一种高温气冷堆核电厂高加解列瞬态补偿系统及其工作方法与流程

1.本发明属于核电技术领域，具体涉及一种高温气冷堆核电厂高加解列瞬态补偿系统及其工作方法。


背景技术：

2.高温气冷堆作为具有第四代特征的非能动型先进堆型，由于其固有安全性受到广泛关注。高温气冷堆以氦气作为一回路工作介质，水作为二回路工作介质，氦气在反应堆堆芯中吸收热量后，在蒸汽发生器中传递给二回路的水以产生水蒸汽供给汽轮机做功。为保证反应堆工作的安全性，进出反应堆的冷氦、热氦温度受到严格控制，超范围的冷热氦温度将直接导致反应堆停堆保护动作。同时，与氦气温度高度耦合的蒸汽发生器给水温度也受到严格控制，以防止对冷、热氦温度造成扰动。
3.在正常运行中，为提高能效和优化蒸汽发生器工作状态，经给水泵升压后的高压给水在进入蒸汽发生器换热前，先经过高压加热器加热至200-250℃，加热器汽源抽取自汽轮机高压缸。高压加热器作为与汽轮机本体直接连接的重要设备，为防止事故情况下蒸汽回流或加热器满水反流至汽轮机，设置了水位监视设备和配套的热工保护逻辑。
4.当液位增高达到报警设置值或汽轮机跳闸时，联锁关闭高压加热器蒸汽入口阀门，同时将给水切换至旁路运行，高压加热器从系统中切除。高加切除后，将导致给水失去加热热源，蒸汽发生器入口给水温度急剧下降，不仅会给蒸汽加热器运行带来金属应力风险，还会因一回路调整不及时导致冷热氦温度变化超范围，反应堆保护动作停堆。而这一过程不仅会产生设备损坏风险，还影响核电厂经营效益，甚至带来核安全风险。


