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CN107355260A - 一种基于大型商用核电机组的热电联产系统 - Google Patents

一种基于大型商用核电机组的热电联产系统 Download PDF

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CN107355260A CN201610300797.6A CN201610300797A CN107355260A CN 107355260 A CN107355260 A CN 107355260A CN 201610300797 A CN201610300797 A CN 201610300797A CN 107355260 A CN107355260 A CN 107355260A
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韩磊
卢春田
林令知
赵翠莲
王立恒
王阳
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Cnnc Liaoning Nuclear Power Co Ltd
State Nuclear Electric Power Planning Design and Research Institute Co Ltd
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Abstract

本发明属于核电供热技术领域，具体涉及一种基于大型商用核电机组的热电联产系统。本发明的热电联产系统，包括：核蒸汽供应系统、发电回路、乏汽供应回路和热网循环水回路，其中，所述核蒸汽供应系统用于提供蒸汽，所述发电回路用于利用部分所述蒸汽发电；所述乏汽供应回路用于从发电回路中抽取另部分蒸汽并与热网循环水回路进行换热；所述热网循环水回路用于在乏汽供应回路和用户热网之间换热，将乏汽供应回路中的热量传递至用户热网，实现核蒸汽供暖。本发明解决了现有的燃煤和燃气暖厂会带来环境污染的技术问题，使用核电厂发电的乏蒸汽进行供暖，防止了燃煤和燃气暖厂会带来的环境污染问题的发生。

Description

一种基于大型商用核电机组的热电联产系统
技术领域
本发明属于核电供热技术领域，具体涉及一种基于大型商用核电机组的热电联产系统。
背景技术
目前，我国北方地区的城市供暖厂绝大部分以煤和天然气作为主要的燃料。燃煤供暖厂会因燃煤而带来粉尘、硫化物、氮氧化物以及二氧化碳的排放，这些排放物都会造成大气环境的污染，引起雾霾和温室效应。天然气暖厂虽然只排放二氧化碳，但二氧化碳也是引起温室效应的主要元凶之一。
我国北方地区已建成以及在建核电机组数量均在不断增加，地方政府希望核电厂在电力生产的同时，能承担起更多的地方公共服务义务，而大型核电厂实现热电联供便是其中重要选项，大型核电厂热电联供能够在提供清洁、高效的电能和热源的同时，解决燃煤取暖造成的环境污染问题，为环境改善起到极大帮助，并提高经济效益，保障和提高民生质量，提高核电厂热能的综合利用；同时，为保证核电的安全性及经济性，核电机组一般要求带基荷满功率运行，然而，随着核电占电网总装机容量比重的逐步增大，核电机组具备调峰功能已是大势所趋，大型核电厂配置城市供热功能实现热电联供也是核电机组调峰的重要手段。大型核电厂配置城市供热功能实现热电联供，是一举多得之举，节约能源、改善环境、提高供热质量、提高核能综合利用等效益均能切实得到体现。本发明以我国在建的第三代反应堆技术为依托，利用汽轮机抽汽实现城市供热，提出完整的大型核电厂热电联供系统设计方案。
发明内容
本发明需要解决的技术问题为：现有的燃煤和燃气暖厂会带来环境污染的问题。
本发明的技术方案如下所述：
