本發(fā)明屬于核電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用輔助蒸汽加熱和冷卻啟停堆設(shè)備的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

球床模塊式高溫氣冷堆核電站啟停堆設(shè)備在啟動過程中主要用來調(diào)節(jié)核島蒸汽發(fā)生器出口蒸汽參數(shù)滿足汽輪機(jī)啟動要求，在停堆過程中旁通蒸汽發(fā)生器出口蒸汽至凝汽器，帶走反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量并保證蒸汽發(fā)生器及反應(yīng)堆的冷卻需求。在機(jī)組啟停堆過程中，隨著反應(yīng)堆功率的變化，蒸汽發(fā)生器出口工質(zhì)經(jīng)歷過冷水、汽水兩相流、飽和蒸汽和過熱蒸汽四種相變，其中通過啟停堆設(shè)備跟隨工質(zhì)變化來動態(tài)調(diào)整機(jī)組參數(shù)。為此，如何提高啟停堆設(shè)備跟隨反應(yīng)堆功率變化的快速響應(yīng)機(jī)理成為確保高溫氣冷堆核電機(jī)組安全穩(wěn)定運行的重要保障?，F(xiàn)有技術(shù)采用的設(shè)計思路為利用汽輪機(jī)抽汽作為啟停堆設(shè)備的熱備用加熱汽源，在機(jī)組熱態(tài)啟動或停運時，該預(yù)加熱汽源可減小啟停堆設(shè)備高溫管道壁溫與蒸汽發(fā)生器出口蒸汽的溫差，有利于啟停堆設(shè)備的快速投入。但該設(shè)計方案至少存在以下弊端：汽輪機(jī)抽汽需在汽輪機(jī)組啟動完成后才能投入，該設(shè)計方案無助于在機(jī)組啟動過程中利用外部熱源來提高啟停堆設(shè)備的快速響應(yīng)，同時采用汽輪機(jī)高品質(zhì)抽汽作為加熱汽源，會降低核電機(jī)組的熱利用效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種利用輔助蒸汽加熱和冷卻啟停堆設(shè)備的系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法能夠?qū)崿F(xiàn)啟停堆設(shè)備在機(jī)組正常啟停過程中的快速響應(yīng)，能夠在機(jī)組事故工況下實現(xiàn)反應(yīng)堆的快速冷卻，并且高溫氣冷堆機(jī)組啟停過程中的可靠性及安全性較高。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的利用輔助蒸汽加熱和冷卻啟停堆設(shè)備的系統(tǒng)包括反應(yīng)堆、蒸汽發(fā)生器、汽水分離器、蒸汽旁路、凝汽器、除氧器及輔助電鍋爐；

反應(yīng)堆的出口與蒸汽發(fā)生器的一次側(cè)入口相連通，反應(yīng)堆的入口與蒸汽發(fā)生器的一次側(cè)出口相連通，蒸汽發(fā)生器的二次側(cè)出口與汽水分離器的入口相連通，汽水分離器的出口與蒸汽旁路的入口相連通，蒸汽旁路的出口與凝汽器的入口及除氧器的入口相連通，輔助電鍋爐的高溫蒸汽出口與汽水分離器的入口相連通，輔助電鍋爐的低溫蒸汽出口與蒸汽發(fā)生器的二次側(cè)入口相連通。

輔助電鍋爐的高溫蒸汽出口與汽水分離器的入口通過高溫蒸汽閥組相連通。

輔助電鍋爐的低溫蒸汽出口與蒸汽發(fā)生器的二次側(cè)入口通過低溫蒸汽閥組相連通。

蒸汽旁路的出口與除氧器的入口通過除氧器閥組相連通。

蒸汽發(fā)生器為管殼式換熱器。

高溫蒸汽閥組、除氧器閥組及低溫蒸汽閥組均由依次相連通的逆止閥、截止閥及調(diào)節(jié)閥。

本發(fā)明所述的利用輔助蒸汽加熱和冷卻啟停堆設(shè)備的方法包括以下步驟：

機(jī)組啟動期間加熱的流程為：當(dāng)反應(yīng)堆初始啟動時，先將輔助電鍋爐輸出的低溫蒸汽充入蒸汽發(fā)生器的二次側(cè)中，所述低溫蒸汽依次經(jīng)汽水分離器、蒸汽旁路進(jìn)入到凝汽器中；隨著反應(yīng)堆功率的提升，當(dāng)蒸汽發(fā)生器輸出的工質(zhì)由冷水轉(zhuǎn)變?yōu)槠畠上嗔髑覝囟扰c低溫蒸汽的溫度相同時，則切斷輔助電鍋爐的低溫蒸汽出口與蒸汽發(fā)生器二次側(cè)入口之間的聯(lián)系，當(dāng)蒸汽發(fā)生器二次側(cè)中的出口工質(zhì)經(jīng)反應(yīng)堆加熱后，蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的出口工質(zhì)轉(zhuǎn)換為過熱蒸汽時，蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的出口工質(zhì)依次經(jīng)汽水分離器、蒸汽旁路進(jìn)入到凝汽器中，實現(xiàn)對機(jī)組的加熱；