技术实现要素：

5.为了解决上述现有问题，本发明的目的在于提供一种高温气冷堆核电厂高加解列瞬态补偿系统及其工作方法，能够有效减少高温气冷堆核电厂事故停堆事故频次，同时增加整体抗风险能力。
6.本发明通过以下技术方案来实现：
7.本发明公开的一种高温气冷堆核电厂高加解列瞬态补偿系统，包括除氧器、第一三通阀、第一换热器、第二三通阀、蒸汽发生器、高温熔盐储罐、第二换热器、低温熔盐储罐和熔盐-蒸汽换热器；
8.除氧器的出口与第一三通阀的入口连接，第一三通阀的第一出口与第一换热器的低温侧入口连接，第一换热器的低温侧出口与第二三通阀的第一入口连接，第一换热器的高温侧与汽轮机高压缸抽汽连接；第一三通阀的第二出口与第二换热器的低温侧入口连接，第二换热器的低温侧出口与第二三通阀的第二入口连接；第二三通阀的出口与蒸汽发生器的低温侧入口连接，蒸汽发生器的高温侧与反应堆一回路介质连接，蒸汽发生器的低温侧出口分别与熔盐-蒸汽换热器的高温侧入口和汽轮发电机组连接，熔盐-蒸汽换热器高温侧出口与除氧器的入口连接；熔盐-蒸汽换热器的低温侧出口与高温熔盐储罐连接，高温
熔盐储罐与第二换热器的高温侧入口连接，第二换热器的高温侧出口与低温熔盐储罐连接，低温熔盐储罐与熔盐-蒸汽换热器的低温侧入口连接。
9.优选地，蒸汽发生器的低温侧出口与熔盐-蒸汽换热器的高温侧入口之间依次设有蒸汽截止阀和蒸汽调节阀。
10.优选地，第一换热器与第二换热器的热功率相等。
11.优选地，第一换热器为高压加热器，第二换热器为熔盐换热器。
12.优选地，第一换热器与第二换热器并列布置。
13.优选地，第二换热器包括若干并联的换热模块，每个换热模块均可切入或切出。
14.优选地，除氧器的出口与第一三通阀的入口之间设有给水泵。
15.优选地，低温熔盐储罐与熔盐-蒸汽换热器的低温侧入口之间设有低温熔盐泵。
16.优选地，高温熔盐储罐与第二换热器的高温侧入口之间设有高温熔盐泵。
17.本发明公开的上述高温气冷堆核电厂高加解列瞬态补偿系统的工作方法，包括
18.机组正常运行时，除氧器中的水进入第一换热器，与汽轮机高压缸抽汽换热后提升温度，进入蒸汽发生器，与反应堆一回路介质换热产生高温高压蒸汽，一部分高温高压蒸汽进入汽轮发电机组做功发电，另一部分进入熔盐-蒸汽换热器与熔盐换热，低温熔盐储罐中的低温熔盐进入熔盐-蒸汽换热器吸热后，进入高温熔盐储罐储存，换热后的疏水回收至除氧器；
19.当汽轮发电机组跳闸或第一换热器水位高报警触发高加解列保护时，通过第一三通阀和第二三通阀将流经第一换热器的给水切换到第二换热器；同时，高温熔盐储罐中的高温熔盐进入第二换热器加热除氧器来的给水；在第二换热器换热后的低温熔盐进入低温熔盐储罐储存，加热升温后的给水进入蒸汽发生器中，与反应堆一回路介质换热产生高温高压蒸汽，进入汽轮发电机组做功发电。
20.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
21.本发明公开的一种高温气冷堆核电厂高加解列瞬态补偿系统，在机组正常运行时，从主蒸汽抽取部分蒸汽加热低温熔盐，将热量传递给高温熔盐后储存在高温熔盐储罐中，当发生高加解列的瞬态工况时，系统将给水自动切换到备用的第二换热器中，将储罐中的高温熔盐输送至第二换热器中加热给水，换热冷却后的低温熔盐回到低温熔盐储罐储存。通过本系统，可以稳定蒸汽发生器入口给水温度，进一步起到稳定一回路冷、热氦温度的作用，防止因工况剧烈波动导致的反应堆事故停堆，提高机组抗风险能力，保持机组稳定运行发电，具有较高的安全性和经济性。
22.进一步地，第一换热器与第二换热器的热功率相等，能够分别满足全容量给水加热需求。
23.进一步地，第二换热器包括若干并联的换热模块，每个换热模块均可切入或切出，能够根据实际满足其他热用户对熔盐热量的需求。
24.本发明公开的上述高温气冷堆核电厂高加解列瞬态补偿系统的工作方法，自动化程度高、控制简便，提高了反应堆运行的安全性和稳定性，具有良好的应用前景。
附图说明
25.图1为本发明的系统整体结构示意图。
26.图中：1为除氧器、2为给水泵、3为第一三通阀、4为第一换热器、5为第二三通阀、6为蒸汽发生器、7为高温熔盐储罐、8为高温熔盐泵、9为第二换热器、10为低温熔盐储罐、11为低温熔盐泵、12为熔盐-蒸汽换热器、13为蒸汽截止阀、14为蒸汽调节阀、15为汽轮发电机组、16为保护控制单元。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
