一種多用途板式蒸汽發(fā)生器的制作方法

本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆領(lǐng)域，具體涉及一種多用途板式蒸汽發(fā)生器。

背景技術(shù)：

模塊式多用途小型壓水堆是在成熟的壓水堆核電技術(shù)基礎(chǔ)上，采用了“一體化”反應(yīng)堆設(shè)計技術(shù)，其安全性達到了第三代核能系統(tǒng)技術(shù)水平。該類堆型是一種將蒸汽發(fā)生器內(nèi)置在反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)的反應(yīng)堆，其最大特點是極大縮短了一回路系統(tǒng)大直徑管道，不需要考慮假設(shè)的大直徑管道破口事故（LOCA），縮小了反應(yīng)堆裝置的體積。目前，該類反應(yīng)堆的經(jīng)濟性是制約其發(fā)展的主要技術(shù)瓶頸之一。而提高反應(yīng)堆經(jīng)濟性的一個重要手段即為提高單堆的熱功率。由于模塊式小型堆要求體積小，換熱強度大，因此換熱設(shè)備一般采用直流蒸汽發(fā)生器。目前，一體化反應(yīng)堆常用的蒸汽發(fā)生器為盤管式或套管式直流蒸汽發(fā)生器。當(dāng)一體化反應(yīng)堆的功率大于300MWt這個等級時，采用上述兩種類型的直流蒸汽發(fā)生器會帶來以下兩個方面影響經(jīng)濟性的問題。

（1）為滿足反應(yīng)堆的換熱需求，單臺直流蒸汽發(fā)生器所需傳熱面大大增加，造成傳熱管數(shù)量及高度大大升高，這給蒸汽發(fā)生器的設(shè)計、制造帶來極大的難度，單臺蒸汽發(fā)生器的制造成本會大幅增加。

（2）隨著蒸汽發(fā)生器外形尺寸的增加，內(nèi)置蒸汽發(fā)生器的反應(yīng)堆壓力容器尺寸也會大大增加，造成設(shè)備制造難度大，造價成本高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是一體化反應(yīng)堆的功率較高時，單臺直流蒸汽發(fā)生器以及反應(yīng)堆壓力容器的制造難度大幅增加，造價成本提高，目的在于提供一種多用途板式蒸汽發(fā)生器，可用于不同功率水平一體化反應(yīng)堆，具有熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、高功率體積比、制造成本低、運行穩(wěn)定的優(yōu)點。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種多用途板式蒸汽發(fā)生器，包括板式蒸汽發(fā)生組件，所述板式蒸汽發(fā)生組件包括換熱板，所述換熱板包括換熱板I和換熱板II，所述換熱板板面間相互連接，所述換熱板I上設(shè)有反應(yīng)堆冷卻劑用換熱通道，換熱板II上設(shè)有二次側(cè)介質(zhì)用換熱通道，所述反應(yīng)堆冷卻劑用換熱通道是由換熱板I上的凹槽與相鄰換熱板板面或板面上的凹槽相配合構(gòu)成，且所述凹槽的深度小于所在換熱板I的厚度；所述二次側(cè)介質(zhì)用換熱通道是由換熱板II上的凹槽與相鄰換熱板板面或板面上的凹槽相配合構(gòu)成，且所述凹槽的深度小于所在換熱板II的厚度。

反應(yīng)堆冷卻劑流過換熱板I上的反應(yīng)堆冷卻劑用換熱通道，給水流過換熱板II上的二次側(cè)介質(zhì)用換熱通道，通過順流或逆流換熱，將反應(yīng)堆冷卻劑中的熱量傳給給水，將給水加熱為蒸汽導(dǎo)出進入二回路。通過在換熱板I和換熱板II上均加工開設(shè)凹槽結(jié)構(gòu)，且凹槽分別在換熱板I和換熱板II上的深度小于所在換熱板的厚度，所述凹槽的深度約為1～3mm，并使換熱板I板面與換熱板I板面連接、或換熱板II板面與換熱板II板面連接、或換熱板I板面與換熱板II板面連接，且至少有一個換熱板I板面與一個換熱板II板面是相鄰連接的，通過凹槽結(jié)構(gòu)與相鄰換熱板板面構(gòu)成反應(yīng)堆冷卻劑、給水或蒸汽流通的密封通道。使得單位體積內(nèi)換熱面積大于盤管式及套管式直流蒸汽發(fā)生器，且結(jié)構(gòu)緊湊、換熱效率高，具有高功率體積比。

