CN107270269A - 多单元管式蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多单元管式蒸汽发生器，包括容器主体、套筒、隔板组件和换热单元；套筒和容器主体内壁之间形成腔室；隔板组件将腔室分成上腔和下腔；容器主体上设有第一接管嘴和第二接管嘴；第二接管嘴的进水通道、上腔、套筒内部、换热单元内部、下腔和第一接管嘴的出水通道依次连通形成一次侧介质通道；容器主体上设有蒸汽腔室和给水联箱，给水联箱、换热单元的换热管内部流道和蒸汽腔室依次连通形成供二次侧介质通过并与一次侧介质进行热交换的二次侧介质通道。本发明实现蒸汽发生器与压力容器及主泵之间的紧凑布置。

Description

多单元管式蒸汽发生器

技术领域

本发明涉及核电站设备技术领域，尤其涉及一种压水堆核电站的多单元管式蒸汽发生器。

背景技术

目前，大多数压水堆核电站的蒸汽发生器均为倒U型管式蒸汽发生器，其主要包括汽水分离器及干燥器。并且，现有的蒸汽发生器与反应堆压力容器、主泵等主设备皆用主管道连接，整体体积较大，整体布置占用空间大，不适用于如海上等空间受限的布置场合。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种利于紧凑布置的多单元管式蒸汽发生器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种多单元管式蒸汽发生器，包括密闭的容器主体、设置在所述容器主体内的套筒、隔板组件和多个换热单元；所述套筒和容器主体的内壁之间形成一腔室；所述隔板组件位于所述腔室内，将所述腔室分成相隔绝的上腔和下腔；多个所述换热单元纵向布置在所述套筒内，每一所述换热单元包括换热流道、以及设置在所述换热流道内的换热管；

所述容器主体的侧面上设有第一接管嘴和第二接管嘴；所述第二接管嘴的进水通道、上腔、套筒内部、换热单元的换热流道、下腔和所述第一接管嘴的出水通道依次连通，形成供一次侧介质通过的一次侧介质通道；

所述容器主体的顶部设有蒸汽腔室，底部设有给水联箱；所述给水联箱、换热单元的换热管内部流道和蒸汽腔室依次连通，形成供二次侧介质通过并与一次侧介质进行热交换的二次侧介质通道。

优选地，所述容器主体包括筒体、连接在所述筒体上端的上管板、密封盖合在所述上管板上的上封头；所述上管板将所述筒体的上端封闭；

所述上封头和上管板之间的空间形成所述蒸汽腔室，并且所述上封头上设有蒸汽出口和人孔。

优选地，所述上管板上对应多个所述换热单元设有多个通孔，所述换热单元的换热管内部流道通过所述通孔连通所述蒸汽腔室。

优选地，所述容器主体还包括连接在所述筒体下端的下封头；所述下封头上设有给水口，所述给水联箱连接在所述给水口内侧，并且通过多个给水管分别连接在多个所述换热单元。

优选地，所述筒体和下封头之间设有环形的支撑键和支撑板；所述支撑键连接在所述筒体或下封头的内壁，所述支撑板配合在所述支撑键上；所述套筒的两端分别连接所述上管板和支撑板。

优选地，所述套筒的上端设有连通所述套筒内部和上腔的上通口，所述套筒的下端设有连通所述套筒内部和下腔的下通口。

优选地，每一所述换热单元包括套管、设置在所述套管内的所述换热管；所述套管内壁与所述换热管外壁之间形成所述换热流道；所述套管的上端开设有至少一个窗口，连通套管内部和套筒内部。

