[發明專利]壓水堆核電站蒸汽發生器中組合汽-液分離方法及裝置

有效

• 申請號: 201410205943.8
• 申請日: 2014-05-15
• 公開（公告）號: CN104014202A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 劉毅;汪華林;張艷紅;錢鵬
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: B01D45/12
• 分類號: B01D45/12;B04C5/26
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 項丹

技術領域

本發明屬于核電汽-液分離領域，涉及一種高溫高壓濕蒸汽快速高效脫液的方法及裝置，具體涉及一種核電站蒸汽發生器中通過U管換熱后的濕蒸汽降低濕度的方法，以及實施該方法所用的裝置。

背景技術

隨著近年工業的急劇增長，人類對電力的需求不斷加大；2012年，我國年消耗電量已達5萬億千瓦時。根據電力專家統計，全國用電量與GDP之間約為1:1.2的對應關系，可預見我國電力消耗還將在今后很長一段時間內以至少不低于5％的速度持續增長。作為主要的清潔能源，核電必將成為未來我國發展的重點。

核電的發展，不僅要求體現在機組的數量上，也要體現在機組的效率上。通過不斷優化設計方案和改善裝備性能以提高設備效率，并優選新型高效設備以努力降低建造成本，是核電發展過程中需要重點關注和思索的。而全力降低核電站中蒸汽發生器的出口蒸汽濕度、適當減小蒸汽發生器尺寸并盡量降低除濕能耗，就能達到降本增效的目的；而通過優化蒸汽發生器內上部的汽-液分離組件就是一條相對可行且安全的途徑。

目前第二代壓水堆核電站中的蒸汽發生器普遍采用旋葉分離器初步除濕，后串聯折流式波紋板強化除濕方式以脫除主蒸汽中的液滴，確保蒸汽發生器出口蒸汽濕度滿足≤0.25％的設計要求，防止水滴對汽輪機葉片的沖蝕，并通過提高蒸汽品質以改善其做功能力。第三代AP1000核電技術仍沿用了傳統的工藝技術，但通過將第二代壓水堆核電站蒸汽發生器內的單鉤波形板干燥器改為雙鉤波形板，并將波形板由雙層布置改為單層布置，并在干燥器結構參數上做出適當調整，實現了出口蒸汽濕度提高到≤0.1％的設計標準。

隨著國產化要求的逐漸提升，在現有基礎上提高單機組發電效率的呼聲逐漸高漲，在進一步提高設備效率的同時、適當降低設備成本能有效滿足核電發展的需求。旋葉分離器屬于粗狂型的初級分離，用以脫除泡核沸騰后含有大量液滴的汽水混合物中的大部分大尺寸液滴；它通過在分離桶內裝配一組固定的螺旋葉片，將流經的汽水混合物由直線運動變為螺旋線運動，在離心力作用下使汽水分離，在中心形成汽柱而在筒壁形成環狀水層；水沿壁面螺旋上升至阻擋器，然后折返流經分離筒與外套筒構成的疏水通道而進入水空間；經過旋葉分離器除濕后的濕蒸汽再次進入折流式波紋板進一步除濕，折流板利用設備外形的變化改變濕蒸汽的流動軌跡，使得濕蒸汽中的液滴逐步在波紋板上聚集，達到汽液分離的目的。通過旋葉分離與折流式波紋板耦合形成的汽-液分離工藝，能基本滿足蒸汽除濕的目的，但也存在單位體積設備分離效率偏低、分離效率不穩定等缺陷，在長期連續工況下存在損傷設備隱患，需采取更為高效和穩定的工藝、以及尺寸更小的設備以改善分離效率和降低設備成本。因此，核電站蒸汽發生器內主給水在U型管周邊發生泡核沸騰，大量上升濕蒸汽在更小的空間內實現更高效率的除濕是今后的發展方向。

旋流分離工藝以其設備體積小、分離效率高、能耗低且設備運行穩定等優勢，目前已被廣泛應用至石油化工、生物醫藥、環保等多領域。作為旋流分離工藝的核心，旋流器的研發和優化設計始終受到各行業的廣泛關注。目前美國的School?of?Mechanical?and?Materials?Engineering?of?Washington?State?University(華盛頓州立大學機械和材料工程學院)等單位設計開發了5mm、10mm、15mm、25mm的微型汽-液旋流分離器。采用19mm旋流分離器，3μm生物質的汽溶膠顆粒分離效率可以達到95％，2μm生物質的汽溶膠顆粒分離效率也達到了80％以上。但是研究仍處于實驗室階段，工業應用還需解決諸多難題。

我國在旋流分離工業應用方面也做了很多工作，中國專利CN200995173Y發明了一種氣液旋流分離器；中國專利CN200810201686.5公開了一種用于加氫裝置中循環氫脫烴的氣-液分離用旋流器，該旋流器公稱直徑為75mm。在旋流分離設備結構上的創新正在不斷地拓展旋流分離的應用領域，但對于持續提高分離效率與降低分離能耗的矛盾，旋流分離技術的應用仍受到技術上的限制。

總之，由于現有技術存在的上述問題，故至今為止尚無能適當提高除濕效率和降低設備成本的工藝技術及設備，實屬核電技術獲得有效改善和提高的可行切入點。因此，本領域迫切需要開發除濕效率高且能有效縮小設備體積的先進工藝及裝置。

發明內容

本發明提供了一種新穎的壓水堆核電站蒸汽發生器中組合汽-液分離方法及裝置，從而解決了現有技術中存在的問題，提供了一種核電站蒸汽發生器中分離效率更高且所占空間更小的汽水分離處理方法及裝置。