一种地下核电站汽轮机乏汽空冷系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及核电技术，更具体地说它是一种地下核电站汽轮机乏汽空冷系统。本发明还涉及这种地下核电站汽轮机乏汽空冷系统的使用方法。

背景技术

核电厂事故工况下热量的及时排出是确保反应堆安全的重要措施,非能动余热排出系统是目前主流核电厂非能动安全系统设计中的重要部分，其主要功能是在核电厂事故工况及反应堆正常余热排出系统失效时，排出堆芯余热，保证反应堆安全。

现有非能动余热排出系统主要靠密度差等方式将SG热量排入应急冷却水池，通过冷却水池内冷却水的升温带走SG的热量，再通过冷却水池的水面将热量排入大气环境中；这种方式的排热对冷却水池的水温有较大依赖，水温升高后，其冷却能力会大幅下降，此外这种冷却的最终热阱还是大气。

从火电厂的运行实践及发展趋势中可以看出，火电厂采用空冷技术可以节约大量的水资源；对于核电机组这样的用水大户，如果能够采用空冷技术，则可打破地域限制，适用于更多的新厂址；现有的空冷技术中比较成熟的是机力通风空冷技术，该技术耗电量大，且对核电站来说，一旦断电，会带来较大的安全隐患。

因此，研发一种适合核电站的地下核电站汽轮机乏汽空冷系统很有必要。

发明内容

本发明的第一目的是为了克服上述背景技术的不足之处，而提供一种地下核电站汽轮机乏汽空冷系统。

本发明的第二目的是提供这种地下核电站汽轮机乏汽空冷系统的使用方法。

为了实现上述第一目的，本发明的技术方案为：一种地下核电站汽轮机乏汽空冷系统，其特征在于：包括蒸汽发生器、汽轮机、旋风式冷却塔、凝水箱和凝汽散热器，所述蒸汽发生器顶部通过主蒸汽管线依次与汽轮机和凝汽散热器连接；

所述凝水箱位于旋风式冷却塔内底部，凝水箱底部通过主给水管线与蒸汽发生器底部连接；

所述凝汽散热器与凝水箱顶部连接，且沿着旋风式冷却塔高度方向布置。

在上述技术方案中，所述旋风式冷却塔进风口设置在塔筒侧壁，且进风口朝向沿旋风式冷却塔水平截面的切线方向。

在上述技术方案中，所述凝水箱和凝汽散热器之间有汽水分离器，所述汽水分离器通过蒸汽逆止阀与凝汽散热器连接。

在上述技术方案中，靠近所述蒸汽发生器一侧的主蒸汽管线上有主蒸汽隔离阀；所述主给水管线上有给水逆止阀，靠近所述蒸汽发生器一侧的主给水管线上有主给水隔离阀。

为了实现上述第二目的，本发明的技术方案为：一种地下核电站汽轮机乏汽空冷系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：蒸汽发生器产生的蒸汽通过主蒸汽管线经过主蒸汽隔离阀流向汽轮机做功，汽轮机做功发电后，产生的乏汽排至旋风式冷却塔内的凝汽散热器，凝汽散热器温度升高，带动旋风式冷却塔内的空气温度升高；

步骤2：旋风式冷却塔在内外大气压差的作用下产生抽吸力，旋风式冷却塔内空气在抽吸力作用下向上移动；同时，旋风式冷却塔外大气经进风口流入旋风式冷却塔，因进风口朝向沿旋风式冷却塔水平截面的切线方向布置，进风在旋风式冷却塔内形成绕凝汽散热器的冷却旋风环流，在凝汽散热器的加热下，旋风式冷却塔内空气被进一步加热，形成持续不断的抽吸力，旋风式冷却塔内空气吸收凝汽散热器散热后以旋风形式由旋风式冷却塔顶部排向外界，同时旋风式冷却塔外空气被吸入旋风式冷却塔内继续吸热，形成持续不断的排热过程；

步骤3：由汽轮机排入凝汽散热器的乏汽在凝汽散热器内被冷却后冷凝成液态水，液态水在重力作用下经过汽水分离器分离出冷却水储存在凝水箱内；

步骤4：汽水分离器分离出的蒸汽经蒸汽逆止阀重新进入凝汽散热器继续冷却；凝水箱内的冷凝水在重力作用由主给水管线经给水逆止阀、主给水隔离阀排入蒸汽发生器，冷凝水在蒸汽发生器内被加热成蒸汽；

步骤5：重复步骤1-4，完成空冷。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明通过旋风式冷却塔的冷却冷凝作用将汽轮机排汽空冷成液态水，并通过冷凝水重力回流至蒸汽发生器内，实现了汽轮机乏汽的非能动空冷和地下核电站二次侧非能动冷却功能。

2)本发明利用旋风式冷却塔内外空气温差产生的抽吸力，通过侧壁进风使冷却塔内空气形成旋风运动，大幅提高凝汽散热器的换热效率，并通过凝汽散热器纵向布置极大地减小了旋风式冷却塔的体积，降低建设成本。