优选地，所述换热管为螺旋盘管。

优选地，所述腔室内通过所述隔板组件还形成有与所述上腔和下腔相隔绝的中腔，所述中腔位于所述上腔和下腔之间；

所述第一接管嘴的进水通道、中腔和所述第二接管嘴的出水通道依次连通，形成一次侧介质回流通过的回水通道。

优选地，所述隔板组件包括上下间隔相对的第一隔板和第二隔板；所述上腔和下腔分别位于所述第一隔板和第二隔板相背的一侧，所述中腔位于所述第一隔板和第二隔板之间。

优选地，所述第二接管嘴和第一接管嘴相对地设置在所述容器主体的侧面，并且所述第二接管嘴在水平面上高于所述第一接管嘴。

优选地，所述多单元管式蒸汽发生器还包括连接在所述第一接管嘴上的第一套管，和/或连接在所述第二接管嘴的第二套管；

所述第一套管包括相隔绝的内通道和外通道；所述第一套管的内通道形成所述第一接管嘴的进水通道，所述第一套管的外通道形成所述第一接管嘴的出水通道；

所述蒸汽发生器还包括所述第二套管包括相隔绝的内通道和外通道；所述第二套管的内通道形成所述第二接管嘴的进水通道，所述第二套管的外通道形成所述第二接管嘴的出水通道。

本发明的有益效果：1、通过独特的通道设计可以实现蒸汽发生器与压力容器以及主泵之间的紧凑布置，在空间受限的情况下布置具有明显的优势。2、蒸汽发生器的二次侧为强迫循环，因此二次侧无自由液面，受摇摆等工况的影响将远远小于倒U型管式蒸汽发生器，扩展了适用性。

另外，采用螺旋盘管作为换热管，一方面可以强化传热，减小所需的传热面积，提高换热效率，另一方面可以解决传热管与管板之间的热膨胀差的问题，有利于克服热应力问题。可以在换热管发生破损时对发生破损的单根换热管进行堵管。从下方给水，利于蒸汽发生器的排空，同时在事故工况下具有更好的安全性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例的多单元管式蒸汽发生器的剖面结构示意图；

图2是本发明一实施例的多单元管式蒸汽发生器的径向剖面结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明一实施例的多单元管式蒸汽发生器，包括密闭的容器主体10、设置在容器主体10内的套筒20、隔板组件30和多个换热单元40。其中，套筒20和容器主体10的内壁之间形成一腔室101；隔板组件30设置在腔室101内，将腔室101分成相隔绝的上腔1011和下腔1013。多个换热单元40纵向布置在套筒20内。

容器主体10的侧面上设有第一接管嘴11和第二接管嘴12，可分别连接主泵和压力容器。第二接管嘴12的进水通道121、上腔1011、套筒20内部、换热单元40的换热流道、下腔1013以及第一接管嘴11的出水通道112依次连通，形成供一次侧介质通过的一次侧介质通道；一次侧介质的流通可如图中实线箭头所示。

容器主体10上设有蒸汽腔室102和给水联箱103；给水联箱103、换热单元40的换热管42内部流道和蒸汽腔室102依次连通，形成供二次侧介质通过并与一次侧介质进行热交换的二次侧介质通道；热交换后的二次侧给水形成过热蒸汽，从蒸汽腔室102输出。

进一步地，腔室101内通过隔板组件30还形成有与上腔1011和下腔1013相隔绝的中腔1012，中腔1012位于上腔1011和下腔1013之间。第一接管嘴11的进水通道111、中腔1013和第二接管嘴12的出水通道122依次连通，形成一次侧介质回流通过的回水通道。一次侧介质的回流可如图1中虚线箭头所示。

本实施例中，容器主体10包括筒体13、连接在筒体13上端的上管板14、密封盖合在上管板14上的上封头15；上管板14将筒体13的上端封闭。上封头15和上管板14之间的空间形成蒸汽腔室102，从而蒸汽腔室102位于容器主体10的顶部。上封头15上设有蒸汽出口151，以输出过热蒸汽；上封头15上设有人孔152，以便检修等。

作为选择，上管板14可通过螺栓组件锁紧在筒体13的上端，上封头15可通过螺栓组件盖合在筒体13的上端，方便打开。

上管板14上对应多个换热单元40设有多个通孔，换热单元40的换热管42内部流道通过通孔连通蒸汽腔室102，从而换热单元40内因热交换产生的过热蒸汽可汇集在蒸汽腔室102内。

