工业蒸汽生产系统的制作方法-k8凯发

1.本实用新型涉及工业蒸汽生产技术领域，尤其涉及一种工业蒸汽生产系统。


背景技术：

2.随着我国核电机组数量的日益增加以及核能应用技术不断发展，核能多用途应用特别是核能供暖技术已较为成熟，国内外已有多台核电机组采取热电联产方式为区域居民供热，然而，我国目前尚无核电站对外供应大规模工业蒸汽的应用实例。
3.中国专利公开了一种核电站工业用蒸汽转换系统(公开号cn215372386u)和一种用于压水堆核电机组的工业蒸汽生产系统(公开号cn111834026a)，两个专利均提出了一种核电供工业蒸汽的系统构想，但不足之处在于：
4.(1)受制于压水堆蒸汽参数(6.3mpa(a)，278.8℃)，两个专利仅能提供一种低温度压力参数的工业蒸汽，其无法提供更高参数的工业蒸汽。尽管专利cn215372386u中提到：对于较高温度压力(如压力为5.0mpa、温度为460℃)的工业蒸汽需求，可在本工业蒸汽转换系统的基础上增加一级加热蒸汽来自更高压力和温度的高温气冷堆主蒸汽的过热器来实现。但并未对具体的实现方法有更多阐述和说明。实际上，由于“在高参数蒸汽凝结水对被加热水进行蒸发汽化的过程中，高参数蒸汽凝结水温度下降，出现换热温差最小的夹点”的现象存在，对于制备较高温度压力的工业蒸汽，仅增加一级过热器往往是不够的，此外引入更高压力和温度的高温气冷堆主蒸汽相当于新增加一路热源，压水堆和高温气冷堆主蒸汽的流量如何分配也需要根据系统的复杂程度、运行灵活性、对汽轮机的影响、全场发电功率的大小等因素进行综合考虑，并不仅是增加一级过热器那么简单。
5.(2)对于一种核电站工业用蒸汽转换系统(公开号cn215372386u)，其主要设备是预热器、除氧器、蒸发器、过热器等多个换热设备，传统方案中预热器、蒸发器、过热器均为管壳式换热器，预热器为u型管式加热器，除氧器为混合式换热器。对于一种用于压水堆核电机组的工业蒸汽生产系统(公开号cn111834026a)，未提及换热器型式。
6.u形管式加热器是发电厂高、低压加热器的常用形式，但在多年的应用中以下问题始终难以解决：1)管板前后两侧温差巨大且不均匀，以一次再热的3#高加为例，上部过热区管板两侧温差达≥310℃，下部疏水区管板两侧温差仅为5.6℃，这样管板的上下、前后温差均为≥300℃，不可限的二次应力巨大，往往超过屈服极限，二次再热机组更甚；这种温差会导致管子与管板的连接失效、堆焊层与管板分层、脱离、管子与管板焊缝开裂、泄漏，导致高加解列，机组降负荷至少12％等后果。2)水室进出口温差≥25℃，运行期间水室长期存在二次温差应力，存在应力很高、温差不均匀的厚水室，导致水室裂纹、引起加热器解列，存在一定的安全隐患。3)卧式u型管管板式加热器，需要设备台数多，多层布置，占用空间大，汽水管道长，厂房投资需要大幅增加。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于解决背景技术中的至少一个技术问题，提供一种工业蒸汽
生产系统。
8.为实现上述目的，本实用新型提供一种工业蒸汽生产系统，包括：热量供给单元、与所述热量供给单元连接的中压蒸汽转换单元、次中压蒸汽转换单元和低压蒸汽转换单元、以及分别与所述中压蒸汽转换单元、次中压蒸汽转换单元和低压蒸汽转换单元连接的一级预热器，所述热量供给单元包括高温热源供给器和低温热源供给器。
9.根据本实用新型的一个方面，所述中压蒸汽转换单元包括第一高温过热器、中温过热器、第一低温过热器、第一蒸发器、第二蒸发器、第一除氧器、第一给水泵和第一二级预热器；
10.所述第一高温过热器、所述中温过热器和所述第一低温过热器首尾连接后通过管路与所述高温热源供给器和所述第二蒸发器串联；
11.所述第一蒸发器和所述第二蒸发器并联后的一端与所述第一低温过热器的端口连接；
12.所述第一除氧器、所述第一给水泵和所述第一二级预热器串联后与所述第一蒸发器和所述第二蒸发器并联后的另一端连接。
13.根据本实用新型的一个方面，所述中压蒸汽转换单元还包括中压工业蒸汽管网，所述中压工业蒸汽管网连接所述第一高温过热器和所述第一除氧器的端口。
