专利名称：压水堆核动力燃气轮机循环发电系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及发电系统，尤其是一种压水堆核动力燃气轮机循环发电系统。
背景技术：
目前的燃气轮机，基本上是以燃油为能量来源，体积大，功率有限，可靠性不高。而且浪费不可再生的能源，污染空气。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种压水堆核动力燃气轮机循环发电系统，体积小， 可靠性好，发电效率高，没有(X)2温室气体产生，不污染空气。为实现上述目的，本实用新型可采取下述技术方案本实用新型一种压水堆核动力燃气轮机循环发电系统，包括压水堆核反应系统， 发电机，以及控制装置，还包括蒸汽发生器，用于驱动所述发电机的三级燃气轮机，三级压缩机，三级换热器，二级中冷器，低温换热器，和冷却塔，所述压水堆核反应系统的高压加热水箱的出水口通过带有稳压器的管道与所述蒸汽发生器下部的U型管入口连通，所述U型管的出口通过带有主泵的管道与所述高压加热水箱的回水口连通，构成第一回路系统；所述蒸汽发生器的热蒸汽出口通过管路分别与所述三级换热器的第一入口连通， 三级换热器的第一出口分别通过管路与所述蒸汽发生器的回水口连通，构成由水做传热工质的第二回路系统；所述三级压缩机中的第三级压缩机出口通过管路与回热器的第二入口连通，回热器的第二出口与所述三级换热器中的第一级换热器的第二入口连通，第一级换热器的第二出口与所述三级燃气轮机中的第一级燃气轮机的入口连通，第一级燃气轮机的出口第二级换热器的第二入口连通，第二级换热器的第二出口与第二级燃气轮机的入口连通，第二级燃气轮机的出口第三级换热器的第二入口连通，第三级换热器的第二出口与回热器的第一入口连通，回热器的第一出口与低温换热器的第二入口连通，低温换热器的第二出口与所述第一级压缩机的入口连通，第一级压缩机的出口与所述二级中冷器中的第一级中冷器的第一入口连通，第一级中冷器的第一出口与第二级压缩机的入口连通，第二级压缩机的出口与第二级中冷器的第一入口连通，第二级中冷器的第一出口与第三级压缩机的入口连通，构成由氦气做传热工质、并用于驱动三级燃气轮机的第三回路系统；所述冷却塔的第一、第二、第三出口分别与低温换热器的第一入口、第一级中冷器的第二入口、第二级中冷器的第二入口连通，冷却塔的第一、第二、第三入口分别与低温换热器的第一出口、第一级中冷器的第二出口、第二级中冷器的第二出口连通，分别构成三条冷却回路系统。所述的三级压缩机均为轴流式压缩机。与现有技术相比本实用新型的有益效果是[0012]本实用新型压水堆核动力燃气轮机循环发电系统，由压水堆核反应系统，吸热与热能传递系统(由所述蒸汽发生器、三级燃气轮机、三级压缩机、三级换热器、二级中冷器、 低温换热器、以及冷却塔构成)，发电系统三部分组成，压水堆核反应系统将核能转化为工作流体的高温热能，吸热与热能传递系统将蒸汽热量变为高温高压氦气，推动燃气轮机发电。整个系统体积小，可靠性好，发电效率高，没有CO2温室气体产生，不污染空气，是一种无碳发电技术。
图1是本实用新型压水堆核动力燃气轮机循环发电系统的结构示意图。图2是本实用新型实施例工作于恒温热源T1和Ttl间的不可逆闭式中冷回热再热三级燃气轮机循环模型示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型一种压水堆核动力燃气轮机循环发电系统，包括压水堆核反应系统S，发电机D，以及控制装置，还包括蒸汽发生器V，用于驱动所述发电机D的三级燃气轮机(第一级燃气轮机TUl、第二级燃气轮机TU2和第三级燃气轮机TU3 )，三级轴流式压缩机(第一级轴流式压缩机Cl、第二级轴流式压缩机C2和第三级轴流式压缩机C3)，三级换热器(第一级换热器R5、第二级换热器R6和第三级换热器R7)，二级中冷器(第一级中冷器Rl和第二级中冷器R2)，低温换热器R3，和冷却塔C ；所述压水堆核反应系统S的高压加热水箱的出水口通过带有稳压器P的管道与所述蒸汽发生器V下部的U型管入口连通，所述U型管的出口通过带有主泵Pl的管道与所述高压加热水箱的回水口连通，构成第一回路系统。第一回路系统中，高压水吸收压水堆核反应系统S燃料元件的释热后，进入蒸汽发生器V下部的U型管内，将热量传给第二回路系统的水；所述蒸汽发生器V的热蒸汽出口通过管路分别与所述三级换热器R5、R6和R7的第一入口连通，三级换热器(第一级换热器R5、第二级换热器R6和第三级换热器R7)的第一出口分别通过管路与所述蒸汽发生器V的回水口连通，构成由水做传热工质的第二回路系统。