容器主体10还包括连接在筒体13下端的下封头18，将筒体13的下端封闭；下封头18的内部空间180可与筒体13内部空间连通。下封头18上设有给水口181，给水联箱103连接在给水口181内侧，并且通过多个给水管50分别连接在多个换热单元40。

筒体13和下封头18之间设有支撑板16和环形的支撑键17，支撑键17可连接在筒体13或下封头18的内壁，支撑板16配合在支撑键17上。套筒20的两端分别连接上管板14和支撑板16，结构稳定。

作为选择，下封头18可通过焊接固定在筒体13底部，也可以与筒体13一体形成。下封头18上还可设有疏水孔19，起到疏水作用。

给水联箱103在容器主体10底部的设置，从下方给水，利于蒸汽发生器的排空，同时在事故工况下具有更好的安全性。

套筒20在容器主体10内，将多个换热单元40包围，并且与容器主体10一起界定出一个腔室101。套筒20的上端设有连通套筒20内部和上腔1011的上通口21，供一次侧介质通过进入套筒20内部；套筒20的下端设有连通套筒20内部和下腔1013的下通口(未图示)，供套筒20内部的一次侧介质流出。

本实施例中，隔板组件30包括上下间隔相对的第一隔板31和第二隔板32；中腔1012形成在第一隔板31和第二隔板32之间；上腔1011和下腔1013分别位于第一隔板31和第二隔板32相背的一侧。隔板组件30优选为环形隔板组件。第一隔板31和第二隔板32的内周侧固定在套筒20的外壁面上，第一隔板31和第二隔板32的外周侧可通过密封组件配合在容器主体10的筒体13内壁面上。结合一次侧介质通道、回水通道、第二接管嘴12和第一接管嘴11的设置，本实施例中，如图1中所示，第一隔板31对应在第一接管嘴11的上方，且位于第二接管嘴12的进水通道121和出水通道122之间；第二隔板32则对应在第二接管嘴12的下方，且位于第一接管嘴11的进水通道111和出水通道112之间。

对于腔室101内只有上腔1011和下腔1013的实施方式，隔板组件30包括一环形的隔板。

如图2所示，多个换热单元40在套筒20内可呈三角形等多边形排布、多圈排布等多种方式。换热单元40的上下两端分别支撑连接在上管板14和支撑板16上，以加强结构稳定性。

又如图1所示，其中示出了位于套筒20中部的换热单元40的结构，其他多个换热单元40省略未示出。每一个换热单元40均包括套管41、设置在套管41内的换热管42。套管41内壁与换热管42外壁之间形成换热流道，供一次侧介质通过，与换热管42内的二次侧介质进行换热。套管41的上端开设有至少一个窗口，以连通套管41内部和套筒20内部，使得进入套筒20内部的一次侧介质通过窗口进入套管41内。换热管42的上端通过上管板14的通孔连通蒸汽腔室102，换热管42的下端通过给水管50连通至给水联箱103，从而二次侧给水从换热管42下端进入其内部流道，自下而上与通过套管41内的一次侧介质热交换，逐步变成过热蒸汽，从上端汇集到蒸汽腔室102内。蒸汽腔室102输出的是过热蒸汽，因此无需进行汽水分离和干燥，简化蒸汽发生器的结构。

此外，给水联箱103和给水管50在下封头18内的设置，给水直接通过给水联箱103和给水管60流通到换热单元40的换热管42内部流道，不经过给水联箱103和给水管60外侧的下封头18的内部空间180。对于该种方式，下封头18的内部空间180可与套筒20内部、套管41内部和下腔1013连通，使得进入套筒20内部、套管41内部的一次侧介质经过内部空间180到下腔1013，再从下腔1013向上流到泵侧接管嘴11的出水通道112。给水联箱103和给水管60输送的二次侧给水可与内部空间180中的一次侧介质初步热交换进行预热。

换热单元40可为螺旋管换热单元，其中的换热管42为螺旋盘管。换热单元40中螺旋盘管的设置，相较于U型管式的换热管，一方面可以强化传热，减小所需的传热面积，另外可以解决传热管与管板之间的热膨胀差的问题，有利于克服热应力问题。螺旋盘管发生破损时，可分别在蒸汽发生器的上部和下部对螺旋盘管进行堵管操作，具有较好的检修可达性。

