核能发电系统及其控制方法专利检索-朗肯循环物理专利检索查询-专利查询网

核能发电系统及其控制方法

阅读：632发布：2021-06-16

专利汇可以提供核能发电系统及其控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种核能发电系统及其控制方法，其中，系统包括第一回路系统；第二回路系统；余热回收系统，以回收核电系统中汽轮机的出口蒸汽的余热能；冷却水系统；控制系统，根据集成信号器采集的多个集成信号驱动相关设备，以将余热能转化为电能并对核电系统供电。该系统可以回收核电系统中汽轮机出口水蒸汽的余热能，将其转换为电能输出，输出的电能供核电站用电设备使用，实现核电系统中核能的综合利用，提高核能利用效率，节约能源，降低成本。，下面是核能发电系统及其控制方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种核能发电系统，其特征在于，包括：
第一回路系统，所述第一回路系统包括依次首尾相连的压力容器、稳压器、蒸汽发生器和主泵；
第二回路系统，所述第二回路系统包括依次首尾相连的所述蒸汽发生器、汽轮机、蒸发器、第一冷凝器和主给水泵，其中，第一发电机组与所述汽轮机同轴相连；
余热回收系统，所述余热回收系统由有机朗肯循环和电加热器组成，其包括依次首尾相连的所述蒸发器、所述电加热器、膨胀机、第二冷凝器、储液罐和工质泵，其中，第二发电机组与所述膨胀机同轴相连，以回收核电系统中所述汽轮机的出口蒸汽的余热能；
冷却水系统，所述冷却水系统包括第一冷却水泵和第二冷却水泵，所述第一冷却水泵设置于第一冷凝器的冷端进口，用于提供冷却水，所述第二冷却水泵设置于第二冷凝器的冷端进口，用于提供冷却水；以及
控制系统，所述控制系统包括采集控制系统和与所述采集控制系统相连的第一至第七集成信号器、所述主泵、所述稳压器、所述电加热器、所述主给水泵、所述工质泵、所述第一冷却水泵和所述第二冷却水泵，其中，第一集成信号器设置于所述汽轮机的出口管路，第二集成信号器设置于所述蒸发器的热端出口管路，第三集成信号器设置于所述第一冷凝器的热端出口管路，第四集成信号器设置于所述电加热器的出口管路，第五集成信号器设置于所述膨胀机的出口管路，第六信号集成器设置于所述第二冷凝器的热端出口管路，第七信号集成器设置于所述蒸发器的冷端出口管路，所述采集控制系统用于根据集成信号器采集的多个集成信号驱动相关设备，以将所述余热能转化为电能并对所述核电系统供电。
2.根据权利要求1所述的核能发电系统，其特征在于，所述第二回路系统还包括：
止回阀，所述止回阀分别与所述蒸发器和所述第一冷凝器相连；
第一阀门，所述第一阀门分别与所述汽轮机和所述止回阀相连，用于旁通所述蒸发器；
第二阀门，所述第二阀门分别与所述汽轮机和所述蒸发器相连。
3.根据权利要求2所述的核能发电系统，其特征在于，所述余热回收系统还包括：
第三阀门，所述第三阀门分别与所述电加热器和所述膨胀机相连；
第四阀门，所述第四阀门分别与所述电加热器和所述第二冷凝器相连，用于旁通所述膨胀机。
4.根据权利要求3所述的核能发电系统，其特征在于，所述采集控制系统包括：
采集模块，所述采集模块分别与所述第一至第七集成信号器和所述第二发电机组相连，以采集所述多个集成信号；
控制模块，所述控制模块分别与所述采集模块和所述相关设备相连，其中，所述相关设备包括所述主泵的驱动电机、所述稳压器、所述电加热器、所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第四阀门、所述主给水泵的驱动电机、所述工质泵的驱动电机、所述第一冷却水泵的驱动电机和所述第二冷却水泵的驱动电机相连中的一个或多个。
5.根据权利要求1-4任一项所述的核能发电系统，其特征在于，所述余热回收系统的工作介质采用有机工质R245fa。
6.根据权利要求1所述的核能发电系统，其特征在于，集成信号包括温度信号、压力信号和流量信号中的一个或多个。
7.一种核能发电系统的控制方法，其特征在于，采用根据权利要求1-6任一项所述的系统，其中，方法包括：
采集第一集成信号器的集成信号，以获取所需有机工质的质量和流量，并且确定工质泵的转速；
根据所述第一集成信号器的集成信号判断蒸汽压力、温度、流量是否恒定不变，其中，如果所述蒸汽压力、温度、流量恒定不变，则打开第二阀门，关闭第一阀门；
采集第三集成信号器的集成信号，以在测量温度大于预设温度时，增加第一冷却水泵的转速，否则降低所述第一冷却水泵的转速；
采集第四集成信号器的集成信号，以判断所述有机工质是否为饱和蒸气，其中，如果为过热蒸气，则降低电加热器的加热功率或增加所述工质泵的转速；如果为气液两相，则增加所述电加热器的加热功率或降低所述工质泵的转速；
根据所述第四集成信号器的集成信号判断所述有机工质是否为第一预设区间之间的饱和蒸气，其中，如果为所述饱和蒸气，则打开第三阀门，关闭第四阀门；如果不是所述饱和蒸气，则打开所述第四阀门，关闭所述第三阀门；以及
采集第六集成信号器的几成信号，以判断所述有机工质是否为第二预设区间之间的饱和液体，如果为过冷液体，则降低第二冷却水泵的转速；如果为气液两相，则增加所述第二冷却水泵的转速。
8.根据权利要求7所述的核能发电系统的控制方法，其特征在于，所述预设温度为蒸汽发生器设定的进口温度。
9.根据权利要求7所述的核能发电系统的控制方法，其特征在于，所述第一预设区间为
3.0MPa-3.1MPa。
10.根据权利要求7-9任一项所述的核能发电系统的控制方法，其特征在于，所述第二预设区间为0.25MPa-0.26MPa。