一种基于大型商用核电机组的热电联产系统，包括：核蒸汽供应系统、发电回路、乏汽供应回路和热网循环水回路，其中，所述核蒸汽供应系统用于提供蒸汽，核蒸汽供应系统提供的蒸汽能够在所述发电回路内循环；所述发电回路用于利用部分所述蒸汽发电；所述乏汽供应回路用于从发电回路中抽取另部分蒸汽并与热网循环水回路进行换热，加热热网循环水回路中循环流动的水；所述热网循环水回路用于在乏汽供应回路和用户热网之间换热，将乏汽供应回路中的热量传递至用户热网，实现核蒸汽供暖。
优选的，所述核蒸汽供应系统具有通过管道依次连接的核反应堆、主泵和蒸汽发生器，所述核反应堆用于将核蒸汽供应系统中循环流动的冷却剂加热。所述主泵用于为核蒸汽供应系统中的闭式循环提供动力。所述蒸汽发生器用于利用高温的冷却剂产生蒸汽。经过核反应堆加热的高温冷却剂从核反应堆的冷却剂流出口流出，通过管道流入蒸汽发生器的冷却剂入口，经过换热后从蒸汽发生器的冷却剂出口流出，再通过管道流入主泵的入口，经过主泵增加动能后，从主泵的出口流出，然后通过管道流回核反应堆的冷却剂流入口，构成闭式循环。
优选的，所述发电回路具有汽轮机、凝汽器、第一低压加热器、第二低压加热器、主给水泵、高压加热器和发电机。所述汽轮机用于将蒸汽的热能转化为汽轮机的旋转动能。所述凝汽器用于将做完功的乏蒸汽冷凝成水。第一低压加热器和第二低压加热器用于将流入其中的工质加热。主给水泵用于给发电回路中的工质循环提供动能。高压加热器用于将流入其中的工质加热，所述发电机用于在汽轮机的带动下发电。
优选的，所述汽轮机具有汽轮机高压缸和汽轮机低压缸，从蒸汽发生器蒸汽出口流出的蒸汽先流入汽轮机高压缸，再流入汽轮机低压缸。汽轮机高压缸和汽轮机低压缸共同带动发电机旋转发电。
优选的，所述乏汽供应回路具有逆止阀、第一隔离阀、第一调节阀、第一热交换器和第一疏水泵。逆止阀的入口连接至汽轮机高压缸和汽轮机低压缸之间的蒸汽管道，使得从汽轮机高压缸流出的蒸汽一部分流入汽轮机低压缸，另一部分流入逆止阀。逆止阀的出口依次串联有第一隔离阀、第一调节阀。逆止阀能够阻止流入乏汽供应回路的蒸汽倒流，防止了由蒸汽倒流所引发的汽轮发电机组瞬态时的严重事故。第一调节阀的出口通过管道连接至第一热交换器的高温侧入口，第一热交换器的高温侧出口通过管道连接至第一疏水泵的入口，第一疏水泵的出口通过管道连接至第二低压加热器的入口。
优选的，所述热网循环水回路包括：第二换热器、回水增压泵、补水除氧器、补水泵和第二疏水泵。第一热交换器低温侧的出口通过管道连接至第二换热器高温侧的入口，第二换热器高温侧的出口通过管道依次串联有回水增压泵和第二疏水泵，第二疏水泵的出口通过管道连接至第一热交换器低温侧的入口。补水除氧器的给水口连接至补水源，补水除氧器的除氧水出口连接至补水泵的入口，补水泵的出口连接至回水增压泵出口和第二疏水泵入口之间的管道上。第二换热器的低温测连接至用户热网的管路，用于给用户热网提供热源。
优选的，所述乏汽供应回路还设置有备用系统，用于在核蒸汽供应系统停堆时保障持续的供热。备用系统包括第二调节阀、减压阀、第二隔离阀和备用蒸汽源。第二隔离阀的一端连接至备用蒸汽源，另一端依次串联有减压阀和第二调节阀，第二调节阀的另一端连接至第一热交换器的高温侧入口。当核蒸汽供应系统停堆时，备用蒸汽源的蒸汽能够依次通过第二隔离阀、减压阀和第二调节阀流入第一热交换器的高温侧入口。
优选的，在第一热交换器低温侧的出口和第二换热器高温侧的入口之间的管路上还设置有辐射监测仪表，用于监测热网循环水回路中所循环的水的含辐射情况。从第一热交换器低温侧出口流出的水，先流过辐射监测仪表，再流入第二换热器高温侧的入口。
本发明的有益效果为：
(1)本发明使用核电厂发电的乏蒸汽进行供暖，防止了燃煤和燃气暖厂会带来的环境污染问题的发生。
(2)通过从带有放射性的核电厂一回路系统到区域热网最终用户4个回路的设置，以及放射性监测的合理设置，防止放射性物质释放到热网最终用户。
附图说明
图1为本发明的热电联产系统的组成示意图；
