本發(fā)明屬于核能應(yīng)用，具體涉及一種壓水堆與高溫氣冷堆聯(lián)合加熱制氫、發(fā)電和工業(yè)用汽聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、氫是重要的工業(yè)原料，也是未來理想的二次能源或能源載體。氫作為二次能源便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸，且可以直接作為燃料使用。利用核能制氫，可以實(shí)現(xiàn)氫氣的高效、大規(guī)模、無碳排放制備。高溫氣冷堆高溫制氫是一種高效、清潔、大規(guī)模制備氫氣的方案。

2、核能制氫是高溫氣冷堆發(fā)電外最重要的用途，將為未來高溫堆的應(yīng)用拓展新的領(lǐng)域。在可用于核能制氫的反應(yīng)堆堆型中，高溫氣冷堆因其高出口溫度和固有安全性等優(yōu)勢，被認(rèn)為是最適合用于制氫的堆型。核能制氫是高溫氣冷堆發(fā)電外最重要的用途，將為未來高溫堆的應(yīng)用拓展新的領(lǐng)域。核能制氫技術(shù)研發(fā)既有利于保持我國高溫氣冷堆技術(shù)的國際領(lǐng)先優(yōu)勢，也為未來氫氣的大規(guī)模供應(yīng)提供了一種有效的解決方案，同時(shí)可為高溫堆工藝熱應(yīng)用開辟新的用途。

3、目前廣泛用于發(fā)電的壓水堆等堆型利用高溫蒸汽作為熱載體，由于出口溫度相對(duì)較低，主要用于發(fā)電。高溫氣冷堆作為未來發(fā)展的方向，除在經(jīng)濟(jì)性、安全性、可持續(xù)性等方面的目標(biāo)外，能有效拓展核能在發(fā)電領(lǐng)域以外的應(yīng)用，是非常適合用于制氫和工業(yè)用汽的堆型，但高溫氣冷堆單獨(dú)制氫，由于反應(yīng)堆熱功率較小，制氫規(guī)模小，存在成本較高的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種壓水堆與高溫氣冷堆聯(lián)合加熱制氫、發(fā)電和工業(yè)用汽聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用的系統(tǒng)和方法，可發(fā)揮出壓水堆反應(yīng)堆熱功率大的特點(diǎn)，又可以發(fā)揮高溫氣冷堆的可輸出高參數(shù)溫度的優(yōu)勢，本發(fā)明充分發(fā)揮兩種堆型優(yōu)點(diǎn)，采用串級(jí)連續(xù)加熱，可滿足大規(guī)模制氫的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)可用于發(fā)電和工業(yè)用汽等場景。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種壓水堆與高溫氣冷堆聯(lián)合加熱制氫、發(fā)電和工業(yè)用汽聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用的系統(tǒng)，包括壓水堆反應(yīng)堆堆芯、低溫蒸汽發(fā)生器、高溫蒸汽發(fā)生器、高溫氣冷堆反應(yīng)堆堆芯、汽輪機(jī)、凝汽器、二回路給水泵、一回路給水泵、大功率氦氣風(fēng)機(jī)、二回路進(jìn)水管道、一回路進(jìn)水管道、一回路回水管道、高溫蒸汽發(fā)生器進(jìn)汽管道、高溫氣冷堆反應(yīng)堆堆芯進(jìn)氣管道、高溫氣冷堆反應(yīng)堆堆芯出氣管道和高溫制氫裝置，所述的壓水堆反應(yīng)堆堆芯通過一回路回水管道連接低溫蒸汽發(fā)生器，低溫蒸汽發(fā)生器通過高溫蒸汽發(fā)生器進(jìn)汽管道連接高溫蒸汽發(fā)生器，高溫蒸汽發(fā)生器通過高溫氣冷堆反應(yīng)堆堆芯進(jìn)氣管道連接高溫氣冷堆反應(yīng)堆堆芯，高溫氣冷堆反應(yīng)堆堆芯進(jìn)氣管道上設(shè)置有大功率氦氣風(fēng)機(jī)，高溫氣冷堆反應(yīng)堆堆芯通過高溫氣冷堆反應(yīng)堆堆芯出氣管道連接高溫蒸汽發(fā)生器，高溫蒸汽發(fā)生器通過管路連接高溫制氫裝置，高溫制氫裝置通過管路連接汽輪機(jī)，汽輪機(jī)連接凝汽器，凝汽器通過二回路進(jìn)水管道連接低溫蒸汽發(fā)生器，二回路進(jìn)水管道上設(shè)置二回路給水泵，低溫蒸汽發(fā)生器通過一回路進(jìn)水管道連接壓水堆反應(yīng)堆堆芯，一回路進(jìn)水管道上設(shè)置有一回路給水泵。