说明书全文

核能发电系统及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及清洁能源综合利用技术领域，特别涉及一种核能发电系统及其控制方法。

背景技术

[0002] 目前，利用的电能主要来自于火力发电、核能发电。其中，核能发电是利用核反应堆中核裂变所释放的热能加热一回路冷却剂，并且冷却剂在蒸汽发生中将热量传递给二回
路或三回路的水，从而产生高温高压的蒸汽，再由高能蒸汽驱动汽轮机转化为机械能，由机
械能驱动发电机组发电，对于核能发电系统的设计，主要关注核电系统严重事故的预防和
缓解，核能的利用效率较低，无法很好地实现核能的综合利用，亟待解决。

发明内容

[0003] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

[0004] 为此，本发明的一个目的在于提出一种核能发电系统，该系统可以提高核能利用效率，节约能源，降低成本。

[0005] 本发明的另一个目的在于提出一种核能发电系统的控制方法。

[0006] 为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种核能发电系统，包括：第一回路系统，所述第一回路系统包括依次首尾相连的压力容器、稳压器、蒸汽发生器和主泵；第二
回路系统，所述第二回路系统包括依次首尾相连的所述蒸汽发生器、汽轮机、蒸发器、第一
 冷凝器和主给水泵，其中，第一发电机组与所述汽轮机同轴相连；余热回收系统，所述余热
回收系统由有机朗肯循环和电加热器组成，其包括依次首尾相连的所述蒸发器、所述电加
热器、膨胀机、第二冷凝器、储液罐和工质泵，其中，第二发电机组与所述膨胀机同轴相连，
以回收核电系统中所述汽轮机的出口蒸汽的余热能；冷却水系统，所述冷却水系统包括第
一冷却水泵和第二冷却水泵，所述第一冷却水泵设置于第一冷凝器的冷端进口，用于提供
冷却水，所述第二冷却水泵设置于第二冷凝器的冷端进口，用于提供冷却水；控制系统，所
述控制系统包括采集控制系统和与所述采集控制系统相连的第一至第七集成信号器、所述
主泵、所述稳压器、所述电加热器、所述主给水泵、所述工质泵、所述第一冷却水泵和所述第
二冷却水泵，其中，第一集成信号器设置于所述汽轮机的出口管路，第二集成信号器设置于
所述蒸发器的热端出口管路，第三集成信号器设置于所述第一冷凝器的热端出口管路，第
四集成信号器设置于所述电加热器的出口管路，第五集成信号器设置于所述膨胀机的出口
管路，第六信号集成器设置于所述第二冷凝器的热端出口管路，第七信号集成器设置于所
述蒸发器的冷端出口管路，所述采集控制系统用于根据集成信号器采集的多个集成信号驱
动相关设备，以将所述余热能转化为电能并对所述核电系统供电。

[0007] 本发明实施例的核能发电系统，利用有机朗肯循环系统回收核电系统中汽轮机出口水蒸汽的余热能，将其转换为电能输出，输出的电能供核电站用电设备使用，有机工质吸
收核电系统中汽轮机出口水蒸汽的余热能，变为高温高压蒸气，蒸气驱动膨胀机旋转，进而
驱动与膨胀机同轴的发电机输出电能，膨胀后的有机工质进入冷凝器被冷却为低温饱和液
体，液态有机工质再次进入蒸发器吸收汽轮机出口水蒸汽的余热能，实现核电系统中核能
的综合利用，提高核能利用效率，节约能源，降低成本。

[0008] 另外，根据本发明上述实施例的核能发电系统还可以具有以下附加的技术特征：

[0009] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第二回路系统还包括：止回阀，所述止回阀分别与所述蒸发器和所述第一冷凝器相连；第一阀门，所述第一阀门分别与所述汽轮
机和所述止回阀相连，用于旁通所述蒸发器；第二阀门，所述第二阀门分别与所述汽轮机和
所述蒸发器相连。

[0010] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述余热回收系统还包括：第三阀门，所述第三阀门分别与所述电加热器和所述膨胀机相连；第四阀门，所述第四阀门分别与所述电
加热器和所述第二冷凝器相连，用于旁通所述膨胀机。