14.根据本实用新型的一个方面，所述低温热源供给器、所述第一蒸发器、所述第一二级预热器和所述一级预热器串联连接。
15.根据本实用新型的一个方面，所述次中压蒸汽转换单元包括首尾连接的第二高温过热器、第二低温过热器、第三蒸发器、第二二级预热器、第二给水泵和第二除氧器。
16.根据本实用新型的一个方面，所述次中压蒸汽转换单元还包括次中压工业蒸汽管网，所述次中压工业蒸汽管网连接所述第二高温过热器和所述第二除氧器的端口。
17.根据本实用新型的一个方面，所述高温热源供给器、所述第二高温过热器、所述第二低温过热器和所述第二蒸发器串联；
18.所述低温热源供给器、所述第三蒸发器、所述第二二级预热器和所述一级预热器串联。
19.根据本实用新型的一个方面，所述低压蒸汽转换单元包括首尾连接的第三高温过热器、第三低温过热器、第四蒸发器、第三二级预热器、第三给水泵和第三除氧器。
20.根据本实用新型的一个方面，所述低压蒸汽转换单元还包括低压工业蒸汽管网，所述低压工业蒸汽管网连接所述第三高温过热器和所述第三除氧器的端口。
21.根据本实用新型的一个方面，所述高温热源供给器、所述第三高温过热器、所述第三低温过热器和所述第二蒸发器串联；
22.所述低温热源供给器、所述第四蒸发器、所述第三二级预热器和所述一级预热器串联。
23.本实用新型的技术方案具有以下有益效果：
24.(1)各参数工业蒸汽独立制备，热负荷变化时不会相互影响，调节容易；
25.(2)通过过热蒸汽的合理分级，不需要进行剩余过热蒸汽的转注，简化系统；
26.(3)高温堆主蒸汽的疏水热量先通过蒸发器利用，再去疏水冷却器加热除盐水，进一步进行能量的梯级利用，系统合理；
27.(4)高温堆汽轮机运行灵活，启动调试不受热负荷的限制；
28.(5)压水堆机组发电功率较大，能在较高负荷下运行。
附图说明
29.图1示意性表示根据本实用新型的一种实施方式的工业蒸汽生产系统的结构布置图。
30.附图标记：1、热量供给单元；2、中压蒸汽转换单元；3、次中压蒸汽转换单元；4、低压蒸汽转换单元；5、一级预热器；6、高温热源供给器；7、低温热源供给器；8、第一高温过热器；9、中温过热器；10、第一低温过热器；11、第一蒸发器；12、第二蒸发器；13、第一除氧器；14、第一给水泵；15、第一二级预热器；16、中压工业蒸汽管网；17、第二高温过热器；18、第二低温过热器；19、第三蒸发器；20、第二二级预热器；21、第二给水泵；22、第二除氧器；23、次中压工业蒸汽管网；24、第三高温过热器；25、第三低温过热器；26、第四蒸发器；27、第三二级预热器；28、第三给水泵；29、第三除氧器；30、低压工业蒸汽管网。
具体实施方式
31.现在将参照示例性实施例来论述本实用新型的内容。应当理解，论述的实施例仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解且因此实现本实用新型的内容，而不是暗示对本实用新型的范围的任何限制。
32.如本文中所使用的，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”要被解读为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一种实施例”要被解读为“至少一个实施例”。
33.图1示意性表示根据本实用新型的一种实施方式的工业蒸汽生产系统的结构布置图。如图1所示，在本实施方式中，工业蒸汽生产系统，包括：热量供给单元1、与热量供给单元1连接的中压蒸汽转换单元2、次中压蒸汽转换单元3和低压蒸汽转换单元4、以及分别与中压蒸汽转换单元2、次中压蒸汽转换单元3和低压蒸汽转换单元4连接的一级预热器5，热量供给单元1包括高温热源供给器6和低温热源供给器7。
34.如图1所示，在本实施方式中，中压蒸汽转换单元2包括第一高温过热器8、中温过热器9、第一低温过热器10、第一蒸发器11、第二蒸发器12、第一除氧器13、第一给水泵14和第一二级预热器15；
35.第一高温过热器8、中温过热器9和第一低温过热器10首尾连接后通过管路与高温热源供给器6和第二蒸发器12串联；