第二回路系统的水在蒸汽发生器V下部的U型管外部流过，吸收第一回路系统的热量后沸腾，产生的蒸汽从蒸汽发生器V上部的热蒸汽出口流出，将热量传给第三回路系统三级换热器(第一级换热器R5、第二级换热器R6和第三级换热器R7)中的氦气；所述三级轴流式压缩机(第一级轴流式压缩机Cl、第二级轴流式压缩机C2和第三级轴流式压缩机C3)中的第三级轴流式压缩机C3出口通过管路与回热器R4的第二入口连通，回热器R4的第二出口与所述三级换热器中的第一级换热器R5的第二入口连通，第一级换热器R5的第二出口与所述三级燃气轮机(第一级燃气轮机TU1、第二级燃气轮机TU2和第三级燃气轮机TU3)中的第一级燃气轮机TUl的入口连通，第一级燃气轮机TUl的出口第二级换热器R6的第二入口连通，第二级换热器R6的第二出口与第二级燃气轮机TU2的入口连通，第二级燃气轮机TU2的出口第三级换热器R7的第二入口连通，第三级换热器R7的第二出口与回热器R4的第一入口连通，回热器R4的第一出口与低温换热器R3的第二入口连通，低温换热器R3的第二出口与所述第一级轴流式压缩机Cl的入口连通，第一级轴流式压缩机Cl的出口与所述二级中冷器Rl、R2中的第一级中冷器Rl的第一入口连通，第一级中冷器Rl的第一出口与第二级轴流式压缩机C2的入口连通，第二级轴流式压缩机C2的出口与第二级中冷器R2的第一入口连通，第二级中冷器R2的第一出口与第三级轴流式压缩机 C3的入口连通，构成由氦气做传热工质、并用于驱动三级燃气轮机(第一级燃气轮机TU1、 第二级燃气轮机TU2和第三级燃气轮机TU3)的第三回路系统。第三回路系统中的氦气在所述三级换热器中吸收热量变为高温高压气体，在所述燃气轮机内膨胀作功，驱动所述燃气轮机，燃气轮机驱动所述发电机D发电；所述冷却塔C的第一、第二、第三出口分别与低温换热器R3的第一入口、第一级中冷器Rl的第二入口、第二级中冷器R2的第二入口连通，冷却塔C的第一、第二、第三入口分别与低温换热器R3的第一出口、第一级中冷器Rl的第二出口、第二级中冷器R2的第二出口连通，分别构成三条冷却回路系统。图2所示为工作于恒温热源T1和Ttl间的不可逆闭式中冷回热再热三级燃气轮机循环的温熵图。所述的回热再热中冷循环中，再热是指第一级涡轮机膨胀作功后气体再由第二级换热器加热，回热是指第二级涡轮机膨胀作功后气体与第二级压缩机出来的气体进行热交换，中冷是指第一级压缩机出来的气体由冷却水冷却后进入第二级压缩机。其中T 为温度，S为工质的热力学熵，为不可逆恒温源布雷顿循环1 一2— 3— 4一5— 6 —7—8— 9—10—11—12—13—14—L· 1_2为气体在低压压气机中的不可逆绝热压缩过程(压比为
巧，也称中冷压比)；2-3为气体在中冷器中的冷却过程；3-4为气体在中压压气机中的不
可逆绝热压缩过程(压比力、压比相同)；5-6为气体在高压压气机中的不可逆绝热压缩
过程(压比为巧，π为总压比)6-7为气体在回热器中的预热过程；7-8为工质从第一级换热器R5吸热过程；8-9为工质在第一级涡轮中的不可逆绝热膨胀过程；9一 10为工质从第二级换热器R6吸热过程，10-11为工质在第二级涡轮中的不可逆绝热膨胀过程；11-12为工质从第三级换热器R7吸热过程，12-13为工质在第三级涡轮中的不可逆绝热膨胀过程； 13—14为排气在回热器中的放热过程；14 一 1为排气向低温热源的放热过程。1-2 s、 3—4 s和6—7 s为1 一 2、3 —4和6 —7相应的可逆绝热压缩和膨胀过程。压气机内
损失用内效率义(设高压压气机和低压压气机的效率相同)，涡轮机的内损失用内效率知
来表示，即有
ψ _ ψ ψ _ ψVt == T-T
^fj 1JS ^84 Hs设工质为定比热的理想气体，其热容率为Cwf ；工质与高低温热源间的换热器 R5的热导率Uh2，换热器R6、R7热导率^11、回热器R3热导率Uli，换热器均为逆流式，热导率为传热系数与传热面积之积。由工质性质、热源与工质间的传热和换热器理论可知吸、放热率、回热热流率和中冷换热热流率分别为Qi =。破(Tg — ^J(巧 ~~ ζ) Tr ~~ ？g) — A) = C胃EΗ^ΓΗ ~~ ^？)