[0011] 进一步地，在本发明的一个实施例中，所述采集控制系统包括：采集模块，所述采集模块分别与所述第一至第七集成信号器和所述第二发电机组相连，以采集所述多个集成
信号；控制模块，所述控制模块分别与所述采集模块和所述相关设备相连，其中，所述相关
设备包括所述主泵的驱动电机、所述稳压器、所述电加热器、所述第一阀门、所述第二阀门、
所述第三阀门、所述第四阀门、所述主给水泵的驱动电机、所述工质泵的驱动电机、所述第
一冷却水泵的驱动电机和所述第二冷却水泵的驱动电机相连中的一个或多个。

[0012] 可选地，在本发明的一个实施例中，所述余热回收系统的工作介质可以采用有机工质R245fa。

[0013] 可选地，在本发明的一个实施例中，集成信号包括温度信号、压力信号和流量信号中的一个或多个。

[0014] 为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种核能发电系统的控制方法，采用上述的系统，其中，方法包括：采集第一集成信号器的集成信号，以获取所需有机工质
的质量和流量，并且确定工质泵的转速；根据所述第一集成信号器的集成信号判断蒸汽压
力、温度、流量是否恒定不变，其中，如果所述蒸汽压力、温度、流量恒定不变，则打开第二阀
门，关闭第一阀门；采集第三集成信号器的集成信号，以在测量温度大于预设温度时，增加
第一冷却水泵的转速，否则降低所述第一冷却水泵的转速；采集第四集成信号器的集成信
号，以判断所述有机工质是否为饱和蒸气，其中，如果为过热蒸气，则降低电加热器的加热
功率或增加所述工质泵的转速；如果为气液两相，则增加所述电加热器的加热功率或降低
所述工质泵的转速；根据所述第四集成信号器的集成信号判断所述有机工质是否为第一预
设区间之间的饱和蒸气，其中，如果为所述饱和蒸气，则打开第三阀门，关闭第四阀门；如果
不是所述饱和蒸气，则打开所述第四阀门，关闭所述第三阀门；采集第六集成信号器的几成
信号，以判断所述有机工质是否为第二预设区间之间的饱和液体，如果为过冷液体，则降低
第二冷却水泵的转速；如果为气液两相，则增加所述第二冷却水泵的转速。

[0015] 本发明实施例的核能发电系统的控制方法，利用有机朗肯循环系统回收核电系统中汽轮机出口水蒸汽的余热能，将其转换为电能输出，输出的电能供核电站用电设备使用，
有机工质吸收核电系统中汽轮机出口水蒸汽的余热能，变为高温高压蒸气，蒸气驱动膨胀
机旋转，进而驱动与膨胀机同轴的发电机输出电能，膨胀后的有机工质进入冷凝器被冷却
为低温饱和液体，液态有机工质再次进入蒸发器吸收汽轮机出口水蒸汽的余热能，实现核
电系统中核能的综合利用，提高核能利用效率，节约能源，降低成本。

[0016] 另外，根据本发明上述实施例的核能发电系统的控制方法还可以具有以下附加的技术特征：

[0017] 可选地，在本发明的一个实施例中，所述预设温度为蒸汽发生器设定的进口温度。

[0018] 可选地，在本发明的一个实施例中，所述第一预设区间可以为3.0MPa-3.1MPa。

[0019] 可选地，在本发明的一个实施例中，所述第二预设区间可以为0.25MPa-0.26MPa。

[0020] 本发明附加的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，或通过本发明的实践了解到。
附图说明

[0021] 本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0022] 图1为根据本发明一个实施例的核能发电系统的结构示意图；

[0023] 图2为根据本发明一个实施例的采集控制系统的结构示意图；

[0024] 图3为根据本发明一个实施例的外供电余热回收系统启动程序的流程图；

[0025] 图4为根据本发明另一个实施例的核能发电系统的启动流程的流程图；

[0026] 图5为根据本发明再一个实施例的核能发电系统的停机流程的流程图；

[0027] 图6是本发明一个实施例的核能发电系统的控制方法地流程图。

[0028] 附图标记：

[0029] 1-压力容器、2-稳压器、3-蒸汽发生器、4-主泵、5-汽轮机、6-第一发电机组、7-蒸发器、8-第一冷凝器、9-主给水泵、10-电加热器、11-膨胀机、12-第二发电机组、13-第二冷
凝器、14-储液罐、15-工质泵、16-第二冷却水泵、17-第一冷却水泵、18-采集控制系统、19-
第一集成信号器、20-第二集成信号器、21-第三集成信号器、22-第四集成信号器、23-第五
集成信号器、24-第六集成信号器、25-第七集成信号器、26-第一阀门、27-第二阀门、28-第
三阀门、29-第四阀门和30-止回阀。

具体实施方式

[0030] 下面详细描述本发明的实施例，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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0031] 下面参照附图描述根据本发明实施例提出的核能发电系统及其控制方法，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的核能发电系统。

