用于利用ves氣源儲存能量生成動力的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總的來說涉及用于在事故或包含損失所有交流電力的事件之后利用來自 非能動動力主控制室可居留系統(tǒng)（VES)的儲存能量生成動力的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 核反應(yīng)堆發(fā)電廠中用于發(fā)電的各種功能需要兩個重要資源，即水和動力。例如，水 用于冷卻反應(yīng)堆和廢燃料池內(nèi)部的燃料，動力用于各種設(shè)備功能，包括泵送、閥門致動、儀 表和設(shè)備監(jiān)測。在諸如工作站停電的事故情形期間或在導(dǎo)致?lián)p失所有交流電力的其他事件 期間，可能難以獲得或向核電廠現(xiàn)場提供外部資源來處置事故。因此，有利的是，核電廠現(xiàn) 場具有備用裝置以在損失交流電力的情形期間產(chǎn)生動力并提供冷卻水。
[0003] 通常，核反應(yīng)堆發(fā)電廠中的主控制室可居留系統(tǒng)（VES)是非能動動力系統(tǒng)，其在 事故或包含損失所有交流電力的其他事件之后利用空氣為控制室環(huán)境提供通風(fēng)、冷卻和過 濾。圖1示意性顯示了依照現(xiàn)有技術(shù)的VES系統(tǒng)10。壓縮空氣儲存在罐2中并被加壓。 典型地，空氣儲存的最高壓力為4000psi。在正常情況下空氣為60 °F時，罐的最低壓力為 3333psi。此外，VES系統(tǒng)典型采用多于一個的罐來儲存壓縮空氣。例如，在有些商業(yè)核反 應(yīng)堆發(fā)電廠，例如Westinghouse AP1000發(fā)電廠，使用了 32個罐，每個罐的自由容積為約 46. lft3。壓縮空氣流4從罐2流經(jīng)壓力調(diào)節(jié)器6。壓力調(diào)節(jié)器6的最低入口壓力為200psi。 壓力調(diào)節(jié)器6降低壓縮空氣流4的壓力，使得低壓壓縮空氣流8經(jīng)過出口 7,進(jìn)給至噴射器 噴嘴11并用來為噴射器9提供動力，所述壓縮空氣流8的容積流率為65 SCFM。出口 7處 的空氣壓力降低至中間壓力。對于AP1000發(fā)電廠來說，該中間壓力即低壓壓縮空氣流8的 壓力為120psi。進(jìn)給至噴射器噴嘴11的流為控制室提供新鮮空氣，噴射器9提供了控制室 空間13內(nèi)氣流的循環(huán)。
[0004] 對于AP1000發(fā)電廠來說，在事故或包含損失所有交流電力的其他事件之后，核反 應(yīng)堆發(fā)電廠中儲存的壓縮空氣足夠以65±5 SCFM的容積流率向主控制室區(qū)域提供至少72 小時。該壓縮空氣帶有大量的勢能。
[0005] 本領(lǐng)域中已知的是采用各種非能動動力設(shè)計（例如VES)來減輕核反應(yīng)堆意外事 件而不用操作員干預(yù)或不用場外動力。這些非能動動力設(shè)計著重于依賴諸如加壓氣體、重 力流、自然循環(huán)流和對流的自然力而不依賴能動部件（例如泵、風(fēng)扇或柴油發(fā)電機）的安全 措施。此外，非能動系統(tǒng)設(shè)計成能在沒有安全級支持系統(tǒng)（例如交流電力、部件冷卻水、生 活用水和HVAC)的情況下起作用。
[0006] 所希望的是，開發(fā)進(jìn)一步的非能動措施和減輕策略供核反應(yīng)堆發(fā)電廠中使用。例 如，所希望的是，當(dāng)不能容易地得到資源時，從核電廠流程中回收能量供事故及其他事件程 序期間使用。因此，本發(fā)明提供了用于從VES中的壓縮空氣提取大量有用能量的系統(tǒng)和方 法。該能量可以在核電廠中用來處置事故及其他損失交流電力的事件程序，其中，VES被激 活。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 在一個方面中，本發(fā)明提供一種能量生成系統(tǒng)，用于在核反應(yīng)堆發(fā)電廠中包含損 失所有交流電力的情形期間，當(dāng)非能動主控制室可居留系統(tǒng)被激活時，將非能動主控制室 可居留系統(tǒng)中的壓縮空氣轉(zhuǎn)換成能量。