专利名称：核燃料和化石燃料联合发电的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及发电技术，更具体地，本发明涉及一种采用核燃料和化石燃料联合发电的发电方法和系统。
背景技术：
核电站是将核能转换为热能，用以产生供汽轮机用的蒸汽，汽轮机再带动发电机， 构成了产生商用电力的电厂。由于安全性、经济性等方面原因，目前许多运行或在建的核电站，例如压水堆、沸水堆和重水堆等核电站，均采用饱和蒸汽或例如过热度20°C左右的微过热蒸汽发电，即核燃料在核反应堆中进行核裂变反应，产生大量热量，利用慢化剂和冷却剂发生饱和蒸汽或微过热蒸汽，然后用该蒸汽驱动汽轮机-发电机发电。图1示出现有技术压水堆核电站的原理图，其中，101为压水反应堆；102为稳压器；103为蒸汽发生器；104为反应堆冷却剂泵； 105为汽水分离和再热器；106为凝汽器；107为低压加热器；108为给水泵；109为高压加热器；110为汽轮发电机组。采用饱和蒸汽或微过热蒸汽发电具有蒸汽焓降小，发电效率低，汽轮机体积大，汽轮机造价高等缺点，采用饱和蒸汽或微过热蒸汽发电限制了核电站发电效率和经济效益的提尚。针对上述问题，有必要对采用饱和蒸汽或微过热蒸汽驱动汽轮机发电组进行发电的现有核电站发电技术进行改进，以提高核电站的发电效率和经济效益。
发明内容
本发明通过提供一种利用核燃料和化石燃料联合发电的方法和系统克服了现有技术中的不足。本发明提供一种核燃料和化石燃料联合发电的方法，该方法包括以下步骤，利用核燃料在反应堆内裂变放出的热量加热水得到饱和蒸汽或微过热蒸汽；通过燃烧化石燃料将所述饱和蒸汽或微过热蒸汽加热为过热蒸汽；和利用所述过热蒸汽驱动汽轮发电机组发电。本发明进一步提供一种核燃料和化石燃料联合发电的系统，该系统包括，核供汽系统，用于利用核燃料在反应堆中裂变放出的热量加热水得到饱和蒸汽或微过热蒸汽，蒸汽过热装置，包括至少一个蒸汽过热炉，用于通过燃烧化石燃料将所述饱和蒸汽或微过热蒸汽加热为过热蒸汽，和汽轮发电机组，用于利用所述过热蒸汽进行发电。优选地，所述至少一个蒸汽过热炉中的一个或多个在将来自核供汽系统的饱和蒸汽或微过热蒸汽加热为过热蒸汽的同时自产饱和蒸汽或过热蒸汽。优选地，所述蒸汽过热装置包括多个串联配置的蒸汽过热炉。
优选地，所述蒸汽过热装置包括多个并联配置的蒸汽过热炉。优选地，所述蒸汽过热装置包括多个串并联组合配置的蒸汽过热炉。优选地，所述反应堆是压水反应堆、沸水反应堆或重水反应堆。优选地，所述化石燃料是固体化石燃料、液体化石燃料和气体化石燃料中的一种或多种。优选地，所述化石燃料是燃煤、燃油和燃气中的一种或多种。优选地，所述微过热蒸汽的过热度小于50度。优选地，所述微过热蒸汽的过热度小于30度。优选地，所述过热蒸汽的过热度大于80度。优选地，所述过热蒸汽的过热度大于100度。优选地，所述过热蒸汽的过热度大于130度。根据本发明的核燃料和化石燃料联合发电系统和方法，将燃烧化石燃料的蒸汽过热装置组合在核燃料发电系统中，通过对核供汽系统输出的饱和蒸汽或微过热蒸汽进行加热，提供具有一定过热度的过热蒸汽。采用过热蒸汽发电具有热效率高而且汽轮机体积小， 结构简单，造价低等优点。根据本发明的联合发电系统比现有利用饱和蒸汽或微过热蒸汽发电的核电站可以获得更高的能量利用率和经济效益，降低发电成本。本发明的核燃料和化石燃料联合发电方法既可以应用于新建核电站中，也可应用于对现有核电站的技术改造中。通过在现有核电站中核供汽系统的蒸汽出口增设过热蒸汽炉，通过燃烧化石燃料在蒸汽过热炉中将核供汽系统产生的饱和蒸汽或微过热蒸汽加热为过热蒸汽，并根据过热蒸汽炉输出的过热蒸汽的压力、温度和过热蒸汽量选择并更换汽轮机发电机组，可显著提高现有核电站的发电效率和经济效益。同样地，本发明的联合发电系统和方法还可适用于其它海水淡化和热电联产的核电站中。