进一步地，参考图1、2，为了提高多个换热单元40在套筒20内的定位及稳定性，套筒20内还设有至少一个隔板22，隔板22横置在套筒20内，多个换热单元40分别穿过隔板22。设置多个隔板22时，多个隔板22沿套筒20的轴向间隔分布。

隔板22形状对应套筒20内周形状设置，并且可紧配合在其中，避免上下滑动。隔板22上设有多个穿孔供换热单元40穿过。

本发明中，换热单元40的换热管42破损时可进行堵管，检修难度较小，具备良好的检修可达性及可实施性。操作的具体方法如下：1.拆开给水联箱50上的法兰，通过堵管工具对换热管42的入口端进行堵管；2.打开上封头15的人孔152，使用专用的工具对换热管42的出口端进行堵管。

本实施例中，第二接管嘴12和第一接管嘴11相对地设置在容器主体10的侧面，并且第二接管嘴12在水平面上高于第一接管嘴11。可以理解的，在一些实施例中，第二接管嘴12和第一接管嘴11也可以为同一接管嘴，即进水通道和出水通道同时设置在同一接管嘴中，此时，接管嘴的进水通道、上腔、套筒内部、换热单元的换热流道、下腔和接管嘴的出水通道依次连通，形成供一次侧介质通过的一次侧介质通道。

进一步地，多单元管式蒸汽发生器还包括连接在第一接管嘴11上的第一套管70。第一套管70包括相隔绝的内通道和外通道，内通道形成第一接管嘴11的进水通道111，外通道形成第一接管嘴11的出水通道112。内通道和外通道可由内管和外管内外相套接形成。第一套管70的内通道和外通道也可呈上下设置。

蒸汽发生器还包括连接在第二接管嘴12的第二套管80。第二套管80包括相隔绝的内通道和外通道，内通道形成第二接管嘴12的进水通道121，外通道形成第二接管嘴12的出水通道122。内通道和外通道可由内管和外管内外相套接形成。第二套管80的内通道和外通道也可呈上下设置。

第一套管70和第二套管80可通过长度的控制设置为短套管，蒸汽发生器通过短套管分别与主泵和压力容器连接，形成紧凑布置，在空间受限的情况下具有明显的优势，适用于如海上等空间受限的布置场合。

本发明的蒸汽发生器工作时，来自反应堆的一次侧高温水经第二套管80的内通道(第二接管嘴12的进水通道121)进入容器主体10中的上腔1011，向上流动，到达顶部后通过上通口21进入套筒20内部和换热单元40的套管41内部，折返向下流动，在换热单元40的换热管42各层管束之间从上往下流动将热量传递给换热管42内部流道中的二次侧介质(二次侧给水)，将给水加热成过热蒸汽。

一次侧高温水换热后到达换热单元40底部后经下通口流到下腔1013，向上流动，从第一接管嘴11的出水通道112进入主泵，经主泵加压后的一次侧水经第一接管嘴11的进水通道111(第一套管70的内通道)、中腔1012以及第二接管嘴12的出水通道122(第二套管80的外通道)进入压力容器内部，回到堆芯重新加热。

二次侧给水从容器主体10底部的给水联箱103和给水管60分配到各个换热单元40，螺旋向上逐步由过冷水加热成为过热蒸汽，在蒸汽联箱102汇集后从蒸汽管道输出，进入二回路驱动汽轮机发电。

本发明的蒸汽发生器中，二次侧采用强迫循环，因此二次侧无自由液面，受摇摆等工况的影响将远远小于倒U型管式蒸汽发生器，扩展了适用性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种多单元管式蒸汽发生器，其特征在于，包括密闭的容器主体、设置在所述容器主体内的套筒、隔板组件和多个换热单元；所述套筒和容器主体的内壁之间形成一腔室；所述隔板组件位于所述腔室内，将所述腔室分成相隔绝的上腔和下腔；多个所述换热单元纵向布置在所述套筒内，每一所述换热单元包括换热流道、以及设置在所述换热流道内的换热管；

