CN220434848U - 一种基于储热式核电、空气-蒸汽联合循环热电联供系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于储热式核电、空气‑蒸汽联合循环热电联供系统，包括核电站一回路单元、核电站二回路单元、电热式化学链储热单元、空气‑蒸汽发电单元和多级蒸汽单元。核电站为压水堆，一回路系统采用高压水循环构成，蒸汽发生器内部经一回路加热后，产生的饱和蒸汽自二回路系统循环进入核电汽轮机发电。电热式化学链储热罐连接低压电网，低压电网连接电加热温控器，可根据给定温度来控制储热罐的输入加热电流，自储热罐加热后的压缩空气用于空气透平发电，排出的高温空气用来加热蒸汽。本实用新型采用电热式化学链储热罐的高效储热解耦特性，实现了核电机组结合空气‑蒸汽热电联供，具有显著的经济效益、社会效益和工程应用前景。

Description

一种基于储热式核电、空气-蒸汽联合循环热电联供系统

技术领域

本实用新型涉及核电热电联供和储能技术领域，尤其涉及一种基于储热式核电、空气-蒸汽联合循环热电联供系统。

背景技术

随着储能技术日益成熟，储能技术在电力调频、削峰填谷等方面上得到飞速发展和应用。储能技术在快速调节响应方面具有巨大优势，在电网调频发展应用上拥有广阔前景。

随着储能技术的进步，储能调峰近年来在电厂调峰系统中扮演着越来越重要的角色。通过在热电联供系统中增加储能模块，不但可以实现热电解耦，降低控制系统维度，另一方面还可以拓宽机组的负荷调节范围，具有很高的实用价值。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于储热式核电、空气-蒸汽联合循环热电联供系统，以解决现有技术的不足。

本实用新型由如下技术方案实施：一种基于储热式核电、空气-蒸汽联合循环热电联供系统，所述系统包括核电站一、二回路单元，电热式化学链储热单元，空气-蒸汽发电单元和多级蒸汽系统。所述核电站一回路系统包括核反应堆，所述核反应堆通过一回路出口连接蒸汽发生器入口，所述蒸汽发生器一回路出口连接主循环泵，所述主循环泵连接反应堆进口。所述蒸汽发生器主蒸汽出口连接汽轮机高压缸，所述汽轮机高压缸出口连接汽水分离再热器，汽水分离再热器加热侧自主进口管路抽出部分蒸汽用来加热高压缸出口蒸汽，加热蒸汽冷却后自疏水口流出。经加热后的蒸汽自抽汽三通调阀一路连接低压缸进口做功发电，另一路连接供暖首站A。所述低压缸出口连接冷凝器，所述冷凝器出口依次连接冷凝水泵，低压加热器，除氧器A，给水自除氧器A出口依次进入给水泵，高压加热器，并经给水入口回到蒸汽发生器。所述供暖首站A出口连接疏水泵，并与冷凝水泵出口处给水汇合。所述低压电网连接电热式化学链储热罐。空气经压气机进入经压缩后从出口连接电热式化学链/熔融盐储热罐进口，储热罐出口连接空气透平，高温气体经透平出口排出，所述空气透平连接余热锅炉进口并经余热锅炉出口连接气水热交换器热侧进口，最终经出口排出。余热锅炉蒸汽输出端连接抽背式汽轮机进口，一级抽汽口连接减温器A，二级抽汽口连接减温器B，三级抽汽口连接减温器C，余热锅炉出口另一路经旁通阀连接减温减压器A，减温减压器A与减温器A出汇合后，经高压阀连接高压工业供汽网，减温减压器A出口连接减温减压器B进口，减温减压器B出口与减温器B出口汇合后，经中压阀连接中压工业供汽网，减温减压器B连接减温减压器C，减温减压器C与减温器C出口汇合后，经低压阀连接低压工业供汽网。抽背汽轮机排汽出口连接辅汽阀，并经管道连接厂用辅汽联箱，供给厂用汽系统如除氧器、轴封用汽等。抽背汽轮机排汽出口还连接供暖阀，所述供暖阀连接供暖首站B，供暖首站B出口连接疏水泵，所述疏水经气水热交换器连接除氧器B疏水进口，除氧器B加热蒸汽进口也连接抽背式汽轮机出口，除氧器B出口连接变频增压泵，所述变频增压泵连接余热锅炉给水进口。

进一步地，所述减温减压器C出口第一股分流经启动阀和单向阀，经入口流入厂用辅汽联箱。故在核电机组运行之前，储热罐加热下一级蒸汽系统，经辅汽联箱供汽，可作为核电机组的启动锅炉。

