專利名稱:用于一體化反應(yīng)堆的啟停輔助裝置及一體化反應(yīng)堆的冷啟動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一體化反應(yīng)堆的啟停輔助裝置。本發(fā)明也涉及一種用一體化反應(yīng)堆的啟停輔助裝置的一體化反應(yīng)堆的冷啟動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
由于空間布置的要求，一體化核反應(yīng)堆傾向于采用緊湊高效的直流蒸汽發(fā)生器。二回路工質(zhì)強(qiáng)制流過受熱面，被一回路冷卻劑加熱，經(jīng)預(yù)熱、蒸發(fā)、過熱而產(chǎn)生過熱蒸汽送到汽輪機(jī)系統(tǒng)做功。直流蒸汽發(fā)生器具有結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)動(dòng)性好，熱耗率低的特點(diǎn)，特別適合于需要經(jīng)常變負(fù)荷運(yùn)行的船用核動(dòng)力裝置。直流蒸汽發(fā)生器內(nèi)部由幾百個(gè)并聯(lián)通道組成，每個(gè)通道的水動(dòng)力特性曲線都各不相同，運(yùn)行時(shí)蒸發(fā)管內(nèi)存在著劇烈的相變過程，很容易產(chǎn)生多種形式的兩相流動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象。為了保證直流蒸汽發(fā)生器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須保證直流蒸汽發(fā)生器的最低給水流量。
壓水堆核電站冷啟動(dòng)過程中，首先要實(shí)現(xiàn)一回路冷卻劑的升溫升壓過程。而且一回路系統(tǒng)的升溫速率必須嚴(yán)格控制在30-40°C /h以下，壓力上升也不能太快。正常運(yùn)行過程中直流蒸汽發(fā)生器的給水為來自冷凝器的過冷水，在反應(yīng)堆冷啟動(dòng)過程中，持續(xù)不斷的過冷給水會(huì)帶走大量熱量，單靠穩(wěn)壓器電加熱功率和主泵的機(jī)械功無法完成一回路系統(tǒng)的升溫升壓過程。而且為滿足啟動(dòng)要求，必須保證二次側(cè)給水全部加熱為過熱蒸汽，這就要求反應(yīng)堆啟動(dòng)完成以后要有與給水流量相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)堆功率。啟動(dòng)過程中如何實(shí)現(xiàn)一回路冷卻劑的升溫升壓，完成反應(yīng)堆的啟動(dòng)，并將二回路給水加熱為過熱蒸汽；啟動(dòng)過程中直流蒸汽發(fā)生器出口產(chǎn)生的兩相混合物如何處理，都是迫切需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在一體化反應(yīng)堆啟動(dòng)的過程中能夠?qū)崿F(xiàn)一回路冷卻劑的升溫升壓，避免流動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象的出現(xiàn)，并且有效回收工質(zhì)和熱量，縮短反應(yīng)堆啟動(dòng)時(shí)間的用于一體化反應(yīng)堆的啟停輔助裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種基于本發(fā)明的用于一體化反應(yīng)堆的啟停輔助裝置的一體化反應(yīng)堆的冷啟動(dòng)方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明的用于一體化反應(yīng)堆的啟停輔助裝置包括啟動(dòng)分離器15、貯水箱16和循環(huán)水泵17 ;啟動(dòng)分離器15的進(jìn)口與直流蒸汽發(fā)生器4的出口管道相連，啟動(dòng)分離器15的蒸汽出口經(jīng)蒸汽閥20與主蒸汽管道相連，啟動(dòng)分離器15的疏水出口與貯水箱16相連；貯水箱16的底部出口與循環(huán)水泵17相連，貯水箱16出口有一路管道通過貯水箱出口截止閥25、貯水箱水位調(diào)節(jié)閥26以及減溫降壓裝置27與凝汽器22相連；循環(huán)水泵17通過循環(huán)水流量控制閥18與直流蒸汽發(fā)生器4進(jìn)口給水管道相連；給水泵23與凝汽器22相連、并通過主給水閥24與直流蒸汽發(fā)生器4進(jìn)口管道相連、通過冷水閥28與貯水箱16相連；循環(huán)水流量控制閥18和主給水閥24與蒸汽發(fā)生器給水控制系統(tǒng)相連；貯水箱水位調(diào)節(jié)閥26、蒸汽閥20以及冷水閥28與貯水箱壓力控制系統(tǒng)相連。