所述容器主体的侧面上设有第一接管嘴和第二接管嘴；所述第二接管嘴的进水通道、上腔、套筒内部、换热单元的换热流道、下腔和所述第一接管嘴的出水通道依次连通，形成供一次侧介质通过的一次侧介质通道；

所述容器主体的顶部设有蒸汽腔室，底部设有给水联箱；所述给水联箱、换热单元的换热管内部流道和蒸汽腔室依次连通，形成供二次侧介质通过并与一次侧介质进行热交换的二次侧介质通道。

2.根据权利要求1所述的多单元管式蒸汽发生器，其特征在于，所述容器主体包括筒体、连接在所述筒体上端的上管板、密封盖合在所述上管板上的上封头；所述上管板将所述筒体的上端封闭；

所述上封头和上管板之间的空间形成所述蒸汽腔室，并且所述上封头上设有蒸汽出口。

3.根据权利要求2所述的多单元管式蒸汽发生器，其特征在于，所述上管板上对应多个所述换热单元设有多个通孔，所述换热单元的换热管内部流道通过所述通孔连通所述蒸汽腔室。

4.根据权利要求2所述的多单元管式蒸汽发生器，其特征在于，所述容器主体还包括连接在所述筒体下端的下封头；所述下封头上设有给水口，所述给水联箱连接在所述给水联箱的给水口内侧，并且通过多个给水管分别连接在多个所述换热单元。

5.根据权利要求4所述的多单元管式蒸汽发生器，其特征在于，所述筒体和下封头之间设有环形的支撑键和支撑板；所述支撑键连接在所述筒体或下封头的内壁，所述支撑板配合在所述支撑键上；所述套筒的两端分别连接所述上管板和支撑板。

6.根据权利要求1所述的多单元管式蒸汽发生器，其特征在于，所述套筒的上端设有连通所述套筒内部和上腔的上通口，所述套筒的下端设有连通所述套筒内部和下腔的下通口。

7.根据权利要求1所述的多单元管式蒸汽发生器，其特征在于，每一所述换热单元包括套管、设置在所述套管内的所述换热管；所述套管内壁与所述换热管外壁之间形成所述换热流道；所述套管的上端开设有至少一个窗口，连通套管内部和套筒内部。

8.根据权利要求7所述的多单元管式蒸汽发生器，其特征在于，所述换热管为螺旋盘管。

9.根据权利要求1所述的多单元管式蒸汽发生器，其特征在于，所述腔室内通过所述隔板组件还形成有与所述上腔和下腔相隔绝的中腔，所述中腔位于所述上腔和下腔之间；

所述第一接管嘴的进水通道、中腔和所述第二接管嘴的出水通道依次连通，形成一次侧介质回流通过的回水通道。

10.根据权利要求9所述的多单元管式蒸汽发生器，其特征在于，所述隔板组件包括上下间隔相对的第一隔板和第二隔板；所述上腔和下腔分别位于所述第一隔板和第二隔板相背的一侧，所述中腔位于所述第一隔板和第二隔板之间。

11.根据权利要求1所述的多单元管式蒸汽发生器，其特征在于，所述第二接管嘴和第一接管嘴相对地设置在所述容器主体的侧面，并且所述第二接管嘴在水平面上高于所述第一接管嘴。

12.根据权利要求1-11任一项所述的多单元管式蒸汽发生器，其特征在于，所述多单元管式蒸汽发生器还包括连接在所述第一接管嘴上的第一套管，和/或连接在所述第二接管嘴的第二套管；

所述第一套管包括相隔绝的内通道和外通道；所述第一套管的内通道形成所述第一接管嘴的进水通道，所述第一套管的外通道形成所述第一接管嘴的出水通道；

所述蒸汽发生器还包括所述第二套管包括相隔绝的内通道和外通道；所述第二套管的内通道形成所述第二接管嘴的进水通道，所述第二套管的外通道形成所述第二接管嘴的出水通道。