[發明專利]高溫氣冷堆蒸汽發電系統及方法

有效

• 申請號: 200910243721.4
• 申請日: 2009-12-23
• 公開（公告）號: CN101714413A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發明（設計）人: 張作義;吳宗鑫;王大中;徐元輝;孫玉良;李富;董玉杰
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G21D5/04
• 分類號: G21D5/04
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 胡小永

技術領域

本發明涉及核電領域，特別是涉及一種高溫氣冷堆蒸汽發電系統 及方法。

背景技術

作為清潔、安全、環保的能源，核能發電對于緩解能源安全和全 球氣候變化問題都具有重要意義。雖然經過了美國三哩島和前蘇聯切 爾諾貝利核電站事故挫折，人們仍然在積極開發更安全、經濟性更好 的核能發電技術。目前，第三代核電技術已經基本成熟。

正在研發的第四代核能系統中，高溫氣冷堆可以實現很高的出口 溫度，具有高發電效率和高品位熱能供應能力，從而引起人們廣泛關 注。高溫氣冷堆采用陶瓷型包覆顆粒燃料元件，氦氣作為冷卻劑，石 墨作為慢化劑，堆芯出口溫度可以達到700℃至950℃。高溫氣冷堆 是一種安全性能好的堆型，原因如下：1)優異的燃料元件性能；2) 石墨堆芯的熱容量大；3)全范圍的負反應性溫度系數；4)冷卻劑氦 氣為惰性氣體，化學穩定性好，不會發生相變。

國際上高溫氣冷堆的發展起始于上世紀六十年代初，在英國、德 國和美國相繼建成了三座實驗堆，到七十年代美國和德國分別建成和 運行了兩座電功率為330MW和300MW的原型電站。早期的高溫氣 冷堆在失去冷卻劑的事故條件下，若不采取專門措施，堆芯最高溫度 可能達到2000℃以上，因此需要專設應急堆芯冷卻系統防止燃料元 件過熱損壞。

為進一步提高反應堆的安全性，“模塊式”高溫氣冷堆的概念應 運而生。模塊式高溫氣冷堆特指具有固有安全特性、單堆功率規模較 小的高溫氣冷堆。這種反應堆的基本特點是：在任何事故條件下反應 堆堆芯的剩余發熱均能夠通過非能動的方式載出，堆芯燃料最高溫度 不會超過允許的限值。由于避免了堆芯熔化的可能，即使發生很低概 率的超設計基準事故，核電廠廠外的放射性劑量仍在限值范圍內，技 術上可以不用采取廠外應急計劃。

根據燃料元件的形狀不同，高溫氣冷堆被分為球床堆與柱狀堆。 前者把包覆顆粒燃料與石墨基體一起壓制成直徑6厘米的燃料球，形 成能流動的球床堆芯，實現不停堆在線更換核燃料。后者把包覆顆粒 燃料與石墨一起壓制成圓柱狀芯塊，然后再放入六角形棱柱形燃料組 件中，形成固定型的棱柱狀堆芯。

相對于柱狀堆，球床式高溫氣冷堆具有如下特點：1)不停堆裝 卸燃料元件，電站可用率高；2)堆芯過剩反應性小，便于反應性控 制，中子經濟性高；3)卸料燃耗均勻，卸料燃耗高，燃料利用率高； 4)正常運行時燃料顆粒溫度低，易于進一步提高反應堆出口溫度。

作為面向發電上網的商業化電站，不僅要有足夠的安全性，在經 濟性方面也要體現出足夠的競爭力。模塊式高溫氣冷堆在經濟性方面 的限制主要來自安全性考慮。模塊式高溫氣冷堆的固有安全性要求事 故后衰變余熱能夠采用非能動方式導出堆芯，保證燃料最高溫度不超 過設計限值，在技術上對單個堆芯的功率密度和總功率提出了限制。

如何在較小的單堆功率限制下實現更好的經濟性，成為高溫氣冷 堆核電站設計和商業化推廣過程中必須考慮的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠克服現有技術缺陷，在保證安全性 的同時實現經濟性的高溫氣冷堆蒸汽發電系統及方法。

為達到上述目的，提供一種依照本發明實施方式的高溫氣冷堆蒸 汽發電系統，其包括：首尾順次連接以形成閉合蒸汽回路的若干個并 聯連接的核蒸汽供應系統、高壓缸、低壓缸、凝汽器、凝結水泵、低 壓加熱器、除氧器、給水泵和高壓加熱器；所述核蒸汽供應系統包括 所述核蒸汽供應系統包括分別設置在兩個壓力容器內的反應堆和蒸 汽發生器，所述反應堆和蒸汽發生器之間由熱氣導管相連，在所述蒸 汽發生器的殼體上部設置有主氦風機。

優選地，所述高溫氣冷堆蒸汽發電系統在所述高壓缸和低壓缸之 間依次連接蒸汽再熱器和中壓缸。

優選地，所述高壓加熱器的出口與所述蒸汽再熱器的初步加熱段 連接，且所述蒸汽發生器的入口與所述蒸汽再熱器的初步加熱段連 接。

優選地，所述高壓缸的出口與蒸汽發生器的再加熱部分連接。

優選地，所述高壓缸分別與再熱器以及中壓缸連接，所述中壓缸 的出口與再熱器連接，所述再熱器與所述低壓缸連接。

優選地，所述反應堆具有設計為可流動的球床結構的堆芯，燃料 元件位于所述堆芯內并可由堆芯的頂部流向堆芯的底部。