[发明专利]高温气冷堆蒸汽发电系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及核电领域，特别是涉及一种高温气冷堆蒸汽发电系统 及方法。

背景技术

作为清洁、安全、环保的能源，核能发电对于缓解能源安全和全 球气候变化问题都具有重要意义。虽然经过了美国三哩岛和前苏联切 尔诺贝利核电站事故挫折，人们仍然在积极开发更安全、经济性更好 的核能发电技术。目前，第三代核电技术已经基本成熟。

正在研发的第四代核能系统中，高温气冷堆可以实现很高的出口 温度，具有高发电效率和高品位热能供应能力，从而引起人们广泛关 注。高温气冷堆采用陶瓷型包覆颗粒燃料元件，氦气作为冷却剂，石 墨作为慢化剂，堆芯出口温度可以达到700℃至950℃。高温气冷堆 是一种安全性能好的堆型，原因如下：1)优异的燃料元件性能；2) 石墨堆芯的热容量大；3)全范围的负反应性温度系数；4)冷却剂氦 气为惰性气体，化学稳定性好，不会发生相变。

国际上高温气冷堆的发展起始于上世纪六十年代初，在英国、德 国和美国相继建成了三座实验堆，到七十年代美国和德国分别建成和 运行了两座电功率为330MW和300MW的原型电站。早期的高温气 冷堆在失去冷却剂的事故条件下，若不采取专门措施，堆芯最高温度 可能达到2000℃以上，因此需要专设应急堆芯冷却系统防止燃料元 件过热损坏。

为进一步提高反应堆的安全性，“模块式”高温气冷堆的概念应 运而生。模块式高温气冷堆特指具有固有安全特性、单堆功率规模较 小的高温气冷堆。这种反应堆的基本特点是：在任何事故条件下反应 堆堆芯的剩余发热均能够通过非能动的方式载出，堆芯燃料最高温度 不会超过允许的限值。由于避免了堆芯熔化的可能，即使发生很低概 率的超设计基准事故，核电厂厂外的放射性剂量仍在限值范围内，技 术上可以不用采取厂外应急计划。

根据燃料元件的形状不同，高温气冷堆被分为球床堆与柱状堆。 前者把包覆颗粒燃料与石墨基体一起压制成直径6厘米的燃料球，形 成能流动的球床堆芯，实现不停堆在线更换核燃料。后者把包覆颗粒 燃料与石墨一起压制成圆柱状芯块，然后再放入六角形棱柱形燃料组 件中，形成固定型的棱柱状堆芯。

相对于柱状堆，球床式高温气冷堆具有如下特点：1)不停堆装 卸燃料元件，电站可用率高；2)堆芯过剩反应性小，便于反应性控 制，中子经济性高；3)卸料燃耗均匀，卸料燃耗高，燃料利用率高； 4)正常运行时燃料颗粒温度低，易于进一步提高反应堆出口温度。

作为面向发电上网的商业化电站，不仅要有足够的安全性，在经 济性方面也要体现出足够的竞争力。模块式高温气冷堆在经济性方面 的限制主要来自安全性考虑。模块式高温气冷堆的固有安全性要求事 故后衰变余热能够采用非能动方式导出堆芯，保证燃料最高温度不超 过设计限值，在技术上对单个堆芯的功率密度和总功率提出了限制。

如何在较小的单堆功率限制下实现更好的经济性，成为高温气冷 堆核电站设计和商业化推广过程中必须考虑的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够克服现有技术缺陷，在保证安全性 的同时实现经济性的高温气冷堆蒸汽发电系统及方法。

为达到上述目的，提供一种依照本发明实施方式的高温气冷堆蒸 汽发电系统，其包括：首尾顺次连接以形成闭合蒸汽回路的若干个并 联连接的核蒸汽供应系统、高压缸、低压缸、凝汽器、凝结水泵、低 压加热器、除氧器、给水泵和高压加热器；所述核蒸汽供应系统包括 所述核蒸汽供应系统包括分别设置在两个压力容器内的反应堆和蒸 汽发生器，所述反应堆和蒸汽发生器之间由热气导管相连，在所述蒸 汽发生器的壳体上部设置有主氦风机。

优选地，所述高温气冷堆蒸汽发电系统在所述高压缸和低压缸之 间依次连接蒸汽再热器和中压缸。

优选地，所述高压加热器的出口与所述蒸汽再热器的初步加热段 连接，且所述蒸汽发生器的入口与所述蒸汽再热器的初步加热段连 接。

优选地，所述高压缸的出口与蒸汽发生器的再加热部分连接。

优选地，所述高压缸分别与再热器以及中压缸连接，所述中压缸 的出口与再热器连接，所述再热器与所述低压缸连接。

优选地，所述反应堆具有设计为可流动的球床结构的堆芯，燃料 元件位于所述堆芯内并可由堆芯的顶部流向堆芯的底部。