其中，1-核蒸汽供应系统，101-核反应堆，102-主泵，103-蒸汽发生器，2-发电回路，201-汽轮机，202-凝汽器，203-第一低压加热器，204-第二低压加热器，205-主给水泵，206-高压加热器，207-汽轮机高压缸，208-汽轮机低压缸，209-发电机，3-乏汽供应回路，301-逆止阀，302-第一隔离阀，303-第一调节阀，304-第一热交换器，305-第一疏水泵，306-第二调节阀，307-减压阀，308-第二隔离阀，309-备用蒸汽源，4-热网循环水回路，401-第二换热器，402-回水增压泵，403-补水除氧器，404-补水泵，405-第二疏水泵，406-辐射监测仪表。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的一种基于大型商用核电机组的热电联产系统进行详细说明。
本发明的基于大型商用核电机组的热电联产系统，包括核蒸汽供应系统1，所述核蒸汽供应系统1具有通过管道依次连接的核反应堆101、主泵102和蒸汽发生器103，所述核反应堆101用于将核蒸汽供应系统1中循环流动的冷却剂加热。所述主泵102用于为核蒸汽供应系统1中的闭式循环提供动力。所述蒸汽发生器103用于利用高温的冷却剂产生蒸汽。经过核反应堆101加热的高温冷却剂从核反应堆101的冷却剂流出口流出，通过管道流入蒸汽发生器103的冷却剂入口，经过换热后从蒸汽发生器103的冷却剂出口流出，再通过管道流入主泵102的入口，经过主泵102增加动能后，从主泵102的出口流出，然后通过管道流回核反应堆101的冷却剂流入口，构成闭式循环。
本发明的热电联产系统，还包括发电回路2，发电回路2具有汽轮机201、凝汽器202、第一低压加热器203、第二低压加热器204、主给水泵205、高压加热器206和发电机209。所述汽轮机201用于将蒸汽的热能转化为汽轮机201的旋转动能。所述凝汽器202用于将做完功的乏蒸汽冷凝成水。第一低压加热器203和第二低压加热器204用于将流入其中的工质加热。主给水泵205用于给发电回路2中的工质循环提供动能。高压加热器206用于将流入其中的工质加热，所述发电机209用于在汽轮机201的带动下发电。
从蒸汽发生器103蒸汽出口流出的高温高压蒸汽通过管道流入汽轮机201的蒸汽入口，推动汽轮机201的相关部件旋转，并带动与汽轮机201连接的发电机207发电。做完功的乏蒸汽从汽轮机201的蒸汽出口流出，通过管道流入凝汽器202的蒸汽入口，经冷凝后乏蒸汽转变为冷凝水并从凝汽器202的凝结水出口流出，冷凝水再依次经过第一低压加热器203和第二低压加热器204的加热后流入主给水泵205，经过主给水泵205增加动能后流入高压加热器206中，经过高压加热器206加热后的冷凝水回流回蒸汽发生器103的给水入口，构成循环。
汽轮机201具有汽轮机高压缸207和汽轮机低压缸208，从蒸汽发生器103蒸汽出口流出的蒸汽先流入汽轮机高压缸207，再流入汽轮机低压缸208。汽轮机高压缸207和汽轮机低压缸208共同带动发电机209旋转发电。
本发明的热电联产系统，还包括乏汽供应回路3。乏汽供应回路3具有逆止阀301、第一隔离阀302、第一调节阀303、第一热交换器304和第一疏水泵305。
逆止阀301的入口连接至汽轮机高压缸207和汽轮机低压缸208之间的蒸汽管道，使得从汽轮机高压缸207流出的蒸汽一部分流入汽轮机低压缸208，另一部分流入逆止阀301。逆止阀301的出口依次串联有第一隔离阀302、第一调节阀303。逆止阀301能够阻止流入乏汽供应回路3的蒸汽倒流，防止了由蒸汽倒流所引发的汽轮发电机组瞬态时的严重事故。第一调节阀303的出口通过管道连接至第一热交换器304的高温侧入口，第一热交换器304的高温侧出口通过管道连接至第一疏水泵305的入口，第一疏水泵305的出口通过管道连接至第二低压加热器204的入口。