[0025]Q2 = cV (7Io - %) = l]m. ( - Tm )/ln[ TH - TmV、TH = c IVSS(TM ~Qi — C^ ( — T^1) = Um(T^1 — TJ2) /ln[ Th — Tu) KTh ~』ii)] = C将EH — TJ1)Q1 =Qi=Cvf (Tu — T1) = UZ1 (Tu -TL)ilri[ Tu — T1)/(T1 - T1) = CwBl(Tu — T1)Qr = C^ (Tn -Tw) = Cvf (T7 -T6)= CwFs(TB -T6)Q6 = C对(T2 -7]) = U1 (T2 -Τ3)/ η[Τ2 -7；)/(73 -7；) = CnfEl(T2 -T1)Q7 = Clif (T4 -T5)= U2CT4 — 7；)/ln[7； — TJ)/(T5 -T1) = CwE1 (T4 — T1)其中T1 - m H、T25、η5，分别代表图2中各工况点温度；式中，Eh、El、E1分别为高低温侧换热器R5、R6、R7、回热器R3和中冷器R4的有效度，EH=l_exp (_NN)，EL=l_exp (_NL)，Ee=NR / (NR+1)，E1=Pexp (_N1)其中，Ni(i=H，L，R，I)为传热单元数，Ni=Ui / CWf。循环输出功率和效率为P=Q1+Q2+Q3-Q4-Q6-Q7'7 =P / (Q!+Q2+Q3)
权利要求1.一种压水堆核动力燃气轮机循环发电系统，包括压水堆核反应系统(S)，发电机 (D)，以及控制装置，其特征在于还包括蒸汽发生器(V)，用于驱动所述发电机(D)的三级燃气轮机(TUl、TU2和TU3)，三级压缩机(Cl、C2和C3)，三级换热器(R5、R6和R7)，二级中冷器(Rl和R2)，低温换热器(R3)，和冷却塔(C)，所述压水堆核反应系统(S)的高压加热水箱的出水口通过带有稳压器(P)的管道与所述蒸汽发生器(V)下部的U型管入口连通，所述U型管的出口通过带有主泵(Pl)的管道与所述高压加热水箱的回水口连通，构成第一回路系统；所述蒸汽发生器(V)的热蒸汽出口通过管路分别与所述三级换热器(R5、R6和R7)的第一入口连通，三级换热器(R5、R6和R7)的第一出口分别通过管路与所述蒸汽发生器(V) 的回水口连通，构成由水做传热工质的第二回路系统；所述三级压缩机(Cl、C2和C3)中的第三级压缩机(C3)出口通过管路与回热器(R4) 的第二入口连通，回热器(R4)的第二出口与所述三级换热器(R5、R6和R7)中的第一级换热器(R5)的第二入口连通，第一级换热器(R5)的第二出口与所述三级燃气轮机(TU1、TU2 和TU3)中的第一级燃气轮机(TUl)的入口连通，第一级燃气轮机(TUl)的出口第二级换热器(R6)的第二入口连通，第二级换热器(R6)的第二出口与第二级燃气轮机(TU2)的入口连通，第二级燃气轮机(TU2)的出口第三级换热器(R7)的第二入口连通，第三级换热器(R7) 的第二出口与回热器(R4)的第一入口连通，回热器(R4)的第一出口与低温换热器(R3)的第二入口连通，低温换热器(R3)的第二出口与所述第一级压缩机(Cl)的入口连通，第一级压缩机(Cl)的出口与所述二级中冷器(Rl、R2)中的第一级中冷器(Rl)的第一入口连通， 第一级中冷器(Rl)的第一出口与第二级压缩机(C2)的入口连通，第二级压缩机(C2)的出口与第二级中冷器(R2)的第一入口连通，第二级中冷器(R2)的第一出口与第三级压缩机 (C3 )的入口连通，构成由氦气做传热工质、并用于驱动三级燃气轮机(TUl、TU2和TU3 )的第三回路系统；所述冷却塔(C)的第一、第二、第三出口分别与低温换热器(R3)的第一入口、第一级中冷器(Rl)的第二入口、第二级中冷器(R2)的第二入口连通，冷却塔(C)的第一、第二、 第三入口分别与低温换热器(R3)的第一出口、第一级中冷器(Rl)的第二出口、第二级中冷器(R2)的第二出口连通，分别构成三条冷却回路系统。
2.根据权利要求1所述的压水堆核动力燃气轮机循环发电系统，其特征在于所述的三级压缩机(Cl、C2和C3)均为轴流式压缩机。
专利摘要本实用新型公开了一种压水堆核动力燃气轮机循环发电系统，包括压水堆核反应系统，发电机，以及控制装置，还包括蒸汽发生器，用于驱动所述发电机的三级燃气轮机,三级压缩机，三级换热器，二级中冷器，低温换热器，和冷却塔，上述装置和系统通过管路，构成第一回路系统、由水做传热工质的第二回路系统、由氦气做传热工质并用于驱动三级燃气轮机的第三回路系统、以及三条冷却回路系统。本实用新型压水堆核动力燃气轮机循环发电系统，体积小，可靠性好，发电效率高，没有CO2温室气体产生，不污染空气，是一种无碳发电技术。
文档编号F02C6/00GK201991617SQ20112000981
公开日2011年9月28日 申请日期2011年1月13日 优先权日2011年1月13日
发明者黄德中 申请人:绍兴文理学院