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一种利用辅助 蒸汽加热和冷却启停堆设备的系统及方法

阅读：860发布：2020-05-26

专利汇可以提供一种利用辅助蒸汽加热和冷却启停堆设备的系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种利用辅助蒸汽加热和冷却启停堆设备的系统及方法，反应堆的出口与蒸汽发生器的一次侧入口相连通，反应堆的入口与蒸汽发生器的一次侧出口相连通，蒸汽发生器的二次侧出口与汽水分离器的入口相连通，汽水分离器的出口与蒸汽旁路的入口相连通，蒸汽旁路的出口与凝汽器的入口及除氧器的入口相连通，辅助电锅炉的高温蒸汽出口与汽水分离器的入口相连通，辅助电锅炉的低温蒸汽出口与蒸汽发生器的二次侧入口相连通，该系统及方法能够实现启停堆设备在机组正常启停过程中的快速响应，能够在机组事故工况下实现反应堆的快速冷却，并且高温气冷堆机组启停过程中的可靠性及安全性较高。，下面是一种利用辅助蒸汽加热和冷却启停堆设备的系统及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种利用辅助蒸汽加热和冷却启停堆设备的系统，其特征在于，包括反应堆(1)、蒸汽发生器(2)、汽水分离器(3)、蒸汽旁路(4)、凝汽器(5)、除氧器(10)及辅助电锅炉(6)；
反应堆(1)的出口与蒸汽发生器(2)的一次侧入口相连通，反应堆(1)的入口与蒸汽发生器(2)的一次侧出口相连通，蒸汽发生器(2)的二次侧出口与汽水分离器(3)的入口相连通，汽水分离器(3)的出口与蒸汽旁路(4)的入口相连通，蒸汽旁路(4)的出口与凝汽器(5)的入口及除氧器(10)的入口相连通，辅助电锅炉(6)的高温蒸汽出口与汽水分离器(3)的入口相连通，辅助电锅炉(6)的低温蒸汽出口与蒸汽发生器(2)的二次侧入口相连通。
2.根据权利要求1所述的利用辅助蒸汽加热和冷却启停堆设备的系统，其特征在于，辅助电锅炉(6)的高温蒸汽出口与汽水分离器(3)的入口通过高温蒸汽阀组(8)相连通。
3.根据权利要求2所述的利用辅助蒸汽加热和冷却启停堆设备的系统，其特征在于，辅助电锅炉(6)的低温蒸汽出口与蒸汽发生器(2)的二次侧入口通过低温蒸汽阀组(7)相连通。
4.根据权利要求3所述的利用辅助蒸汽加热和冷却启停堆设备的系统，其特征在于，蒸汽旁路(4)的出口与除氧器(10)的入口通过除氧器阀组(9)相连通。
5.根据权利要求1所述的利用辅助蒸汽加热和冷却启停堆设备的系统，其特征在于，蒸汽发生器(2)为管壳式换热器。
6.根据权利要求4所述的利用辅助蒸汽加热和冷却启停堆设备的系统，其特征在于，高温蒸汽阀组(8)、除氧器阀组(9)及低温蒸汽阀组(7)均由依次相连通的逆止阀、截止阀及调节阀。
7.一种利用辅助蒸汽加热和冷却启停堆设备的方法，其特征在于，基于权利要求1所述的利用辅助蒸汽加热和冷却启停堆设备的系统，包括以下步骤：
机组启动期间加热的流程为：当反应堆(1)初始启动时，先将辅助电锅炉(6)输出的低温蒸汽充入蒸汽发生器(2)的二次侧中，所述低温蒸汽依次经汽水分离器(3)、蒸汽旁路(4)进入到凝汽器(5)中；随着反应堆(1)功率的提升，当蒸汽发生器(2)输出的工质由冷水转变为汽水两相流且温度与低温蒸汽的温度相同时，则切断辅助电锅炉(6)的低温蒸汽出口与蒸汽发生器(2)二次侧入口之间的联系，当蒸汽发生器(2)二次侧中的出口工质经反应堆(1)加热后，蒸汽发生器(2)二次侧的出口工质转换为过热蒸汽时，蒸汽发生器(2)二次侧的出口工质依次经汽水分离器(3)、蒸汽旁路(4)进入到凝汽器(5)中，实现对机组的加热；
机组停堆期间冷却流程为：反应堆(1)在停堆过程中，开启辅助电锅炉(6)，当反应堆(1)出口处的蒸汽温度大于等于辅助电锅炉(6)高温蒸汽出口输出的高温蒸汽温度时，则以辅助电锅炉(6)高温蒸汽出口输出的高温蒸汽作为冷源充入汽水分离器(3)中，汽水分离器(3)的输出的蒸汽经蒸汽旁路(4)进入到凝汽器(5)中；当反应堆(1)出口处的蒸汽温度小于辅助电锅炉(6)高温蒸汽出口输出的高温蒸汽温度时，则关闭辅助电锅炉(6)的高温蒸汽出口与汽水分离器(3)之间的联系，开启辅助电锅炉(6)的低温蒸汽出口与蒸汽发生器(2)之间的联系，以辅助电锅炉(6)低温蒸汽出口输出的低温蒸汽作为冷源充入蒸汽发生器(2)中，蒸汽发生器(2)输出的蒸汽依次经汽水分离器(3)及蒸汽旁路(4)进入到凝汽器(5)中，实现反应堆(1)的冷却；
当反应堆(1)事故工况下紧急停堆时，则开启辅助电锅炉(6)，以辅助电锅炉(6)低温蒸汽出口输出的低温蒸汽作为冷源充入蒸汽发生器(2)中，蒸汽发生器(2)二次侧输出的蒸汽依次经汽水分离器(3)及蒸汽旁路(4)进入到凝汽器(5)中，同时所述低温蒸汽在蒸汽发生器(2)的二次侧中与蒸汽发生器(2)的一次侧进行热交换，实现反应堆(1)的冷却。