機(jī)組停堆期間冷卻流程為：反應(yīng)堆在停堆過程中，開啟輔助電鍋爐，當(dāng)反應(yīng)堆出口的蒸汽溫度大于等于輔助電鍋爐高溫蒸汽出口輸出的高溫蒸汽溫度時，則以輔助電鍋爐高溫蒸汽出口輸出的高溫蒸汽作為冷源充入汽水分離器中，汽水分離器的輸出的蒸汽經(jīng)蒸汽旁路進(jìn)入到凝汽器中；當(dāng)反應(yīng)堆出口的蒸汽溫度小于輔助電鍋爐高溫蒸汽出口輸出的高溫蒸汽溫度時，則關(guān)閉輔助電鍋爐的高溫蒸汽出口與汽水分離器之間的聯(lián)系，開啟輔助電鍋爐的低溫蒸汽出口與蒸汽發(fā)生器之間的聯(lián)系，以輔助電鍋爐低溫蒸汽出口輸出的低溫蒸汽作為冷源充入蒸汽發(fā)生器中，蒸汽發(fā)生器輸出的蒸汽依次經(jīng)汽水分離器及蒸汽旁路進(jìn)入到凝汽器中，實現(xiàn)反應(yīng)堆的冷卻；

當(dāng)反應(yīng)堆事故工況下緊急停堆時，則開啟輔助電鍋爐，以輔助電鍋爐低溫蒸汽出口輸出的低溫蒸汽作為冷源充入蒸汽發(fā)生器中，蒸汽發(fā)生器二次側(cè)輸出的蒸汽依次經(jīng)汽水分離器及蒸汽旁路進(jìn)入到凝汽器中，同時所述低溫蒸汽在蒸汽發(fā)生器的二次側(cè)中與蒸汽發(fā)生器的一次側(cè)進(jìn)行熱交換，實現(xiàn)反應(yīng)堆的冷卻。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所述的利用輔助蒸汽加熱和冷卻啟停堆設(shè)備的系統(tǒng)及方法，在機(jī)組啟動過程中，通過輔助電鍋爐輸出的低溫蒸汽充入蒸汽發(fā)生器的二次側(cè)中，蒸汽發(fā)生器輸出的蒸汽再依次經(jīng)汽水分離器及蒸汽旁路進(jìn)入到凝汽器中，從而實現(xiàn)對蒸汽發(fā)生器、汽水分離器、蒸汽旁路、凝汽器及它們之間的管路進(jìn)行預(yù)熱，使各設(shè)備的溫度盡快接近于蒸汽發(fā)生器出口工質(zhì)的溫度，極大的縮短了反應(yīng)堆的啟動時間，實現(xiàn)啟停堆設(shè)備在機(jī)組正常啟停過程中的快速響應(yīng)，同時在機(jī)組停堆冷卻時，通過輔助電鍋爐輸出的高溫蒸汽及低溫蒸汽作為冷源冷卻啟停堆設(shè)備，使啟停堆設(shè)備的溫度快速降低，極大的縮短了反應(yīng)堆停堆的時間，同時當(dāng)反應(yīng)堆事故工況下緊急停堆時，則直接通過電輔助鍋爐輸出的低溫蒸汽作為冷源，使啟停堆設(shè)備的溫度快速降低，保證設(shè)備的安全、穩(wěn)定、可靠運行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為反應(yīng)堆、2為蒸汽發(fā)生器、3為汽水分離器、4為蒸汽旁路、5為凝汽器、6為輔助電鍋爐、7為低溫蒸汽閥組、8為高溫蒸汽閥組、9為除氧器閥組、10為除氧器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參考圖1，本發(fā)明所述的利用輔助蒸汽加熱和冷卻啟停堆設(shè)備的系統(tǒng)包括反應(yīng)堆1、蒸汽發(fā)生器2、汽水分離器3、蒸汽旁路4、凝汽器5、除氧器10及輔助電鍋爐6；反應(yīng)堆1的出口與蒸汽發(fā)生器2的一次側(cè)入口相連通，反應(yīng)堆1的入口與蒸汽發(fā)生器2的一次側(cè)出口相連通，蒸汽發(fā)生器2的二次側(cè)出口與汽水分離器3的入口相連通，汽水分離器3的出口與蒸汽旁路4的入口相連通，蒸汽旁路4的出口與凝汽器5的入口及除氧器10的入口相連通，輔助電鍋爐6的高溫蒸汽出口與汽水分離器3的入口相連通，輔助電鍋爐6的低溫蒸汽出口與蒸汽發(fā)生器2的二次側(cè)入口相連通。