36.第一蒸发器11和第二蒸发器12并联后的一端与第一低温过热器10的端口连接；
37.第一除氧器13、第一给水泵14和第一二级预热器15串联后与第一蒸发器11和第二蒸发器12并联后的另一端连接。
38.如图1所示，在本实施方式中，中压蒸汽转换单元2还包括中压工业蒸汽管网16，中压工业蒸汽管网16连接第一高温过热器8和第一除氧器13的端口。
39.如图1所示，在本实施方式中，低温热源供给器7、第一蒸发器11、第一二级预热器15和一级预热器5串联连接。
40.如图1所示，在本实施方式中，次中压蒸汽转换单元3包括首尾连接的第二高温过
热器17、第二低温过热器18、第三蒸发器19、第二二级预热器20、第二给水泵21和第二除氧器22。
41.如图1所示，在本实施方式中，次中压蒸汽转换单元3还包括次中压工业蒸汽管网23，次中压工业蒸汽管网23连接第二高温过热器17和第二除氧器22的端口。
42.如图1所示，在本实施方式中，高温热源供给器6、第二高温过热器17、第二低温过热器18和第二蒸发器12串联；
43.低温热源供给器7、第三蒸发器19、第二二级预热器20和一级预热器5串联。
44.如图1所示，在本实施方式中，低压蒸汽转换单元4包括首尾连接的第三高温过热器24、第三低温过热器25、第四蒸发器26、第三二级预热器27、第三给水泵28和第三除氧器29。
45.如图1所示，在本实施方式中，低压蒸汽转换单元4还包括低压工业蒸汽管网30，低压工业蒸汽管网30连接第三高温过热器24和第三除氧器29的端口。
46.如图1所示，在本实施方式中，高温热源供给器6、第三高温过热器24、第三低温过热器25和第二蒸发器12串联；
47.低温热源供给器7、第四蒸发器26、第三二级预热器27和一级预热器5串联。
48.基于本实用新型的上述方案，在本实用新型中，如图1所示，在各个需要换热加热的结构当中，本实用新型进一步采用蛇型管式加热器，蛇型管式加热器主要包括给水进出口集管和蛇形管。蛇型管式加热器用厚度较薄的集管代替了传统的u型管加热器中的厚重的管板及球形封头，有效避免了热应力过于集中的问题。相比u形管加热器，蛇型管加热器具有以下特点：
49.1)抗热冲击能力高。蛇型管式加热器采用在母管上开孔来代替u型管式加热器传统的管板设计，母管壁厚只相当于同等条件下管板厚度的15％，最大壁厚仅为120mm，热应力分布均匀，有效提高了温升速率限制和变工况运行次数。
50.2)可靠性高，运行寿命较长。u型管式加热器的管板与u型管采用角焊缝和胀接连接，当机组频繁启停时容易造成热应力集中引发管口泄漏。而蛇型管式加热器通过集管上的锻制短接头与蛇型管焊接连接，对焊缝进行100％射线检测，有效保证了焊缝的质量。通过运行数据比对，蛇型管加热器的管子损坏率远低于u型管式加热器，可以有效运行50年以上。据德国bdt公司统计，从1935年开始生产的1200台蛇型管加热器超过100万根管子的损管率仅为0.013％，其中第一根管子的损坏发生在运行20年后。
51.3)检修方式简单。u型管式加热器堵管需要人进入水室内部进行操作，蛇型加热器堵管为机器臂伸入集管，人员在加热器外部操作，工作环境蛇型管式加热器明显优于u型管式加热器。
52.综上，蛇形管式加热器集管厚度更薄，有着更好的热应力适应性及可靠性，检修方式简单，能更好的满足高参数机组的设计需求。
53.进一步地，在本实用新型中，本实用新型提出的是一种工业蒸汽生产系统，高温供汽采用高温气冷堆主蒸汽为热源，低温供汽采用压水堆主蒸汽为热源，两种类型的核电机组耦合按照设计热负荷参数向园区供应中压、次中压、低压三个等级的工业蒸汽。特点在于：(1)制备的工业蒸汽温度、压力高，蒸汽流量大，适用于更多工业用户。(2)设多级过热，每种参数的工业蒸汽独立制备，各参数工业蒸汽过热采用高温堆主蒸汽，不会相互影响，各
参数工业蒸汽转换系统相对独立。(3)加热器采用蛇形管换热器，减少设备数量，大幅降低投资和设备维护工作量，降低厂房尺寸，减少了配套阀门、管道、仪表等数量，同时提高了备用容量，经济性大大提高。具有广泛的应用前景。