汽轮机高压缸207流出蒸汽依次流经逆止阀301、第一隔离阀302和第一调节阀303后，流入第一热交换器304的高温侧入口，经过换热后从第一热交换器304的高温侧出口流出，再经过第一疏水泵305补充动能后流入第二低压加热器204再次加热。
发电回路2和乏汽供应回路3共同构成一个闭式循环系统。
乏汽供应回路3还设置有备用系统，用于在核蒸汽供应系统1停堆时保障持续的供热。备用系统包括第二调节阀306、减压阀307、第二隔离阀308和备用蒸汽源309。第二隔离阀308的一端连接至备用蒸汽源，另一端依次串联有减压阀307和第二调节阀306，第二调节阀306的另一端连接至第一热交换器304的高温侧入口。当核蒸汽供应系统1停堆时，备用蒸汽源309的蒸汽能够依次通过第二隔离阀308、减压阀307和第二调节阀306流入第一热交换器304的高温侧入口。
本发明的热电联产系统，还包括热网循环水回路4。热网循环水回路4包括：第二换热器401、回水增压泵402、补水除氧器403、补水泵404和第二疏水泵405。
第一热交换器304低温侧的出口通过管道连接至第二换热器401高温侧的入口，第二换热器401高温侧的出口通过管道依次串联有回水增压泵402和第二疏水泵405，第二疏水泵405的出口通过管道连接至第一热交换器304低温侧的入口。补水除氧器403的给水口连接至补水源，补水除氧器403的除氧水出口连接至补水泵404的入口，补水泵404的出口连接至回水增压泵402出口和第二疏水泵405入口之间的管道上。
从第一热交换器304低温侧出口流出的经过升温的水流入第二换热器401的高温侧入口，经过换热后，从第二换热器401的高温侧出口流出，经过回水增压泵402增加水压后流入第二疏水泵405，经过第二疏水泵405增加动能后流回第一热交换器304低温侧入口，构成闭式循环。当热网循环水回路4中的循环水量减少时，补水除氧器403将来自补水源的水进行除氧处理，再通过补水泵404泵送至循环水回路中。
在第一热交换器304低温侧的出口和第二换热器401高温侧的入口之间的管路上还可以设置辐射监测仪表406，用于监测热网循环水回路4中所循环的水的含辐射情况。从第一热交换器304低温侧出口流出的水，先流过辐射监测仪表406，再流入第二换热器401高温侧的入口。
第二换热器401的低温测连接至用户热网的管路，用于给用户热网提供热源。

Claims (8)

1.一种基于大型商用核电机组的热电联产系统，包括：核蒸汽供应系统(1)、发电回路(2)、乏汽供应回路(3)和热网循环水回路(4)，其特征在于：所述核蒸汽供应系统(1)用于提供蒸汽，核蒸汽供应系统(1)提供的蒸汽能够在所述发电回路(2)内循环；所述发电回路(2)用于利用部分所述蒸汽发电；所述乏汽供应回路(3)用于从发电回路(2)中抽取另部分蒸汽并与热网循环水回路(4)进行换热，加热热网循环水回路(4)中循环流动的水；所述热网循环水回路(4)用于在乏汽供应回路(3)和用户热网之间换热，将乏汽供应回路(3)中的热量传递至用户热网，实现核蒸汽供暖。
2.如权利要求1所述的基于大型商用核电机组的热电联产系统，其特征在于：所述核蒸汽供应系统(1)具有通过管道依次连接的核反应堆(101)、主泵(102)和蒸汽发生器(103)，所述核反应堆(101)用于将核蒸汽供应系统(1)中循环流动的冷却剂加热；所述主泵(102)用于为核蒸汽供应系统(1)中的闭式循环提供动力；所述蒸汽发生器(103)用于利用高温的冷却剂产生蒸汽；经过核反应堆(101)加热的高温冷却剂从核反应堆(101)的冷却剂流出口流出，通过管道流入蒸汽发生器(103)的冷却剂入口，经过换热后从蒸汽发生器(103)的冷却剂出口流出，再通过管道流入主泵(102)的入口，经过主泵(102)增加动能后，从主泵(102)的出口流出，然后通过管道流回核反应堆(101)的冷却剂流入口，构成闭式循环。