下面将参照附图并结合本发明的优选实施例具体说明本发明的特征和优点，其中图1示意性示出现有技术压水堆核电站的工作原理图。图2示意性示出根据本发明的核燃料和化石燃料联合发电方法的流程图。图3示意性示出根据本发明实施例1的压水堆核燃料和化石燃料联合发电系统的工作原理图。图4示意性示出根据本发明实施例2的压水堆核燃料和化石燃料联合发电系统的
工作原理图。图5示意性示出根据本发明实施例3的压水堆核燃料和化石燃料联合发电系统的
工作原理图。图6示意性示出根据本发明实施例4的压水堆核燃料和化石燃料联合发电系统的
工作原理图。图7示意性示出根据本发明实施例5的压水堆核燃料和化石燃料联合发电系统的
工作原理图。图8示意性示出根据本发明实施例6的沸水堆核燃料和化石燃料联合发电系统的工作原理图。图9示意性示出根据本发明实施例7的重水堆核燃料和化石燃料联合发电系统的
工作原理图。
具体实施例方式下面非限制性示例中描述的特定值和配置可以变化，本文中的描述仅用于说明优选实施例，并不意图限制其范围。图2示意性示出根据本发明的核燃料和化石燃料联合发电方法的流程图。根据本发明的利用核燃料裂变产生的热能和燃烧化石燃料产生的热能联合发电的方法200，包括以下步骤S201，利用核燃料在反应堆中裂变放出的热量加热水得到饱和蒸汽或微过热蒸汽。核燃料在例如压水堆或重水堆中进行裂变链式反应，产生大量热量，由例如重水或轻水的冷却剂带出，在蒸汽发生器中把热量传给水，将水加热得到饱和蒸汽或过热度小于50度，通常小于30度的微过热蒸汽。或者，核燃料在例如沸水堆中进行裂变链式反应，产生大量热量，例如轻水的冷却剂在堆内实现可控沸腾产生饱和蒸汽。S202，通过燃烧化石燃料将上述得到的饱和蒸汽或微过热蒸汽加热为过热蒸汽。在步骤S201中得到的饱和蒸汽或微过热蒸汽进入蒸汽过热装置。包括至少一个蒸汽过热炉的蒸汽过热装置通过燃烧化石燃料放出热量对上述饱和蒸汽或微过热蒸汽进行加热，使其变成过热度大于80度，优选大于100度，更优选大于130度的过热蒸汽。该化石燃料诸如，固体化石燃料，例如燃煤；液体化石，例如燃油；或气体化石燃料，例如天然气。步骤203，利用过热蒸汽驱动汽轮发电机组发电。本发明中利用过热蒸汽驱动汽轮发电机组发电的原理与火力发电厂中利用过热蒸汽发电的原理相似。本领域技术人员可以根据蒸汽过热装置输出的过热蒸汽的压力、温度和蒸汽量，采用与之匹配的汽轮机发电机组进行高效率发电。下面结合本发明的优选实施例具体描述根据本发明的联合发电系统的工作原理图。实施例1图3示意性示出根据本发明实施例1的包括压水堆型核供汽系统和燃烧化石燃料的蒸汽过热炉的联合发电系统300的工作原理图。联合发电系统300至少包括压水反应堆301，反应堆冷却剂系统，也称一回路，以及蒸汽和动力转换系统，也称二回路。在本发明上下文中，如本领域技术人员所公知的，将反应堆、反应堆冷却剂系统及其辅助系统合称为核供汽系统。一回路中的反应堆冷却剂在反应堆冷却剂泵304的驱动下进入流经压水反应堆301的堆芯，在压水反应堆中吸收堆芯核裂变释放出的热能，进入蒸汽发生器303，通过蒸汽发生器303的传热管壁将热量传给蒸汽发生器另一侧的二回路中的轻水，然后再由反应堆冷却剂泵304送回压水反应堆。冷却剂如此循环往复，构成封闭回路。一回路系统中通常还设有稳压器302，用于调节一回路系统中的冷却剂的压力保持稳定。二回路包括蒸汽过热炉311、汽轮发电机组310、汽水分离和再热器305、凝汽器 306、低压加热器307、给水泵308和高压加热器309等设备。蒸汽发生器中的给水例如除氧水在蒸汽发生器中吸收热量变成饱和蒸汽或微过热蒸汽。该饱和蒸汽或微过热蒸汽进入蒸汽过热炉311，蒸汽过热炉311通过燃烧化石燃料放出热量加热来自蒸汽发生器的饱和蒸汽或微过热蒸汽，输出过热度大于80度，优选大于100度，更优选大于130度的过热蒸汽。 