優(yōu)選地，所述換熱板I與換熱板II交替排布連接。

通過將換熱板I與換熱板II交替排布連接，有利于增大反應(yīng)堆冷卻劑和給水的換熱接觸面積，增加換熱效率。

優(yōu)選地，所述換熱板I或換熱板II上通過蝕刻方法加工所述反應(yīng)堆冷卻劑用換熱通道的凹槽或所述二次側(cè)介質(zhì)用換熱通道的凹槽。

在換熱板I或換熱板II上通過激光或化學(xué)刻蝕的方法，加工出微小的換熱通道，使得單位體積內(nèi)換熱面積遠遠大于盤管式及套管式直流蒸汽發(fā)生器，具有結(jié)構(gòu)緊湊、換熱效率高、高功率體積比、制造成本低。

優(yōu)選地，所述換熱板板面間通過真空擴散焊接相互連接。

利用真空擴散焊接實現(xiàn)換熱板板面與另一換熱板板面間相互連接，相鄰換熱板的每個接觸點均為焊接點，具有很好的密封性，且可以承受高溫、高壓，使蒸汽發(fā)生器穩(wěn)定運行。

優(yōu)選地，所述板式蒸汽發(fā)生組件還包括套筒，所述套筒套設(shè)在換熱板外，所述套筒的頂部設(shè)有上頂蓋，所述上頂蓋上設(shè)有反應(yīng)堆冷卻劑入口，套筒的底部設(shè)有聯(lián)箱，所述換熱板I和換熱板II安裝于聯(lián)箱上，所述聯(lián)箱上設(shè)有反應(yīng)堆冷卻劑出口管嘴，套筒側(cè)壁的下部設(shè)有給水入口管嘴，套筒側(cè)壁的上部設(shè)有蒸汽出口管嘴。

反應(yīng)堆冷卻劑由上頂蓋的反應(yīng)堆冷卻劑入口進入，走換熱板I上的直通道流過，自上而下流過蒸汽發(fā)生器，最后由聯(lián)箱底部的反應(yīng)堆冷卻劑出口管嘴流出；給水從蒸汽發(fā)生組件的套筒的側(cè)面給水入口管嘴進入，自下而上流過蒸汽發(fā)生器，通過純逆流換熱，將給水加熱為過熱蒸汽，最后由蒸汽發(fā)生組件套筒側(cè)面的蒸汽出口管嘴導(dǎo)出，驅(qū)動汽輪機作功。通過逆流換熱，使反應(yīng)堆冷卻劑與給水的平均溫差更大，在相同的熱負(fù)荷要求下，所需的換熱管面積更小。

優(yōu)選地，所述設(shè)于聯(lián)箱上的反應(yīng)堆冷卻劑出口管嘴，包括：防泄漏環(huán)管和防旁流管嘴，所述防旁流管嘴套接于防泄漏環(huán)管的外側(cè)，防泄漏環(huán)管與防旁流管嘴之間設(shè)有密封環(huán)，所述防旁流管嘴外底部固定在支撐平臺上。

通過防泄漏環(huán)管、密封環(huán)和防旁流管嘴之間緊密配合，有效的防止反應(yīng)堆冷卻劑外漏。通過防旁流管嘴配合，將蒸汽發(fā)生器整體固定于支撐平臺上。