进一步地，核反应堆是核电机组的热源，主要由堆芯（数万根核燃料棒）、控制棒、压力容器外壳、以及堆芯冷却系统等组成。

进一步地，减温减压器C出口另一分支与抽背式汽轮机排汽出口汇合，作为除氧器、厂用辅汽联箱和供暖首站的热蒸汽管路。

进一步地，所述电热式化学链储热罐也是多个电热式化学链储热罐并联构成。

进一步地，所述低压电网包括各发电机，所述发电机与电热式化学链储热罐均与低压电网相连，所述电加热温控器根据热电/化学链储热模块的储热给定控制信号和输出蒸汽实际温度反馈信号T来控制储热装置的输入加热电流，并最终通过主变压器连接外部电网。即核电机组发电、热空气发电、汽轮机发电，以及储热装置耗电均在低压电网相连，并通过变压器与高压电网连接。因此，储热装置所需电能均来自低压电网的核电机组发电。

本实用新型的优点：

该实用新型通过采用核电站热电联供系统与电热式化学链储热罐相结合的形式，实现了对整个系统的热电调峰解耦控制。蓄热时，该装置接通，由电锅炉对蓄热介质进行加热，蓄热介质发生化学反应储热（化学能+显热）；放热时，该装置进压缩空气，空气被蓄热介质加热（同时可电加热）后变为高温空气输出，进入空气透平做功。经透平排出的余热空气可用来加热下一级蒸汽系统。当电网需要机组输出较低电功率时，可保持发电机功率不变或少变，多出的电能用于该装置，加热空气、或加热蓄热介质储热；当电网需要机组输出较高功率时，为了保证供热，该装置蓄热介质放热，加热压缩空气。这样不仅可实现热电解耦，而且还可拓宽核电汽轮机组的负荷调节范围。另外，该储热装置储能密度高，并且开启启动阀后还可作为机组的启动锅炉使用。具有理论研究和工程实用意义。

附图说明：

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的系统结构示意图。

其中，1.高压缸，2.低压缸，3.发电机，4.抽汽三通调阀，5.汽水分离再热器，6.冷凝器，7.冷凝水泵，8.低压加热器，9.除氧器A，10.给水泵，11.高压加热器，12. 一回路主循环泵，13. 核反应堆，14.蒸汽发生器，15.供暖首站A，16. 疏水泵，17.电热式化学链储热罐，18.空气透平，19.压气机，20.发电机，21.变压器A，22. 变压器B，23. 低压电网，24. 主变压器，25. 电网，26. 余热锅炉，27. 抽背式汽轮机，28. 发电机，29. 旁通阀，30. 减温减压器A，31. 减温减压器B，32. 减温减压器C，33. 减温器A，34. 减温器B，35. 减温器C，36. 单向阀，37. 启动阀，38. 辅汽阀，39. 厂用辅汽联箱，40. 供暖阀，41. 供暖首站B，42. 疏水泵，43. 气水热交换器，44. 变频增压泵，45. 除氧器B，46. 高压阀，47. 中压阀，48. 低压阀，49. 高压工业供汽网，50. 中压工业供汽网，51. 低压工业供气热网。