[0032] 图1是本发明一个实施例的核能发电系统的结构示意图。

[0033] 如图1所示，该核能发电系统包括：第一回路系统、第二回路系统、余热回收系统、冷却水系统和控制系统。

[0034] 其中，第一回路系统包括依次首尾相连的压力容器(1)、稳压器(2)、蒸汽发生器(3)和主泵(4)。第二回路系统包括依次首尾相连的蒸汽发生器(3)、汽轮机(5)、蒸发器(7)、
第一冷凝器(8)和主给水泵(9)，其中，第一发电机组(6)与汽轮机(5)同轴相连。余热回收系
统由有机朗肯循环和电加热器(10)组成，其包括依次首尾相连的蒸发器(7)、电加热器
(10)、膨胀机(11)、第二冷凝器(13)、储液罐(14)和工质泵(15)，其中，第二发电机组(12)与
膨胀机(11)同轴相连，以回收核电系统中汽轮机(5)的出口蒸汽的余热能。冷却水系统包括
第一冷却水泵(17)和第二冷却水泵(16)，第一冷却水泵(17)设置于第一冷凝器(8)的冷端
进口，第一冷却水泵(17)用于提供冷却水，第二冷却水泵(16)设置于第二冷凝器(13)的冷
端进口，第二冷却水泵(16)用于提供冷却水。控制系统包括采集控制系统18和与采集控制
系统18相连的第一至第七集成信号器、主泵(4)、稳压器(2)、电加热器(10)、主给水泵(9)、
工质泵(15)、第一冷却水泵(17)和第二冷却水泵(16)，其中，第一集成信号器(19)设置于汽
轮机(5)的出口管路，第二集成信号器(20)设置于蒸发器(7)的热端出口管路，第三集成信
号器(21)设置于第一冷凝器(8)的热端出口管路，第四集成信号器(21)设置于电加热器
(10)的出口管路，第五集成信号器(23)设置于膨胀机(11)的出口管路，第六信号集成器
(24)设置于第二冷凝器(13)的热端出口管路，第七信号集成器(25)设置于蒸发器(7)的冷
端出口管路，采集控制系统18用于根据集成信号器采集的多个集成信号驱动相关设备，以
将余热能转化为电能并对核电系统供电。本发明实施例的核能发电系统利用有机朗肯循环
回收核电系统中汽轮机(5)出口蒸汽的余热能，将其转换为电能，以供核电系统使用，实现
核能的综合利用，提高核能的利用效率.

[0035] 进一步地，在本发明的一个实施例中，如图1所示，第二回路系统还包括：止回阀(30)、第一阀门(26)、第二阀门(27)。

[0036] 其中，止回阀(30)分别与蒸发器(7)和第一冷凝器(8)相连。第一阀门(26)分别与汽轮机(5)和止回阀(30)相连，第一阀门(26)用于旁通蒸发器(7)。第二阀门(27)分别与汽
轮机和蒸发器相连。

[0037] 可以理解的是，一回路系统由压力容器(1)、蒸汽发生器(3)、主泵(4)、压力容器(1)依次首尾相连，而稳压器(2)同时与压力容器(1)和蒸汽发生器(3)相连。二回路系统由
蒸汽发生器(3)、汽轮机(5)、蒸发器(7)、止回阀(30)、第一冷凝器(8)组成，主给水泵(9)、蒸
汽发生器(3)依次首尾相连，第一发电机组(6)与汽轮机(5)同轴相连，第二阀门(27)位于汽
轮机(5)和蒸发器(7)之间，第一阀门(26)位于汽轮机(5)和止回阀(30)之间，用于旁通蒸发
器(7)。

[0038] 进一步地，在本发明的一个实施例中，如图1所示，余热回收系统还包括：第三阀门(28)和第四阀门(29)。

[0039] 其中，第三阀门(28)分别与电加热器(10)和膨胀机(11)相连。第四阀门(29)分别与电加热器(10)和第二冷凝器(13)相连，第四阀门(29)用于旁通膨胀机(11)。

[0040] 可以理解的是，余热回收系统由蒸发器(7)、电加热器(10)、膨胀机(11)、第二冷凝器(13)、储液罐(14)、工质泵(15)、蒸发器(7)依次首尾相连，第二发电机组(12)与膨胀机
(11)同轴相连，第三阀门(28)位于电加热器(10)和膨胀机(11)之间，第四阀门(29)位于电
加热器(10)和第二冷凝器(13)之间，用于旁通膨胀机(11)。

[0041] 另外，需要说明的是，第一冷却水泵(17)位于冷凝器1(8)冷端进口，为其提供冷却水，并且第二冷却水泵(16)位于冷凝器2(13)冷端进口，为其提供冷却水。

[0042] 进一步地，在本发明的一个实施例中，如图1所示，采集控制系统(18)包括：采集模块和控制模块。

[0043] 其中，采集模块分别与第一至第七集成信号器和第二发电机组(12)相连，以采集多个集成信号。控制模块分别与采集模块和相关设备相连，其中，相关设备包括主泵(4)的
驱动电机、稳压器(2)、电加热器(10)、第一阀门(26)、第二阀门(27)、第三阀门(28)、第四阀
门(29)、主给水泵(9)的驱动电机、工质泵(15)的驱动电机、第一冷却水泵(17)的驱动电机
和第二冷却水泵(16)的驱动电机相连中的一个或多个。