優(yōu)選地，所述防旁流管嘴和聯(lián)箱之間設(shè)有彈簧，所述彈簧的中心軸線方向與所述板式蒸汽發(fā)生器的軸線方向平行，彈簧外部套設(shè)有套管，彈簧內(nèi)設(shè)有定位柱，所述套管的上端固定于聯(lián)箱上，所述定位柱的下端固定于防旁流管嘴上，彈簧的上端固定于聯(lián)箱上，彈簧的下端通過螺母固定于定位柱上，所述套管和定位柱在軸向方向上的長度均小于處于彈性勢能為零狀態(tài)時的彈簧的長度。

定位柱和套管為彈簧提供定位，通過螺母將彈簧固定在定位柱上。蒸汽發(fā)生器整體通過防旁流管嘴放置在支承平臺上，使蒸汽發(fā)生器與支撐平臺之間構(gòu)成彈性連接，可以有效避免熱變形和熱應(yīng)力的問題。彈簧為蒸汽發(fā)生器在沖擊應(yīng)力和熱應(yīng)力下提供緩沖，同時解決了蒸汽發(fā)生器與反應(yīng)堆壓力容器之間的漏流。

優(yōu)選地，所述板式蒸汽發(fā)生器設(shè)于反應(yīng)堆壓力容器筒體內(nèi)，所述反應(yīng)堆壓力容器筒體內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流筒，所述導(dǎo)流筒的軸向與反應(yīng)堆壓力容器筒體的軸向平行，至少一個所述板式蒸汽發(fā)生器分布于導(dǎo)流筒和反應(yīng)堆壓力容器筒體的環(huán)形空間內(nèi)?？蓪蓚€或兩個以上的板式蒸汽發(fā)生器均勻?qū)ΨQ地排布安裝于導(dǎo)流筒和反應(yīng)堆壓力容器筒體的環(huán)形空間內(nèi)。

優(yōu)選地，所述板式蒸汽發(fā)生器設(shè)于反應(yīng)堆壓力容器筒體內(nèi)，所述反應(yīng)堆壓力容器筒體內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流筒，所述導(dǎo)流筒的軸向與反應(yīng)堆壓力容器筒體的軸向平行，至少一個所述板式蒸汽發(fā)生器分布于導(dǎo)流筒和反應(yīng)堆壓力容器筒體的環(huán)形空間內(nèi)，所述給水入口管嘴與反應(yīng)堆壓力容器筒體上的給水入口法蘭、以及所述蒸汽出口管嘴與反應(yīng)堆壓力容器筒體的蒸汽出口法蘭分別通過螺栓連接，導(dǎo)流筒的上部端口與反應(yīng)堆冷卻劑入口通過引流組件連通。

所述蒸汽發(fā)生器的給水入口管嘴與反應(yīng)堆壓力容器筒體通過給水入口法蘭連接、蒸汽出口管嘴與反應(yīng)堆壓力容器筒體通過蒸汽出口法蘭連接實現(xiàn)密封，當(dāng)蒸汽發(fā)生器需要檢修時，拆除給水入口法蘭及蒸汽出口法蘭處的螺栓，即可將蒸汽發(fā)生器整體吊出，具有良好的檢修可達性。引流組件與導(dǎo)流筒上部端口固定連接，蒸汽發(fā)生器與上部的引流組件固定連接，反應(yīng)堆冷卻劑自下而上通過導(dǎo)流筒流入引流組件，通過引流組件進入蒸汽發(fā)生器，引流組件有利于反應(yīng)堆反應(yīng)堆冷卻劑均勻地分配至每臺蒸汽發(fā)生器。

優(yōu)選地，所述反應(yīng)堆壓力容器筒體內(nèi)的上部設(shè)有支撐板，所述板式蒸汽發(fā)生器設(shè)于支撐板和反應(yīng)堆壓力容器頂蓋之間，且板式蒸汽發(fā)生器的下端固定于支撐板上。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：

