[发明专利]核能与常规能源耦合和解耦带再热发电系统的工作方法

说明书

本发明公开了核能与常规能源耦合和解耦带再热发电系统的工作方法，过热系统：所述过热回路利用汽轮机低压缸、中压缸及高压缸的抽汽作为热源对凝汽器输出的水进行分级分段升参数加热，形成过热蒸汽输出至汽轮机高压缸，高压缸与发电机相连，带动发电机发电；再热回路：所述再热系统将高压缸排汽进行再热输出至中压缸，所述中压缸排汽输出至低压缸。给水泵设置两台给水泵，可以实现当常规能源锅炉出现RUNBACK故障时，系统进入解耦运行状态，解耦运行时，汽轮机组采用滑压运行模式；当常规能源锅炉出现MFT故障时，汽轮机迅速切除高、中压缸，核岛产生的蒸汽直接进入低压缸做功发电。该系统考虑了运行中的重大故障的处理措施，大大提升了耦合系统的安全性。

技术领域

本发明涉及能源利用技术领域，特别是涉及核能与常规能源耦合和解耦带再热发电系统的工作方法。

背景技术

现代商用的核电厂主要是亚临界机组，沸水堆核电厂的反应堆一回路冷却剂被引入汽轮机，辐射防护和废物处理比较复杂，因此压水堆为现代商用核电技术的主流。常规压水堆一般为两回路系统，其中二回路系统的蒸汽带动汽轮机发电。由于反应堆载热剂温度的限制(压水堆平均出口温度一般低于330摄氏度)，只能生产压力较低的(5.0～8.0MPa)饱和蒸汽或微过热(过热度为20～30摄氏度)蒸汽，全机理想比焓降很小，蒸汽湿度又高，为了增大单机功率，其蒸汽流量必然很大。目前商用核电厂二回路系统的参数一般为压力约6～8MPa，温度约230℃～290℃左右，发电效率约34％。超临界水冷堆(SCWR)反应堆堆芯出口参数压力约25MPa，温度约500℃，与常规压水堆相比，少一个回路，堆芯出口的热流体直接进入汽轮机，系统热效率接近45％，远高于常规水冷堆34％的热效率。但超临界水冷堆一直处于研究状态，但由于参数大幅提高，缺乏传热流动实验和数值数据，以及缺乏堆内关键材料在超临界水冷堆条件下的化学性能和力学性能等原因，技术上还存在较大的困难，有乐观文献认为需要到2028年具备商用堆建设能力。

核电厂大多数都使用饱和蒸汽，核电汽轮机2/3的作功是在低压缸中完成，但核电汽轮机低压缸的排汽湿度较大，一般高达12％～14％，容易造成叶片侵蚀、腐蚀，因此一般采用半速汽轮机，而且在高压缸后需要加专门的汽水分离再热器进行除湿、再热。而火电厂普遍采用过热蒸汽，过热度高，普遍采用全速汽轮机。半速汽轮机转子直径达、重量重，一般来讲，半速汽轮机的材料消耗量要比全速汽轮机超过2倍，对于整台机组来说，半速汽轮机的重量约为全速机组的1.2～2.4倍。相应的汽轮机基础的支承负荷也加大，土建投资加大；半速汽轮机在运输、起吊、安装等方面的投资也比全速汽轮机高。根据现有文献介绍，设备造价和安装土建费，半速机比全速机高20％～30％(对整个常规岛相当于高7％左右)。

众所周知，核电厂的投资远大于火电厂，而火电厂的热效率又普遍高于核电厂。如果采用合适的方法，搭建合适的系统，能够把火电厂的热力系统耦合进核电厂，那么既能大幅降低初投资，又能大幅提高运行热效率，将大幅提升经济性。

由于高温气冷堆的固有安全性，其燃料元件的设计容许温度高达1600℃，故10MW高温气冷实验堆已建成。

现有技术中，在2007年提出了一种将模块化高温气冷堆技术与目前已经成熟的超临界蒸汽动力循环技术耦合的方案，采用多堆配一机的方案，一回路采用氦气闭合循环，氦气自上而下流过球床堆芯被加热到750℃左右，二回路采用水及水蒸气循环，水蒸气被氦气加热到超临界蒸汽动力循环所需要的温度，比如565℃，其发电效率将达到45％以上，然而也是由于核岛部分大型化商业化的部分关键技术仍未取得突破，故高温气冷堆仍处在概念设计阶段。

由于核岛突破需要解决的技术难点远高于常规火电设备，故核电与超临界蒸汽动力循环耦合的关键点在于不能寄希望于突破核岛设备来适应火电参数，而是突破火电设备来适应核岛参数，然而这条思路却一直没有被研究人员注意。