[0044] 可以理解的是，控制系统由采集控制系统(18)、第一集成信号器(19)、第二集成信号器(20)、第三集成信号器(21)、第四集成信号器(22)、第五集成信号器(23)、第六集成信
号器(24)、第七集成信号器(25)、主泵(4)、稳压器(2)、电加热器(10)、第一阀门(26)、第二
阀门(27)、第三阀门(28)、第四阀门(29)、主给水泵(9)、工质泵(15)、第二冷却水泵(16)、第
一冷却水泵(17)组成。其中，第一集成信号器(19)位于汽轮机(5)出口管路，第二集成信号
器(20)位于蒸发器(7)热端出口管路，第三集成信号器(21)位于第一冷凝器(8)热端出口管
路，第四集成信号器(22)位于电加热器(10)出口管路，第五集成信号器(23)位于膨胀机
(11)出口管路，第六集成信号器(24)位于第二冷凝器(13)热端出口管路，第七集成信号器
(25)位于蒸发器(7)冷端出口管路。

[0045] 进一步地，采集控制系统(18)的采集模块通过线束分别与第一集成信号器(19)、第二集成信号器(20)、第三集成信号器(21)、第四集成信号器(22)、第五集成信号器(23)、
第六集成信号器(24)、第七集成信号器(25)、第二发电机组(12)相连。采集控制系统(18)的
控制模块通过线束分别与主泵(4)驱动电机、稳压器(2)电加热器(10)、第一阀门(26)、第二
阀门(27)、第三阀门(28)、第四阀门(29)、主给水泵(9)驱动电机、工质泵(15)驱动电机、第
二冷却水泵(16)驱动电机、第一冷却水泵(17)驱动电机相连。

[0046] 可选地，在本发明的一个实施例中，余热回收系统的工作介质可以采用有机工质R245fa。

[0047] 也就是说，在本发明的实施例中，本发明实施例利用余热回收系统回收核电系统中汽轮机(5)出口蒸汽的余热能，其中，余热回收系统可以采用有机工质为R245fa作为系统
的工作介质，从而利用余热回收系统输出的电能驱动核能发电系统的用电设备，提高核电
系统中核能的利用效率。

[0048] 具体而言，有机工质通过蒸发器(7)吸收核电系统中汽轮机(5)出口蒸汽的余热能，有机工质吸热后变为高温高压饱和蒸气进入膨胀机(11)，饱和蒸气在膨胀机(11)中膨
胀进而推动膨胀机(11)旋转，膨胀后的有机工质进入冷凝器被冷却为低压饱和液体，通过
工质泵(15)再将有机工质输送到蒸发器(7)中吸收汽轮机(5)出口能量。此外，一发电机组
与膨胀机(11)同轴相联，膨胀机(11)驱动发电机组旋转发电。

[0049] 可选地，在本发明的一个实施例中，集成信号包括温度信号、压力信号和流量信号中的一个或多个。需要说明的是，集成信号器可以同时采集温度信号、压力信号、流量信号，
在此不作具体限制。

[0050] 需要说明的是，在本发明的实施例中，本发明实施例的系统采用余热回收系统回收核电系统中汽轮机出口蒸汽余热能，将其转换为电能，用于驱动核电系统的用电设备，实
现核能的综合利用，并且余热回收系统由有机朗肯循环和电加热器组成，实现核能发电系
统的平稳启动和停机，以及余热回收系统采用有机工质R245fa作为工质介质，实现核电系
统中汽轮机出口低能量余热蒸汽的有效回收，提高核电系统中核能的利用效率。

[0051] 下面结合附图对本发明实施例的系统的工作原理进行详细描述。

[0052] 图1中实线表示核电系统一回路冷却水流向，图1中点画线表示核电系统二回路冷却水流向，图1中短虚线表示有机工质流向，图1中双点画线表示冷却水流向。一回路冷却水
流向，核电站启动后，储存在压力容器(1)中的一回路冷却水被加热后流入蒸汽发生器(4)，
将热量传递给二回路冷却水，在蒸汽发生器(3)中被冷却后的一回路冷却水被冷凝后通过
主泵(4)输送到压力容器(1)中，稳压器(2)位于压力容器(1)和蒸汽发生器(3)之间，主要用
于稳定一回路系统的压力。二回路冷却水流向，蒸汽发生器(3)中二次侧的二回路冷却水被
一回路冷却水加热后变为高温高压蒸汽，蒸汽进入汽轮机(5)，推动汽轮机(5)旋转做功，二
回路冷却水从汽轮机(5)流出后进入蒸发器(7)，将二回路冷却水的余热能传递给余热回收
系统的有机工质，从蒸发器(7)流出的二回路冷却水进入冷凝器被冷却，冷却后的二回路冷
却水通过主给水泵(9)被输送到蒸汽发生器二次侧，再次吸收一回路冷却水的热量。有机工
质流向，有机工质储存在储液罐(14)中，通过工质泵(15)被加压后输出到蒸发器(7)中，有
机工质在蒸发器(7)中吸收二回路冷却水的余热能，吸热后的有机工质变为饱和蒸气，饱和
蒸气进入膨胀机(11)，推动膨胀机(11)旋转做功，膨胀后的有机工质进入冷凝器被冷却为
饱和液体，被冷却后的有机工质流回储液罐(14)，完成一次热功转换循环。冷却水流向，冷
却水泵从外界取水送入冷凝器，用于冷却二回路冷却水和有机工质。