1、本發(fā)明提供的一種多用途板式蒸汽發(fā)生器，多用途是指可用于不同功率水平的一體化反應(yīng)堆，實現(xiàn)將反應(yīng)堆冷卻劑的熱量傳遞給二次側(cè)給水，產(chǎn)生過熱蒸汽。該裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、換熱效率高、高功率體積比、制造成本低、運行穩(wěn)定等方面的優(yōu)點。本發(fā)明提供的一種多用途板式蒸汽發(fā)生器的功率體積比為盤管式或套管式直流蒸汽發(fā)生器的3～8倍以上，即：在一個熱負(fù)荷300MWt級的反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)，可以很容易布置600MWt級以上的蒸汽發(fā)生器，有效提高反應(yīng)堆的經(jīng)濟性；

2、本發(fā)明提供了一種與現(xiàn)有技術(shù)都有差異的板式蒸汽發(fā)生器，采用在板材上通過刻蝕的方法加工出微小的通道，利用真空擴散焊接實現(xiàn)板與板之間的連接，相鄰換熱板的每個接觸點均為焊接點，可以承受高溫、高壓。微小通道的使用，有效提高了單位體積內(nèi)的換熱面積，功率體積比遠高于盤管式及套管式直流蒸汽發(fā)生器。通過兩種不同通道形狀的換熱板焊接形成的板式蒸汽發(fā)生組件，實現(xiàn)了給水與反應(yīng)堆冷卻劑純逆流換熱。具有體積小、重量輕、功率體積比高等方面的優(yōu)點。相比于盤管式及套管式直流蒸汽發(fā)生器，更適用于高功率一體化反應(yīng)堆，可有效提高反應(yīng)堆的經(jīng)濟性；

3、本發(fā)明充分考慮了板式蒸汽發(fā)生器維修可達性，在給水入口管嘴及蒸汽出口管嘴處采用法蘭連接實現(xiàn)與反應(yīng)堆壓力容器筒體的密封。在板式蒸汽發(fā)生器需要檢修時，拆除法蘭螺栓后，即可將板式蒸汽發(fā)生器整體吊出，具有良好的維修性；

4、本發(fā)明在板式蒸汽發(fā)生器下部通過彈簧、防泄漏環(huán)管、密封環(huán)、防旁流管嘴等零部件構(gòu)成的反應(yīng)堆冷卻劑出口管嘴與支承平臺之間的配合，使板式蒸汽發(fā)生器與壓力容器之間構(gòu)成彈性連接，可以有效避免熱變形和熱應(yīng)力的問題，防止反應(yīng)堆冷卻劑出口管嘴處因熱應(yīng)力發(fā)生漏流的現(xiàn)象發(fā)生；

5、本發(fā)明能實現(xiàn)反應(yīng)堆內(nèi)一體化布置，結(jié)構(gòu)緊湊，解決了在高功率一體化反應(yīng)堆上使用盤管式及套管式直流蒸汽發(fā)生器時，經(jīng)濟性較差、蒸汽發(fā)生器及壓力容器設(shè)計及制造方面難度大等方面的問題；

6、利用反應(yīng)堆冷卻劑作為載熱劑，將堆芯的熱量傳遞給二回路，為二回路系統(tǒng)提供合格品質(zhì)的過熱蒸汽；在停堆和事故運行工況下，導(dǎo)出反應(yīng)堆堆芯余熱；作為高溫、高壓、高放射性的反應(yīng)堆冷卻劑壓力邊界的組成部分，保證壓力邊界的完整性，防止放射性物質(zhì)外泄。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明一種多用途板式蒸汽發(fā)生器總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明板式蒸汽發(fā)生組件示意圖；

