一种多模块高温堆热电联供系统及方法与流程

本发明属于核能供热和发电领域，具体涉及一种多模块高温堆热电联供系统及方法。

背景技术：

1、核能是世界公认的绿色、低碳、环保的清洁能源，核能发电是世界电能生产的主要方式之一。受到国家“双碳”政策的影响，核能供热越来越受到重视，发展核能将为我国碳达峰、碳中和战略的实施发挥不可替代的作用。

2、目前，工业用蒸汽的来源主要是燃煤、燃油、燃气锅炉，这种方式耗能高，对环境污染严重，不利于国家环保政策的推行。尤其是现在国家正在推行建设园区集中供热设施，关停小型自备电站，改变传统供热模式，实现供热资源集约化发展。高温气冷堆作为我国第四代新型核电技术，发电效率和安全性极高，在发电、供应工艺热、供暖、制氢等领域有着广阔的应用前景，目前，高温堆示范工程成功并网发电代表着高温气冷堆已开始进入到商用化时代。高温气冷堆可以为工业园区提供多种参数不同品质的工业用蒸汽需求，它提供的高温热能可替代煤炭等燃料发热，通过热电联供的方式，可以应用到海水淡化，集中供热，稠油热采等领域。

3、但是，目前高温堆热电联供的系统中，高温气冷堆未按照模块化进行供热，且大多用于发电、供暖或制氢。高温气冷堆氦气透平直接循环发电、超临界co2循环直接发电技术发电效率较高，技术尚不完全成熟，无法大规模商用。在高温气冷堆供应工艺热的系统设计中，采用的是主蒸汽作为热源直接加热工业蒸汽，换热系统存在着高压水能量损失的问题，国内通常采用的是节流减压的方式，这种解决方式不仅造成能源浪费，而且提高液体的温度，影响后续凝结水处理系统的进水温度，同时还增加了电力成本。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种多模块高温堆热电联供系统及方法，能够实现模块化，根据用户用热实现多种供热需要，提升适用性，实现能源梯级利用。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种多模块高温堆热电联供系统，包括三个回路：一回路压力及氦气循环系统，二回路蒸汽循环及发电系统，三回路供应工艺热和供暖系统；其特征在于：

4、所述的一回路压力及氦气循环系统，在反应堆压力容器内设置反应堆，并建立氦气循环，将堆内热量通过氦气带入二回路蒸汽循环；

5、所述的二回路蒸汽循环及发电系统，将氦气与二回路水换热产生蒸汽，建立起压力循环，将蒸汽热能转换为机械能对外发电；

6、所述的三回路供应工艺热和供暖系统，通过多级换热，将二回路蒸汽热能对外供热。

7、所述的二回路蒸汽循环及发电系统，包括与反应堆连接的蒸汽发生器、蒸汽发生器出口管路上安装的抽汽凝汽式汽轮发电机组、与抽汽凝汽式汽轮发电机组连接的汽轮机回热系统、汽轮机再热系统和汽轮机凝结水系统、给水系统和压力能回收装置。

8、所述的抽汽凝汽式汽轮发电机组，包括汽轮机高压缸、汽轮机低压缸和发电机；所述的汽轮机高压缸与蒸汽发生器出口连接，所述的汽轮机低压缸与汽轮机高压缸通过再热器连接，所述的发电机与汽轮机低压缸。

9、所述的汽轮机回热系统，包括疏水器，一级低压加热器，二级低压加热器，三级低压加热器，四级低压加热器，二回路除氧器，一级高压加热器，二级高压加热器；所述的疏水器、一级低压加热器、二级低压加热器、三级低压加热器、四级低压加热器分别与汽轮机低压缸出口连接；所述的二回路除氧器、一级高压加热器、二级高压加热器分别与汽轮机高压缸出口连接；所述的一级低压加热器、二级低压加热器、三级低压加热器、四级低压加热器、二回路除氧器、一级高压加热器、二级高压加热器串联。

10、所述的汽轮机再热系统为再热器。

11、所述的汽轮机凝结水系统，包括与汽轮机低压缸连接的凝汽器、与凝汽器连接的凝结水泵、与疏水器连接的凝结水精处理装置。

12、所述的给水系统包括设于二回路除氧器出口管路上的串联连接的一级给水泵和二级给水泵。

13、所述的压力能回收装置包括中压液体膨胀机和高压液体膨胀机，所述的凝结水精处理装置出口连接过滤水泵，所述的中压液体膨胀机和高压液体膨胀机分别安装在过滤水泵和一级给水泵的进口处。