[0053] 进一步地，图1中长虚线表示线束，图2是采集控制系统结构简图。第一集成信号器(19)与采集控制系统(18)的采集模块相连，主要用于测量汽轮机(5)出口二回路冷却水的
温度、压力、流量。第二集成信号器(20)与采集控制系统(18)的采集模块相连，主要用于测
量蒸发器(7)热端出口二回路冷却水的温度、压力、流量。第三集成信号器(21)与采集控制
系统(18)的采集模块相连，主要用于测量第一冷凝器(8)热端出口二回路冷却水的温度、压
力、流量。第四集成信号器(22)与采集控制系统(18)的采集模块相连，主要用于测量电加热
器(10)出口有机工质的温度、压力、流量。第五集成信号器(23)与采集控制系统(18)的采集
模块相连，主要用于测量膨胀机(11)出口有机工质的温度、压力、流量。第六集成信号器
(24)与采集控制系统(18)的采集模块相连，主要用于测量第二冷凝器(13)热端出口有机工
质的温度、压力、流量。第七集成信号器(25)与采集控制系统(18)的采集模块相连，主要用
于测量蒸发器(7)冷端出口有机工质的温度、压力、流量。第二发电机组(12)与采集控制系
统(18)的采集模块相连，监测第二发电机组(12)输出的电能。稳压器(2)中的加热器与采集
控制系统(18)的控制模块相连，控制稳压器(2)中加热器的加热功率。主泵(4)电机与采集
控制系统(18)的控制模块相连，控制主泵(4)转速。主给水泵(9)电机与采集控制系统(18)
的控制模块相连，控制主给水泵(9)转速。电加热器(10)与采集控制系统(18)的控制模块相
连，控制电加热器(10)的加热功率。工质泵(15)电机与采集控制系统(18)的控制模块相连，
控制工质泵(15)转速。第一冷却水泵(17)和第二冷却水泵(16)的电机分别与采集控制系统
(18)的控制模块相连，控制第一冷却水泵(17)和第二冷却水泵(16)的转速。第一阀门(26)、
第二阀门(27)、第三阀门(28)、第四阀门(29)分别与采集控制系统(18)的控制模块相连，用
于控制阀门的开度。

[0054] 图3是外供电余热回收系统启动程序流程图。利用外界电源给余热回收系统的用电设备供电，利用电加热器(10)给有机工质加热，正常启动余热回收系统。监测膨胀机(11)
入口有机工质的状态，如当有机工质为3.0-3.1MPa之间的饱和蒸气时，打开第三阀门(28)，
关闭第四阀门(29)，使有机工质进入膨胀机(11)推动膨胀机(11)旋转做功，否则，调节加热
器的加热功率、工质泵(15)转速和第四阀门(29)开度。监测第二冷凝器(13)热端出口有机
工质的状态，如当有机工质为0.25-0.26MPa之间的饱和液体时，维持余热回收系统稳定运
行，否则，调节第二冷却水泵(16)的转速。

[0055] 图4是核能发电系统启动程序流程图。当余热回收系统稳定输出电能后，打开第一阀门(26)，关闭第二阀门(27)，利用余热回收系统中第二发电机组(12)输出的电能给核能
发电系统用电设备供电，正常启动核电系统。监测汽轮机(5)出口蒸汽的压力、温度和流量，
当核电系统运行稳定且汽轮机(5)出口蒸汽稳定后，打开第二阀门(27)，关闭第一阀门
(26)，同时切断电加热器(10)供电，利用汽轮机(5)出口蒸汽的余热能代替电加热器(10)给
有机工质加热(汽轮机出口蒸汽余热能>电加热器加热能力)。调节工质泵(15)转速、第三阀
门(28)开度、第二冷却水泵(16)转速，确保膨胀机(11)入口的有机工质为3.0-3.1MPa之间
的饱和蒸气和第二冷凝器(13)热端出口有机工质为0.25-0.26MPa之间的饱和液体。调节第
一冷却水泵(17)转速，确保二回路循环水得到足够的冷却。利用第二发电机组(12)输出的
电能替换外界电源，给余热回收系统用电设备供电。

[0056] 图5是核能发电系统停机程序流程图。利用外界电源替换第二发电机组(12)给余热回收系统用电设备供电。打开第一阀门(26)，关闭第二阀门(27)，利用外界电源给电加热
器(10)供电。调节工质泵(15)转速、第二冷却水泵(16)转速和第三阀门(28)开度，确保余热
回收系统稳定输出电能。正常关闭核能发电系统，待核能发电系统完全冷却，切断电加热器
(10)的供电，打开阀门4，关闭阀门3，当余热回收系统完全冷却，关闭系统。