圖3為本發(fā)明板式蒸汽發(fā)生組件示意圖；

圖4為本發(fā)明換熱板I；

圖5為本發(fā)明換熱板II；

圖6為本發(fā)明反應(yīng)堆冷卻劑出口管嘴結(jié)構(gòu)圖；

圖7為本發(fā)明反應(yīng)堆冷卻劑出口管嘴側(cè)向局部剖視圖；

圖8為本發(fā)明一種多用途板式蒸汽發(fā)生器安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明引流組件整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明引流組件俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明引流組件正視結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中標(biāo)記及對應(yīng)的零部件名稱：1-板式蒸汽發(fā)生組件，2-套筒，3-換熱板I，4-換熱板II，5-反應(yīng)堆冷卻劑用換熱通道，6-二次側(cè)介質(zhì)用換熱通道，7-聯(lián)箱，8-上頂蓋，9-反應(yīng)堆冷卻劑入口，10-反應(yīng)堆冷卻劑出口管嘴，11-給水入口管嘴，12-蒸汽出口管嘴，13-反應(yīng)堆壓力容器筒體，14-支撐板，15-導(dǎo)流筒，16-引流組件，17-給水入口法蘭，18-蒸汽出口法蘭，19-支承平臺，20-防泄漏環(huán)管，21-防旁流管嘴，22-密封環(huán)，23-彈簧，24-套管，25-定位柱，26-螺母，27-頂蓋。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。

實施例1

本發(fā)明一種多用途板式蒸汽發(fā)生器，如圖2～5所示，一種多用途板式蒸汽發(fā)生器包括板式蒸汽發(fā)生組件1，板式蒸汽發(fā)生組件1包括換熱板，所述換熱板包括換熱板I3和換熱板II4，換熱板I3與換熱板II4交替排布，換熱板I3板面與換熱板II4板面通過真空擴散焊接連接。換熱板I3上設(shè)有反應(yīng)堆冷卻劑用換熱通道5，換熱板II4上設(shè)有二次側(cè)介質(zhì)用換熱通道6。所述反應(yīng)堆冷卻劑用換熱通道5是由換熱板I3上的凹槽與相鄰換熱板II4板面相配合構(gòu)成的直流通道，且所述凹槽的深度為所在換熱板I3板厚度的一半；所述二次側(cè)介質(zhì)用換熱通道6是由換熱板II4上的凹槽與相鄰換熱板I3板板面相配合構(gòu)成的直流通道，且所述凹槽的深度為所在換熱板II4板厚度的一半。通過激光蝕刻方法在所述換熱板I3和換熱板II4上加工所述反應(yīng)堆冷卻劑用換熱通道5的凹槽和所述二次側(cè)介質(zhì)用換熱通道6的凹槽，所述凹槽為半圓弧形結(jié)構(gòu)。

如圖1所示，所述板式蒸汽發(fā)生組件1還包括套筒2，套筒2套設(shè)在換熱板外。套筒2的頂部設(shè)有上頂蓋8，上頂蓋8上設(shè)有反應(yīng)堆冷卻劑入口9，套筒2的底部設(shè)有聯(lián)箱7，換熱板I3和換熱板II4安裝于聯(lián)箱7上，聯(lián)箱7上設(shè)有反應(yīng)堆冷卻劑出口管嘴10，反應(yīng)堆冷卻劑由反應(yīng)堆冷卻劑入口9進入，走直通道，流通過反應(yīng)堆冷卻劑用換熱管道5，最后由反應(yīng)堆冷卻劑出口管嘴10流出；套筒2側(cè)壁的下部設(shè)有給水入口管嘴11，套筒2側(cè)壁的上部設(shè)有蒸汽出口管嘴12，給水由二次側(cè)介質(zhì)給水入口管嘴11進入，流通二次側(cè)介質(zhì)用換熱通道6，逆流而上進行熱交換，最后由蒸汽出口管嘴12流出。