14、所述的三回路供应工艺热和供暖系统，包括与汽轮机高压缸和蒸汽发生器出口均连接的供工艺热蒸汽换热设备，以及与汽轮机低压缸连接的供暖系统。

15、所述的供工艺热蒸汽换热设备，包括高压和低压两组，高压组换热设备包括在蒸汽发生器出口管路上串联连接的高压过热器、高压蒸发器、高压给水预热器、高压除盐水预热器，低压组换热设备包括在汽轮机高压缸出口管路上串联连接的中压过热器、中压蒸发器、中压给水预热器、中压除盐水预热器；所述的中压过热器和中压蒸发器、中压蒸发器和中压给水预热器、高压过热器和高压蒸发器、高压蒸发器和高压给水预热器，分别设有连接管路的旁路。

16、所述的三回路供应工艺热和供暖系统，还包括高压给水泵、中压给水泵三回路除氧器和减温减压装置；所述的高压给水泵与回路除氧器出口管路连接，所述的中压给水泵与回路除氧器的另一出口管路连接；所述的回路除氧器的入口与所述的中压除盐水预热器出口连接，所述的回路除氧器的另一入口与所述的减温减压装置连接，所述的减温减压装置位于中压过热器和中压蒸发器连接管路的旁路上。

17、所述的供暖系统，与汽轮机低压缸连接的供暖换热器及供暖循环水泵，所述的供暖换热器的出口与二回路蒸汽循环及发电系统的汽轮机凝结水系统连通。

18、所述的供暖系统还包括与供暖换热器连接分水器，以及安装在供暖循环水泵入口管路上的集水器；所述集水器和供暖循环水泵之间设有除污器、定压罐、补水泵和补水箱。

19、一种多模块高温堆热电联供方法，其特征在于，步骤如下：

20、1)将蒸汽发生器产生的主蒸汽分两股，一股进入抽汽凝汽式汽轮机发电系统做功发电，主蒸汽经过汽轮机高压缸的进汽门，从高压缸排汽端输出；

21、2)在高压缸的排汽端出口设置再热器。高压缸的排汽经再热器再热升温后，通过再热器的冷端出口管道进入到汽轮机低压缸的进汽门，并在低压缸内膨胀做功；

22、3)低压缸的排汽端与凝汽器乏汽的进口端相连接，低压缸的乏汽热量在凝汽器中被循环冷却水带走，冷却为凝结水后经凝结水泵送入到凝结水精处理装置进行回收处理；

23、4)蒸汽发生器产生的另一股主蒸汽则进入三回路系统，通过高压的汽-汽换热、汽-水换热产生工艺蒸汽，主蒸汽过热蒸发后，再进行加热变为高压水后进入到高压液体膨胀机进行膨胀做功，在膨胀机内高压凝结水降到一定的压力后，再汇入到凝结水。

24、所述的汽轮机高压缸的抽汽或排汽作为中压工业蒸汽换热系统的加热热源，蒸汽通过管道与中压过热器热端入口连接，经汽-汽换热、汽水换热后，最终凝结为中压凝结水，进入到中压液体膨胀机做功。

25、所述的汽轮机低压抽汽作为供暖系统的加热热源，低压抽汽通过管道与供暖系统的换热器热端入口连接，蒸汽与热网回水进行汽-水换热。

26、所述的三回路供应工艺热和供暖系统中，蒸汽制备设置除盐水预热和给水余热，同时增加除氧设备，加热蒸汽采用中压换热系统产生的工业中压蒸汽。

27、主蒸汽在三回路系统换热后形成的高压凝结水进入到高压液体膨胀机的进水端，汽轮机抽汽在三回路换热后形成的中压凝结水进入到中压液体膨胀机，在液体膨胀机内，压力高的水推动涡轮转动做功，将液体的压力能量转变为机械能。

28、液体膨胀机做功回收的能量，优先用于驱动系统中的水泵。

29、加热热源主蒸汽或汽轮机的抽汽经三回路蒸汽换热系统变成蒸汽凝结水，变成凝结水的压力达12.0mpa以上。

30、本发明的显著效果如下：

31、1.将高温气冷堆的多个反应堆模块进行自由组合，根据工业用户的不同用汽需求，设置多种高温堆工艺蒸汽制备蒸汽换热系统，以匹配用户的用热需求。

32、2.将工业蒸汽制备蒸汽换热系统中的主蒸汽加热后的高压水能量进行回收，采用了液体膨胀机，实现了此部分高压或中压水能量的全部回收，避免了能源的浪费。

33、3.液体膨胀机的设立不仅回收了系统的高压能量，而且可以直接驱动系统中的电动用能设备(水泵等)，这种驱动方式显著地提高了能源的利用效率，同时减少水泵的用电成本。

34、4.通过采用主蒸汽、汽轮机的高压缸抽汽和低压抽汽分别用于供热、供暖的加热汽源的方式，能够实现高温堆热电联产高效地梯级利用。