輔助電鍋爐6的高溫蒸汽出口與汽水分離器3的入口通過高溫蒸汽閥組8相連通；輔助電鍋爐6的低溫蒸汽出口與蒸汽發(fā)生器2的二次側(cè)入口通過低溫蒸汽閥組7相連通；蒸汽旁路4的出口與除氧器10的入口通過除氧器閥組9相連通；蒸汽發(fā)生器2為管殼式換熱器；高溫蒸汽閥組8、除氧器閥組9及低溫蒸汽閥組7均由依次相連通的逆止閥、截止閥及調(diào)節(jié)閥。

本發(fā)明所述的利用輔助蒸汽加熱和冷卻啟停堆設(shè)備的方法包括以下步驟：

機(jī)組啟動期間加熱的流程為：當(dāng)反應(yīng)堆1初始啟動時，先將輔助電鍋爐6輸出的低溫蒸汽充入蒸汽發(fā)生器2的二次側(cè)中，所述低溫蒸汽依次經(jīng)汽水分離器3、蒸汽旁路4進(jìn)入到凝汽器5中；隨著反應(yīng)堆1功率的提升，當(dāng)蒸汽發(fā)生器2輸出的工質(zhì)由冷水轉(zhuǎn)變?yōu)槠畠上嗔髑覝囟扰c低溫蒸汽的溫度相同時，則切斷輔助電鍋爐6的低溫蒸汽出口與蒸汽發(fā)生器2二次側(cè)入口之間的聯(lián)系，當(dāng)蒸汽發(fā)生器2二次側(cè)中的出口工質(zhì)經(jīng)反應(yīng)堆1加熱后，蒸汽發(fā)生器2二次側(cè)的出口工質(zhì)轉(zhuǎn)換為過熱蒸汽時，蒸汽發(fā)生器2二次側(cè)的出口工質(zhì)依次經(jīng)汽水分離器3、蒸汽旁路4進(jìn)入到凝汽器5中，實現(xiàn)對機(jī)組的加熱；

機(jī)組停堆期間冷卻流程為：反應(yīng)堆1在停堆過程中，開啟輔助電鍋爐6，當(dāng)反應(yīng)堆1出口的蒸汽溫度大于等于輔助電鍋爐6高溫蒸汽出口輸出的高溫蒸汽溫度時，則以輔助電鍋爐6高溫蒸汽出口輸出的高溫蒸汽作為冷源充入汽水分離器3中，汽水分離器3的輸出的蒸汽經(jīng)蒸汽旁路4進(jìn)入到凝汽器5中；當(dāng)反應(yīng)堆1出口的蒸汽溫度小于輔助電鍋爐6高溫蒸汽出口輸出的高溫蒸汽溫度時，則關(guān)閉輔助電鍋爐6的高溫蒸汽出口與汽水分離器3之間的聯(lián)系，開啟輔助電鍋爐6的低溫蒸汽出口與蒸汽發(fā)生器2之間的聯(lián)系，以輔助電鍋爐6低溫蒸汽出口輸出的低溫蒸汽作為冷源充入蒸汽發(fā)生器2中，蒸汽發(fā)生器2輸出的蒸汽依次經(jīng)汽水分離器3及蒸汽旁路4進(jìn)入到凝汽器5中，實現(xiàn)反應(yīng)堆1的冷卻；

當(dāng)反應(yīng)堆1事故工況下緊急停堆時，則開啟輔助電鍋爐6，以輔助電鍋爐6低溫蒸汽出口輸出的低溫蒸汽作為冷源充入蒸汽發(fā)生器2中，蒸汽發(fā)生器2二次側(cè)輸出的蒸汽依次經(jīng)汽水分離器3及蒸汽旁路4進(jìn)入到凝汽器5中，同時所述低溫蒸汽在蒸汽發(fā)生器2的二次側(cè)中與蒸汽發(fā)生器2的一次側(cè)進(jìn)行熱交換，實現(xiàn)反應(yīng)堆1的冷卻。