本發(fā)明的用于一體化反應(yīng)堆的啟停輔助裝置還可以包括:
1、循環(huán)水泵17出口還有一路管道通過再循環(huán)水流量控制閥19與貯水箱16相連，再循環(huán)水流量控制閥19與蒸汽發(fā)生器給水控制系統(tǒng)相連。
2、所述的啟動(dòng)分離器15為外置式汽水分離器，啟動(dòng)過程中用于將汽、液兩相流體進(jìn)行分離，啟動(dòng)完成以后，通過流量控制閥28和流量控制閥29的切換將啟動(dòng)分離器退出二回路系統(tǒng)。
3、所述的循環(huán)水泵17為電力驅(qū)動(dòng)的水泵，水泵轉(zhuǎn)速在反應(yīng)堆啟、停過程中始終保持不變，用于在直流蒸汽發(fā)生器4、啟動(dòng)分離器15和貯水箱16之間建立穩(wěn)定的循環(huán)水流量。
基于本發(fā)明的用于一體化反應(yīng)堆的啟停輔助裝置的一體化反應(yīng)堆的冷啟動(dòng)方法包括以下步驟:
(I)反應(yīng)堆充水排氣完成以后，反應(yīng)堆處于滿水狀態(tài)，打開穩(wěn)壓器噴淋閥，使用穩(wěn)壓器電加熱件9的功率和主泵3的機(jī)械功提高一回路冷卻劑溫度；
(2)—回路系統(tǒng)升溫升壓的同時(shí)，啟停輔助系統(tǒng)貯水箱壓力控制系統(tǒng)動(dòng)作調(diào)節(jié)水箱壓力滿足要求，循環(huán)水泵17打開，循環(huán)水由貯水箱16經(jīng)循環(huán)水流量控制閥18進(jìn)入直流蒸汽發(fā)生器4，被一回路冷卻劑加熱后流回貯水箱16，完成一次循環(huán)；
(3)穩(wěn)壓器7溫度滿足要求后，通過下泄流量控制閥11排水建立穩(wěn)壓器7汽腔，然后利用穩(wěn)壓器電加熱件9的功率提高穩(wěn)壓器7壓力到額定運(yùn)行壓力；
(4)調(diào)整反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)12實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆臨界，提升反應(yīng)堆I功率，實(shí)現(xiàn)核加熱升溫，隨著反應(yīng)堆功率的提高，二回路循環(huán)水逐漸產(chǎn)生沸騰；
(5)隨著反應(yīng)堆功率的提升，蒸汽發(fā)生器給水控制系統(tǒng)不斷調(diào)整再循環(huán)流量控制閥19、循環(huán)水流量控制閥18以及主給水閥24的開度，保證直流蒸汽發(fā)生器進(jìn)口給水流量穩(wěn)定。
本發(fā)明提供了一種配備循環(huán)水泵的一體化反應(yīng)堆的啟停輔助系統(tǒng)，該系統(tǒng)在一體化反應(yīng)堆啟動(dòng)的過程中能夠?qū)崿F(xiàn)一回路冷卻劑的升溫升壓，完成反應(yīng)堆的啟動(dòng)；有效建立二回路啟動(dòng)壓力和啟動(dòng)流量，避免流動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象的出現(xiàn)，并且有效回收工質(zhì)和熱量，縮短反應(yīng)堆啟動(dòng)時(shí)間。
本發(fā)明的有益效果是，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)堆冷啟動(dòng)過程中一回路冷卻劑的升溫升壓及直流蒸汽發(fā)生器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，能夠回收大部分工質(zhì)和熱量，使用核-電聯(lián)合加熱的方式大大縮短了反應(yīng)堆啟動(dòng)的時(shí)間。


圖1為本發(fā)明的用于一體化反應(yīng)堆的啟停輔助裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2 —體化反應(yīng)堆啟動(dòng)過程曲線圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述:
結(jié)合圖1，啟動(dòng)分離器15的進(jìn)口與直流蒸汽發(fā)生器4的出口管道相連；啟動(dòng)分離器15的蒸汽出口經(jīng)蒸汽閥20與主蒸汽管道相連；啟動(dòng)分離器15的疏水出口與貯水箱16相連；貯水箱16的底部出口與循環(huán)水泵17相連；循環(huán)水泵17通過循環(huán)水流量控制閥18與直流蒸汽發(fā)生器4進(jìn)口給水管道相連；循環(huán)水泵17出口還有一路管道通過再循環(huán)水流量控制閥19與貯水箱16相連；貯水箱16出口有一路管道通過貯水箱出口截止閥25、貯水箱水位調(diào)節(jié)閥26以及減溫降壓裝置27與凝汽器22相連；給水泵23與二回路凝結(jié)水系統(tǒng)相連，并通過主給水閥24與直流蒸汽發(fā)生器4進(jìn)口管道相連；循環(huán)水流量控制閥18、再循環(huán)流量控制閥19和主給水閥24與蒸汽發(fā)生器給水控制系統(tǒng)相連；貯水箱水位調(diào)節(jié)閥26、蒸汽閥20以及冷水閥28與貯水箱壓力控制系統(tǒng)相連。所述的啟動(dòng)分離器15為外置式汽水分離器，啟動(dòng)過程中用于將汽、液兩相流體進(jìn)行分離，啟動(dòng)完成以后，通過流量控制閥28和流量控制閥29的切換將啟動(dòng)分離器退出二回路系統(tǒng)。所述的循環(huán)水泵17為電力驅(qū)動(dòng)的水泵，其特征在于水泵轉(zhuǎn)速在反應(yīng)堆啟、停過程中始終保持不變，用于在直流蒸汽發(fā)生器4、啟動(dòng)分離器15和貯水箱16之間建立穩(wěn)定的循環(huán)水流量。所述的再循環(huán)水流量控制閥19用于貯水箱16的低液位控制，當(dāng)貯水箱16水位低于設(shè)定值時(shí)，通過調(diào)節(jié)再循環(huán)水流量控制閥19的開度，將一部分循環(huán)水重新打回水箱16，防止水箱被抽空。所述的蒸汽發(fā)生器給水控制系統(tǒng)根據(jù)再循環(huán)水的流量調(diào)節(jié)循環(huán)水流量控制閥18和主給水閥24的開度，保證蒸汽發(fā)生器進(jìn)口給水流量始終保持不變。所述的貯水箱壓力控制系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)貯水箱16的壓力，當(dāng)壓力低于限制時(shí)，冷水閥28打開將一部分給水打入水箱，提高壓力；當(dāng)壓力高于限值時(shí)，貯水箱水位調(diào)節(jié)閥26或蒸汽閥20打開，分別通過排水和排汽來降低水箱壓力。
圖2的曲線圖中借助重要的參數(shù)來表示一體化反應(yīng)堆的冷啟動(dòng)過程，是通過模擬程序確定的一體化反應(yīng)堆啟動(dòng)過程中過程參數(shù)與時(shí)間的關(guān)系。反應(yīng)堆充水排氣完成以后處于滿水狀態(tài)，穩(wěn)壓器不具有壓力控制能力。首先打開穩(wěn)壓器噴淋閥8，啟動(dòng)主泵3高速運(yùn)行，投入穩(wěn)壓器電加熱元件9，利用穩(wěn)壓器電加熱件的功率和主泵的機(jī)械功對(duì)一回路主冷卻劑進(jìn)行加熱升溫升壓。隨著一回路冷卻劑溫度的升高，一回路水體積膨脹，壓力升高，需要間斷打開下泄流量控制閥11進(jìn)行排水，使一回路壓力保持在規(guī)定限值之內(nèi)。
一回路冷卻劑升溫升壓過程中，啟停輔助系統(tǒng)中充滿水，壓力靠貯水箱水位控制閥26和冷水閥28來控制。啟動(dòng)循環(huán)水泵保持15%的給水流量運(yùn)行。蒸汽發(fā)生器出口的熱水經(jīng)過汽水分離器15進(jìn)入貯水箱16，然后被循環(huán)水泵17重新打入蒸汽發(fā)生器4，形成一個(gè)循環(huán)。在一回路冷卻劑溫度低于233.(TC (3.0MPa壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度)時(shí)，啟停輔助系統(tǒng)內(nèi)部水溫與一回路冷卻劑溫度幾乎相同。因?yàn)檠h(huán)水溫度升高體積膨脹，貯水箱壓力控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)貯水箱水位控制閥26進(jìn)行排水，防止貯水箱超壓。排水經(jīng)減溫降壓器27降壓后排入冷凝器22。
當(dāng)一回路冷卻劑溫度達(dá)到210°C時(shí)，關(guān)閉穩(wěn)壓器噴淋閥8，提高穩(wěn)壓器電加熱件9的功率，逐漸拉大穩(wěn)壓器8和一回路冷卻劑之間的溫差。當(dāng)穩(wěn)壓器溫度達(dá)到240°C時(shí)，關(guān)閉穩(wěn)壓器電加熱件9，打開下泄流量控制閥11排水，建立穩(wěn)壓器氣腔。然后打開穩(wěn)壓器電加熱件9加熱穩(wěn)壓器8內(nèi)的汽水混合物，使穩(wěn)壓器壓力上升到額定運(yùn)行壓力。升壓過程中需要間斷打開下泄流量控制閥11排水，保證穩(wěn)壓器水位。
