一种核能供热耦合生物质发电站供热装置的制作方法

1.本发明属于核能供热技术领域，尤其涉及一种核能供热耦合生物质发电站供热装置。


背景技术：

2.单独利用核能供暖、供汽，从实践上来看，具有以下三重局限：
3.一是调整频繁、运行稳定性不足。供暖季热负荷具有波动性和周期性的双重特点，需要不断调整热源出力以维持室内恒温。供热堆虽具备一定的负荷调节能力，但响应较为缓慢且对设备疲劳尤其是控制棒寿命影响较大。如果时刻跟随供暖负荷曲线，则较难实现快速跟随负荷变化。
4.二是用汽波动、核能利用率偏低。非采暖季核能无法对外供暖，导致核能利用率下降。同时需要生产工业蒸汽以满足当地企业的用汽需求，而工业用汽负荷同样存在波动性的问题,供热堆同样无法满足工业用汽负荷侧的频繁变化，且当用汽量降至15％额定负荷以下时，若供热堆也维持相应功率则无法满足蒸汽品质要求，从而不得不维持在较高功率水平，造成蒸汽浪费，从而导致核能利用率下降。
5.三是造价偏高、项目经济性较差。目前核能小堆单位静态投资约为9240元 /千瓦热；单位动态投资约为9799元/千瓦热，投资成本是当前国内大堆的2倍左右，资本金内部收益率极低，严重制约项目整体经济性。