该化石燃料诸如，固体化石燃料，例如燃煤；液体化石燃料，例如燃油；或气体化石燃料，例如天然气。蒸汽过热炉311输出的过热蒸汽驱动汽轮发电机组310发电。做功后的乏汽在凝汽器306内凝结成水。凝结水经给水泵308送入高压加热器309加热后，重新返回蒸汽发生器，如此形成水的热力循环。为了提高蒸汽的干度，可在汽轮机高低缸之间设置汽水分离和再热器305。实施例2图4示意性示出根据本发明实施例2的压水堆核燃料和化石燃料联合发电系统 400的工作原理图。图4中联合发电系统400不同于图3所示联合发电系统300之处在于，蒸汽过热炉411被设计为在对来自核供汽系统的饱和蒸汽或微过热蒸汽进行加热得到过热蒸汽的同时，对另一给水回路中的水进行加热得到自产的饱和蒸汽或过热蒸汽。除蒸汽过热装置 411之外，本实施例中的联合发电系统与实施例1所示联合发电系统的工作原理相同。实施例3图5示意性示出根据本发明实施例3的压水堆核燃料和化石燃料联合发电系统 500的工作原理图。图5所示的联合发电系统500，采用蒸汽过热装置511对来自核供汽系统的饱和蒸汽或微过热蒸汽进行加热得到过热蒸汽。蒸汽过热装置511包括并联配置的多个蒸汽过热炉，例如蒸汽过热炉512和514。不同于实施例1，本实施例将包括并联配置的多个蒸汽过热炉的蒸汽过热装置用于对饱和蒸汽或微过热蒸汽进行加热。除蒸汽过热装置511之外， 本实施例中的联合发电系统与实施例1所示联合发电系统的工作原理相同。此外，与实施例2所示的过热蒸汽炉411相似，蒸汽过热装置511中的各过热蒸汽炉512，514可被设计为在将核供汽系统产生的饱和蒸汽或微过热蒸汽加热为过热蒸汽的同时自产饱和蒸汽或过热蒸汽。实施例4图6示意性示出根据本发明实施例4的压水堆核燃料和化石燃料联合发电系统 600的工作原理图。图6所示的联合发电系统600，采用蒸汽过热装置611对来自核供汽系统的饱和蒸汽或微过热蒸汽进行加热得到过热蒸汽。蒸汽过热装置611包括串联配置的多个蒸汽过热炉，例如蒸汽过热炉612和614。不同于实施例1，本实施例将包括串联配置的多个蒸汽过热炉的蒸汽过热装置用于对饱和蒸汽或微过热蒸汽进行加热。除蒸汽过热装置611之外， 本实施例中的联合发电系统与实施例1所示联合发电系统的工作原理相同。此外，与实施例2所示的过热蒸汽炉411相似，蒸汽过热装置611中的各过热蒸汽炉612，614可被设计为在将来自核供汽系统的饱和蒸汽或微过热蒸汽加热为过热蒸汽的同时可自产饱和蒸汽或过热蒸汽。实施例5图7示意性示出根据本发明实施例5的压水堆核燃料和化石燃料联合发电系统 700的工作原理图。图7所示的联合发电系统700，采用蒸汽过热装置711对来自核供汽系统的饱和蒸汽或微过热蒸汽进行加热得到过热蒸汽。蒸汽过热装置711包括串并联组合配置的多个蒸汽过热炉，例如蒸汽过热炉712，714，716和718。串联配置的蒸汽过热炉712和714与串联配置的蒸汽过热炉716和718并联配置。不同于实施例1，本实施例将包括串并联组合配置的多个蒸汽过热炉的蒸汽过热装置用于对饱和蒸汽或微过热蒸汽进行加热。除蒸汽过热装置711之外，本实施例中的联合发电系统与实施例1所示联合发电系统的工作原理相同。此外，与实施例2所示的过热蒸汽炉411相似，蒸汽过热装置711中的各蒸汽过热炉712，714，716和718可被设计为在将来自核供汽系统的饱和蒸汽或微过热蒸汽加热为过热蒸汽的同时自产饱和蒸汽或过热蒸汽。应当理解，蒸汽过热装置中蒸汽过热炉的数量和配置关系不限于图5、图6和图7 所示蒸汽过热装置的实例。本领域技术人员可根据输入蒸汽过热装置的饱和蒸汽或微过热蒸汽的压力、温度，输出至汽轮发电机组的过热蒸汽的压力、温度，和蒸汽处理量合理设计蒸汽过热装置中蒸汽过热炉的数量和配置关系。