實施例2

本發(fā)明一種多用途板式蒸汽發(fā)生器，在實施例1的基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化，如圖6～7所示，板式蒸汽發(fā)生器的反應(yīng)堆冷卻劑出口管嘴10包括防泄漏環(huán)管20和防旁流管嘴21，防泄漏環(huán)管20焊接于聯(lián)箱7的底部，防旁流管嘴21套接于防泄漏環(huán)管20的外側(cè)，防泄漏環(huán)管20與防旁流管嘴21之間設(shè)有密封環(huán)22，防旁流管嘴21外底部與支撐平臺19的凹槽相配合固定。在所述防旁流管嘴21和聯(lián)箱7之間設(shè)有彈簧23，所述彈簧23的中心軸線方向與所述板式蒸汽發(fā)生器的軸線方向平行，彈簧23外部套設(shè)有套管24，彈簧23內(nèi)設(shè)有定位柱25，所述套管24的上端固定于聯(lián)箱7上，所述定位柱25的下端固定于防旁流管嘴21上，彈簧23的上端固定于聯(lián)箱7上，彈簧23的下端通過螺母26固定于定位柱25上，所述套管24和定位柱25在軸向方向上的長度均小于處于彈性勢能為零狀態(tài)時的彈簧23的長度。

實施例3

將實施例2提供的一種多用途板式蒸汽發(fā)生器安裝于反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)，如圖8所示，反應(yīng)堆壓力容器筒體13內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流筒15，導(dǎo)流筒15的軸心線與反應(yīng)堆壓力容器筒體13的軸心線重合。有4個板式蒸汽發(fā)生器均勻?qū)ΨQ分布于導(dǎo)流筒15和反應(yīng)堆壓力容器筒體13的環(huán)形空間內(nèi)。給水入口管嘴11與反應(yīng)堆壓力容器筒體13上的給水入口法蘭17、以及所述蒸汽出口管嘴12與反應(yīng)堆壓力容器筒體13的蒸汽出口法蘭18分別通過螺栓密封連接，導(dǎo)流筒15的上部端口與反應(yīng)堆冷卻劑入口9通過引流組件16連通。引流組件16采用十字形溝槽結(jié)構(gòu)，如圖9～11所示，引流組件16的中部設(shè)有與導(dǎo)流筒15上端口連通的通孔，引流組件16的十字形溝槽結(jié)構(gòu)上分別對應(yīng)設(shè)有與反應(yīng)堆冷卻劑入口9連通的通孔。引流組件16與導(dǎo)流筒15采用焊接連接，反應(yīng)堆冷卻劑入口9與引流組件16通過焊接連接，反應(yīng)堆冷卻劑自下而上通過導(dǎo)流筒15流入引流組件16，通過引流組件16的十字形溝槽流入反應(yīng)堆冷卻劑入口9后進入蒸汽發(fā)生器，引流組件16有利于反應(yīng)堆冷卻劑均勻地分配至每臺蒸汽發(fā)生器。同時，反應(yīng)堆冷卻劑自下而上流過在導(dǎo)流筒15時，相當(dāng)于在由4個蒸汽發(fā)生器圍繞的空間內(nèi)進行換熱。

因此4臺蒸汽發(fā)生器均勻布置于反應(yīng)堆壓力容器筒體13及導(dǎo)流筒8之間的環(huán)形空間中，下部通過彈性、密封連接固定于支承平臺19上，反應(yīng)堆壓力容器筒體13內(nèi)還可焊接支撐板14，將四個支承平臺19固定在支撐板14上，使板式蒸汽發(fā)生器固定于反應(yīng)堆壓力容器筒體13內(nèi)的支撐板14頂蓋27之間。在支撐板14中部開設(shè)反應(yīng)堆冷卻劑導(dǎo)入通孔，使導(dǎo)流筒15與反應(yīng)堆一回路出口連通，支撐板14還設(shè)有反應(yīng)堆冷卻劑導(dǎo)出通孔，經(jīng)換熱后的反應(yīng)堆冷卻劑由反應(yīng)堆冷卻劑出口管嘴10流出，依次通過與支承平臺19和支撐板14上的導(dǎo)出通孔流回反應(yīng)堆一回路入口繼續(xù)對堆芯進行冷卻作用。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。