技术实现要素：

6.本发明实施例的目的在于提供一种核能供热耦合生物质发电站供热装置，旨在解决核能供热利用率低、经济性差的问题。
7.本发明是这样实现的，一种核能供热耦合生物质发电站供热装置，包括：
8.核能堆，通过中间隔离回路与供热系统连通，用于形成主要供热；
9.生物质供热发电站(以生物质发电为主的小型火电站)，与供热系统连通辅助核能供热堆供热；可接收核能过热蒸汽发电，形成耦合；
10.其中，在供暖季，以核能堆供暖为主，通过生物质供热发电站供热进行调峰；在非供暖季，由生物质供热发电站消纳富余的核能。
11.在供暖季，核能堆以供暖为主，运行方式上与生物质供热发电站耦合，确保核能堆负荷稳定运行，通过生物质供热发电站供热进行调峰，确保供热堆安全、稳定运行。核能堆在每一个供暖阶段均以稳定功率运行，随着环境温度的下降或上升，以生物质供热发电站供热进行调峰，一旦调峰接近设定的核能堆下一功率台阶，则供热堆进入下一功率台阶继续稳定功率运行，从而既保障了灵活的调峰需求，又保障了核能堆的稳定功率运行。提高核能综合利用率，确保核能堆安全稳定运行。为满足工业园区一定范围内波动的工业蒸汽需求，同时保证蒸汽压力温度等品质，核能堆需维持在较高的稳定功率水平，为避免蒸汽浪费并稳定反应堆功率，将富余蒸汽供给生物质供热发电站，通过生物质供热发电站利用蒸汽
进行发电。通过中间隔离回路进行换热，提高了供热能力，避免了温度过低的换热剂进入到核能堆内部造成换热难度大，并保证了核能堆与外界的可靠隔离。
12.耦合后的优势：一是多能互补、提高核能堆安全稳定性。在采暖季，核能与辅助能供汽耦合，由核能供热堆提供基本的采暖和工业用汽负荷，同时，充分发挥辅助能供暖启停灵活、供储结合、快速顶峰等特性，通过辅助能供热对采暖负荷进行调峰补偿，最大限度弥补了单一核能供热运行调节不灵活的缺点，充分发挥各自供热优势，保障一体化反应堆的安全稳定运行。
13.二是消纳蒸汽、保障反应堆夏季不停堆。在非采暖季，核能与辅助能源发电耦合，此时由辅助能汽轮机组充分发挥耦合作用，消纳核能小堆的富余工业蒸汽并加以利用，进一步提高核能利用率，避免核能反应堆在夏季面临的核能利用率低甚至停堆的风险。
14.三是优势互补、提升本项目整体经济性。核能与辅助电站效益耦合。利用生物质发电项目的经济性优势，通过长短互补，能够补偿核能供热项目的经济性缺陷，单一核能项目资本金内部收益率仅为3.75％，核能与辅助能板块的资本金内部收益率达到5.11％。实现经济效益、社会效益、环境效益的完美平衡，使得项目具有广阔的市场前景。
15.通过技术耦合后，还具有以下技术效果：供暖季即使核能堆全部退出运行，也可由辅助能提供稳定的采暖负荷，使供热系统的整体可靠性极大提高，保障了民生问题。即使辅助能电厂全停的情况下，富余蒸汽依然可以通过低压缸循环作功，使小堆的安全性和经济性得到了双重提高。
16.通过多能耦合方式使项目经济性进一步提高。表现在：第一：提高了核能供暖的利用效率，增加了其经济性。第二：通过公用统系统深化耦合，电气开关站部分可以实现三合一模式，化学制水车间可实现二合一模式，降低了设备整体造价及占地面积，增强了运行稳定性并提高了设备利用率。第三：节能省了财务贷款和流动资金。
附图说明
17.图1为本发明实施例提供的一种核能供热耦合生物质发电站供热装置的结构示意图；
18.图2为本发明实施例提供的一种核能供热耦合生物质发电站供热装置的供能结构示意图；
具体实施方式
19.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
20.以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
21.如图1所示，为本发明实施例提供的一种核能耦合供热装置的结构图，包括：
22.核能堆1，通过中间隔离回路与供热系统连通，用于形成主要供热；
23.辅助供热发电站3，与供热系统连通，并与核能堆1耦合，用于形成辅助供热；
24.其中，在供暖季，以核能堆1供暖为主，通过辅助供热发电站3供热进行调峰；在非供暖季，由辅助供热发电站3消纳富余的核能。
25.在供暖季，核能堆1以供暖为主，运行方式上与辅助供热发电站3耦合，确保核能堆1负荷稳定运行，通过辅助供热发电站3供热进行调峰，确保安全灵活运行。核能堆1在每一个供暖阶段均以稳定功率运行，随着环境温度的下降或上升，以辅助供热发电站3供热进行调峰，一旦调峰接近设定的核能堆1 下一功率台阶，则供热堆进入下一功率台阶继续稳定功率运行，从而既保障了灵活的调峰需求，又保障了核能堆1的稳定功率运行。提高核能综合利用率，确保核能堆1安全稳定运行。为满足工业园区一定范围内波动的工业蒸汽需求，同时保证蒸汽压力温度等品质，核能堆1仍需维持在较高的稳定功率换热剂平，为避免蒸汽浪费并稳定反应堆功率，将富余蒸汽供给辅助供热发电站3，通过辅助供热发电站3利用蒸汽进行发电。通过中间隔离回路进行供热，提高了供热能力，避免了温度过低的换热剂进入到核能堆1内部造成换热难度大。