a~z，aa~az，bb~bf为各设备模块进出口。

具体实施方式：

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种基于储热式核电、空气-蒸汽联合循环热电联供系统，在本实施例中，所述系统包括核电站一、二回路单元，电热式化学链储热单元，空气-蒸汽发电单元和多级蒸汽系统。所述核电站一回路系统包括核反应堆13，所述核反应堆通过一回路出口p连接蒸汽发生器入口n，所述蒸汽发生器一回路出口m连接主循环泵12，所述主循环泵连接反应堆进口o。所述蒸汽发生器主蒸汽出口q连接汽轮机高压缸1入口a，所述汽轮机高压缸出口连接汽水分离再热器5进口b，汽水分离再热器加热侧自主进口管路抽出部分蒸汽用来加热高压缸出口蒸汽，加热蒸汽冷却后形成疏水自d口流出。经加热后的蒸汽自抽汽三通调阀4一路连接低压缸2进口e做功发电，另一路连接供暖首站A进口j。所述低压缸出口连接冷凝器6，所述冷凝器出口依次连接冷凝水泵7，低压加热器8、除氧器A，给水自所述除氧器A出口i依次进入给水泵10，高压加热器11，并经给水入口l回到蒸汽发生器14。所述供暖首站A出口k连接疏水泵16，并与冷凝水泵7出口处给水汇合。所述低压电网23连接电热式化学链储热罐17。空气经压气机19进口v进入经压缩后从出口w连接电热式化学链/熔融盐储热罐进口r，储热罐出口s连接空气透平18进口t，高温气体经透平出口u排出，所述空气透平连接余热锅炉进口z，所述高温空气经余热锅炉出口bf连接气水热交换器热侧进口an，由气水热交换器出口ao排出。余热锅炉26蒸汽输出端ab连接抽背式汽轮机进口ac，一级抽汽口ae连接减温器A进口ah，二级抽汽口af连接减温器B进口ai，三级抽汽口连接减温器C进口aj，余热锅炉出口ab另一路经旁通阀连接减温减压器A进口av，减温减压器A出口aw与减温器A出口ak汇合后，经高压阀46连接高压工业供汽网49进口bc，减温减压器A出口aw连接减温减压器B进口ax，减温减压器B出口ay与减温器B出口al汇合后，经中压阀47连接中压工业供汽网50进口bd，减温减压器B出口ay连接减温减压器C进口az，减温减压器C出口bb与减温器C出口am汇合后，经低压阀48连接低压工业供汽网51进口be。抽背式汽轮机排汽出口ad连接辅汽阀38，该处蒸汽经入口x进入厂用辅汽联箱39，并经出口y供给厂用汽系统如除氧器、轴封用汽等。抽背式汽轮机排汽出口ad经另一分支连接供暖阀40，所述供暖阀连接供暖首站B进口at，供暖首站B出口au连接疏水泵42，所述疏水经气水热交换器43连接除氧器B45疏水进口ar，除氧器B45加热蒸汽进口ap也连接抽背式汽轮机排汽出口ad，所述除氧器B45出口aq连接变频增压泵44，所述变频增压泵44连接余热锅炉给水进口aa。

在本实施例中，所述供暖首站为热交换设备，将进口j或at流入的工质热量传递至外部热水循环中。

在本实施例中，所述减温减压器C出口bb第一股分流经启动阀37和单向阀36，经入口x流入厂用辅汽联箱。在核电机组启动前，通过控制储热罐放热，可实现辅汽联箱供汽，故储热罐可作为整个系统的启动锅炉。

在本实施例中，核反应堆是核电机组的热源，主要由堆芯（数万根核燃料棒）、控制棒、压力容器外壳、以及堆芯冷却系统等组成。

在本实施例中，所述电热式化学链储热罐17也是多个电热式化学链储热罐并联构成。电热式化学链/熔融盐储热罐17内设主电加热器17-A和输出电加热器17-B，并由电加热温控器17-C实施对储热罐的温度控制。所述电加热温控器根据热电/化学链储热模块的储热给定控制信号和输出蒸汽实际温度反馈信号T来控制储热装置的加热输入电流，分别对储热罐中的储热介质和输出段的水和蒸汽进行加热。因此，当储热罐输出蒸汽时，输出段的水和蒸汽可由储热介质和输出电加热器分别或同时加热。

在本实施例中，低压电网23包括第一发电机3、第二发电机20、第三发电机28，第一发电机3连接低压电网23，第二发电机20连接第一变压器21，第三发电机28连接第二变压器22，低压电网23通过主变压器24连接外部电网25。上述发电机与电热式化学链储热罐均与低压电网直接相连，并最终通过主变压器24连接外部电网25。即核电机组发电、热空气发电、汽轮机发电，以及储热装置耗电均在低压电网相连，并通过变压器与高压电网连接。因此，储热装置所需电能均来自低压电网的核电机组发电。

该实用新型通过采用核电站热电联供系统与电热式化学链储热罐相结合的形式，实现了对整个系统的热电调峰解耦控制。蓄热时，该装置接通，由电锅炉对蓄热介质进行加热，蓄热介质发生化学反应储热（化学能+显热）；放热时，该装置进压缩空气，空气被蓄热介质加热（同时可电加热）后变为高温空气输出，进入空气透平做功。经透平排出的余热空气可用来加热下一级蒸汽系统。当电网需要机组输出较低电功率时，可保持发电机功率不变或少变，多出的电能用于该装置，加热空气、或加热蓄热介质储热；当电网需要机组输出较高功率时，为了保证供热，该装置蓄热介质放热，加热压缩空气。这样不仅可实现热电解耦，而且还可拓宽核电汽轮机组的负荷调节范围。另外，该储热装置储能密度高，并且开启启动阀后还可作为机组的启动锅炉使用。具有理论研究和工程实用意义。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于储热式核电、空气-蒸汽联合循环热电联供系统，其特征在于，所述系统包括核电站一、二回路单元，电热式化学链储热单元，空气-蒸汽发电单元和多级蒸汽系统；