[0057] 根据本发明实施例提出的核能发电系统，利用有机朗肯循环系统回收核电系统中汽轮机出口水蒸汽的余热能，将其转换为电能输出，输出的电能供核电站用电设备使用，有
机工质吸收核电系统中汽轮机出口水蒸汽的余热能，变为高温高压蒸气，蒸气驱动膨胀机
旋转，进而驱动与膨胀机同轴的发电机输出电能，膨胀后的有机工质进入冷凝器被冷却为
低温饱和液体，液态有机工质再次进入蒸发器吸收汽轮机出口水蒸汽的余热能，实现核电
系统中核能的综合利用，提高核能利用效率，节约能源，降低成本，其中，有机朗肯循环采用
R245fa作为余热回收系统的工作介质，余热回收系统的蒸发压力为3.0MPa，冷凝压力为
0.25MPa，从而通过回收核电系统中汽轮机出口蒸汽的余热能，将其转换为电能供核电站使
用，进一步提高核电系统中核能的利用效率。

[0058] 其次参照附图描述根据本发明实施例提出的核能发电系统的控制方法。

[0059] 图6是本发明一个实施例的核能发电系统的控制方法地流程图。

[0060] 如图6所示，该核能发电系统的控制方法包括以下步骤：

[0061] 步骤S601，采集第一集成信号器的集成信号，以获取所需有机工质的质量和流量，并且确定工质泵的转速。

[0062] 步骤S602，根据第一集成信号器的集成信号判断蒸汽压力、温度、流量是否恒定不变，其中，如果蒸汽压力、温度、流量恒定不变，则打开第二阀门，关闭第一阀门。

[0063] 步骤S603，采集第三集成信号器的集成信号，以在测量温度大于预设温度时，增加第一冷却水泵的转速，否则降低第一冷却水泵的转速。

[0064] 步骤S604，采集第四集成信号器的集成信号，以判断有机工质是否为饱和蒸气，其中，如果为过热蒸气，则降低电加热器的加热功率或增加工质泵的转速；如果为气液两相，
则增加电加热器的加热功率或降低工质泵的转速。

[0065] 步骤S605，根据第四集成信号器的集成信号判断有机工质是否为第一预设区间之间的饱和蒸气，其中，如果为饱和蒸气，则打开第三阀门，关闭第四阀门；如果不是饱和蒸
气，则打开第四阀门，关闭第三阀门。

[0066] 步骤S606，采集第六集成信号器的几成信号，以判断有机工质是否为第二预设区间之间的饱和液体，如果为过冷液体，则降低第二冷却水泵的转速；如果为气液两相，则增
加第二冷却水泵的转速。

[0067] 可选地，在本发明的一个实施例中，预设温度为蒸汽发生器设定的进口温度。

[0068] 可选地，在本发明的一个实施例中，第一预设区间可以为3.0MPa-3.1MPa。

[0069] 可选地，在本发明的一个实施例中，第二预设区间可以为0.25MPa-0.26MPa。

[0070] 需要说明的是，步骤S601至步骤S606的设置仅为了描述的方便，而不用于限制方法的执行顺序。

[0071] 在本发明的一个具体实施例中，本发明实施例的控制方法包括以下步骤：

[0072] 步骤S1，采集控制系统采集第一集成信号器的信号，通过分析计算得出所需有机工质的质量流量，初步确定工质泵的转速。

[0073] 步骤S2，采集控制系统采集第一集成信号器的信号，当测量的蒸汽压力、温度、流量恒定不变，打开第二阀门，关闭第一阀门。

[0074] 步骤S3，采集控制系统采集第三集成信号器的信号，当测量温度>核能发电系统蒸汽发生器设定的进口温度，增加第一冷却水泵的转速，当测量温度<核能发电系统蒸汽发生
器设定的进口温度，降低第一冷却水泵的转速。

[0075] 步骤S4，采集控制系统采集第四集成信号器的信号，通过分析测量的压力和温度信号，判断有机工质是否为饱和蒸气，若为过热蒸气，降低电加热器加热功率或增加工质泵
转速，若为气液两相，增加电加热器加热功率或降低工质泵转速。

[0076] 步骤S5，采集控制系统采集第四集成信号器的信号，通过分析测量的压力和温度信号，判断有机工质是否为3.0MPa-3.1MPa之间的饱和蒸气，若为饱和蒸气，打开第三阀门，
关闭第四阀门，若不是饱和蒸气，打开第四阀门，关闭第三阀门。

[0077] 步骤S6，采集控制系统采集第六集成信号器的信号，通过分析测量的压力和温度信号，判断有机工质是否为0.25MPa-0.26MPa之间的饱和液体，若为过冷液体，降低第二冷
却水泵的转速，若为气液两相增加第二冷却水泵的转速。

[0078] 举例而言，本发明实施例的工作过程如下：

[0079] 系统启动：依次包括外界供电的余热回收系统启动、核能发电系统启动和实现核能综合利用。

[0080] 启动外供电的余热回收系统，利用外界电源给余热回收系统的用电设备供电，打开第四阀门，关闭第三阀门，利用工质泵将有机工质从储液罐中抽出加压后依次流经蒸发
器、电加热器、冷凝器，最后流回储液罐。接通电加热器，给有机工质加热。打开第二冷却水
泵，将外界冷却水送入冷凝器冷端，用于冷却膨胀后有机工质。通过调节加热器的加热功
率、工质泵转速和第四阀门开度控制膨胀机入口有机工质的温度、压力和流量，当有机工质
为3.0-3.1MPa之间的饱和蒸气时，打开第三阀门，关闭第四阀门，使有机工质进入膨胀机，
推动膨胀机旋转做功，并带动与其同轴的第二发电机组输出电能。通过调节第二冷却水泵
的转速，调节外界冷却水的流量，进而控制冷凝器热端出口的有机工质为0.25-0.26MPa之
间的饱和液体。

