CN109630212A - 高温气冷堆氦气透平发电*** - Google Patents

高温气冷堆氦气透平发电*** Download PDF

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马正军
张晓云
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Abstract

高温气冷堆氦气透平发电***，涉及透平发电技术，为了解决现有压水堆发电的核电站热功转换效率低以及叶片水侵蚀问题。本发明的氦气经高温氦气入流管进入透平，膨胀做功后，进入回热器，在回热器中换热后，依次经回热器低压侧出口及预冷器入流联箱进入预冷器；在预冷器中进一步换热后，经过预冷器出流孔进入低压压气机入口，在经低压压气机的压缩作用后，经过间冷器入流联箱进入间冷器，在间冷器中进行换热，进入高压压气机入口，在经高压压气机的压缩作用后，再次进入回热器，在高温气冷堆中被再次加热为高温氦气后返回，完成循环；两组电磁轴承用于支撑高温气冷堆氦气透平发电***的转子。有益效果为换热效率高，对结构材料的腐蚀性小。

Description

高温气冷堆氦气透平发电***
技术领域
本发明涉及透平发电技术。
背景技术
目前，全世界已经投入运行的核电站基本都是采用Rankine蒸汽循环的压水堆，该型核反应堆只能提供320℃左右的饱和蒸汽，无法进一步提高温度从而提高循环效率，因此现有核电站的热功转换效率仅32％左右。另外，采用压水堆发电的核电站，由于汽轮机初温较低，带来的叶片水侵蚀问题也难以得到解决，压水堆蒸汽发生器的支管温度过高时，会加速产生应力腐蚀裂纹，从而缩短蒸汽发生器的使用寿命，使运行维修费用大幅攀升。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有压水堆发电的核电站热功转换效率低以及叶片水侵蚀问题，提出了一种高温气冷堆氦气透平发电***。
本发明所述的高温气冷堆氦气透平发电***包括透平、高压压气机、低压压气机、回热器、间冷器、预冷器、高温氦气入流管、两组电磁轴承、预冷器入流联箱、间冷器入流联箱和间冷器出口管；
所述回热器的低压侧设有低压侧入口，其高压侧设有回热器高压侧入口和回热器低压侧出口；
所述预冷器侧壁上设有预冷器出流孔；
来自高温气冷堆的氦气经高温氦气入流管进入透平，在透平中膨胀做功后，经回热器低压侧入口进入回热器低压侧，在回热器中换热后，加热高压侧低温氦气，依次经回热器低压侧出口及预冷器入流联箱进入预冷器；在预冷器中同其内部的冷却水进一步换热后，低温氦气经过预冷器出流孔进入低压压气机入口，在经低压压气机的压缩作用后，氦气经过间冷器入流联箱进入间冷器，在间冷器中同其内部的冷却水进行换热，经间冷器出口管进入高压压气机入口，在经高压压气机的压缩作用后，氦气经过回热器高压侧入口进入回热器高压侧，在回热器高压侧中被加热为高温氦气流回高温气冷堆，在高温气冷堆中被再次加热为高温氦气后返回发电***，完成循环；
所述两组电磁轴承分别用于支撑高温气冷堆氦气透平发电***的转子。
本发明的工作过程为：利用高温气冷堆产生的高温氦气直接推动透平做功进行高效率发电；高压氦气经反应堆堆芯被加热，然后直接进入透平膨胀做功，透平带动发电机发电的同时也带动压气机压缩氦气；透平尾气仍具有较高温度，经过回热器低压侧将热量传输给高压压气机后的高压氦气，然后进入预冷器降至低温进入低压压气机；低温低压氦气经过带有间冷器的压气机组后被压缩成高压氦气；高压氦气经过回热器高压侧后被加热至接近透平的排气温度，然后再进入反应堆堆芯重复被加热过程。
本发明的有益效果是结构紧凑，都安装在一回路压力边界内；循环效率更高，采用间冷和回热形式，且氦气初温较高(约800℃～900℃),因此热功转换效率可达40％～45％，相比现有技术大幅提高；使用不含氧的惰性气体氦气代替空气，对结构材料的腐蚀性很小；低负荷效率高，负荷调节采用改变循环工质装载量的方法，仅改变质量流量，不改变流速、转速和温度，低负荷工况与设计额定工况流动相似，因此低负荷时循环热效率基本与额定工况一致。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的高温气冷堆氦气透平发电***的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的高温气冷堆氦气透平发电***包括透平1、高压压气机14、低压压气机11、回热器3、间冷器10、预冷器8、高温氦气入流管15、两组电磁轴承7、预冷器入流联箱6、间冷器入流联箱12和间冷器出口管13；
所述回热器3的低压侧设有低压侧入口2，其高压侧设有回热器高压侧入口4和回热器低压侧出口5；
所述预冷器8侧壁上设有预冷器出流孔9；
来自高温气冷堆的氦气经高温氦气入流管15进入透平1，在透平1中膨胀做功后，经回热器低压侧入口2进入回热器3低压侧，在回热器3中换热后，加热高压侧低温氦气，依次经回热器低压侧出口5及预冷器入流联箱6进入预冷器8；在预冷器8中同其内部的冷却水进一步换热后，低温氦气经过预冷器出流孔9进入低压压气机11入口，在经低压压气机11的压缩作用后，氦气经过间冷器入流联箱12进入间冷器10，在间冷器10中同其内部的冷却水进行换热，经间冷器出口管13进入高压压气机14入口，在经高压压气机14的压缩作用后，氦气经过回热器高压侧入口4进入回热器3高压侧，在回热器3高压侧中被加热为高温氦气流回高温气冷堆，在高温气冷堆中被再次加热为高温氦气后返回发电***，完成循环；
所述两组电磁轴承7分别用于支撑高温气冷堆氦气透平发电***的转子。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的高温气冷堆氦气透平发电***进一步限定，在本实施方式中，该氦气透平发电***还包括壳体16；
所述透平1、高压压气机14、低压压气机11、回热器3、间冷器10、预冷器8、高温氦气入流管15、两组电磁轴承7、预冷器入流联箱6、间冷器入流联箱12和间冷器出口管13分别设置在壳体16的内部。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的高温气冷堆氦气透平发电***进一步限定，在本实施方式中，间冷器10、预冷器8和回热器3分别采用模块化设置。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的高温气冷堆氦气透平发电***进一步限定，在本实施方式中，所述间冷器10包括三个间冷器模块；
所述三个间冷器模块通过间冷器入流联箱12分别与低压压气机11入口连通，同时通过间冷器出口管13分别与高压压气机14入口连通。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的高温气冷堆氦气透平发电***进一步限定，在本实施方式中，所述预冷器8包括五个预冷器模块；
所述五个预冷器模块通过预冷器入流联箱6分别与回热器低压侧出口5连通，同时通过预冷器出流孔9分别与低压压气机11入口连通。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一所述的高温气冷堆氦气透平发电***进一步限定，在本实施方式中，所述回热器3包括十八个回热器模块；
所述十八个回热器模块均匀分布在壳体16的内部。