所述核电站一、二回路单元包括核反应堆，所述核反应堆通过一回路出口（p）连接蒸汽发生器入口（n），所述蒸汽发生器一回路出口（m）连接主循环泵，所述主循环泵连接反应堆进口（o），所述蒸汽发生器主蒸汽出口（q）连接汽轮机高压缸入口（a），所述汽轮机高压缸出口连接汽水分离再热器进口（b），汽水分离再热器加热侧自主进口管路抽出部分蒸汽用来加热高压缸出口蒸汽，加热蒸汽冷却后形成疏水自（d）口流出，经加热后的蒸汽自抽汽三通调阀一路连接低压缸进口（e）做功发电，另一路连接供暖首站A进口（j），所述低压缸出口连接冷凝器，所述冷凝器出口依次连接冷凝水泵、低压加热器、除氧器A，给水自除氧器A出口（i）依次进入给水泵、高压加热器，并经给水入口回到蒸汽发生器，所述供暖首站A出口（k）连接疏水泵，并与冷凝水泵出口处给水汇合；

所述低压缸动力输出端连接发电机，所述发电机连接低压电网，所述低压电网连接电加热温控器，所述电加热温控器连接电热式化学链储热罐，空气经压气机进口（v）经压缩后从出口（w）连接电热式化学链储热罐进口（r），电热式化学链储热罐出口（s）连接空气透平进口（t），高温气体经空气透平出口（u）排出并连接余热锅炉进口（z），经余热锅炉出口（bf）连接气水热交换器热侧进口（an），最终经气水热交换器出口（ao）排出；余热锅炉蒸汽输出端连接抽背式汽轮机进口（ac），抽背式汽轮机一级抽汽口（ae）连接减温器A进口（ah），抽背式汽轮机二级抽汽口（af）连接减温器B进口（ai），抽背式汽轮机三级抽汽口（ag）连接减温器C进口（aj），余热锅炉输出端另一路经旁通阀连接减温减压器A进口，减温减压器A出口与减温器A出口（ak）汇合后，经高压阀连接高压工业供汽网进口（bc），减温减压器A出口（aw）连接减温减压器B进口（ax），减温减压器B出口（ay）与减温器B出口（al）汇合后，经中压阀连接中压工业供汽网进口（bd），减温减压器B出口（ay）连接减温减压器C进口（az），减温减压器C出口（bb）与减温器C出口（am）汇合后，经低压阀连接低压工业供汽网进口（be），抽背式汽轮机排汽出口（ad）连接辅汽阀，所述辅汽阀连接厂用辅汽联箱的蒸汽经入口（x）；

抽背式汽轮机排汽出口还连接供暖阀，所述供暖阀连接供暖首站B进口（at），供暖首站B出口（au）连接疏水泵，所述疏水经气水热交换器连接除氧器疏水进口（ar），除氧器加热蒸汽进口（ap）连接抽背式汽轮机排汽出口（ad），除氧器B出口（aq）连接变频增压泵，所述变频增压泵连接余热锅炉给水进口（aa）。

2.根据权利要求1所述的一种基于储热式核电、空气-蒸汽联合循环热电联供系统，其特征在于，所述减温减压器C出口（bb）第一股分流经启动阀和单向阀，所述单向阀连接辅汽阀，所述辅汽阀连接厂用辅汽联箱的蒸汽经入口（x）。

3.根据权利要求1所述的一种基于储热式核电、空气-蒸汽联合循环热电联供系统，其特征在于，所述减温减压器C出口（bb）另一分支与抽背式汽轮机排汽出口（ad）汇合，作为除氧器、厂用辅汽联箱和供暖首站的热蒸汽管路。

4.根据权利要求1所述的一种基于储热式核电、空气-蒸汽联合循环热电联供系统，其特征在于，所述电热式化学链储热罐由多个电热式化学链储热罐并联构成，内设主电加热器和输出电加热器，通过电加热温控器实施温度控制。

5.根据权利要求1所述的一种基于储热式核电、空气-蒸汽联合循环热电联供系统，其特征在于，所述低压电网包括第一发电机、第二发电机、第三发电机，所述第一发电机连接低压电网，所述第二发电机连接第一变压器，所述第三发电机连接第二变压器，所述低压电网通过主变压器连接外部电网。