所述主控制室可居留系統(tǒng)包括：用于儲存壓縮空氣 的至少一個罐；具有入口和出口的壓力調(diào)節(jié)器，用于降低壓縮空氣的壓力以從所述壓力調(diào) 節(jié)器的出口產(chǎn)生低壓壓縮空氣流；具有噴射器噴嘴的噴射器，用以將壓縮空氣輸送至主控 制室；以及用以將所述罐連接至所述壓力調(diào)節(jié)器和所述噴射器以允許壓縮空氣流入其中的 管道。所述能量生成系統(tǒng)包括位于噴射器上游的接收轉(zhuǎn)換機構(gòu)，用于接收來自所述壓力調(diào) 節(jié)器的出口的低壓壓縮空氣流并將所述低壓壓縮空氣流轉(zhuǎn)換成能量。
[0008] 所述接收轉(zhuǎn)換機構(gòu)可以包括發(fā)電機以及具有入口和排氣口的渦輪。在進(jìn)一步的實 施例中，所述接收轉(zhuǎn)換機構(gòu)可以包括氣動泵。
[0009] 所述至少一個罐中的壓縮空氣的最高壓力可以為約4000psi。所述至少一個罐中 的最低壓力可以為約3333psi。低壓壓縮空氣流的壓力可以為約120psi。
[0010] 所述渦輪的排氣口與所述噴射器的入口之間的壓差為25psi，該壓差可用來操作 所述氣動泵。
[0011] 在另一個方面中，本發(fā)明提供一種通過在核反應(yīng)堆發(fā)電廠中的被激活的非能動主 控制室可居留系統(tǒng)中回收壓縮空氣而生成能量的方法。該方法包括：加壓至少一個儲存罐 中的壓縮空氣；使壓縮空氣流經(jīng)壓力調(diào)節(jié)器，以產(chǎn)生低壓壓縮空氣流；將所述低壓壓縮空 氣流輸送至用于將該低壓壓縮空氣流轉(zhuǎn)換成能量的轉(zhuǎn)換機構(gòu)。
[0012] 所述轉(zhuǎn)換機構(gòu)可以包括發(fā)電機以及具有入口和排氣口的渦輪。在進(jìn)一步的實施例 中，所述轉(zhuǎn)換機構(gòu)可以包括氣動泵。
【附圖說明】
[0013] 圖1顯不了依照現(xiàn)有技術(shù)的主控制室可居留系統(tǒng)（VES)的不意圖。
[0014] 圖2顯示了依照本發(fā)明的某些實施例的VES動力生成系統(tǒng)的示意圖，其中轉(zhuǎn)換機 構(gòu)包括渦輪發(fā)電機。
[0015] 圖3顯示了依照本發(fā)明的某些實施例的另一 VES動力生成系統(tǒng)的示意圖，其中轉(zhuǎn) 換機構(gòu)包括氣動泵。
[0016] 圖4顯示了依照本發(fā)明的某些實施例的又一 VES動力生成系統(tǒng)的示意圖，其中轉(zhuǎn) 換機構(gòu)包括渦輪發(fā)電機和氣動泵。
[0017] 圖5顯示了依照本發(fā)明的某些實施例的供如圖3和4所示的VES中使用的氣動泵 的泵特性曲線。
【具體實施方式】
[0018] 本發(fā)明涉及用于在諸如事故或包含損失所有交流電力的其他事件的處置情形期 間，當(dāng)核反應(yīng)堆（例如加壓水冷反應(yīng)堆和沸水反應(yīng)堆）發(fā)電廠中的非能動動力主控制室可 居留系統(tǒng)（VES)被激活時，從VES中的壓縮空氣提取能量并生成動力的系統(tǒng)和方法。尤其 是，本發(fā)明的動力生成系統(tǒng)和方法于壓縮空氣從初始壓力（即在壓縮空氣罐中）到噴射器 入口處的壓力的壓差中提取能量。該儲存的能量例如通過渦輪和/或泵轉(zhuǎn)換成有用動力。 此外，壓縮空氣（處于低壓下）可用來經(jīng)過噴射器流入核反應(yīng)堆發(fā)電廠的控制室中。VES通 常供給壓縮空氣，用于在處置情形期間對控制室環(huán)境進(jìn)行通風(fēng)、冷卻和過濾。因此，本發(fā)明 用于將VES的壓縮空氣庫存中的儲存能量轉(zhuǎn)換成有用能量，以在延長的損失交流電力的事 故之后延長發(fā)電廠處置的能力。