Claims (6)

1.高温气冷堆氦气透平发电***，其特征在于，该氦气透平发电***包括透平(1)、高压压气机(14)、低压压气机(11)、回热器(3)、间冷器(10)、预冷器(8)、高温氦气入流管(15)、两组电磁轴承(7)、预冷器入流联箱(6)、间冷器入流联箱(12)和间冷器出口管(13)；
所述回热器(3)的低压侧设有低压侧入口(2)和回热器低压侧出口(5)，其高压侧设有回热器高压侧入口(4)；
所述预冷器(8)侧壁上设有预冷器出流孔(9)；
来自高温气冷堆的氦气经高温氦气入流管(15)进入透平(1)，在透平(1)中膨胀做功后，经回热器低压侧入口(2)进入回热器(3)低压侧，在回热器(3)中换热后，加热高压侧低温氦气，依次经回热器低压侧出口(5)及预冷器入流联箱(6)进入预冷器(8)；在预冷器(8)中同其内部的冷却水进一步换热后，低温氦气经过预冷器出流孔(9)进入低压压气机(11)入口，在经低压压气机(11)的压缩作用后，氦气经过间冷器入流联箱(12)进入间冷器(10)，在间冷器(10)中同其内部的冷却水进行换热，经间冷器出口管(13)进入高压压气机(14)入口，在经高压压气机(14)的压缩作用后，氦气经过回热器高压侧入口(4)进入回热器(3)高压侧，在回热器(3)高压侧中被加热为高温氦气流回高温气冷堆，在高温气冷堆中被再次加热为高温氦气后返回发电***，完成循环；
所述两组电磁轴承(7)分别用于支撑高温气冷堆氦气透平发电***的转子。
2.根据权利要求1所述的高温气冷堆氦气透平发电***，其特征在于，该氦气透平发电***还包括壳体(16)；
所述透平(1)、高压压气机(14)、低压压气机(11)、回热器(3)、间冷器(10)、预冷器(8)、高温氦气入流管(15)、两组电磁轴承(7)、预冷器入流联箱(6)、间冷器入流联箱(12)和间冷器出口管(13)分别设置在壳体(16)的内部。
3.根据权利要求1所述的高温气冷堆氦气透平发电***，其特征在于，间冷器(10)、预冷器(8)和回热器(3)分别采用模块化设置。
4.根据权利要求3所述的高温气冷堆氦气透平发电***，其特征在于，所述间冷器(10)包括三个间冷器模块；
所述三个间冷器模块通过间冷器入流联箱(12)分别与低压压气机(11)入口连通，同时通过间冷器出口管(13)分别与高压压气机(14)入口连通。
5.根据权利要求3所述的高温气冷堆氦气透平发电***，其特征在于，所述预冷器(8)包括五个预冷器模块；
所述五个预冷器模块通过预冷器入流联箱(6)分别与回热器低压侧出口(5)连通，同时通过预冷器出流孔(9)分别与低压压气机(11)入口连通。
6.根据权利要求3所述的高温气冷堆氦气透平发电***，其特征在于，所述回热器(3)包括十八个回热器模块；
所述十八个回热器模块均匀分布在壳体(16)的内部。
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