實施例一

以國內(nèi)某高溫氣冷堆核電機(jī)組為例，該核電站主要由兩座模塊式高溫氣冷堆與一臺汽輪發(fā)電機(jī)組構(gòu)成，該機(jī)組可以利用的輔助蒸汽由一臺輔助電鍋爐6提供，該輔助電鍋爐6自帶一臺蒸汽過熱器，可以連續(xù)提供兩種不同參數(shù)的汽源：額定參數(shù)為41.3t/h、1.5MPa及260℃的低溫蒸汽和額定參數(shù)為4t/h、2.0MPa及350℃的高溫蒸汽，以下結(jié)合應(yīng)用工程對本發(fā)明具體實施步驟描述如下：

1.機(jī)組啟動期間加熱流程1：輔助電鍋爐6輸出的低溫蒸汽→低溫蒸汽閥組7→蒸汽發(fā)生器2→汽水分離器3→蒸汽旁路4→凝汽器5；

1)反應(yīng)堆1開始啟動，蒸汽發(fā)生器2的出口工質(zhì)為過冷水，壓力為13.9MPa，溫度為105℃；打開低溫蒸汽閥組7，通過低溫蒸汽閥組7調(diào)整輔助電鍋爐6低溫蒸汽出口壓力為1.5MPa，溫度為260℃，同時導(dǎo)通蒸汽旁路4至凝汽器5的管路，開始對啟停堆設(shè)備進(jìn)行預(yù)暖；

2)反應(yīng)堆1開始升功率，通過調(diào)整經(jīng)過低溫蒸汽閥組7的蒸汽流量來滿足加熱需求量，當(dāng)反應(yīng)堆1功率提升至滿功率的13％后，蒸汽發(fā)生器2的出口工質(zhì)為汽水兩相流，壓力為13.9MPa，溫度為260℃，關(guān)閉低溫蒸汽閥組7，啟停堆設(shè)備預(yù)暖結(jié)束。

2.機(jī)組啟動期間加熱流程2：輔助電鍋爐6輸出的高溫蒸汽→高溫蒸汽閥組8→汽水分離器3→蒸汽旁路4→除氧器閥組9→除氧器10；

1)反應(yīng)堆1的功率提升至滿功率的36％,蒸汽發(fā)生器2的出口工質(zhì)為過熱蒸汽，壓力為13.9MPa，溫度為400℃，隔離汽水分離器3，由蒸汽旁路4調(diào)節(jié)并維持汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)要求，汽輪機(jī)開始沖轉(zhuǎn)、并網(wǎng)并帶負(fù)荷；

2)反應(yīng)堆1的功率繼續(xù)提升至滿功率的45％,蒸汽旁路4至凝汽器5的通路關(guān)閉，打開除氧器閥組9，調(diào)整輔助電鍋爐6高溫蒸汽出口的壓力為2.0MPa，溫度為350℃，通過輔助電鍋爐6的高溫蒸汽出口向汽水分離器3中充入熱備用蒸汽，回收排汽用于除氧器10加熱。

3.機(jī)組停堆期間冷卻流程1為：輔助電鍋爐6輸出的高溫蒸汽→汽水分離器3→蒸汽旁路4→凝汽器5；

機(jī)組停堆期間冷卻流程2為：輔助電鍋爐6輸出的低溫蒸汽→低溫蒸汽閥組7→蒸汽發(fā)生器2→汽水分離器3→蒸汽旁路4→凝汽器5；

當(dāng)反應(yīng)堆1初始停堆的功率為滿功率的45％—100％時，關(guān)閉除氧器閥組9，導(dǎo)通蒸汽旁路4至凝汽器5的管路，開始冷卻啟停堆設(shè)備，執(zhí)行冷卻流程1；當(dāng)反應(yīng)堆1的功率降至滿功率的45％以下時，打開低溫蒸汽閥組7，同時關(guān)閉高溫蒸汽閥組8，確認(rèn)蒸汽旁路4至凝汽器5的管路導(dǎo)通，執(zhí)行冷卻流程2；當(dāng)反應(yīng)堆1的初始停堆功率為滿功率的45％以下時，直接執(zhí)行冷卻流程2。

4.機(jī)組事故工況冷卻流程3為：輔助電鍋爐6輸出的低溫蒸汽→低溫蒸汽閥組7→蒸汽發(fā)生器2→汽水分離器3→蒸汽旁路4→凝汽器5。

機(jī)組事故工況需緊急停堆并盡快導(dǎo)出反應(yīng)堆1余熱，打開低溫蒸汽閥組7，導(dǎo)通蒸汽旁路4至凝汽器5的管路，執(zhí)行冷卻流程3，冷卻蒸汽發(fā)生器2二次側(cè)的同時，帶走蒸汽發(fā)生器2一次側(cè)的熱量，以達(dá)到對反應(yīng)堆1余熱的導(dǎo)出。