说明书全文

一种利用辅助蒸汽加热和冷却启停堆设备的系统及方法

技术领域

[0001] 本发明属于核电技术领域，涉及一种利用辅助蒸汽加热和冷却启停堆设备的系统及方法。

背景技术

[0002] 球床模块式高温气冷堆核电站启停堆设备在启动过程中主要用来调节核岛蒸汽发生器出口蒸汽参数满足汽轮机启动要求，在停堆过程中旁通蒸汽发生器出口蒸汽至凝汽器，带走反应堆产生的热量并保证蒸汽发生器及反应堆的冷却需求。在机组启停堆过程中，随着反应堆功率的变化，蒸汽发生器出口工质经历过冷水、汽水两相流、饱和蒸汽和过热蒸汽四种相变，其中通过启停堆设备跟随工质变化来动态调整机组参数。为此，如何提高启停堆设备跟随反应堆功率变化的快速响应机理成为确保高温气冷堆核电机组安全稳定运行的重要保障。现有技术采用的设计思路为利用汽轮机抽汽作为启停堆设备的热备用加热汽源，在机组热态启动或停运时，该预加热汽源可减小启停堆设备高温管道壁温与蒸汽发生器出口蒸汽的温差，有利于启停堆设备的快速投入。但该设计方案至少存在以下弊端：汽轮机抽汽需在汽轮机组启动完成后才能投入，该设计方案无助于在机组启动过程中利用外部热源来提高启停堆设备的快速响应，同时采用汽轮机高品质抽汽作为加热汽源，会降低核电机组的热利用效率。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种利用辅助蒸汽加热和冷却启停堆设备的系统及方法，该系统及方法能够实现启停堆设备在机组正常启停过程中的快速响应，能够在机组事故工况下实现反应堆的快速冷却，并且高温气冷堆机组启停过程中的可靠性及安全性较高。

[0004] 为达到上述目的，本发明所述的利用辅助蒸汽加热和冷却启停堆设备的系统包括反应堆、蒸汽发生器、汽水分离器、蒸汽旁路、凝汽器、除氧器及辅助电锅炉；

[0005] 反应堆的出口与蒸汽发生器的一次侧入口相连通，反应堆的入口与蒸汽发生器的一次侧出口相连通，蒸汽发生器的二次侧出口与汽水分离器的入口相连通，汽水分离器的出口与蒸汽旁路的入口相连通，蒸汽旁路的出口与凝汽器的入口及除氧器的入口相连通，辅助电锅炉的高温蒸汽出口与汽水分离器的入口相连通，辅助电锅炉的低温蒸汽出口与蒸汽发生器的二次侧入口相连通。