54.具体地，本实用新型的系统热源由2台压水堆机组及1台高温气冷堆机组联供。高温热源来自高温气冷堆主蒸汽，参数约为13.24mpa(a)，566℃，低温热源来自压水堆机组主蒸汽参数约为6.3mpa(a)，278.8℃，湿度约0.9％。所需的三种工业蒸汽参数如表1：
55.表1工业蒸汽参数表
[0056][0057]本实用新型的技术方案并不仅局限于提供以上温度压力参数的工业蒸汽，根据本核电站工业用蒸汽转换系统，可提供工业蒸汽流量单列可达～2000t/h，蒸汽压力可以为1.5mpa～6.0mpa，蒸汽温度可达250℃～500℃，适用范围广泛。
[0058]进一步地，有上述方案可知，中压蒸汽转换单元2中设置两级过热器，次中压蒸汽转换单元3和低压蒸汽转换单元4中设置一级高温过热器。每种参数的工业蒸汽独立制备，过热器出口的高温堆主蒸汽疏水温度取为饱和温度，增加高温过热器出口加热蒸汽的使用量。蒸汽发生器出口的饱和蒸汽带有一定湿度，带有湿度的饱和蒸汽(焓值比干饱和蒸汽低)进入低温过热器，利用的加热蒸汽流量更多，但可降低压水堆机组主蒸汽用量。另外，过热器出口的高温堆主蒸汽疏水温度仍然较高，设独立的蒸发器，进行热量的梯级利用，代替压水堆机组主蒸汽进行部分中压工业蒸汽的蒸发，降低压水堆机组的主蒸汽用量。高温堆主蒸汽疏水经蒸发器后再进入疏水冷却器加热除盐水。
[0059]在本实用新型中，换热器采用蛇形管，单台设备的换热面积大，根据设备制造能力，设备具体配置方案如下：
[0060]三种参数工业蒸汽除氧器之前的设备和系统采用共用设置，设2列100％容量的疏水冷却器和一级预热器，按2台50％运行。
[0061]中压蒸汽转换单元2设2台100％容量的除氧器，按2台50％运行。次中压和低压蒸汽转换单元各设1台100％容量的除氧器，不设备用。
[0062]每种参数的蒸汽转换单眼给水设2台100％容量给水泵，1运1备。
[0063]中压蒸汽转换单元2设2列100％容量二级预热器、蒸发器、一级过热器(低过)、二级过热器(中过)和三级过热器(高过)，按2列50％运行。
[0064]次中压蒸汽转换单元3设1列100％容量二级预热器、蒸发器、一级过热器(低过)和二级过热器(高过)。
[0065]低压蒸汽转换单元4设1列100％容量二级预热器、蒸发器、一级过热器(低过)和二
级过热器(高过)。
[0066]本实用新型的技术方案应用于两种类型的核电机组联合供多种参数工业蒸汽场景可提供工业蒸汽流量范围为2740t/h～4200t/h，蒸汽压力可以为1.5mpa～6.0mpa，蒸汽温度可达250℃～500℃，适用范围广泛。
[0067]基于本实用新型的上述方案，本实用新型提供一种压水堆和高温气冷堆核电机组耦合的工业蒸汽生产系统，通过利用压水堆核电二回路主蒸汽和高温气冷堆核电站二回路主蒸汽为热源，耦合生产工业所需的高参数蒸汽。
[0068]在本实用新型中，各参数工业蒸汽制备系统完全独立，响应速度快，当热负荷发生变化时，随时调整汽轮机发电功率，对核岛功率不产生影响。
[0069]在本实用新型中，高温堆主蒸汽逐级进入过热器、蒸发器和疏水冷却器，有利于能源的分级利用，提供系统的热效率。
[0070]在本实用新型中，采用的蛇形管加热器为核心设备，各级预热器、蒸发器、过热器均采用蛇形管加热器。加热蒸汽进入加热器的集管内，管束成蛇形布置，换热面积大，传热效率高。工业供水(汽)进入加热器的壳体吸收热量。
[0071]在本实用新型中，蛇形管蒸发器出口为饱和湿蒸汽，减少压水堆主蒸汽用量，增加一级过热器加热蒸汽用量，从而平衡一级过热器和二级过热器加热蒸汽用量。且蒸发器出口无需设置分离器，简化系统。
[0072]在本实用新型中，采用蛇形管加热器，换热设备总价约21234万元，与采用管壳式u型管式换热器相比，换热器数量减少约30％，厂房尺寸可缩短约三分之一，配套阀门数量减少约50％，运行维护工作量减少约30％，设备总造价减少约40％。
[0073]在本实用新型中，工业蒸汽生产系统，使用范围广泛，工业蒸汽流量单列可达约2000t/h，蒸汽压力可为1.5mpa～6mpa，蒸汽温度可达250℃～500℃。
[0074]最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。