亚临界/超临界蒸汽发生器和高温气冷堆

本文涉及核反应堆技术，尤指一种亚临界/超临界蒸汽发生器和高温气冷堆。

背景技术：

1、高温气冷堆是应用前景广阔的先进核反应堆，具有安全、系统简化、发电效率高、连续装卸燃料和模块化建造等特点。高温气冷堆的蒸汽发生器是实现一次侧和二次侧热量交换的关键设备，对于反应堆安全与经济性均具有重要影响。随着高温气冷堆技术的不断发展，其固有安全性已得到社会各界的接受与认可。在此前提下，调低蒸汽发生器的核安全级别，或者是将蒸汽发生器调整为非安全级附加特殊处理成为一种可能。

2、相关技术中，蒸汽发生器作为高温气冷堆的重要组成部分，其核安全级别较高，由于蒸汽发生器内部高温氦气和高温蒸汽的温度极高，对换热管的材料要求严格，导致蒸汽发生器设计制造标准和成本高，导致其难以适应市场化发展，因此，如何在保证整个技术安全的前提下，对设备进行合理的优化，降低制造成本，使其适应市场化发展，是本领域技术人员需要解决的重要问题。

技术实现思路

1、本发明旨在保证蒸汽发生器安全的前提下，优化结构设计降低制造成本的同时，同时提高蒸汽发生器运行的灵活性。为此，本发明的实施例提出一种亚临界/超临界蒸汽发生器和高温气冷堆，所述蒸汽发生器制造成本低，有利于市场化发展。

2、本发明实施例提供了一种亚临界/超临界蒸汽发生器，所述蒸汽发生器包括壳体、低温换热装置和高温换热装置，所述壳体设有连通的换热腔和回流腔，所述壳体上设置有高温载热介质入口和低温载热介质出口，所述高温载热介质入口、所述换热腔、所述回流腔和所述低温载热介质出口依次连通，所述低温换热装置的至少部分和所述高温换热装置的至少部分设置在所述换热腔内，所述低温换热装置和所述高温换热装置沿所述壳体的轴向间隔布置，且所述高温换热装置邻近所述高温载热介质入口，所述低温换热装置的输出端与所述高温换热装置的输入端相连，经所述高温载热介质入口流入所述换热腔的载热介质依次与所述高温换热装置和所述低温换热装置进行换热，并经所述回流腔由所述低温载热介质出口流出。

3、在一些实施例中，所述蒸汽发生器的设计参数满足：

4、换热功率小于320mw；

5、所述高温载热介质入口处的载热介质温度小于700℃；

6、所述壳体内的载热介质压力小于8mpa；

7、所述低温换热装置的输入端的换热介质温度小于250℃；

8、所述低温换热装置和所述高温换热装置内的换热介质温度小于600℃。

9、在一些实施例中，所述低温换热装置位于所述高温换热装置下方，所述低温换热装置内管侧的换热介质与所述换热腔内壳侧的载热介质的流动方向相反，所述高温换热装置内管侧的换热介质与所述换热腔内壳侧的载热介质的流动方向相同或相反。

10、在一些实施例中，所述低温换热装置包括低温入口连接组件、低温换热组件和低温出口连接组件，所述低温换热组件设置在所述换热腔内，所述低温入口连接组件穿过所述壳体与所述低温换热组件的输入端相连，所述低温出口连接组件穿过所述壳体与所述低温换热组件的输出端相连。

11、在一些实施例中，所述低温入口连接组件包括依次相连的给水联箱、给水管箱和给水连接管束，所述给水联箱位于所述壳体外侧，所述给水管箱穿过所述壳体，所述给水连接管束位于所述换热腔内并连接所述低温换热组件；

12、所述低温出口连接组件包括依次相连通的低温蒸汽出口连接管束、低温蒸汽出口管箱和低温蒸汽出口联箱，所述低温蒸汽出口连接管束位于所述换热腔内并连接所述高温换热组件，所述低温蒸汽出口管箱穿过所述壳体，所述低温蒸汽出口联箱位于所述壳体外侧。

13、在一些实施例中，所述低温入口连接组件还包括设置在所述给水联箱和所述给水管箱之间的给水侧可拆卸管段；

14、所述低温出口连接组件还包括设置在所述低温蒸汽出口管箱和所述低温蒸汽出口联箱之间的低温蒸汽出口侧可拆卸管段。

15、在一些实施例中，所述低温换热组件包括低温换热管、低温支承板和低温定位板，所述低温换热管的两端分别连接所述低温入口连接组件和所述低温出口连接组件，所述低温支承板和所述低温定位板均固定设置在所述换热腔内；

16、所述低温换热管的上端与所述低温支承板相连，所述低温定位板上设置有低温导向孔，所述低温换热管的下端穿过所述低温导向孔；或者，所述低温换热管的下端与所述低温支承板相连，所述低温定位板上设置有低温导向孔，所述低温换热管的上端穿过所述低温导向孔。

17、在一些实施例中，所述低温换热组件还包括节流元件，所述节流元件设置在所述低温换热管的入口端，所述节流元件设置成提供节流阻尼以使换热介质稳定流动。

18、在一些实施例中，所述高温换热装置包括高温入口连接组件、高温换热组件和高温出口连接组件，所述高温换热组件设置在所述换热腔内，所述高温入口连接组件穿过所述壳体与所述高温换热组件的输入端相连，所述高温出口连接组件穿过所述壳体与所述高温换热组件的输出端相连，所述低温出口连接组件与所述高温入口连接组件相连。