[0019] 圖2示意性地顯示了依照本發(fā)明的某些實施例的VES動力生成系統(tǒng)20。圖2包括 如圖1所示的罐2、壓縮空氣流4、壓力調(diào)節(jié)器6、出口 7、低壓壓縮空氣流8、噴射器9、噴射器 噴嘴11和控制室13。如前所示，壓力調(diào)節(jié)器6降低進(jìn)入的壓縮空氣流4的壓力，使得低壓 壓縮空氣流8流經(jīng)出口 7。另外，圖2包括空氣渦輪15和交流發(fā)電機/發(fā)電機17。這兩個 部件設(shè)置在噴射器9和噴射器噴嘴11的上游。當(dāng)VES被激活時，低壓壓縮空氣流8離開壓 力調(diào)節(jié)器出口 7,被進(jìn)給到空氣渦輪15和交流發(fā)電機/發(fā)電機17中以將壓縮空氣的儲存能 量轉(zhuǎn)換成諸如電力的有用能量，該有用能量可用于在核反應(yīng)堆發(fā)電廠發(fā)生事故情形期間的 處置功能。低壓壓縮空氣8的壓力基本上等于空氣渦輪15所需的壓力。在符合VES設(shè)計 要求的同時，在VES中實現(xiàn)儲存能量的回收以及儲存能量向有用能量的轉(zhuǎn)換。壓縮空氣的 壓力可以變化。在某些實施例中，壓縮空氣的初始壓力為約3333psig，例如，在罐2中?？?氣從該初始壓力絕熱且等熵地膨脹至約200pisg的最終壓力。該膨脹通過空氣渦輪15進(jìn) 行，因而空氣渦輪15下游的壓力為約200psig。在某些實施例中，可使用輔助壓力調(diào)節(jié)器 (未顯示）來使壓力進(jìn)一步降低至噴射器9或位于空氣渦輪15下游的其他部件（例如圖3 所示的氣動泵）所需的壓力。在某些實施例中，該輔助壓力調(diào)節(jié)器（未顯示）可設(shè)置在空 氣渦輪15與噴射器噴嘴11之間。通過初始壓力狀態(tài)與最終壓力狀態(tài)之間的焓差乘以膨脹 的空氣的質(zhì)量來估算可利用能量。該轉(zhuǎn)換的細(xì)節(jié)在后面提供。該能量能夠在事故情形處置 階段期間用于各種有用功能，例如但不限于為蓄電池充電或為儀器及其他設(shè)備供電。
[0020] 依照某些實施例，本發(fā)明還包括圖3中示意性所示的VES動力生成系統(tǒng)25。圖3 包括如圖1所示的罐2、壓縮空氣流4、壓力調(diào)節(jié)器6、出口 7、低壓壓縮空氣流8、噴射器9、 噴射器噴嘴11和控制室13。另外，圖3包括位于壓力調(diào)節(jié)器6及其出口 7的下游且位于噴 射器9及其噴嘴11的上游的氣動泵27。在該實施例中，壓力調(diào)節(jié)器6被設(shè)定來輸送氣動泵 27(代替如圖1所示的空氣渦輪15)所需的入口壓力。
[0021] 依照某些實施例，本發(fā)明還包括圖4中示意性所示的VES動力生成系統(tǒng)30。圖4 包括如圖1所示的罐2、壓縮空氣流4、壓力調(diào)節(jié)器6、出口 7、低壓壓縮空氣流8、噴射器9、 噴射器噴嘴11和控制室13。另外，圖4包括空氣渦輪15、交流發(fā)電機/發(fā)電機17和氣動 泵27。氣動泵27設(shè)置在空氣渦輪15的下游且設(shè)置在噴射器9及其噴嘴11的上游。在該 實施例中，該系統(tǒng)將構(gòu)造成：或者空氣渦輪15排氣的壓力與氣動泵27所需的入口壓力相匹 配，或者一輔助壓力調(diào)節(jié)器（未顯示）可以安裝在空氣渦輪15與氣動泵27之間以實現(xiàn)至 氣動泵27的適當(dāng)?shù)娜肟趬毫Α?br>[0022] 在某些實施例中，壓力調(diào)節(jié)器6被設(shè)定來在其出口 7處提供120psig的壓力，噴射 器噴嘴11/噴射器9被設(shè)計成在IlOpsig壓力下操作。在其他實施例中，壓力調(diào)節(jié)器6被 設(shè)定在與空氣渦輪的設(shè)計/入口壓力對應(yīng)的明顯較高的壓力下，渦輪排氣被設(shè)定在氣動泵 的設(shè)計/入口壓力下。應(yīng)當(dāng)明白，根據(jù)需要，可以包括附加的壓力調(diào)節(jié)裝置，用以產(chǎn)生至空 氣渦輪、氣動泵或噴射器的所希望的入口壓力。改變壓力調(diào)節(jié)器6的設(shè)定，例如將其設(shè)定至 約135psig的稍高壓力，并使至噴射器的入口壓力維持在llOpsig，由此提供25psi的壓差 來操作氣動泵。該氣動泵可用于例如將水從現(xiàn)場儲存罐傳送