28.如图1，本发明的一种高温气冷堆核电厂高加解列瞬态补偿系统，包括除氧器1、第一三通阀3、第一换热器4、第二三通阀5、蒸汽发生器6、高温熔盐储罐7、第二换热器9、低温熔盐储罐10和熔盐-蒸汽换热器12；
29.除氧器1的出口与第一三通阀3的入口连接，第一三通阀3的第一出口与第一换热器4的低温侧入口连接，第一换热器4的低温侧出口与第二三通阀5的第一入口连接，第一换热器4的高温侧与汽轮机高压缸抽汽连接；第一三通阀3的第二出口与第二换热器9的低温侧入口连接，第二换热器9的低温侧出口与第二三通阀5的第二入口连接；第二三通阀5的出口与蒸汽发生器6的低温侧入口连接，蒸汽发生器6的高温侧与反应堆一回路介质连接，蒸汽发生器6的低温侧出口分别与熔盐-蒸汽换热器12的高温侧入口和汽轮发电机组15连接，熔盐-蒸汽换热器12高温侧出口与除氧器1的入口连接；熔盐-蒸汽换热器12的低温侧出口与高温熔盐储罐7连接，高温熔盐储罐7与第二换热器9的高温侧入口连接，第二换热器9的高温侧出口与低温熔盐储罐10连接，低温熔盐储罐10与熔盐-蒸汽换热器12的低温侧入口连接。
30.给水泵2、第一三通阀3、第二三通阀5、高温熔盐泵8、低温熔盐泵11、蒸汽截止阀13和蒸汽调节阀14分别与保护控制单元16连接，高加解列保护信号与第一三通阀3、第二三通阀5和高温熔盐泵8存在联动控制逻辑。
31.在本发明的一个较优的实施例中，蒸汽发生器6的低温侧出口与熔盐-蒸汽换热器12的高温侧入口之间依次设有蒸汽截止阀13和蒸汽调节阀14。
32.在本发明的一个较优的实施例中，第一换热器4与第二换热器9的热功率相等。
33.在本发明的一个较优的实施例中，第一换热器4为高压加热器，其中水走管程，蒸汽走壳程。第二换热器9为熔盐换热器。
34.在本发明的一个较优的实施例中，第一换热器4与第二换热器9并列布置。
35.在本发明的一个较优的实施例中，第二换热器9包括若干并联的换热模块，每个换热模块均可切入或切出。
36.在本发明的一个较优的实施例中，除氧器1的出口与第一三通阀3的入口之间设有给水泵2。
37.在本发明的一个较优的实施例中，低温熔盐储罐10与熔盐-蒸汽换热器12的低温侧入口之间设有低温熔盐泵11。
38.在本发明的一个较优的实施例中，高温熔盐储罐7与第二换热器9的高温侧入口之间设有高温熔盐泵8。
39.上述高温气冷堆核电厂高加解列瞬态补偿系统工作方法：
40.除氧器1中的水经给水泵2升压后，经过第一换热器4回热提升温度，输送至蒸汽发生器6中与反应堆一回路介质换热产生高温高压蒸汽。蒸汽发生器6出口的蒸汽分为两路，一路进入汽轮发电机组15做功发电，另一路通过蒸汽截止阀13、蒸汽调节阀14与熔盐-蒸汽换热器12的蒸汽入口连接，根据需要在熔盐-蒸汽换热器12中与熔盐换热，熔盐-蒸汽换热器12的疏水经管道回收至除氧器1。
41.在吸热阶段，低温熔盐储罐10中的低温熔盐，经低温熔盐泵11升压后，在熔盐-蒸汽换热器12中吸收蒸汽中的热量，送至高温熔盐储罐7中储存。在放热阶段，高温熔盐储罐7中的高温熔盐，经高温熔盐泵8升压后，在第二换热器9中向给水释放热量，降温为低温熔盐进入低温熔盐储罐10中储存。
42.在日常运行中，熔盐循环系统进行储热循环，吸收蒸汽热量后的高温熔盐在高温熔盐储罐7中储存。熔盐循环系统通过电加热器维持系统工作温度，保证系统具备快速响应条件。当汽轮发电机组15跳闸或第一换热器4水位高报警触发高加解列保护后，第一三通阀3、第二三通阀5接收到保护控制单元16的指令动作，将流经第一换热器4的给水自动切换到第二换热器9；同时，高温熔盐泵8接收到启动指令自动启动，将高温熔盐储罐7中的高温熔盐输送到第二换热器9中，加热除氧器1来的给水。在第二换热器9换热后的低温熔盐进入低温熔盐储罐10储存，得到加热升温后的给水进入蒸汽发生器6中。