3、一種壓水堆與高溫氣冷堆聯(lián)合加熱制氫、發(fā)電和工業(yè)用汽聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用的方法，包括如下：

4、流經(jīng)壓水堆反應(yīng)堆堆芯的水被加熱至310℃左右，經(jīng)一回路回水管道流入低溫蒸汽發(fā)生器進(jìn)行換熱，并通過一回路進(jìn)水管道經(jīng)一回路給水泵加壓后返回壓水堆反應(yīng)堆堆芯，二回路給水通過二回路進(jìn)水管道經(jīng)由二回路給水泵加壓后進(jìn)入低溫蒸汽發(fā)生器被一回路給水加熱至280℃流出，流出的飽和蒸汽再通過高溫蒸汽發(fā)生器進(jìn)汽管道進(jìn)入高溫蒸汽發(fā)生器進(jìn)行二次加熱，溫度提升至900℃左右，流經(jīng)高溫氣冷堆反應(yīng)堆堆芯的氦氣被加熱至900-1000℃，高溫氦氣通過高溫氣冷堆反應(yīng)堆堆芯出氣管道進(jìn)入高溫蒸汽發(fā)生器對(duì)流經(jīng)高溫蒸汽發(fā)生器的飽和蒸汽進(jìn)行二次加熱，提升溫度至900℃左右，變?yōu)檫^熱蒸汽。

5、高溫氣冷堆反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)，由大功率氦氣風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)氦氣冷卻劑在高溫氣冷堆回路內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，將高溫蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的飽和蒸汽加熱成900℃左右的過熱蒸汽。

6、高溫蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的900℃左右的過熱蒸汽進(jìn)入高溫制氫裝置實(shí)現(xiàn)高溫制氫。

7、所述的高溫制氫裝置制氫過程中的相對(duì)低參數(shù)蒸汽可進(jìn)入汽輪機(jī)機(jī)組實(shí)現(xiàn)發(fā)電功能。

8、所述的高溫制氫裝置或汽輪機(jī)設(shè)置留有抽汽接口，用于工業(yè)用汽。

9、所述的汽輪機(jī)做功后的乏汽進(jìn)入凝汽器，被收集后的凝結(jié)水，通過二回路進(jìn)水管道再次經(jīng)由二回路給水泵加壓后進(jìn)入低溫蒸汽發(fā)生器，完成二回路給水的循環(huán)。

10、本發(fā)明的有益效果在于：壓水堆核電廠具有堆芯功率密度大的特點(diǎn)，能輸出大量低參數(shù)的蒸汽，蒸汽溫度大約280℃，但是無法滿足高溫制氫的溫度要求(800-900℃)。而高溫氣冷堆反應(yīng)堆可將流經(jīng)堆芯的氦氣加熱至900-1000℃，本發(fā)明充分利用壓水堆和高溫氣冷堆的各自優(yōu)勢，最終實(shí)現(xiàn)大量高參數(shù)蒸汽或高品質(zhì)工藝熱的輸出，可實(shí)現(xiàn)高溫制氫和發(fā)電，并利用制氫及發(fā)電中的余熱實(shí)現(xiàn)工業(yè)用汽的三聯(lián)產(chǎn)效果。且高溫氣冷堆為不停堆換料，理論上具備長周期大修的潛能，可在較長時(shí)間內(nèi)(比如3年及以上)持續(xù)大規(guī)模的實(shí)現(xiàn)制氫等應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種壓水堆與高溫氣冷堆聯(lián)合加熱制氫、發(fā)電和工業(yè)用汽聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用的系統(tǒng)，其特征在于：包括壓水堆反應(yīng)堆堆芯、低溫蒸汽發(fā)生器、高溫蒸汽發(fā)生器、高溫氣冷堆反應(yīng)堆堆芯、汽輪機(jī)、凝汽器、二回路給水泵、一回路給水泵、大功率氦氣風(fēng)機(jī)、二回路進(jìn)水管道、一回路進(jìn)水管道、一回路回水管道、高溫蒸汽發(fā)生器進(jìn)汽管道、高溫氣冷堆反應(yīng)堆堆芯進(jìn)氣管道、高溫氣冷堆反應(yīng)堆堆芯出氣管道和高溫制氫裝置，所述的壓水堆反應(yīng)堆堆芯通過一回路回水管道連接低溫蒸汽發(fā)生器，低溫蒸汽發(fā)生器通過高溫蒸汽發(fā)生器進(jìn)汽管道連接高溫蒸汽發(fā)生器，高溫蒸汽發(fā)生器通過高溫氣冷堆反應(yīng)堆堆芯進(jìn)氣管道連接高溫氣冷堆反應(yīng)堆堆芯，高溫氣冷堆反應(yīng)堆堆芯進(jìn)氣管道上設(shè)置有大功率氦氣風(fēng)機(jī)，高溫氣冷堆反應(yīng)堆堆芯通過高溫氣冷堆反應(yīng)堆堆芯出氣管道連接高溫蒸汽發(fā)生器，高溫蒸汽發(fā)生器通過管路連接高溫制氫裝置，高溫制氫裝置通過管路連接汽輪機(jī)，汽輪機(jī)連接凝汽器，凝汽器通過二回路進(jìn)水管道連接低溫蒸汽發(fā)生器，二回路進(jìn)水管道上設(shè)置二回路給水泵，低溫蒸汽發(fā)生器通過一回路進(jìn)水管道連接壓水堆反應(yīng)堆堆芯，一回路進(jìn)水管道上設(shè)置有一回路給水泵。