19、在一些实施例中，所述高温入口连接组件包括依次相连的蒸汽入口联箱、蒸汽入口管箱和蒸汽入口连接管束，所述蒸汽入口联箱位于所述壳体外侧，所述蒸汽入口管箱穿过所述壳体，所述蒸汽入口连接管束位于所述换热腔内并连接所述高温换热组件；

20、所述高温出口连接组件包括依次相连的高温蒸汽出口连接管束、高温蒸汽出口管箱和高温蒸汽出口联箱，所述高温蒸汽出口连接管束位于所述换热腔内并连接所述高温换热组件，所述高温蒸汽出口管箱穿过所述壳体，所述高温蒸汽出口联箱位于所述壳体外侧。

21、在一些实施例中，所述高温入口连接组件还包括设置在所述蒸汽入口联箱和所述蒸汽入口管箱之间的蒸汽进口侧可拆卸管段；

22、所述高温出口连接组件还包括设置在所述高温蒸汽出口管箱和所述高温蒸汽出口联箱之间的高温蒸汽出口侧可拆卸管段。

23、在一些实施例中，所述高温换热组件包括高温换热管、高温支承板和高温定位板，所述高温换热管的两端分别连接所述高温入口连接组件和所述高温出口连接组件，所述高温支承板和所述高温定位板均固定设置在所述换热腔内；

24、所述高温换热管的上端与所述高温支承板相连，所述高温定位板上设置有高温导向孔，所述高温换热管的下端穿过所述高温导向孔；或者，所述高温换热管的下端与所述高温支承板相连，所述高温定位板上设置有高温导向孔，所述高温换热管的上端穿过所述高温导向孔。

25、在一些实施例中，所述亚临界/超临界蒸汽发生器还包括再热装置，所述再热装置设置在所述换热腔内，所述再热装置位于所述高温换热装置远离所述低温换热装置的一侧，或者位于所述高温换热装置和所述低温换热装置之间，所述再热装置与汽轮机相连以对汽轮机流出的湿蒸汽进行再热。

26、在一些实施例中，所述再热装置包括再热器、再热蒸汽入口管路和再热蒸汽出口管路，所述再热蒸汽入口管路的一端与汽轮机的再热蒸汽管路相连，另一端穿过所述壳体与所述再热器的输入端相连，所述再热蒸汽出口管路的一端与所述再热器的输出端相连，另一端穿过所述壳体与汽轮机的再热蒸汽管路相连。

27、在一些实施例中，所述亚临界/超临界蒸汽发生器还包括隔热装置，所述隔热装置设置在所述壳体内，所述隔热装置内部限定出所述换热腔，所述隔热装置和所述壳体之间限定出所述回流腔。

28、在一些实施例中，所述隔热装置包括固定筒和隔热层，所述固定筒与所述壳体相连，所述固定筒的上端封闭，下端敞开设置，所述隔热层设在所述固定筒的内壁面和/或外壁面上。

29、在一些实施例中，所述亚临界/超临界蒸汽发生器还包括高温载热介质输送装置，所述高温载热介质输送装置包括热气导管和导管壳体，所述导管壳体与所述壳体相连并形成载热介质通道，所述热气导管穿过所述载热介质通道并与所述换热腔连通，所述高温载热介质入口形成于所述热气导管内，所述低温载热介质出口形成于所述热气导管和所述导管壳体之间。

30、在一些实施例中，所述高温载热介质输送装置还包括高温介质均匀组件，所述高温介质均匀组件设置在所述换热腔内，所述高温介质均匀组件包括连接筒和出气部，所述连接筒的一端与所述热气导管相连，另一端与所述出气部相连，所述出气部上设置有多个出气孔。

31、在一些实施例中，所述亚临界/超临界蒸汽发生器还包括送风装置，所述送风装置包括风机组件和导流组件，所述风机组件连接于所述壳体的顶部，所述风机组件提供载热介质流动的压头，所述导流组件设置在所述回流腔内，所述导流组件设置成将所述回流腔内的载热介质导流至所述风机组件。

32、在一些实施例中，所述风机组件包括风机机壳、固定架和风机本体，所述风机机壳连接于所述壳体的顶部，所述风机机壳的内腔与所述回流腔连通，所述固定架设置在所述风机机壳与所述壳体的连接处，所述风机本体设置在所述固定架上。

33、在一些实施例中，所述导流组件包括隔流板、载热介质上升管和风机进口联箱，所述隔流板为环形并设置在所述回流腔内，所述隔流板上设置有导流孔，所述载热介质上升管的一端与所述隔流板相连并与所述导流孔相对应，所述载热介质上升管的另一端与所述风机进口联箱的输入端相连，所述风机进口联箱的输出端与所述风机本体相对布置，载热介质经所述风机进口联箱进入所述风机本体，从所述风机本体流出后依次经所述回流腔和所述低温载热介质出口流出。

34、本发明还提供了一种高温气冷堆，包括压力容器、堆芯和以上任一实施例所述的蒸汽发生器，所述堆芯设置在所述压力容器内，所述蒸汽发生器与所述压力容器相连，所述蒸汽发生器的布置位置低于所述堆芯。

35、本发明实施例的亚临界/超临界蒸汽发生器通过在内部设置高温换热装置和低温换热装置，提高了蒸汽发生器运行的可靠性和灵活性，降低了出口蒸汽的温度偏差，可采用工业级标准或核级标准设计制造，部分制造材料可以采用火电领域中已经广泛应用的高温材料，降低了蒸汽发生器的制造成本，可以更好地适应市场化发展，有利于实现产业升级和技术创新，此外，蒸汽发生器与现有的高温气冷堆适配，可以实现无缝对接，不需要对其他设备或系统进行变更或修改。

36、本技术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明显的，或者通过实施本技术而了解。本技术的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。