[0006] 辅助电锅炉的高温蒸汽出口与汽水分离器的入口通过高温蒸汽阀组相连通。

[0007] 辅助电锅炉的低温蒸汽出口与蒸汽发生器的二次侧入口通过低温蒸汽阀组相连通。

[0008] 蒸汽旁路的出口与除氧器的入口通过除氧器阀组相连通。

[0009] 蒸汽发生器为管壳式换热器。

[0010] 高温蒸汽阀组、除氧器阀组及低温蒸汽阀组均由依次相连通的逆止阀、截止阀及调节阀。

[0011] 本发明所述的利用辅助蒸汽加热和冷却启停堆设备的方法包括以下步骤：

[0012] 机组启动期间加热的流程为：当反应堆初始启动时，先将辅助电锅炉输出的低温蒸汽充入蒸汽发生器的二次侧中，所述低温蒸汽依次经汽水分离器、蒸汽旁路进入到凝汽器中；随着反应堆功率的提升，当蒸汽发生器输出的工质由冷水转变为汽水两相流且温度与低温蒸汽的温度相同时，则切断辅助电锅炉的低温蒸汽出口与蒸汽发生器二次侧入口之间的联系，当蒸汽发生器二次侧中的出口工质经反应堆加热后，蒸汽发生器二次侧的出口工质转换为过热蒸汽时，蒸汽发生器二次侧的出口工质依次经汽水分离器、蒸汽旁路进入到凝汽器中，实现对机组的加热；

[0013] 机组停堆期间冷却流程为：反应堆在停堆过程中，开启辅助电锅炉，当反应堆出口的蒸汽温度大于等于辅助电锅炉高温蒸汽出口输出的高温蒸汽温度时，则以辅助电锅炉高温蒸汽出口输出的高温蒸汽作为冷源充入汽水分离器中，汽水分离器的输出的蒸汽经蒸汽旁路进入到凝汽器中；当反应堆出口的蒸汽温度小于辅助电锅炉高温蒸汽出口输出的高温蒸汽温度时，则关闭辅助电锅炉的高温蒸汽出口与汽水分离器之间的联系，开启辅助电锅炉的低温蒸汽出口与蒸汽发生器之间的联系，以辅助电锅炉低温蒸汽出口输出的低温蒸汽作为冷源充入蒸汽发生器中，蒸汽发生器输出的蒸汽依次经汽水分离器及蒸汽旁路进入到凝汽器中，实现反应堆的冷却；

[0014] 当反应堆事故工况下紧急停堆时，则开启辅助电锅炉，以辅助电锅炉低温蒸汽出口输出的低温蒸汽作为冷源充入蒸汽发生器中，蒸汽发生器二次侧输出的蒸汽依次经汽水分离器及蒸汽旁路进入到凝汽器中，同时所述低温蒸汽在蒸汽发生器的二次侧中与蒸汽发生器的一次侧进行热交换，实现反应堆的冷却。

[0015] 本发明具有以下有益效果：

[0016] 本发明所述的利用辅助蒸汽加热和冷却启停堆设备的系统及方法，在机组启动过程中，通过辅助电锅炉输出的低温蒸汽充入蒸汽发生器的二次侧中，蒸汽发生器输出的蒸汽再依次经汽水分离器及蒸汽旁路进入到凝汽器中，从而实现对蒸汽发生器、汽水分离器、蒸汽旁路、凝汽器及它们之间的管路进行预热，使各设备的温度尽快接近于蒸汽发生器出口工质的温度，极大的缩短了反应堆的启动时间，实现启停堆设备在机组正常启停过程中的快速响应，同时在机组停堆冷却时，通过辅助电锅炉输出的高温蒸汽及低温蒸汽作为冷源冷却启停堆设备，使启停堆设备的温度快速降低，极大的缩短了反应堆停堆的时间，同时当反应堆事故工况下紧急停堆时，则直接通过电辅助锅炉输出的低温蒸汽作为冷源，使启停堆设备的温度快速降低，保证设备的安全、稳定、可靠运行。附图说明

