用于高温堆的双除氧器多模式运行给水系统及其控制方法

技术领域

本发明属于核电技术领域，特别涉及一种用于高温堆的双除氧器多模式运行给水系统及其控制方法。

背景技术

现有的200MW高温气冷堆核电机组(HTR-PM)由两个核蒸汽供应系统模块组成，目前提升给水温度要求的技术方案均是根据200MW高温气冷堆进行的相关设计，有以下技术方案：

方案1：在电锅炉出口增加“启动蒸汽过热器”，电锅炉出口蒸汽部分经过启动蒸汽过热器加热后进入高压加热器，对除氧器出口给水温度进行二次提升，满足给水温度要求，例如，公开号为CN114165778A的专利。

方案2：在每路至核岛的主给水管上设置旁路水管，在旁路水管上设置加热装置，启动前通过加热装置将给水温度提升至160℃，例如，公开号为CN114001347A的专利。

方案3：将启停堆系统中的汽水分离器出口蒸汽接至除氧器，可利用堆启动过程中的工质对除氧器中的给水进行加热，实现了能量的回收利用，例如，公开号为CN114034032A的专利。

其中方案1和方案2都是增加电加热装置，运行投资巨大。方案3仅是在堆启动过程中的工质进行了利用，待机组启动后启停堆系统切除，虽然能够有效的回收反应堆启动过程中的能量，但是如果每个反应堆配置一套类似系统，多模块的机组会极其复杂，不适用于600MW及更大容量的高温气冷堆机组。

综上，现有的高温气冷堆核电机组的给水系统结构复杂，运行成本高，不适用于大容量高温气冷堆核电机组，例如600MW及以上大容量高温气冷堆核电机组。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种用于高温堆的双除氧器多模式运行给水系统及其控制方法，采用以下技术方案：

一种用于高温堆的双除氧器多模式运行给水系统，包括第一除氧器、第二除氧器、给水泵、再循环泵、辅汽联箱、第一汽源支路、第二汽源支路、第三汽源支路和第四汽源支路、第一给水支路、第二给水支路、第一循环水出水支路、第二循环水出水支路、第一循环水进水支路和第二循环水进水支路；

其中，所述第一除氧器的第一进汽口通过所述第一汽源支路与汽轮机抽汽系统来汽管道连通，所述第二除氧器的第一进汽口通过所述第二汽源支路与汽轮机抽汽系统来汽管道连通；所述第一除氧器的第二进汽口通过所述第三汽源支路与辅汽联箱连通，所述第二除氧器的第二进汽口通过所述第四汽源支路与辅汽联箱连通；所述给水泵的进口通过所述第一给水支路与所述第一除氧器的出水口连通，所述给水泵的进口通过所述第二给水支路与所述第二除氧器的出水口连通；所述再循环泵的进口通过所述第一循环水出水支路与所述第一除氧器的循环出水口连通，所述再循环泵的进口通过所述第二循环水出水支路与所述第二除氧器的循环出水口连通，所述再循环泵的出口通过所述第一循环水进水支路与所述第一除氧器的循环进水口连通，所述再循环泵的出口通过所述第二循环水进水支路与所述第二除氧器的循环进水口连通。

进一步的，所述第一汽源支路上设置有第一隔离阀，所述第二汽源支路上设置有第二隔离阀。

进一步的，所述第一给水支路上设置有第三隔离阀，所述第二给水支路上设置有第四隔离阀。

进一步的，所述第一循环水出水支路上设置有第五隔离阀，所述第二循环水出水支路上设置有第六隔离阀；所述第一循环水进水支路上设置有第七隔离阀，所述第二循环水进水支路上设置有第八隔离阀。

进一步的，所述第三汽源支路上设置有第一调节阀，所述第四汽源支路上设置有第二调节阀。

进一步的，所述第一除氧器和所述第二除氧器的额定出力根据给水流量确定。

进一步的，所述第一除氧器和所述第二除氧器的给水箱的有效容积根据一定时间的给水消耗量确定。

本发明还提供一种所述用于高温堆的双除氧器多模式运行给水系统的控制方法，包括以下步骤：

在机组正常运行工况，第一除氧器和第二除氧器采用并联运行模式具体如下：开通第一汽源支路和第二汽源支路，关闭第三汽源支路和第四汽源支路，开通第一给水支路和第二给水支路，关闭第一循环水出水支路、第二循环水出水支路、第一循环水进水支路和第二循环水进水支路。

进一步的，还包括以下步骤：

在需要对第一除氧器进行检修时，关闭第一汽源支路和第一给水支路，第二除氧器按第一设定容量运行；在需要对第二除氧器进行检修时，关闭第二汽源支路和第二给水支路，第一除氧器按第二设定容量运行。

