过热蒸汽发生装置及过热蒸汽发生系统的制作方法

本实用新型涉及核能应用技术领域，尤其涉及过热蒸汽发生装置及过热蒸汽发生系统。

背景技术：

蒸汽在日常生活和工业生产过程中有着广泛用途，利用核反应堆供应蒸汽减少了化石能源消耗量，减少了二氧化碳的排放。

传统的压水反应堆一般采用饱和式自然循环蒸汽发生器，通过反应堆冷却剂系统的循环将堆芯热量导出，反应堆冷却剂可直接流过蒸汽发生器的一次侧；或通过换热器把热量传递给中间隔离传热回路，中间隔离传热回路的介质流过蒸汽发生器的一次侧。蒸汽发生器二次侧的水吸收一次侧水的热量后，汽化产生饱和蒸汽，产生的饱和蒸汽用于汽轮机发电或供热。

然而，饱和蒸汽在传输过程中易凝结，出现液滴或液雾，使其不能满足远距离工业用户的需求，限制了蒸汽输送距离和利用率。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型一方面提出一种过热蒸汽发生装置，以解决饱和蒸汽输送短、蒸汽利用率低的问题。

本实用新型另一方面还提出一种过热蒸汽发生系统。

一方面，根据本实用新型实施例的一种过热蒸汽发生装置，包括：

包括筒体，由下至上依次固定于所述筒体内的蒸汽发生器、汽水分离器和蒸汽过热器；

所述筒体的侧壁对应所述蒸汽过热器处设有连通所述蒸汽过热器的蒸汽过热器一次侧进水口和蒸汽过热器一次侧出水口，所述蒸汽过热器一次侧进水口与所述蒸汽过热器一次侧出水口用于并联至压水反应堆的热水管路；

所述筒体的底部位于所述蒸汽发生器的一次侧设有蒸汽发生器一次侧入口和蒸汽发生器一次侧出口，所述压水反应堆的热水管路的出口连接至所述蒸汽发生器一次侧入口，用于将所述蒸汽发生器二次侧中的水加热形成饱和蒸汽，换热后的热水从所述蒸汽发生器一次侧出口排出；

所述筒体的顶部设有过热蒸汽出口。

根据本实用新型的一个实施例，所述蒸汽发生器包括传热管和管板，所述传热管通过所述管板安装在所述筒体内。

根据本实用新型的一个实施例，所述传热管外罩设有衬筒，所述衬筒与所述筒体之间留有供水间隙，所述衬筒的顶部外侧设有蒸汽发生器给水环管，用于向所述供水间隙供水；

所述衬筒的外壁通过支撑筋与所述筒体的内壁连接，且所述衬筒的底端与所述管板的上表面之间留有过水间隙。

根据本实用新型的一个实施例，所述筒体的侧壁设有连通所述蒸汽发生器给水环管的蒸汽发生器二次侧给水入口，所述蒸汽发生器二次侧给水入口用于连接供水管路。

根据本实用新型的一个实施例，所述筒体的底部构造有下封头，所述管板的下端与所述下封头连接，所述管板的上表面分布有安装所述传热管的定位孔。

根据本实用新型的一个实施例，所述传热管为多个倒u型管并列排布形成的倒u型管组，每个所述倒u型管的开口朝向所述管板的一侧，且所述倒u型管的两端分别紧固安装在所述定位孔中。

根据本实用新型的一个实施例，所述下封头的空腔中设有用于隔开所述倒u型管组的进水侧和出水侧的隔板，所述蒸汽发生器一次侧入口设于所述下封头的底部且位于所述倒u型管组的进水侧，所述蒸汽发生器一次侧出口设于所述下封头的底部且位于所述倒u型管组的出水侧。

根据本实用新型的一个实施例，所述汽水分离器安装于所述衬筒的顶部，所述衬筒的顶部开设有若干蒸汽过孔；

所述蒸汽过热器通过设于所述筒体内壁的支撑部支撑在所述汽水分离器的上方。

根据本实用新型的一个实施例，所述筒体的侧壁靠近所述管板处设有蒸汽发生器排污接口，所述筒体的侧壁靠近所述管板处且错开所述蒸汽发生器排污接口处设有蒸汽发生器手孔；

所述筒体位于所述汽水分离器与所述蒸汽过热器之间设有蒸汽发生器二次侧人孔。

根据本实用新型的一个实施例，所述蒸汽过热器采用螺旋管、u型管或蛇形管等。

第二方面，本实用新型实施例的一种过热蒸汽发生系统，其包括压水反应堆和所述的过热蒸汽发生装置；所述蒸汽过热器一次侧进水口与所述蒸汽过热器一次侧出水口并联至所述压水反应堆的热水管路，所述压水反应堆的热水至少部分流经所述蒸汽过热器，将所述蒸汽过热器中的饱和蒸汽加热形成过热蒸汽；

所述压水反应堆的热水管路的出口连接至所述蒸汽发生器一次侧入口，将所述蒸汽发生器二次侧中的水加热形成饱和蒸汽，换热后的热水从所述蒸汽发生器一次侧出口排出并通过循环回路送入所述压水反应堆。

本实用新型实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

本实用新型实施例提供的过热蒸汽发生装置，包括筒体，由下至上依次固定于所述筒体内的蒸汽发生器、汽水分离器和蒸汽过热器；所述筒体的侧壁对应所述蒸汽过热器处设有连通所述蒸汽过热器的蒸汽过热器一次侧进水口和蒸汽过热器一次侧出水口，所述蒸汽过热器一次侧进水口与所述蒸汽过热器一次侧出水口用于并联至压水反应堆的热水管路，由此，压水反应堆的至少部分热水流经所述蒸汽过热器，将所述蒸汽过热器中的饱和蒸汽加热形成过热蒸汽，所述筒体的顶部设有过热蒸汽出口，过热蒸汽由过热蒸汽出口排出供给用户；所述筒体的底部位于所述蒸汽发生器的一次侧设有蒸汽发生器一次侧入口和蒸汽发生器一次侧出口，所述压水反应堆的热水管路的出口连接至所述蒸汽发生器一次侧入口，用于将所述蒸汽发生器二次侧中的水加热形成饱和蒸汽，换热后的热水从所述蒸汽发生器一次侧出口排出。本实用新型实施例采用压水反应堆作为热源生产过热蒸汽，可替代传统工业锅炉，减少温室气体排放；基于成熟的核电饱和蒸汽技术，无需消耗额外电力或化石燃料，具有热力系统简单、经济竞争力强的优点。此外，过热蒸汽在传输过程中，由于过热度的存在，不会携带水分，一直处于干燥状态，不会出现饱和蒸汽在传输过程中易凝结，出现液滴或液雾的现象，便于远距离传输，满足远距离工业用户的需求，提高了蒸汽输送距离和利用率。

此外，从蒸汽过热器流出的高温水和未流过该蒸汽过热器的高温水混合后，通入到蒸汽发生器一次侧中，用高温水的热量加热蒸汽发生器二次侧的给水，产生饱和蒸汽，饱和蒸汽流经蒸汽过热器，以形成持续的蒸汽循环。

此外，本实用新型实施例中，水相变成蒸汽的过程发生在蒸汽发生器中，可避免出现过热蒸汽发生装置中过热器传热管表面结垢和腐蚀问题。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的过热蒸汽发生装置的结构剖视示意图；

图2是本实用新型实施例提供的过热蒸汽发生系统的原理示意图；

附图标记：

1：蒸汽发生器一次侧入口；2：蒸汽发生器一次侧出口；3：管板；4：蒸汽发生器手孔；5：蒸汽发生器排污接口；6：支撑板；7：筒体；8：传热管；9：衬筒；10：蒸汽发生器；11：蒸汽发生器给水环管；12：蒸汽发生器二次侧给水入口；13：汽水分离器；14：蒸汽发生器二次侧人孔；15：蒸汽过热器一次侧出水口；16：支撑部；17：蒸汽过热器一次侧进水口；18：蒸汽过热器；19：过热蒸汽出口；

101：压水反应堆；102：循环泵；103：调节阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

压水反应堆是目前国际上最广泛的商用核电堆型，原理是：由核反应堆中的铀—235核燃料进行链式核反应并产生热量，加热核反应堆密闭循环系统中的纯净水，加热后的纯净水在蒸汽发生器将热量传递给蒸汽发生器给水回路的水，然后形成蒸汽推动汽轮发电机运转。能量转换全过程大致为：核能→热能→机械能→电能。

核能产生于核反应堆中的铀原子核裂变，当铀原子核连续裂变时(称“链式反应”)，会产生巨大的热能。核反应堆的作用就好比是我们都很熟悉的锅炉，不过锅炉里的水一般是用火加热的，而核反应堆里的水是用核燃料“加热”的，所以过去也把核反应堆俗称为“原子锅炉”。

如图1所示，第一方面，本实用新型实施例提供的一种过热蒸汽发生装置，包括：

筒体7和由下至上依次固定于所述筒体7内的蒸汽发生器10、汽水分离器13和蒸汽过热器18，首先，将蒸汽发生器10、汽水分离器13以及蒸汽过热器18均集成在筒体7中，形成整体结构紧凑，占用空间小，蒸汽流通路径短，热量损失小的一体式结构，安装方便，在部分应用情景下，可减少设备数量、降低系统造价。

结合图2所示，所述筒体7的侧壁对应所述蒸汽过热器18处设有连通所述蒸汽过热器18的蒸汽过热器一次侧进水口17和蒸汽过热器一次侧出水口15，所述蒸汽过热器一次侧进水口17与所述蒸汽过热器一次侧出水口15用于并联至压水反应堆101的热水管路，由此可以保证压水反应堆101的至少部分热水能够经过蒸汽过热器18，从而利用热水的热量加热经过蒸汽过热器的饱和蒸汽，以形成过热蒸汽，所述筒体7的顶部设有过热蒸汽出口19，过热蒸汽由过热蒸汽出口19排出供给用户；过热蒸汽相较于饱和蒸汽，干燥没有水分，不会出现饱和蒸汽在传输过程中易凝结，出现液滴或液雾的现象，便于远距离传输，满足远距离工业用户的需求，提高了蒸汽输送距离和利用率。

为了便于调节流经蒸汽过热器18的热水量，可以在蒸汽过热器一次侧进水口17和蒸汽过热器一次侧出水口15之间的热水管路上设有调节阀103，以调整进入蒸汽过热器的热水的流量，进而可调节蒸汽过热度。从而可匹配传输距离，用于工业蒸汽、汽/水联产、热电联供、热膜混合的海水淡化等场景。

具体地，当调节阀103关断时，热水管路中的热水全部流经蒸汽过热器，当调节阀103打开时，热水管路中的热水部分流经蒸汽过热器，从而可以根据需要，调节蒸汽过热度。

由于将饱和蒸汽加热为过热蒸汽所需的热量较小，因此流经蒸汽过热器中的热水温度并没有明显下降，可以对该部分热水的热量进行再次利用，本实施例中，将该部分热水与未流经蒸汽过热器的热水混合后通入蒸汽发生器，用于将流经蒸汽发生器二次侧的水加热为饱和蒸汽。

所述筒体7的底部位于所述蒸汽发生器的一次侧设有蒸汽发生器一次侧入口1和蒸汽发生器一次侧出口2，所述压水反应堆101的热水管路的出口连接至所述蒸汽发生器一次侧入口1，用于将上述所述的未利用的热水中的热量供应给蒸汽发生器，以将所述蒸汽发生器二次侧中的水加热形成饱和蒸汽，换热后的热水温度降低变为冷水，从所述蒸汽发生器一次侧出口2排出，将该部分冷水循环供给压水反应堆101，由压水反应堆101再次加热，进行循环利用。

本实用新型实施例采用压水反应堆101作为热源将饱和蒸汽加热为过热蒸汽，可替代传统工业锅炉，减少温室气体排放；基于成熟的核电饱和蒸汽技术，无需消耗额外电力或化石燃料，具有热力系统简单、经济竞争力强的优点。此外，过热蒸汽在传输过程中，由于过热度的存在，不会携带水分，一直处于干燥状态，不会出现饱和蒸汽在传输过程中易凝结，出现液滴或液雾的现象，便于远距离传输，满足远距离工业用户的需求，提高了蒸汽输送距离和利用率。

需要说明的是，为了适应蒸汽由下至上的流通路径，本实施例的筒体7优选为立式筒体，且优选蒸汽发生器、汽水分离器13和蒸汽过热器与筒体7同轴设置。

根据本实用新型的一个具体实施例，所述蒸汽发生器包括传热管8和管板3，所述传热管8通过所述管板3安装在所述筒体7内，所述传热管8用于连接所述压水反应堆101的热水管路的出口，由压水反应堆101向传热管8提供热量。

根据本实用新型的一个实施例，所述传热管8外罩设有衬筒9，所述衬筒9与所述筒体7之间留有供水间隙，所述衬筒9的顶部外侧设有蒸汽发生器给水环管11，用于向所述供水间隙供水，蒸汽发生器给水环管11流出的水沿衬筒9的外壁流向供水间隙；

为了便于衬筒9固定，所述筒体7的顶部设有蒸汽过孔，所述衬筒9的外壁通过间隔设置且横向排列的支撑筋与所述筒体7的内壁连接，且所述衬筒9的底端与所述管板3的上表面之间留有过水间隙。外部水源由蒸汽发生器给水环管11流经供水间隙，并由过水间隙流入衬筒9内与传热管8接触，传热管8的部分热量将水加热为饱和蒸汽，饱和蒸汽穿过衬筒9的顶部经过汽水分离器13去除水分后经过蒸汽过热器，在蒸汽过热器中被加热为过热蒸汽。

进一步地，所述筒体7的侧壁设有连通所述蒸汽发生器给水环管11的蒸汽发生器二次侧给水入口12，所述蒸汽发生器二次侧给水入口12用于连接供水管路，通过供水管路向蒸汽发生器给水环管11供水。

根据本实用新型的一个实施例，所述筒体7的底部构造有下封头，下封头呈半球形或椭球形，所述管板3的下端与所述下封头连接，从而将管板3固定，管板3的形状呈圆盘形或椭圆形，大小与下封头的开口相匹配，所述管板3的上表面分布有若干用于安装所述传热管8的定位孔。

根据本实用新型的一个实施例，所述传热管8为多个倒u型管并列排布形成的倒u型管组，优选地，倒u型管组关于筒体7的纵轴线呈对称布置，每个所述倒u型管的开口朝向所述管板3的一侧，且所述倒u型管的两端分别紧固安装在所述定位孔中，倒u型管开口侧的一端为进口，另一端为出口。

此外，为了多个倒u型管固定在一起形成整体，多个倒u型管沿其长度方向间隔设有多个支撑板6，支撑板6可以两两相对设置，将多个倒u型管夹设在支撑板6之间，从而将多个倒u型管固定形成整体。

根据本实用新型的一个实施例，所述下封头的空腔中设有用于隔开所述倒u型管组的进水侧和出水侧的隔板，从而在下封头内形成热水腔和冷水腔，所述蒸汽发生器一次侧入口1设于所述下封头的底部且位于所述倒u型管组的进水侧，即与热水腔联通，所述蒸汽发生器一次侧出口2设于所述下封头的底部且位于所述倒u型管组的出水侧，即与冷水腔联通。

根据本实用新型的一个实施例，为了便于汽水分离器13固定，所述汽水分离器13安装于所述衬筒9的顶部，所述衬筒9的顶部开设有若干蒸汽过孔，便于蒸汽发生器中的饱和蒸汽通过；

所述蒸汽过热器18通过设于所述筒体7内壁的支撑部16支撑在所述汽水分离器13的上方，如图1所示。

根据本实用新型的一个实施例，所述筒体7的侧壁靠近所述管板3处设有蒸汽发生器排污接口5，用于蒸汽发生器二次侧污水的在线排污；所述筒体7的侧壁靠近所述管板3处且错开所述蒸汽发生器排污接口5处设有蒸汽发生器手孔4，蒸汽发生器手孔4用于检查该区域的传热管8表面和管板3的二次侧表面，必要时可用高压水冲洗淤渣。

所述筒体7位于所述汽水分离器13与所述蒸汽过热器之间设有蒸汽发生器二次侧人孔14，用于进行部件检修。

一个具体实施例中，所述蒸汽过热器18，具体是蒸汽过热器18中的传热管采用螺旋管、u型管或蛇形管等排列方式。传热管采用u型管时，可以采用多个u型管叠加设置，以增大传热管的表面积，从而便于将热量充分地传递，螺旋管或蛇形管形式的传热管传热面积大，换热效果好，而且制造方便；当然，传热管还可以采用其他适宜的形状。

第二方面，如图2所示，本实用新型实施例的一种过热蒸汽发生系统，其包括压水反应堆101和所述的过热蒸汽发生装置；所述蒸汽过热器一次侧进水口17与所述蒸汽过热器一次侧出水口15并联至所述压水反应堆101的热水管路，所述压水反应堆101的热水至少部分流经所述蒸汽过热器，将所述蒸汽过热器中的饱和蒸汽加热形成过热蒸汽；所述压水反应堆101的热水管路的出口连接至所述蒸汽发生器一次侧入口1，将所述蒸汽发生器二次侧中的水加热形成饱和蒸汽，换热后的热水从所述蒸汽发生器一次侧出口2排出并通过循环回路送入所述压水反应堆101。压水反应堆101为热源可替代传统工业锅炉，减少温室气体排放；基于成熟的核电饱和蒸汽技术，无需消耗额外电力或化石燃料，具有热力系统简单、经济竞争力强的优点。此外，过热蒸汽在传输过程中，由于过热度的存在，不会携带水分，一直处于干燥状态，不会出现饱和蒸汽在传输过程中易凝结，出现液滴或液雾的现象，便于远距离传输，满足远距离工业用户的需求，提高了蒸汽输送距离和利用率。

需要说明的是，本实施例中“热水至少部分流经所述蒸汽过热器”是指热水可以全部流经蒸汽过热器，也可以只有部分热水流经蒸汽过热器。

本实施例中规定，水流通的一侧为“一次侧”，蒸汽流通的一侧为“二次侧”。

根据本实用新型的一个实施例，所述循环回路上可以设有循环泵102，利用循环泵102提供水流的动力，形成水流循环回路。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而非对本实用新型的限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。

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