3)本发明取消了三回路的水循环，无需外界电源推动，排热容量无限制，空冷直接散热，无需冷却水源等介质过渡；在节省大量水资源的同时大幅简化了核电站三回路相关系统及设备、运营投入，节省了初期投资。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1-蒸汽发生器，11-主蒸汽管线，111-主蒸汽隔离阀，12-主给水管线，121-给水逆止阀，122-主给水隔离阀，2-汽轮机，3-旋风式冷却塔，4-凝水箱，5-凝汽散热器，6-汽水分离器，61-蒸汽逆止阀。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：一种地下核电站汽轮机乏汽空冷系统，包括蒸汽发生器1、汽轮机2、旋风式冷却塔3、凝水箱4和凝汽散热器5，所述蒸汽发生器1顶部通过主蒸汽管线11依次与汽轮机2和凝汽散热器5连接；

所述凝水箱4位于旋风式冷却塔3内底部，凝水箱4底部通过主给水管线12与蒸汽发生器1底部连接；

所述凝汽散热器5与凝水箱4顶部连接，且沿着旋风式冷却塔3高度方向布置，布置高度可延申至旋风式冷却塔3塔顶，可大幅增加凝汽散热器5的换热面积，有效减小旋风式冷却塔3直径，节省建设成本。

进一步，凝汽散热器5沿旋风式冷却塔3中心轴线高度方向布置。

所述旋风式冷却塔3进风口设置在塔筒侧壁，且进风口朝向沿旋风式冷却塔3水平截面的切线方向，确保旋风式冷却塔3内进风形成绕凝汽散热器5的旋风，因沿侧壁切向进风，新风在旋风式冷却塔3塔内形成旋风，旋风式冷却塔3内空气流向几乎趋于一致，极大程度地降低了紊流，加强了旋风式冷却塔3整体拔吸力，因此冷却效果更好。

所述凝水箱4和凝汽散热器5之间有汽水分离器6，所述汽水分离器6通过蒸汽逆止阀61与凝汽散热器5连接。

靠近所述蒸汽发生器1一侧的主蒸汽管线11上有主蒸汽隔离阀111；所述主给水管线12上有给水逆止阀121，靠近所述蒸汽发生器1一侧的主给水管线12上有主给水隔离阀122。

一种地下核电站汽轮机乏汽空冷系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：蒸汽发生器1产生的蒸汽通过主蒸汽管线11经过主蒸汽隔离阀111流向汽轮机2做功，汽轮机2做功发电后，产生的乏汽排至旋风式冷却塔3内的凝汽散热器5，凝汽散热器5温度升高，带动旋风式冷却塔3内的空气温度升高；

步骤2：旋风式冷却塔3在内外大气压差的作用下产生抽吸力，旋风式冷却塔3内空气在抽吸力作用下向上移动；同时，旋风式冷却塔3外大气经进风口流入旋风式冷却塔3，因进风口朝向沿旋风式冷却塔3水平截面的切线方向布置，进风在旋风式冷却塔3内形成绕凝汽散热器5的冷却旋风环流，在凝汽散热器5的加热下，旋风式冷却塔3内空气被进一步加热，形成持续不断的抽吸力，旋风式冷却塔3内空气吸收凝汽散热器5散热后以旋风形式由旋风式冷却塔3顶部排向外界，同时旋风式冷却塔3外空气被吸入旋风式冷却塔3内继续吸热，形成持续不断的排热过程；

步骤3：由汽轮机2排入凝汽散热器5的乏汽在凝汽散热器5内被冷却后冷凝成液态水，液态水在重力作用下经过汽水分离器6分离出冷却水储存在凝水箱4内；

步骤4：汽水分离器6分离出的蒸汽经蒸汽逆止阀61重新进入凝汽散热器5继续冷却；凝水箱4内的冷凝水在重力作用由主给水管线12经给水逆止阀121、主给水隔离阀122排入蒸汽发生器1，冷凝水在蒸汽发生器1内被加热成蒸汽；

步骤5：重复步骤1-4，完成空冷。

实际使用中，本发明通过旋风式冷却塔3的冷却冷凝作用将汽轮机2排汽空冷成液态水，并通过冷凝水重力回流至蒸汽发生器1内，实现了汽轮机2乏汽的非能动空冷和地下核电站二次侧非能动冷却功能；利用旋风式冷却塔3内外空气温差产生的抽吸力，通过侧壁进风使旋风式冷却塔3内空气形成旋风运动，大幅提高凝汽散热器5的换热效率，并通过凝汽散热器5纵向布置极大地减小了旋风式冷却塔3的体积，降低建设成本；本发明取消了循环水泵，无需外界电源推动，排热容量无限制，空冷直接散热，无需冷却水源等介质过渡。结构简单，可靠性高。

以地下核电站CUP600电功率Pe为600MWe为例，按发电效率30％计算，则需要考虑的排热功率约为Q＝Pe×(1-30％)/30％＝1400MW；取汽轮机排气温度227℃，考虑室外温度25℃(干球温度)，取夏季室外最热月平均相对湿度，按40％考虑。通过计算得知，冷却塔尺寸可大幅减小；相比于常规高度一般为75-150m，底边直径65-120m的大型双曲湿式冷却塔，采用本发明方案时，旋风式冷却塔3高仅需40米，旋风式冷却塔3直径仅15.3米，可大幅节省建设成本；本发明为直接空冷，取消了核电站常规使用的三回路的水循环，在节省大量水资源的同时大幅简化了核电站三回路相关系统及设备、运营投入，节省了初期投资；此外，核电机组三回路循环水耗电量占比约1％，按60年寿命估计，若采用本发明方案的直接空冷，可节约约219天的发电量，约21.9亿元。

其它未说明的部分均属于现有技术。