进一步的，还包括以下步骤：

在停机不停堆工况或启动工况，第一除氧器和第二除氧器采用串联运行模式中的第一模式具体如下：关闭第一汽源支路和第二汽源支路，开通第三汽源支路和第四汽源支路，开通第一给水支路，关闭第二给水支路，关闭第一循环水出水支路，开通第二循环水出水支路，开通第一循环水进水支路，关闭第二循环水进水支路。

进一步的，还包括以下步骤：

在停机不停堆工况或启动工况，第一除氧器和第二除氧器采用串联运行模式中的第二模式具体如下：关闭第一汽源支路和第二汽源支路，开通第三汽源支路和第四汽源支路，关闭第一给水支路，开通第二给水支路，开通第一循环水出水支路，关闭第二循环水出水支路，关闭第一循环水进水支路，开通第二循环水进水支路。

进一步的，还包括以下步骤：

在停机不停堆工况或启动工况，第一除氧器和第二除氧器通过调节辅汽联箱进入第一除氧器和第二除氧器的蒸汽压力值，将给水加热至设定值后通过给水泵送至核岛。

进一步的，通过调节辅汽联箱进入第一除氧器和第二除氧器的蒸汽压力值，将给水加热至设定值具体如下：

在第一模式中，通过调节第四汽源支路上的第二调节阀开度，将进入第二除氧器的蒸汽压力值调整值第一设定值，第二除氧器将给水温度加热至第一温度值后，再循环泵通过第一循环水进水支路将第一温度值的给水输送至第一除氧器，将进入第一除氧器的蒸汽压力值调整值第二设定值，第一除氧器将给水温度由第一温度值加热至第二温度值，其中，第二设定值大于第一设定值；

在第二模式中，通过调节第三汽源支路上的第一调节阀开度，将进入第一除氧器的蒸汽压力值调整值第一设定值，第一除氧器将给水温度加热至第一温度值后，再循环泵通过第二循环水进水支路将第一温度值的给水输送至第二除氧器，将进入第二除氧器的蒸汽压力值调整值第二设定值，第二除氧器将给水温度由第一温度值加热至第二温度值。

本发明的有益效果：本发明可用于600MW及以上大容量高温气冷堆核电机组的给水系统配置，极大的保证了核岛的安全，同时保障了主给水泵运行的安全性。随着高温气冷堆第四代核电技术的应用，本发明具有广泛的应用前景。

本发明解决了高温气冷堆核电对外供热机组的设备故障及机组检修时对外供汽热负荷的稳定性，对高温气冷堆在核能综合领域的发展具有重大实用意义。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例的用于高温堆的双除氧器多模式运行给水系统的结构示意图；

图2示出了机组正常运行工况本发明实施例的给水系统工作流程示意图；

图3示出了停机不停堆工况本发明实施例的给水系统工作流程示意图。

图中：1、第一除氧器；2、第二除氧器；3、给水泵；4、再循环泵；5、第一汽源支路；6、第二汽源支路；7、第一给水支路；8、第二给水支路；9、第一循环水出水支路；10、第二循环水出水支路；11、第一循环水进水支路；12、第二循环水进水支路；13、第一隔离阀；14、第二隔离阀；15、第三隔离阀；16、第四隔离阀；17、第五隔离阀；18、第六隔离阀；19、第七隔离阀；20、第八隔离阀；21、辅汽联箱；22、第三汽源支路；23、第四汽源支路；24、第一调节阀；25、第二调节阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例先对高温气冷堆进行简单介绍：

高温气冷堆(HTGR，High Temperature Cooled Reactor)属于先进的四代核电技术，具有独特的固有安全特性，无论是沿海还是内陆，都是未来清洁低碳能源的重要选择。

目前大容量高温气冷堆核电机组已开始投入使用，例如，60万千瓦级高温气冷堆核电机组(简称“HTR－PM600”)采用了经HTR－PM验证的、成熟的设备、流程、技术，采用6个NSSS模块组成，在保证固有安全性的前提下，使高温气冷堆的经济性、技术先进性和市场适应性得到进一步提升，同时具备了较高的技术成熟度。

需要说明的是，本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。

本发明实施例提供一种用于高温堆的双除氧器多模式运行给水系统及其控制方法，解决了600MW及以上大容量高温气冷堆核电机组核岛对二回路热力系统的要求，给水温度不小于160℃。

本发明实施例还解决了核能对外供工业蒸汽机组，由于除氧器一直处于运行状态无法停机检修的问题；同时解决了核能对外供工业蒸汽机组停机不停堆工况下对外供汽回水的加热需求。本发明实施例还解决了机组甩负荷(孤岛运行)时除氧器暂态对给水泵的影响。

需要说明的是，本发明实施例中的给水，指的是除氧器出口经给水泵加压，高加加热器加热后送至核反应堆入口的二回路工质。

如图1所示，一种用于高温堆的双除氧器多模式运行给水系统，包括第一除氧器1、第二除氧器2、给水泵3、再循环泵4、第一汽源支路5、第二汽源支路6、第一给水支路7、第二给水支路8、第一循环水出水支路9、第二循环水出水支路10、第一循环水进水支路11和第二循环水进水支路12。

其中，第一除氧器1的第一进汽口通过第一汽源支路5与汽轮机抽汽系统来汽管道连通，第二除氧器2的第一进汽口通过第二汽源支路6与汽轮机抽汽系统来汽管道连通；给水泵3的进口通过第一给水支路7与第一除氧器1的出水口连通，给水泵3的进口通过第二给水支路8与第二除氧器2的出水口连通；再循环泵4的进口通过第一循环水出水支路9与第一除氧器1的循环出水口连通，再循环泵4的进口通过第二循环水出水支路10与第二除氧器2的循环出水口连通，再循环泵4的出口通过第一循环水进水支路11与第一除氧器1的循环进水口连通，再循环泵4的出口通过第二循环水进水支路12与第二除氧器2的循环进水口连通。

本发明实施例的给水系统设置两台除氧器(第一除氧器1、第二除氧器2)，在机组启动或停机不停堆工况，两台除氧器利用除氧器再循环泵4可实现串联运行，对除盐水(或供热抽汽疏水)进行梯级加热至满足核岛蒸发器需求。双除氧器的配置可实现对外供热机组除氧器在故障或停机检修工况下，保证对外供热负荷的平稳。

本发明实施例的双除氧器的设置可实现较大的给水箱容积，降低机组甩负荷时除氧器暂态对给水泵3的影响。

在一个实施例中，第一除氧器1和第二除氧器2的额定出力根据给水流量确定，例如，第一除氧器1和第二除氧器2的额定出力可确定为110％额定给水流量。

第一除氧器1和第二除氧器2的给水箱的有效容积根据一定时间的给水消耗量确定，例如，第一除氧器1和第二除氧器2的有效容积为3～5min给水消耗量，本发明实施例，正常运行时，两台除氧器的有效容积可满足7～10min的额定给水消耗量，有效的保证了给水泵3运行的安全性。

在一个实施例中，第一汽源支路5上设置有第一隔离阀13，第二汽源支路6上设置有第二隔离阀14。

在一个实施例中，第一给水支路7上设置有第三隔离阀15，第二给水支路8上设置有第四隔离阀16。

在一个实施例中，第一循环水出水支路9上设置有第五隔离阀17，第二循环水出水支路10上设置有第六隔离阀18；第一循环水进水支路11上设置有第七隔离阀19，第二循环水进水支路12上设置有第八隔离阀20。

本发明实施例中，通过在两台除氧器(第一除氧器1、第二除氧器2)的汽源支路、给水支路和循环进出水支路上设置隔离阀，实现第一除氧器1、第二除氧器2的切换。另外，本发明实施例第一除氧器1、第二除氧器2共用一套除氧器再循环泵4，满足各种工况的情况下，降低了系统成本。

在一个实施例中，用于高温堆的双除氧器多模式运行给水系统还包括辅汽联箱21、第三汽源支路22和第四汽源支路23，其中，第一除氧器1的第二进汽口通过第三汽源支路22与辅汽联箱21连通，第二除氧器2的第二进汽口通过第四汽源支路23与辅汽联箱21连通。

进一步的，第三汽源支路22上设置有第一调节阀24，第四汽源支路23上设置有第二调节阀25，通过分别设置辅汽汽源至两台除氧器分别设置调节阀，可分别调节进入第一除氧器1、第二除氧器2的蒸汽压力。

本发明实施例还提供上述用于高温堆的双除氧器多模式运行给水系统的控制方法，包括以下步骤：

如图2所示，在机组正常运行工况，第一除氧器1和第二除氧器2采用并联运行模式，开通第一汽源支路5和第二汽源支路6，关闭第三汽源支路22和第四汽源支路23，开通第一给水支路7和第二给水支路8，关闭第一循环水出水支路9、第二循环水出水支路10、第一循环水进水支路11和第二循环水进水支路12。

例如，若在各支路上设置有隔离阀或调节阀，可通过打开或关闭阀门实现支路的开通或关闭。

汽轮机抽汽系统来汽通过第一汽源支路5、第二汽源支路6分别为第一除氧器1、第二除氧器2供汽，第一除氧器1、第二除氧器2可单台100％容量运行或两台50％容量运行，将加热的除盐水(或供热抽汽疏水)通过给水泵3对外给水。