实施例6图8示意性示出根据本发明实施例6的包括沸水堆型核供汽系统和化石燃料的蒸汽过热炉联合发电系统800的工作原理图。联合发电系统800至少包括沸水反应堆801，蒸汽过热装置811，和汽轮发电机组 810。沸水反应堆801与压水反应堆的不同之处在于冷却剂在堆内实现可控沸腾，成为例如约285°C饱和温度的汽水混合物。该汽水混合物经沸水反应堆中的汽水分离器分离，得到的饱和蒸汽被输出至蒸汽过热装置811。蒸汽过热装置811通过燃烧化石燃料释放热量加热来自沸水反应堆的饱和蒸汽，输出过热度大于80度，优选大于100度，更优选大于130度的过热蒸汽。蒸汽过热装置811输出的过热蒸汽驱动汽轮发电机组810发电。做功后的乏汽在凝汽器806内凝结成水。凝结水经低压加热器807和给水泵808给水泵送入高压加热器803后，重新进入沸水反应堆，形成热力循环。为了提高蒸汽的干度，可在汽轮机高低缸之间可设汽水分离和再热器805。此外，与实施例2所示的过热蒸汽炉411相似，蒸汽过热装置811中的过热蒸汽炉可被设计为在将来自核供汽系统的饱和蒸汽或微过热蒸汽加热为过热蒸汽的同时自产饱和蒸汽或过热蒸汽。本实施例中的蒸汽过热装置811可以是图5、图6和图7中所示蒸汽过热装置，并且本领域技术人员可根据需要合理设计蒸汽过热装置中蒸汽过热炉的数量和配置关系。实施例7图9示意性示出根据本发明实施例7的包括重水堆型核供汽系统和化石燃料的蒸汽过热炉联合发电系统900的工作原理图。联合发电系统900至少包括重水反应堆901和反应堆冷却剂系统，也称一回路，以及蒸汽和动力转换系统，也称二回路。一回路中的反应堆冷却剂例如重水在压力罐内流动，把裂变产生的热量带出重水反应堆901的堆芯，在蒸汽发生器903内将热量传给蒸汽发生器另一侧的二回路的轻水以产生蒸汽。蒸汽发生器903出口处的重水经由主循环泵902输送进另一侧的重水反应堆压力罐，如此循环，产生饱和蒸汽。二回路包括蒸汽过热炉911、汽轮发电机组910、汽水分离和再热器905、凝汽器 906等设备。蒸汽发生器中的轻水在蒸汽发生器中吸收热量变成饱和蒸汽。该饱和蒸汽进入蒸汽过热炉911，蒸汽过热炉911通过燃烧化石燃料放出热量加热来自蒸汽发生器的饱和蒸汽，输出过热度大于80度，优选大于100度，更优选大于130度的过热蒸汽。该化石燃料诸如，固体化石燃料，例如燃煤；液体化石燃料，例如燃油；或气体化石燃料，例如天然气。蒸汽过热炉911输出的过热蒸汽驱动汽轮发电机组910发电。做功后的乏汽在凝汽器 906内凝结成水。凝结水经给水泵送入高压加热器909加热后，重新返回蒸汽发生器，如此形成热力循环。为了提高蒸汽的干度，可在汽轮机高低缸之间可设汽水分离和再热器905。此外，与实施例2所示的过热蒸汽炉411相似，蒸汽过热装置911中的过热蒸汽炉可被设计为在将来自核供汽系统的饱和蒸汽或微过热蒸汽加热为过热蒸汽的同时自产饱和蒸汽或过热蒸汽。本实施例中的蒸汽过热装置911可采用图5、图6和图7中所示蒸汽过热装置，并且本领域技术人员可根据需要合理设计蒸汽过热装置中蒸汽过热炉的数量和配置关系。
权利要求
1.一种核燃料和化石燃料联合发电的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，利用核燃料在反应堆内裂变放出的热量加热水得到饱和蒸汽或微过热蒸汽；通过燃烧化石燃料将所述饱和蒸汽或微过热蒸汽加热为过热蒸汽；和利用所述过热蒸汽驱动汽轮发电机组发电。
2.如权利要求1所述的核燃料和化石燃料联合发电的方法，其特征在于，所述反应堆是压水反应堆、沸水反应堆或重水反应堆。
3.如权利要求1所述的核燃料和化石燃料联合发电的方法，其特征在于，所述化石燃料是固体化石燃料、液体化石燃料和气体化石燃料中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的核燃料和化石燃料联合发电的方法，其特征在于，所述化石燃料是燃煤、燃油和燃气中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的核燃料和化石燃料联合发电的方法，其特征在于，所述微过热蒸汽的过热度小于50度。