一回路冷卻劑壓力滿足要求后，調(diào)節(jié)反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)12使反應(yīng)堆臨界，并逐漸提升反應(yīng)堆功率進(jìn)行核加熱升溫。一回路冷卻劑溫度低于3.0MPa壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度時(shí)，二回路循環(huán)水為單相狀態(tài)，通過貯水箱水位控制閥26的排水來穩(wěn)定水箱內(nèi)壓力；隨著反應(yīng)堆功率的持續(xù)增大，一回路冷卻劑溫度迅速升高。啟停輔助系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)水逐漸被加熱到飽和狀態(tài)，當(dāng)蒸汽發(fā)生器4出口產(chǎn)生兩相混合物時(shí)，汽水分離器15對(duì)兩相流體進(jìn)行分離，飽和蒸汽在汽水分離器頂部積聚，為穩(wěn)定壓力，貯水箱水位控制閥26不斷排水使得汽水分離器15內(nèi)部水位不斷下降，當(dāng)水位滿足要求后，可以打開主蒸汽閥20進(jìn)行排氣，通過調(diào)節(jié)主蒸汽閥20的開度來保證汽水分離器15的壓力。
隨著反應(yīng)堆功率的增大，蒸汽產(chǎn)量不斷升高，進(jìn)入貯水箱16的飽和水流量降低，導(dǎo)致貯水箱16內(nèi)水位下降，此時(shí)打開再循環(huán)流量控制閥19，使一部分循環(huán)水重新流入水箱16，防止水箱被抽空。同時(shí)蒸汽發(fā)生器給水流量控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)循環(huán)水流量控制閥18和主給水閥24相互配合，利用主給水來補(bǔ)償循環(huán)水流量的減小，保證直流蒸汽發(fā)生器進(jìn)口給水流量保持不變。隨著反應(yīng)堆功率的升高，主給水流量不斷增大，循環(huán)水流量逐漸減小，直到蒸汽發(fā)生器給水全部由主給水給定，循環(huán)水全部再循環(huán)流回水箱16，蒸汽發(fā)生器給水全部產(chǎn)生為過熱蒸汽?？梢躁P(guān)閉循環(huán)水流量控制閥18和循環(huán)水泵17，切換流量控制閥28和流量控制閥29將啟停輔助系統(tǒng)退出，啟動(dòng)過程完成。啟動(dòng)過程中直流蒸汽發(fā)生器進(jìn)口給水的溫度由過冷水升高到接近飽和狀態(tài)然后又過渡到過冷狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種用于一體化反應(yīng)堆的啟停輔助裝置，其特征是:包括啟動(dòng)分離器(15)、貯水箱(16)和循環(huán)水泵(17);啟動(dòng)分離器(15)的進(jìn)口與直流蒸汽發(fā)生器(4)的出口管道相連，啟動(dòng)分離器(15)的蒸汽出口經(jīng)蒸汽閥(20)與主蒸汽管道相連，啟動(dòng)分離器(15)的疏水出口與貯水箱(16)相連；貯水箱(16)的底部出口與循環(huán)水泵(17)相連，貯水箱(16)出口有一路管道通過貯水箱出口截止閥(25)、貯水箱水位調(diào)節(jié)閥(26)以及減溫降壓裝置(27)與凝汽器(22)相連；循環(huán)水泵(17)通過循環(huán)水流量控制閥(18)與直流蒸汽發(fā)生器(4)進(jìn)口給水管道相連；給水泵(23 )與凝汽器(22 )相連、并通過主給水閥(24)與直流蒸汽發(fā)生器(4)進(jìn)口管道相連、通過冷水閥(28)與貯水箱(16)相連；循環(huán)水流量控制閥(18)和主給水閥(24)與蒸汽發(fā)生器給水控制系統(tǒng)相連；貯水箱水位調(diào)節(jié)閥(26)、蒸汽閥(20)以及冷水閥(28)與貯水箱壓力控制系統(tǒng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的用于一體化反應(yīng)堆的啟停輔助裝置，其特征是:循環(huán)水泵(17)出口還有一路管道通過再循環(huán)水流量控制閥(19)與貯水箱(16)相連，再循環(huán)水流量控制閥(19)與蒸汽發(fā)生器給水控制系統(tǒng)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的用于一體化反應(yīng)堆的啟停輔助裝置，其特征是:所述的啟動(dòng)分離器(15)為外置式汽水分離器，啟動(dòng)過程中用于將汽、液兩相流體進(jìn)行分離，啟動(dòng)完成以后，通過流量控制閥(28)和流量控制閥(29)的切換將啟動(dòng)分離器退出二回路系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的用于一體化反應(yīng)堆的啟停輔助裝置，其特征是:所述的循環(huán)水泵(17)為電力驅(qū)動(dòng)的水泵，水泵轉(zhuǎn)速在反應(yīng)堆啟、停過程中始終保持不變，用于在直流蒸汽發(fā)生器(4)、啟動(dòng)分離器(15)和貯水箱(16)之間建立穩(wěn)定的循環(huán)水流量。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的用于一體化反應(yīng)堆的啟停輔助裝置，其特征是:所述的循環(huán)水泵(17)為電力驅(qū)動(dòng)的水泵，水泵轉(zhuǎn)速在反應(yīng)堆啟、停過程中始終保持不變，用于在直流蒸汽發(fā)生器(4)、啟動(dòng)分離器(15)和貯水箱(16)之間建立穩(wěn)定的循環(huán)水流量。
6.一種基于權(quán)利要求
1所述用于一體化反應(yīng)堆的啟停輔助裝置的一體化反應(yīng)堆的冷啟動(dòng)方法，其特征是: (1)反應(yīng)堆充水排氣完成以后，反應(yīng)堆處于滿水狀態(tài)，打開穩(wěn)壓器噴淋閥，使用穩(wěn)壓器電加熱件(9)的功率和主泵(3)的機(jī)械功提高一回路冷卻劑溫度； (2)—回路系統(tǒng)升溫升壓的同時(shí)，啟停輔助系統(tǒng)貯水箱壓力控制系統(tǒng)動(dòng)作調(diào)節(jié)水箱壓力滿足要求，循環(huán)水泵(17)打開，循環(huán)水由貯水箱(16)經(jīng)循環(huán)水流量控制閥(18)進(jìn)入直流蒸汽發(fā)生器(4)，被一回路冷卻劑加熱后流回貯水箱(16)，完成一次循環(huán)； (3 )穩(wěn)壓器(7 )溫度滿足要求后，通過下泄流量控制閥(11)排水建立穩(wěn)壓器(7 )汽腔，然后利用穩(wěn)壓器電加熱件(9)的功率提高穩(wěn)壓器(7)壓力到額定運(yùn)行壓力； (4)調(diào)整反應(yīng)堆功率控制系統(tǒng)(12)實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆臨界，提升反應(yīng)堆(I)功率，實(shí)現(xiàn)核加熱升溫，隨著反應(yīng)堆功率的提高，二回路循環(huán)水逐漸產(chǎn)生沸騰； (5)隨著反應(yīng)堆功率的提升，蒸汽發(fā)生器給水控制系統(tǒng)不斷調(diào)整再循環(huán)流量控制閥(19)、循環(huán)水流量控制閥(18)以及主給水閥(24)的開度，保證直流蒸汽發(fā)生器進(jìn)口給水流量穩(wěn)定。
專利摘要
本發(fā)明提供的是一種用于一體化反應(yīng)堆的啟停輔助裝置及一體化反應(yīng)堆的冷啟動(dòng)方法。啟動(dòng)分離器的進(jìn)口與直流蒸汽發(fā)生器的出口管道相連、的蒸汽出口經(jīng)蒸汽閥與主蒸汽管道相連、疏水出口與貯水箱相連；貯水箱的底部出口與循環(huán)水泵相連、出口有一路管道通過貯水箱出口截止閥、貯水箱水位調(diào)節(jié)閥以及減溫降壓裝置與凝汽器相連；循環(huán)水泵通過循環(huán)水流量控制閥與直流蒸汽發(fā)生器進(jìn)口給水管道相連；給水泵與凝汽器相連、并通過主給水閥與直流蒸汽發(fā)生器進(jìn)口管道相連、通過冷水閥與貯水箱相連。本發(fā)明在反應(yīng)堆啟動(dòng)的過程中能夠?qū)崿F(xiàn)一回路冷卻劑的升溫升壓；有效建立二回路啟動(dòng)壓力和啟動(dòng)流量，避免流動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象的出現(xiàn)，并且有效回收工質(zhì)和熱量，縮短啟動(dòng)時(shí)間。
文檔編號(hào)G21D3/12GKCN103117101SQ201310020289
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月19日
發(fā)明者夏庚磊, 彭敏俊, 杜雪, 余大力 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan