一种非能动应急发电系统及核电站的制作方法

1.本发明属于核工业的技术领域，具体涉及一种非能动应急发电系统以及包括该非能动应急发电系统的核电站。


背景技术：

2.当前国际国内新型核电站大多采用能动或非能动，或者两者结合的安全系统设计理念，其中能动安全系统多采用应急柴油发电机，满足电厂外部交流电源全部失去的条件下应急厂用设备用电要求，以确保反应堆安全停堆，并防止由于正常的外部电源系统失电而导致重要设备的损坏；而非能动安全系统利用自然界的规律及工质的物理特性实现核电厂安全功能，安全功能的实现不再依赖外力，设备和系统较为简化。
3.在现有技术中，目前的安全系统设计，在如何满足在事故工况下重要安全阀门开启、主控室可居留性、反应堆厂房内堆容器余热排出流道建立等方面，如果单纯采用非能动安全系统设计，可能面对设计扩展工况下的安全系统频繁启动，非能动设备成本采购、安装和维护成本较高等缺点，造成电厂运营性能降低和建造成本上升；而“能动 非能动”安全系统设计理念，则面对由于用电负荷增加造成柴油发电机功率较大，柴油发电机采购成本较高的问题，并且不能解决所有电源丧失情况下，特定安全级设备供电、保证人员可居留性等方面的用电需求。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的上述不足，提供一种非能动应急发电系统以及包括该非能动应急发电系统的核电站，所述非能动应急发电系统能够利用核设施的余热或事故热量来满足所有电源丧失情况下特定用户的应急用电需求。
5.为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
6.一种非能动应急发电系统，包括非能动换热装置、进风风道、排风风道、以及发电装置，所述非能动换热装置位于安全壳内部的堆坑内，并围绕堆坑内的堆容器设置，所述进风风道与所述排风风道均穿过安全壳后与所述非能动换热装置连通，且所述进风风道的进风口和所述排风风道的出风口均处于安全壳的外部，所述进风风道与所述排风风道之间存在高度差，且所述发电装置包括叶轮，所述叶轮设于所述排风风道的内部，经过非能动换热装置的空气升温后，从排风风道流出，并带动叶轮旋转，从而促使发电装置产生电能。
7.优选的，所述排风风道处于所述进风风道的上方。
8.优选的，进风风道与排风风道均采用金属制成，或者，进风风道与排风风道部分采用金属，部分采用混凝土制成。
9.优选的，所述发电装置还包括发电单元，所述发电单元的输入端与所述叶轮连接，用于将叶轮旋转产生的机械能转换为电能。
10.优选的，所述发电装置还包括整压整流电控单元，所述整压整流电控单元的输入端与所述发电单元的输出端电连接，用于对发电单元输出的电流进行整压整流。
11.优选的，所述非能动应急发电系统还包括用电组件，所述用电组件包括蓄电池和用户设备，所述蓄电池的输入端与所述整压整流电控单元的输出端连接，其输出端与用户设备连接。
12.优选的，所述叶轮的数量为多个，多个叶轮沿着排风风道的长度方向依次设置。
13.本发明还提供一种核电站，包括安全壳，安全壳内设置有堆坑，还包括上述的非能动应急发电系统。
14.本发明中的非能动应急发电系统能有效地利用核设施的余热或者事故热量来满足所有电源丧失情况下特定用电需求，其动力源来自空气的热压差，并且能有效地导出堆舱正常热量，减少了堆舱通风系统压力，有助于通风设备简化，提高了核电站的经济性。
附图说明
15.图1是本发明实施例1中的非能动应急发电系统的结构示意图。
16.图中：1-安全壳，2-堆容器，3-堆坑，4-安全壳内结构，5-进风风道，6-非能动换热装置，7-排风风道，8-发电单元，9-整压整流电控单元，10-蓄电池，11-用户设备。
具体实施方式
17.下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。
18.在本发明的描述中，需要说明的是，属于“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
19.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.本发明提供一种非能动应急发电系统，包括非能动换热装置、进风风道、排风风道、以及发电装置，所述非能动换热装置位于安全壳内部的堆坑内，并围绕堆坑内的堆容器设置，所述进风风道与所述排风风道均穿过安全壳后与所述非能动换热装置连通，且所述进风风道的进风口和所述排风风道的出风口均处于安全壳的外部，所述进风风道与所述排风风道之间存在高度差，且所述发电装置包括叶轮，所述叶轮设于所述排风风道的内部，经过非能动换热装置的空气升温后，从排风风道流出，并带动叶轮旋转，从而促使发电装置产生电能。
22.本发明还提供一种核电站，包括安全壳，安全壳内设置有堆坑，还包括上述的非能动应急发电系统。
23.实施例1
24.如图1所示，本实施例公开一种非能动应急发电系统，包括非能动换热装置6、进风风道5、排风风道7、以及发电装置，非能动换热装置6位于安全壳1内部的堆坑3内，并围绕堆坑3内的堆容器2设置，进风风道5与排风风道7均穿过安全壳内结构4后与非能动换热装置6连通，且进风风道5的进风口和排风风道7的出风口均处于安全壳1的外部，进风风道5与排风风道7之间存在高度差，且发电装置包括叶轮，叶轮设于排风风道7的内部，经过非能动换热装置6的空气升温后，从排风风道7流出，并带动叶轮旋转，从而促使发电装置产生电能。
25.在本实施例中，排风风道7处于进风风道5的上方，并且进风风道5与排风风道7存在高度差，通过进风风道5与排风风道7的高度差，以及室外空气温度与非能动换热装置6内部的空气温度差形成热压作用，空气从而可以在进风风道5、非能动换热装置6、以及排风风道7内依次流动，进而带动发电装置的叶轮转动，无需借助能动设备，使得整个非能动应急发电系统具备较高的可靠性，在事故工况下能有效地满足特定设施的用电需求，保证核设施具有较高的安全性。
26.在本实施例中，进风风道5与排风风道7的高度差与加热后空气与外界冷空气的密度差成正比，即进风风道5与排风风道7的高度差越大，加热后空气与外界冷空气的密度差便会越大，从而使得热压效果越明显，进而使得加热后的空气在进风风道5与排风风道7流动的越快。
27.本实施例中，进风风道5与排风风道7的高度差是根据具体的堆型和结构参数进行热工水力仿真计算和瞬态系统分析，还与反应堆的运行有关，在实际设计该高度差时，通过进行建模计算得到。
28.具体的，非能动换热装置6可采用多种结构形式，例如，其中的一种非能动换热装置6的结构包括连接管与换热部件，连接管的一端与进风风道5的输出端连通，另一端与排风风道7的输入端连通；换热部件采用螺旋环形上升的换热钢管，换热钢管设置在安全壳1的堆坑3中，其换热形式可通过热辐射、堆坑3空气对流或热传导，换热钢管用于将堆坑3中的热量传递给连接管，从而将来自进风风道5内的空气加热，以形成热压作用，使得加热后的空气能够沿着排风风道7排出。
29.可选的，非能动换热装置6还可以采用其他的结构形式，例如，其结构包括换热环，换热环设置在堆坑3中，环绕着堆容器2设置，用于传递堆容器2的热量，进风风道5的出风口与排风风道7的进风口分别与换热环连接，外界的冷空气通过进风风道5进入换热环内部，从而得到加热的空气，加热后的空气通过排风风道7排出。
30.可选的，非能动换热装置6还可以采用其他的结构形式，其结构包括连接管与换热翅片，连接管的一端与进风风道5的输出端连通，另一端与排风风道7的输入端连通；换热翅片为环形，并且并列设置有多个，多个换热翅片套设在连接管外部，并且环绕着堆容器2设置，用于吸收堆容器2的热量，从而加热从进风风道5通入的空气。
31.在本实施例中，进风风道5的入口温度(环境温度)为40～50℃，具体温度值根据厂址位置具体设定，对于熔盐堆，堆容器2的外壁温度为600℃，而进风风道5的出口温度通过热交换能达到480℃。而对于压水堆，其堆容器2的外壁温度为300多摄氏度，进风风道5的出口温度通过热交换能达到300摄氏度左右。而在事故工况下，堆容器2的外壁温度会进一步升高，使得空气加热到更高的温度，以使得热压作用的效果更明显。
32.可选的，进风风道5与排风风道7均采用金属制成，或者，进风风道5与排风风道7部分采用金属，部分采用混凝土制成。具体来说，进风风道5与排风风道7位于安全壳1内部的部分可采用不锈钢或者碳钢制成，位于安全壳1外部的部分由于无需具有耐高温的性质的材料即可。
33.在本实施例中，发电装置还包括发电单元8，发电单元8的输入端与叶轮连接，叶轮的数量为多个，多个叶轮沿着排风风道7的长度方向依次设置，并且发电单元的数量为多个，多个发电单元分别与多个叶轮连接，用于将叶轮旋转产生的机械能转换为电能。
34.可选的，发电装置还包括整压整流电控单元9，整压整流电控单元9的输入端与发电单元8的输出端电连接，整压整流电控单元9用于将发电单元8产生的不稳定电能通过整压整流的方式形成具有稳定电压的电能输出。
35.在本实施例中，非能动应急发电系统还包括用电组件，用电组件包括蓄电池10和用户设备11，蓄电池10的输入端与整压整流电控单元9的输出端连接，其输出端与用户设备11连接。蓄电池10用于储存电能，用户设备11用于直接使用发电单元8产生的电能。
36.本实施例中的非能动应急发电系统的工作过程如下：
37.在安全壳1内部堆坑3与外部空气的温度差作用下，空气沿着进风风道5进入到达堆坑3内部被加热；
38.加热后的空气在热压作用下沿着排风风道7排出，在排出的过程中推动叶轮旋转，进而使发电单元8将机械能转换为电能；
39.整压整流电控单元9进而将发电单元8产生的不稳定电能整合成稳定电压的电能；
40.然后，整压整流电控单元9将稳定的电能输送至蓄电池10或者用户设备10，从而保证在事故工况下或者紧急状况下保持核电站内部重要设备的电能供应。
41.本实施例中的非能动应急发电系统能够利用核设施的余热或事故热量以及进风风道5与排风风道7的高度差和室外温度差形成热压作用，使得空气在进风风道5与排风风道7流动并推动发电机叶轮转动，从而产生电能，实现了特定用户的应急用电需求，无需借助其他的能动设备，具备高可靠性，并且可有效降低核电站的用电负荷，降低成本。
42.实施例2
43.本实施例公开一种核电站，包括安全壳1，安全壳1内设置有堆坑3，还包括上述的非能动应急发电系统。
44.在本实施例中，非能动应急发电系统可用于在事故工况下维持特定设备的用电，有助于提高核电站的安全性；并且，非能动应急发电系统可在提供适量电源的同时，可导出堆舱正常热量，减少了堆舱通风系统压力，有助于通风设备简化，提高了核电站经济性；同样的，非能动应急发电系统同样可以导出事故工况下堆坑3热量，能够作为一种非能动专设安全设施的组成，有利于专设安全设施的多样化设置。
45.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。