[0017] 图1为本发明的结构示意图。

[0018] 其中，1为反应堆、2为蒸汽发生器、3为汽水分离器、4为蒸汽旁路、5为凝汽器、6为辅助电锅炉、7为低温蒸汽阀组、8为高温蒸汽阀组、9为除氧器阀组、10为除氧器。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

[0020] 参考图1，本发明所述的利用辅助蒸汽加热和冷却启停堆设备的系统包括反应堆1、蒸汽发生器2、汽水分离器3、蒸汽旁路4、凝汽器5、除氧器10及辅助电锅炉6；反应堆1的出口与蒸汽发生器2的一次侧入口相连通，反应堆1的入口与蒸汽发生器2的一次侧出口相连通，蒸汽发生器2的二次侧出口与汽水分离器3的入口相连通，汽水分离器3的出口与蒸汽旁路4的入口相连通，蒸汽旁路4的出口与凝汽器5的入口及除氧器10的入口相连通，辅助电锅炉6的高温蒸汽出口与汽水分离器3的入口相连通，辅助电锅炉6的低温蒸汽出口与蒸汽发生器2的二次侧入口相连通。

[0021] 辅助电锅炉6的高温蒸汽出口与汽水分离器3的入口通过高温蒸汽阀组8相连通；辅助电锅炉6的低温蒸汽出口与蒸汽发生器2的二次侧入口通过低温蒸汽阀组7相连通；蒸汽旁路4的出口与除氧器10的入口通过除氧器阀组9相连通；蒸汽发生器2为管壳式换热器；
高温蒸汽阀组8、除氧器阀组9及低温蒸汽阀组7均由依次相连通的逆止阀、截止阀及调节阀。

[0022] 本发明所述的利用辅助蒸汽加热和冷却启停堆设备的方法包括以下步骤：

[0023] 机组启动期间加热的流程为：当反应堆1初始启动时，先将辅助电锅炉6输出的低温蒸汽充入蒸汽发生器2的二次侧中，所述低温蒸汽依次经汽水分离器3、蒸汽旁路4进入到凝汽器5中；随着反应堆1功率的提升，当蒸汽发生器2输出的工质由冷水转变为汽水两相流且温度与低温蒸汽的温度相同时，则切断辅助电锅炉6的低温蒸汽出口与蒸汽发生器2二次侧入口之间的联系，当蒸汽发生器2二次侧中的出口工质经反应堆1加热后，蒸汽发生器2二次侧的出口工质转换为过热蒸汽时，蒸汽发生器2二次侧的出口工质依次经汽水分离器3、蒸汽旁路4进入到凝汽器5中，实现对机组的加热；

[0024] 机组停堆期间冷却流程为：反应堆1在停堆过程中，开启辅助电锅炉6，当反应堆1出口的蒸汽温度大于等于辅助电锅炉6高温蒸汽出口输出的高温蒸汽温度时，则以辅助电锅炉6高温蒸汽出口输出的高温蒸汽作为冷源充入汽水分离器3中，汽水分离器3的输出的蒸汽经蒸汽旁路4进入到凝汽器5中；当反应堆1出口的蒸汽温度小于辅助电锅炉6高温蒸汽出口输出的高温蒸汽温度时，则关闭辅助电锅炉6的高温蒸汽出口与汽水分离器3之间的联系，开启辅助电锅炉6的低温蒸汽出口与蒸汽发生器2之间的联系，以辅助电锅炉6低温蒸汽出口输出的低温蒸汽作为冷源充入蒸汽发生器2中，蒸汽发生器2输出的蒸汽依次经汽水分离器3及蒸汽旁路4进入到凝汽器5中，实现反应堆1的冷却；

[0025] 当反应堆1事故工况下紧急停堆时，则开启辅助电锅炉6，以辅助电锅炉6低温蒸汽出口输出的低温蒸汽作为冷源充入蒸汽发生器2中，蒸汽发生器2二次侧输出的蒸汽依次经汽水分离器3及蒸汽旁路4进入到凝汽器5中，同时所述低温蒸汽在蒸汽发生器2的二次侧中与蒸汽发生器2的一次侧进行热交换，实现反应堆1的冷却。