6.如权利要求1所述的核燃料和化石燃料联合发电的方法，其特征在于，所述微过热蒸汽的过热度小于30度。
7.如权利要求1所述的核燃料和化石燃料联合发电的方法，其特征在于，所述过热蒸汽的过热度大于80度。
8.如权利要求1所述的核燃料和化石燃料联合发电的方法，其特征在于，所述过热蒸汽的过热度大于100度。
9.如权利要求1所述的核燃料和化石燃料联合发电的方法，其特征在于，所述过热蒸汽的过热度大于130度。
10.一种核燃料和化石燃料联合发电的系统，该系统包括，核供汽系统，用于利用核燃料在反应堆中裂变放出的热量加热水得到饱和蒸汽或微过热蒸汽，蒸汽过热装置，包括至少一个蒸汽过热炉，用于通过燃烧化石燃料将所述饱和蒸汽或微过热蒸汽加热为过热蒸汽，和汽轮发电机组，用于利用所述过热蒸汽进行发电。
11.如权利要求10所述的核燃料和化石燃料联合发电的系统，其特征在于，所述至少一个蒸汽过热炉中的一个或多个在将来自核供汽系统的饱和蒸汽或微过热蒸汽加热为过热蒸汽的同时自产饱和蒸汽或过热蒸汽。
12.如权利要求10所述的核燃料和化石燃料联合发电的系统，其特征在于，所述蒸汽过热装置包括多个串联配置的蒸汽过热炉。
13.如权利要求10所述的核燃料和化石燃料联合发电的系统，其特征在于，所述蒸汽过热装置包括多个并联配置的蒸汽过热炉。
14.如权利要求10所述的核燃料和化石燃料联合发电的系统，其特征在于，所述蒸汽过热装置包括多个串并联组合配置的蒸汽过热炉。
15.如权利要求10所述的核燃料和化石燃料联合发电的系统，其特征在于，所述反应堆是压水反应堆、沸水反应堆或重水反应堆。
16.如权利要求10所述的核燃料和化石燃料联合发电的系统，其特征在于，所述化石燃料是固体化石燃料、液体化石燃料和气体化石燃料中的一种或多种。
17.如权利要求10所述的核燃料和化石燃料联合发电的系统，其特征在于，所述化石燃料是燃煤、燃油和燃气中的一种或多种。
18.如权利要求10所述的核燃料和化石燃料联合发电的系统，其特征在于，所述微过热蒸汽的过热度小于50度。
19.如权利要求10所述的核燃料和化石燃料联合发电的系统，其特征在于，所述微过热蒸汽的过热度小于30度。
20.如权利要求10所述的核燃料和化石燃料联合发电的系统，其特征在于，所述过热蒸汽的过热度大于80度。
21.如权利要求10所述的核燃料和化石燃料联合发电的系统，其特征在于，所述过热蒸汽的过热度大于100度。
22.如权利要求10所述的核燃料和化石燃料联合发电的系统，其特征在于，所述过热蒸汽的过热度大于130度。
全文摘要
本发明涉及一种核燃料和化石燃料联合发电的方法和系统。本发明的联合发电方法包括以下步骤；利用核燃料在反应堆内裂变放出的热量加热水得到饱和蒸汽或微过热蒸汽；通过燃烧化石燃料将所述饱和蒸汽或微过热蒸汽加热为过热蒸汽；和利用所述过热蒸汽驱动汽轮发电机组发电。本发明的联合发电系统包括利用核燃料在反应堆中裂变放出的热量加热水得到饱和蒸汽或微过热蒸汽的核供汽系统，具有至少一个蒸汽过热炉、用于通过燃烧化石燃料将所述饱和蒸汽或微过热蒸汽加热为过热蒸汽的蒸汽过热装置，和利用所述过热蒸汽进行发电的汽轮发电机组。本发明将燃烧化石燃料的蒸汽过热装置组合在核燃料发电系统中，具有能量利用率高、发电成本低等优点。
文档编号F01D15/10GK102174904SQ20111005564
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者屈武第, 敖建军, 沃开宇 申请人:上海宁松热能环境工程有限公司