3.如权利要求2所述的基于大型商用核电机组的热电联产系统，其特征在于：所述发电回路(2)具有汽轮机(201)、凝汽器(202)、第一低压加热器(203)、第二低压加热器(204)、主给水泵(205)、高压加热器(206)和发电机(209)；所述汽轮机(201)用于将蒸汽的热能转化为汽轮机(201)的旋转动能；所述凝汽器(202)用于将做完功的乏蒸汽冷凝成水；第一低压加热器(203)和第二低压加热器(204)用于将流入其中的工质加热；主给水泵(205)用于给发电回路(2)中的工质循环提供动能；高压加热器(206)用于将流入其中的工质加热，所述发电机(209)用于在汽轮机(201)的带动下发电。
4.如权利要求3所述的基于大型商用核电机组的热电联产系统，其特征在于：所述汽轮机(201)具有汽轮机高压缸(207)和汽轮机低压缸(208)，从蒸汽发生器(103)蒸汽出口流出的蒸汽先流入汽轮机高压缸(207)，再流入汽轮机低压缸(208)；汽轮机高压缸(207)和汽轮机低压缸(208)共同带动发电机(209)旋转发电。
5.如权利要求4所述的基于大型商用核电机组的热电联产系统，其特征在于：所述乏汽供应回路(3)具有逆止阀(301)、第一隔离阀(302)、第一调节阀(303)、第一热交换器(304)和第一疏水泵(305)；逆止阀(301)的入口连接至汽轮机高压缸(207)和汽轮机低压缸(208)之间的蒸汽管道，使得从汽轮机高压缸(207)流出的蒸汽一部分流入汽轮机低压缸(208)，另一部分流入逆止阀(301)；逆止阀(301)的出口依次串联有第一隔离阀(302)、第一调节阀(303)；逆止阀(301)能够阻止流入乏汽供应回路(3)的蒸汽倒流，防止了由蒸汽倒流所引发的汽轮发电机组瞬态时的严重事故；第一调节阀(303)的出口通过管道连接至第一热交换器(304)的高温侧入口，第一热交换器(304)的高温侧出口通过管道连接至第一疏水泵(305)的入口，第一疏水泵(305)的出口通过管道连接至第二低压加热器(204)的入口。
6.如权利要求5所述的基于大型商用核电机组的热电联产系统，其特征在于：所述热网循环水回路(4)包括：第二换热器(401)、回水增压泵(402)、补水除氧器(403)、补水泵(404)和第二疏水泵(405)；第一热交换器(304)低温侧的出口通过管道连接至第二换热器(401)高温侧的入口，第二换热器(401)高温侧的出口通过管道依次串联有回水增压泵(402)和第二疏水泵(405)，第二疏水泵(405)的出口通过管道连接至第一热交换器(304)低温侧的入口；补水除氧器(403)的给水口连接至补水源，补水除氧器(403)的除氧水出口连接至补水泵(404)的入口，补水泵(404)的出口连接至回水增压泵(402)出口和第二疏水泵(405)入口之间的管道上；第二换热器(401)的低温测连接至用户热网的管路，用于给用户热网提供热源。
7.如权利要求6所述的基于大型商用核电机组的热电联产系统，其特征在于：所述乏汽供应回路(3)还设置有备用系统，用于在核蒸汽供应系统(1)停堆时保障持续的供热；备用系统包括第二调节阀(306)、减压阀(307)、第二隔离阀(308)和备用蒸汽源(309)；第二隔离阀(308)的一端连接至备用蒸汽源，另一端依次串联有减压阀(307)和第二调节阀(306)，第二调节阀(306)的另一端连接至第一热交换器(304)的高温侧入口；当核蒸汽供应系统(1)停堆时，备用蒸汽源(309)的蒸汽能够依次通过第二隔离阀(308)、减压阀(307)和第二调节阀(306)流入第一热交换器(304)的高温侧入口。
8.如权利要求7所述的基于大型商用核电机组的热电联产系统，其特征在于：在第一热交换器(304)低温侧的出口和第二换热器(401)高温侧的入口之间的管路上还设置有辐射监测仪表(406)，用于监测热网循环水回路(4)中所循环的水的含辐射情况；从第一热交换器(304)低温侧出口流出的水，先流过辐射监测仪表(406)，再流入第二换热器(401)高温侧的入口。
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