[0026] 实施例一

[0027] 以国内某高温气冷堆核电机组为例，该核电站主要由两座模块式高温气冷堆与一台汽轮发电机组构成，该机组可以利用的辅助蒸汽由一台辅助电锅炉6提供，该辅助电锅炉6自带一台蒸汽过热器，可以连续提供两种不同参数的汽源：额定参数为41.3t/h、1.5MPa及
260℃的低温蒸汽和额定参数为4t/h、2.0MPa及350℃的高温蒸汽，以下结合应用工程对本发明具体实施步骤描述如下：

[0028] 1.机组启动期间加热流程1：辅助电锅炉6输出的低温蒸汽→低温蒸汽阀组7→蒸汽发生器2→汽水分离器3→蒸汽旁路4→凝汽器5；

[0029] 1)反应堆1开始启动，蒸汽发生器2的出口工质为过冷水，压力为13.9MPa，温度为105℃；打开低温蒸汽阀组7，通过低温蒸汽阀组7调整辅助电锅炉6低温蒸汽出口压力为
1.5MPa，温度为260℃，同时导通蒸汽旁路4至凝汽器5的管路，开始对启停堆设备进行预暖；

[0030] 2)反应堆1开始升功率，通过调整经过低温蒸汽阀组7的蒸汽流量来满足加热需求量，当反应堆1功率提升至满功率的13％后，蒸汽发生器2的出口工质为汽水两相流，压力为13.9MPa，温度为260℃，关闭低温蒸汽阀组7，启停堆设备预暖结束。

[0031] 2.机组启动期间加热流程2：辅助电锅炉6输出的高温蒸汽→高温蒸汽阀组8→汽水分离器3→蒸汽旁路4→除氧器阀组9→除氧器10；

[0032] 1)反应堆1的功率提升至满功率的36％,蒸汽发生器2的出口工质为过热蒸汽，压力为13.9MPa，温度为400℃，隔离汽水分离器3，由蒸汽旁路4调节并维持汽轮机进汽参数要求，汽轮机开始冲转、并网并带负荷；

[0033] 2)反应堆1的功率继续提升至满功率的45％,蒸汽旁路4至凝汽器5的通路关闭，打开除氧器阀组9，调整辅助电锅炉6高温蒸汽出口的压力为2.0MPa，温度为350℃，通过辅助电锅炉6的高温蒸汽出口向汽水分离器3中充入热备用蒸汽，回收排汽用于除氧器10加热。

[0034] 3.机组停堆期间冷却流程1为：辅助电锅炉6输出的高温蒸汽→汽水分离器3→蒸汽旁路4→凝汽器5；

[0035] 机组停堆期间冷却流程2为：辅助电锅炉6输出的低温蒸汽→低温蒸汽阀组7→蒸汽发生器2→汽水分离器3→蒸汽旁路4→凝汽器5；

[0036] 当反应堆1初始停堆的功率为满功率的45％—100％时，关闭除氧器阀组9，导通蒸汽旁路4至凝汽器5的管路，开始冷却启停堆设备，执行冷却流程1；当反应堆1的功率降至满功率的45％以下时，打开低温蒸汽阀组7，同时关闭高温蒸汽阀组8，确认蒸汽旁路4至凝汽器5的管路导通，执行冷却流程2；当反应堆1的初始停堆功率为满功率的45％以下时，直接执行冷却流程2。

[0037] 4.机组事故工况冷却流程3为：辅助电锅炉6输出的低温蒸汽→低温蒸汽阀组7→蒸汽发生器2→汽水分离器3→蒸汽旁路4→凝汽器5。

[0038] 机组事故工况需紧急停堆并尽快导出反应堆1余热，打开低温蒸汽阀组7，导通蒸汽旁路4至凝汽器5的管路，执行冷却流程3，冷却蒸汽发生器2二次侧的同时，带走蒸汽发生器2一次侧的热量，以达到对反应堆1余热的导出。

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