例如，在正常运行时，第一除氧器1、第二除氧器2均按照50％容量运行，在需要对第一除氧器1进行检修时，关闭第一汽源支路5和第一给水支路7，第二除氧器2按100％容量运行；在需要对第二除氧器2进行检修时，关闭第二汽源支路6和第二给水支路8，第一除氧器1按100％容量运行，以上实现了除氧器的在线隔离检修，保证对外供热负荷的平稳。

本实施例中，第一除氧器1和第二除氧器2并联运行，解决了高温气冷堆对外供汽机组的除氧器处于长期运行状态无法停机检修的问题，还解决了高温气冷堆对外供汽除氧器故障影响供热负荷稳定的问题。

如图3所示，在停机不停堆工况或启动工况时，第一除氧器1和第二除氧器2采用串联运行模式，串联运行模式包括第一模式和第二模式。

第一模式中，关闭第一汽源支路5和第二汽源支路6，开通第三汽源支路22和第四汽源支路23，开通第一给水支路7，关闭第二给水支路8，关闭第一循环水出水支路9，开通第二循环水出水支路10，开通第一循环水进水支路11，关闭第二循环水进水支路12。

第二模式中，关闭第一汽源支路5和第二汽源支路6，开通第三汽源支路22和第四汽源支路23，关闭第一给水支路7，开通第二给水支路8，开通第一循环水出水支路9，关闭第二循环水出水支路10，关闭第一循环水进水支路11，开通第二循环水进水支路12。

在一个实施例中，在停机不停堆工况或启动工况时，第一除氧器1和第二除氧器2采用串联运行模式时，通过调节辅汽联箱21进入第一除氧器1和第二除氧器2的蒸汽压力值，将给水加热至设定值后通过给水泵3送至核岛，满足反应堆的启动需求。

通过调节辅汽联箱21进入第一除氧器1和第二除氧器2的蒸汽压力值，将给水加热至设定值具体如下：

在第一模式中，第二除氧器2为一级加热除氧器，第一除氧器1为二级加热除氧器，通过调节第四汽源支路23上的第二调节阀25开度，将进入第二除氧器2的蒸汽压力值调整值第一设定值，第二除氧器2将给水温度加热至第一温度值后，再循环泵4通过第一循环水进水支路11将第一温度值的给水输送至第一除氧器1，将进入第一除氧器1的蒸汽压力值调整值第二设定值，第一除氧器1将给水温度由第一温度值加热至第二温度值，第二温度值即为反应堆的启动需求的给水温度，其中，第二设定值大于第一设定值。

在第二模式中，第一除氧器1为一级加热除氧器，第二除氧器2为二级加热除氧器，通过调节第三汽源支路22上的第一调节阀24开度，将进入第一除氧器1的蒸汽压力值调整值第一设定值，第一除氧器1将给水温度加热至第一温度值后，再循环泵4通过第二循环水进水支路12将第一温度值的给水输送至第二除氧器2，将进入第二除氧器2的蒸汽压力值调整值第二设定值，第二除氧器2将给水温度由第一温度值加热至第二温度值。

本发明实施例的给水系统，可将第一除氧器1和第二除氧器2由并联运行切换为串联运行，实现不同模式的运行。

例如，高温气冷堆根据堆芯物理计算要求，为满足反应堆启动过程中的安全分析要求，反应堆临界时需依靠主氦风机运行保证堆芯温度大于150℃，如果主给水温度较低，主给水在蒸汽发生器中将吸收一次侧氦气的热量，难以维持堆芯温度大于150℃，故要求蒸汽发生器入口给水温度不低于160℃。

基于上述反应堆启动过程中的给水温度要求，本发明实施例可将一级加热除氧器入口蒸汽压力的第一设定值设定为0.124MPa，给水的第一温度值可达到105℃，二级加热除氧器的第二设定值设定为不低于0.792MPa，给水的第二温度值可达到170℃，通过第一调节阀24和第二调节阀25采用不同的开度，实现了第一除氧器1、第二除氧器2的梯级加热。

本发明实施例可在常规岛汽轮发电机组冲转直至带额定负荷期间，保证进入反应堆入口的给水温度不小于160℃。当应用于供热机组时，在常规岛停机检修或设备故障工况下，双除氧器串联运行可保证给水加热器至核岛要求的最低温度。

本发明实施例的用于高温堆的双除氧器多模式运行给水系统及其控制方法，极大的保证了核岛的安全，同时保障了主给水泵3运行的安全性。随着高温气冷堆第四代核电技术的应用，本发明具有广泛的应用前景。

本发明解决了高温气冷堆核电对外供热机组的设备故障及机组检修时对外供汽热负荷的稳定性，对高温气冷堆在核能综合领域的发展具有重大实用意义。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。