[0081] 启动核能发电系统，当外供电的余热回收系统运行稳定后，打开第一阀门，关闭第二阀门，利用余热回收系统中第二发电机组输出的电能给核能发电系统用电设备供电，正
常启动核电系统。监测汽轮机出口蒸汽的压力、温度和流量，当核电系统运行稳定且汽轮机
出口蒸汽稳定后，打开第二阀门，关闭第一阀门，使汽轮机出口蒸汽流入蒸发器中给有机工
质加热，同时，切断电加热器供电，完成汽轮机出口蒸汽的余热能代替电加热器给有机工质
加热(汽轮机出口蒸汽余热能>电加热器加热能力)。再次调节工质泵转速和第三阀门开度，
确保膨胀机入口的有机工质为3.0-3.1MPa之间的饱和蒸气，调节第二冷却水泵转速，确保
第二冷凝器热端出口有机工质为0.25-0.26MPa之间的饱和液体。调节第一冷却水泵转速，
确保二回路循环水得到足够的冷却。

[0082] 实现核能综合利用，利用第二发电机组输出的电能替换外界电源，给余热回收系统用电设备供电。

[0083] 系统运行时，外界供电的余热回收系统输出的电能可以满足核能发电系统用电设备的用电需求。吸收汽轮机出口蒸汽能量的余热回收系统输出的电能首先满足余热回收系
统用电设备(除电加热器)的用电需求，根据第二发电机组输出的电量，合理分配给核电系
统的用电设备。

[0084] 系统关闭：依次关闭核能发电系统和余热回收系统。

[0085] 关闭核能发电系统，利用外界电源替换第二发电机组给余热回收系统用电设备供电。打开第一阀门，关闭第二阀门，使汽轮机出口蒸汽不再流经蒸发器，同时接通电加热器
外界电源，利用电加热器给有机工质加热。调节工质泵转速、第三阀门开度和第二冷却水泵
转速，确保膨胀机入口的有机工质为3.0-3.1MPa之间的饱和蒸气和第二冷凝器热端出口有
机工质为0.25-0.26MPa之间的饱和液体，且余热回收系统输出的电能可以满足核能发电系
统用电设备的用电需求。正常关闭核能发电系统。

[0086] 关闭余热回收系统，待核能发电系统完全冷却，切断电加热器供电，打开第四阀门，关闭第三阀门，使有机工质不再流经膨胀机，调节第二冷却水泵的转速，用于冷却余热
回收系统中的有机工质，当有机工质完全被冷却，停闭工质泵，切断余热回收系统所有用电
设备的供电。

[0087] 需要说明的是，前述对核能发电系统实施例的解释说明也适用于该实施例的核能发电系统的控制方法，此处不再赘述。

[0088] 根据本发明实施例提出的核能发电系统的控制方法，利用有机朗肯循环系统回收核电系统中汽轮机出口水蒸汽的余热能，将其转换为电能输出，输出的电能供核电站用电
设备使用，有机工质吸收核电系统中汽轮机出口水蒸汽的余热能，变为高温高压蒸气，蒸气
驱动膨胀机旋转，进而驱动与膨胀机同轴的发电机输出电能，膨胀后的有机工质进入冷凝
器被冷却为低温饱和液体，液态有机工质再次进入蒸发器吸收汽轮机出口水蒸汽的余热
能，实现核电系统中核能的综合利用，提高核能利用效率，节约能源，降低成本，其中，有机
朗肯循环采用R245fa作为余热回收系统的工作介质，余热回收系统的蒸发压力为3.0MPa，
冷凝压力为0.25MPa，从而通过回收核电系统中汽轮机出口蒸汽的余热能，将其转换为电能
供核电站使用，进一步提高核电系统中核能的利用效率。

[0089] 在本发明的描述中，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”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。

[0090] 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
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三
个等，除非另有明确具体的限定。

[0091] 在本发明中，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，或成一体；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
部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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发明中的具体含义。

[0092] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

[0093] 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
点包含于本发明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
必须针对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
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技
术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。

[0094] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述
实施例进行变化、修改、替换和变型。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种朗肯循环的装置及其方法	2020-05-14	223
基于有机朗肯循环的冷热电联产系统	2020-05-14	732
一种串级式有机朗肯循环系统	2020-05-15	643
分置转壳朗肯循环发动机	2020-05-15	929
双级膨胀朗肯循环发电系统	2020-05-16	397
朗肯循环以及在朗肯循环中使用的热交换器	2020-05-13	493
朗肯循环系统	2020-05-12	561
朗肯循环	2020-05-11	156
转壳朗肯循环发动机	2020-05-13	377
朗肯循环发电装置	2020-05-12	332

核能发电系统及其控制方法

核能发电系统及其控制方法

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：