43.以上所述仅为本发明实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内可轻易想到的变化或者替换，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或直接、间接运用在其他相关技术领域的情况，均应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种高温气冷堆核电厂高加解列瞬态补偿系统，其特征在于，包括除氧器(1)、第一三通阀(3)、第一换热器(4)、第二三通阀(5)、蒸汽发生器(6)、高温熔盐储罐(7)、第二换热器(9)、低温熔盐储罐(10)和熔盐-蒸汽换热器(12)；除氧器(1)的出口与第一三通阀(3)的入口连接，第一三通阀(3)的第一出口与第一换热器(4)的低温侧入口连接，第一换热器(4)的低温侧出口与第二三通阀(5)的第一入口连接，第一换热器(4)的高温侧与汽轮机高压缸抽汽连接；第一三通阀(3)的第二出口与第二换热器(9)的低温侧入口连接，第二换热器(9)的低温侧出口与第二三通阀(5)的第二入口连接；第二三通阀(5)的出口与蒸汽发生器(6)的低温侧入口连接，蒸汽发生器(6)的高温侧与反应堆一回路介质连接，蒸汽发生器(6)的低温侧出口分别与熔盐-蒸汽换热器(12)的高温侧入口和汽轮发电机组(15)连接，熔盐-蒸汽换热器(12)高温侧出口与除氧器(1)的入口连接；熔盐-蒸汽换热器(12)的低温侧出口与高温熔盐储罐(7)连接，高温熔盐储罐(7)与第二换热器(9)的高温侧入口连接，第二换热器(9)的高温侧出口与低温熔盐储罐(10)连接，低温熔盐储罐(10)与熔盐-蒸汽换热器(12)的低温侧入口连接。2.根据权利要求1所述的高温气冷堆核电厂高加解列瞬态补偿系统，其特征在于，蒸汽发生器(6)的低温侧出口与熔盐-蒸汽换热器(12)的高温侧入口之间依次设有蒸汽截止阀(13)和蒸汽调节阀(14)。3.根据权利要求1所述的高温气冷堆核电厂高加解列瞬态补偿系统，其特征在于，第一换热器(4)与第二换热器(9)的热功率相等。4.根据权利要求1所述的高温气冷堆核电厂高加解列瞬态补偿系统，其特征在于，第一换热器(4)为高压加热器，第二换热器(9)为熔盐换热器。5.根据权利要求1所述的高温气冷堆核电厂高加解列瞬态补偿系统，其特征在于，第一换热器(4)与第二换热器(9)并列布置。6.根据权利要求1所述的高温气冷堆核电厂高加解列瞬态补偿系统，其特征在于，第二换热器(9)包括若干并联的换热模块，每个换热模块均可切入或切出。7.根据权利要求1所述的高温气冷堆核电厂高加解列瞬态补偿系统，其特征在于，除氧器(1)的出口与第一三通阀(3)的入口之间设有给水泵(2)。8.根据权利要求1所述的高温气冷堆核电厂高加解列瞬态补偿系统，其特征在于，低温熔盐储罐(10)与熔盐-蒸汽换热器(12)的低温侧入口之间设有低温熔盐泵(11)。9.根据权利要求1所述的高温气冷堆核电厂高加解列瞬态补偿系统，其特征在于，高温熔盐储罐(7)与第二换热器(9)的高温侧入口之间设有高温熔盐泵(8)。10.权利要求1～9所述的高温气冷堆核电厂高加解列瞬态补偿系统的工作方法，其特征在于，包括：机组正常运行时，除氧器(1)中的水进入第一换热器(4)，与汽轮机高压缸抽汽换热后提升温度，进入蒸汽发生器(6)，与反应堆一回路介质换热产生高温高压蒸汽，一部分高温高压蒸汽进入汽轮发电机组(15)做功发电，另一部分进入熔盐-蒸汽换热器(12)与熔盐换热，低温熔盐储罐(10)中的低温熔盐进入熔盐-蒸汽换热器(12)吸热后，进入高温熔盐储罐(7)储存，换热后的疏水回收至除氧器(1)；当汽轮发电机组(15)跳闸或第一换热器(4)水位高报警触发高加解列保护时，通过第一三通阀(3)和第二三通阀(5)将流经第一换热器(4)的给水切换到第二换热器(9)；同时，
高温熔盐储罐(7)中的高温熔盐进入第二换热器(9)加热除氧器(1)来的给水；在第二换热器(9)换热后的低温熔盐进入低温熔盐储罐(10)储存，加热升温后的给水进入蒸汽发生器(6)中，与反应堆一回路介质换热产生高温高压蒸汽，进入汽轮发电机组(15)做功发电。

技术总结
本发明公开的一种高温气冷堆核电厂高加解列瞬态补偿系统及其工作方法，属于核电技术领域。在机组正常运行时，从主蒸汽抽取部分蒸汽加热低温熔盐，将热量传递给高温熔盐后储存在高温熔盐储罐中，当发生高加解列的瞬态工况时，系统将给水自动切换到备用的第二换热器中，将储罐中的高温熔盐输送至第二换热器中加热给水，换热冷却后的低温熔盐回到低温熔盐储罐储存。通过本系统，可以稳定蒸汽发生器入口给水温度，进一步起到稳定一回路冷、热氦温度的作用，防止因工况剧烈波动导致的反应堆事故停堆，提高机组抗风险能力，保持机组稳定运行发电，具有较高的安全性和经济性。具有较高的安全性和经济性。具有较高的安全性和经济性。


技术研发人员：令彤彤 张瑞祥 宋晓辉 刘俊峰 姚尧 马晓珑 李长海 康祯 吴寿贵 刘锋
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/9/14