26.在本发明实施例中，核能堆1是核反应堆，核能堆1通过换热管道连通设置有中间换热器2，并通过中间隔离回路进行换热，核能堆1的内部设置有堆芯，堆芯核燃料通过自持式裂变产生热量，将核能堆1内部的换热剂进行加热，被加热的换热剂密度降低，向上流动，通过管道进入到中间隔离回路的内部进行冷却换热，被冷却的换热剂因温度降低密度增大，向下流动，并进入到堆芯的内部，因此，核能堆1内部的换热剂形成一个自然循环的过程。中间隔离回路设置在核能堆1的上部，从而形成循环。辅助供热发电站3可以是生物质供热装置，通过生物质锅炉、汽轮发电机系统进行生物供热发电。供暖季可以是冬季，非供暖季可以是夏季、春季或者秋季，具体区分可以根据环境需要区分。核能堆1设有稳压器，中间隔离回路设置有波动水箱，正常运行核能堆芯压力力9mpa，中间隔离回路压力为10mpa，稳压器和波动水箱是为防止系统压力波动而设置的，类于稳压、蓄能的作用。
27.作为本发明的一种优选实施例，辅助供热发电站3包括生物质锅炉、汽轮发电机组、低压缸和高压缸，汽轮发电机组连通设置在低压缸和高压缸之间，为避免蒸汽浪费并稳定核能堆1功率，将富余蒸汽供给辅助供热发电站3，生物质锅炉产生的蒸汽进入高压缸，高压缸排汽与核能堆1通入的热蒸汽混合后进入低压缸发电。凝结水经凝结水泵升压后部分送至核能堆1，经核能堆1加热后产生过热蒸汽；部分凝结水经低压加热器、高压加热器后送至锅炉省煤器。提高核能综合利用率，确保核能堆1安全稳定运行，实现核能堆1富余蒸汽的充分利用。由于供给生物质电厂的蒸汽允许实时变化，从而可以确保满足工业园区用汽负荷灵活变化的需求。
28.作为本发明的一种优选实施例，汽轮发电机组连接设置有除氧器，通过除氧器对凝结水进行除氧，避免了设备氧化。
29.作为本发明的一种优选实施例，中间隔离回路包括中间换热器2、第三换热剂泵11、民用换热器和工业换热器5，中间换热器2设置在核能堆1的内部，并与核能堆1内部循环换热剂管道连通，中间隔离回路通过中间换热器2内部换热剂进行换热，民用换热器和工业换热器5并联并与中间换热器2连通，民用换热器和工业换热器5汇流并通过第三换热剂泵11连通中间换热器2形成循环回路，其中，通过民用换热器和工业换热器5进行民用和工业进行供热。中间换热器2内部的冷凝循环出水端通过管道分流连通在民用换热器和工业换热器5的热路进水端，民用换热器和工业换热器5的热水循环出水端汇流并连通第三换热剂泵11的进水端，第三换热剂泵11出水端与中间换热器2的进水端连通，从而形成换热循环。管道上设置有控制阀，从而进行控制。民用换热器通过管道连通民用供热系统7和第二换热
剂泵10并形成循环回路，通过第二换热剂泵10形成泵送动力，从而进行民用供热。
30.作为本发明的一种优选实施例，工业换热器5的冷循环出水端通过出水管道连通工业供暖系统6，出水管道连通储热换热剂箱8，储热换热剂箱8连通水源，通过持续进行供水，可以持续进行供热。储热换热剂箱8通过第一换热剂泵9连通工业换热器5的冷循环进水端通过储热换热剂箱8形成回流循环，并通过储热换热剂箱8形成缓存系统，便于能量进行储存。
31.作为本发明的一种优选实施例，民用换热器为热网换热器4，热网换热器4 运行简单、可靠，可以保证加热所用蒸汽的凝结水清洁并将其全部回收。
32.作为本发明的一种优选实施例，民用供热系统7以热网进行供热，增加了供热面积，增加了供热能力。
33.作为本发明的另一种优选实施例，核能堆1设置有两个，并且并联进行供热，生物质锅炉选用2
×
130t/h，从而实现供热。汽轮发电机组为150mw
‑
170mw 级。
34.本发明上述实施例中提供了一种核能耦合供热装置，通过中间隔离回路进行换热，提高了供热能力，避免了温度过低的换热剂进入到核能堆1内部造成换热难度大并将核岛与常规岛可靠隔离。供暖季即使核能堆1全部退出运行，也可由辅助供热发电站3提供稳定的采暖负荷，使供热系统的整体可靠性极大提高，保障了民生问题。即使生物质电厂全停的情况下，富余蒸汽依然可以循环作功，使核能堆1的安全性和经济性得到了双重提高。
35.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。