2.一種壓水堆與高溫氣冷堆聯(lián)合加熱制氫、發(fā)電和工業(yè)用汽聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用的方法，其特征在于，包括如下：

3.如權(quán)利要求2所述的一種壓水堆與高溫氣冷堆聯(lián)合加熱制氫、發(fā)電和工業(yè)用汽聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用的方法，其特征在于：高溫氣冷堆反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)，由大功率氦氣風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)氦氣冷卻劑在高溫氣冷堆回路內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，將高溫蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的飽和蒸汽加熱成900℃左右的過熱蒸汽。

4.如權(quán)利要求3所述的一種壓水堆與高溫氣冷堆聯(lián)合加熱制氫、發(fā)電和工業(yè)用汽聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用的方法，其特征在于：高溫蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的900℃左右的過熱蒸汽進(jìn)入高溫制氫裝置實(shí)現(xiàn)高溫制氫。

5.如權(quán)利要求4所述的一種壓水堆與高溫氣冷堆聯(lián)合加熱制氫、發(fā)電和工業(yè)用汽聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用的方法，其特征在于：所述的高溫制氫裝置制氫過程中的相對(duì)低參數(shù)蒸汽可進(jìn)入汽輪機(jī)機(jī)組實(shí)現(xiàn)發(fā)電功能。

6.如權(quán)利要求4所述的一種壓水堆與高溫氣冷堆聯(lián)合加熱制氫、發(fā)電和工業(yè)用汽聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用的方法，其特征在于：所述的高溫制氫裝置或汽輪機(jī)設(shè)置留有抽汽接口，用于工業(yè)用汽。

7.如權(quán)利要求4所述的一種壓水堆與高溫氣冷堆聯(lián)合加熱制氫、發(fā)電和工業(yè)用汽聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用的方法，其特征在于：所述的汽輪機(jī)做功后的乏汽進(jìn)入凝汽器，被收集后的凝結(jié)水，通過二回路進(jìn)水管道再次經(jīng)由二回路給水泵加壓后進(jìn)入低溫蒸汽發(fā)生器，完成二回路給水的循環(huán)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于核能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種壓水堆與高溫氣冷堆聯(lián)合加熱制氫、發(fā)電和工業(yè)用汽聯(lián)產(chǎn)應(yīng)用的系統(tǒng)和方法。壓水堆反應(yīng)堆堆芯連接低溫蒸汽發(fā)生器，低溫蒸汽發(fā)生器連接高溫蒸汽發(fā)生器，高溫蒸汽發(fā)生器連接高溫氣冷堆反應(yīng)堆堆芯，高溫氣冷堆反應(yīng)堆堆芯連接高溫蒸汽發(fā)生器，高溫蒸汽發(fā)生器連接高溫制氫裝置和汽輪機(jī)，汽輪機(jī)連接凝汽器，凝汽器連接低溫蒸汽發(fā)生器，低溫蒸汽發(fā)生器連接壓水堆反應(yīng)堆堆芯。有益效果在于：高溫氣冷堆反應(yīng)堆可將流經(jīng)堆芯的氦氣加熱至900?1000℃，本發(fā)明充分利用壓水堆和高溫氣冷堆的各自優(yōu)勢，最終實(shí)現(xiàn)大量高參數(shù)蒸汽或高品質(zhì)工藝熱的輸出，可實(shí)現(xiàn)高溫制氫和發(fā)電，并利用制氫及發(fā)電中的余熱實(shí)現(xiàn)工業(yè)用汽的三聯(lián)產(chǎn)效果。

技術(shù)研發(fā)人員：劉汝衛(wèi),周哲俊,劉得印,韓偉,趙國輝,張佳佳,張震,張喜勝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中核蘇能核電有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/18