管路设置有第三调节阀。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述除氧器蒸汽管路依次设置有第二截止阀和第四调节阀，所述第四调节阀的一端与所述除氧器的第三入口连接；

所述辅助蒸汽管路设置有第三截止阀，其中，所述第三截止阀的第一端与所述第二截止阀的第一端连接。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述蒸汽排出管路依次设置有第四截止阀、第五截止阀和旁排阀，其中，所述第四截止阀的一端与所述汽水分离器的第一出口连接，其中，

所述第三截止阀的第一端和所述第二截止阀的第一端均分别与所述第四截止阀和所述第五截止阀连接。

9.根据权利要求1至8任一项所述的系统，其特征在于，所述主蒸汽管路依次设置有第六截止阀和第七截止阀，所述第六截止阀的一端与所述蒸汽发生器的出口连接；

所述汽水分离管路上依次设置有第八截止阀、第五调节阀和第九截止阀，其中，所述第八截止阀的一端分别与所述第六截止阀和所述第七截止阀连接。

Images