1.本实用新型属于发电与发电余热利用技术领域，特别涉及一种核能和垃圾气化的燃气蒸汽联合循环电水联产系统。
背景技术：2.核电模块化和小堆亦是未来发展趋势。模块小型堆具有高参数，可满足核能发电、工业工艺供热、城市区域供热、海水淡化等多种用途所需的热能参数要求。国际原子能机构 (iaea)将“小型先进模块化多用途反应堆(小堆)”定义为30万千瓦以下的反应堆。小堆相较于大堆型，小型核电反应堆采用一体化、模块化的设计方式，并结合高安全性特点，使得小堆具有很好的环境适应性以及选址优势。这让小堆可以建立在人口密集地区周边，靠近用户，实现热电联产和分布式供电等多种能源需求供给。同时海上小堆的研发可以为海上油气田开采、海岛开发等供给能源，还能开发核动力破冰船和核动力商船十三五规划聚焦小堆发展，国内小堆技术发展迅速。我国政策大力支持小堆技术发展。《能源发展“十三五”规划》要求“在核电建设方面，坚持热堆、快堆、聚变堆
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三步走’技术路线，以百万千瓦级先进压水堆为主，积极发展高温气冷堆、商业快堆和小型堆等新技术”；《电力发展“十三五”规划》提出要开展小型智能堆、商业快堆和熔盐堆等先进核能技术研发；《能源技术创新“十三五”规划》也表示将建设模块化小型堆和低温供热堆示范工程纳入示范实验类进行重点发展。我国的小堆主要技术路线为中国核工业集团公司开发的 acp100。为了结合海洋环境，采用钢安全壳、长寿期棒控堆芯和反应堆处海面下等措施的 acp100s和acp25s相继推出。acp100s和acp25s能确保换料周期超两年、事故时非能动余热导出、反应堆绝对安全。目前我国的“acp100s大型海上核动力浮动平台示范项目”已在胶东开工建造。这个平台共包括2个大型海上浮动核电站系统，每个系统采用双堆布置，单堆12.5万千瓦，发电总量可达30万千瓦，每年大概可以供应4000万度电1600万吨高温蒸汽1000万吨淡水以及200吨浓盐水，每年可以减少燃煤消耗500万吨。
3.等离子气化是指通过等离子技术使得垃圾在等离子气化炉中气化的一种最新技术，利用等离子点火器产生的等离子电弧制造高能热环境，通入适当比例的等离子气化剂，使垃圾在等离子活性状态的热环境中发生一系列复杂的化学反应，生成主要成分为h2、co的可燃气体，可燃气体具有纯度高、洁净的优点。等离子体气化已被证明是固体废物处理和能源利用的最有效和最环保的方法之一，等离子体技术目前已在机械加工、冶金和化工等领域得到了广泛的应用，而在固体废物的处理方面，等离子气化技术的研究也在不断深入将小堆核电发电和垃圾等离子气化发电余热利用部分进行耦合，可提升小堆核电发电效率。
技术实现要素：4.根据技术背景中介绍的小堆核电发电机组和等离子气化垃圾发电的特点，本实用新型从我国目前的能源利用现状出发，综合考虑能量高效利用的规律方法，提供了一种核
能和垃圾气化的燃气蒸汽联合循环电水联产系统，涉及到垃圾等离子气化技术、小堆核电发电技术和燃气蒸汽联合循环技术，以及海水淡化技术。
5.一种核能和垃圾气化的燃气蒸汽联合循环电水联产系统，主要包括垃圾等离子气化与净化系统，海水淡化技术，燃气蒸汽联合循环系统，利用燃气轮机后高温烟气余热利用提高小堆核电蒸汽参数，之后再提高给水温度，利用小堆核电排汽为海水淡化提供热源，提高了整体的热效率。
6.所述的垃圾等离子气化系统包括等离子气化炉、合成气冷却器和脱硫装置；所述的燃气蒸汽联合循环发电系统的主要装置有：压气机、燃烧室、燃气透平、1#发电机、1#余热锅炉、核蒸汽发生器、汽轮机、2#发电机、2#余热锅炉、1#给水泵、2#给水泵、高压加热器、低压加热器、除氧器、3#余热锅炉；所述的海水淡化系统包括海水淡化装置。
7.所述的等离子气化炉合成气出口与合成气冷却器进口相连，合成气冷却器出口连接至脱硫装置入口，脱硫装置出口与压气机进口相连，压气机出口与燃烧室进口连接，燃烧室出口与燃气轮机入口相连，燃气轮机与1#发电机单轴相连，燃气轮机出口与1#余热锅炉热侧入口相连；核蒸汽发生器与1#余热锅炉冷侧入口相连，1#余热锅炉冷侧出口与汽轮机高压缸相连，高压缸出口与低压缸入口相连，低压缸出口与2#余热锅炉热侧入口相连，2#余热锅炉热侧出口与1#给水泵相连；汽轮机与2#发电机同轴相连；2#余热锅炉冷侧与海水淡化装置相连；1#给水泵出来与低压加热器相连，低压加热器与除氧器相连，除氧器出来的流体分为两部分，一部分送入高压加热器加热，另一部分送入3#余热锅炉加热，高压加热器与3# 余热锅炉的流体出来后进入核蒸汽发生器；其中，汽轮机抽汽与各个加热器相连。
8.所述燃气蒸汽联合循环系统，其特征在于：燃气轮机排出的高温烟气进入1#余热锅炉，经1#余热锅炉利用后的烟气温度依然很高，排入3#余热锅炉，经余热利用后排入大气；小堆核发电机组采用小型模块化核反应堆，由核蒸汽发生器产生蒸汽后，进入1#余热锅炉， 1#余热锅炉将蒸汽加热至过热蒸汽，1#余热锅炉出口与汽轮机相连。由于主蒸汽的温度提高，高压缸做完功后蒸汽依旧为过热蒸汽，可省去汽水分离再热器，然后进入低压缸进行做功，进而带动2#发电机发电；汽轮机出口连接至2#余热锅炉为海水淡化提供热源后变为凝结水，凝结水通过1#给水泵送入加热器加热和3#余热锅炉加热后返回核蒸汽发生器进行循环。
9.所述海水淡化装置系统，核电机组低压缸排汽进入2#余热锅炉，经2#余热锅炉余热利用后送入给1#水泵。海水淡化装置利用余热锅炉提供的热进行海水淡化。
10.本实用新型的有益效果为：
11.本实用新型提出的一种核能和垃圾气化的燃气蒸汽联合循环电水联产系统，特别之处在于医疗垃圾等离子气化后生成的合成气在燃气轮机做功后，利用高温乏气提高小堆核电机组的主蒸汽温度，经余热利用后的乏气温度依旧很高，在用来提高给水的温度，从而提升效率。利用小堆核电机组的排汽为海水淡化提供热源，实现了能量的梯级利用，进一步提高了循环的热效率。
附图说明
12.图1所示为一种核燃联合循环垃圾等离子气化发电与核电小堆发电系统的示意图。
13.图中：1-等离子气化炉；2-合成气冷却器；3-脱硫装置；4-压气机；5-燃烧室；6-燃气轮机；7-1#发电机；8-小堆核蒸汽发生器；9-1#余热锅炉；10-汽轮机高压缸；11-汽轮机低压缸；12-2#发电机；13-2#余热锅炉；14-海水淡化装置；15-1#给水泵；16-低压加热器；17
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2#给水泵；18-除氧器；19-高压加热器；20-3#余热锅炉。
具体实施方式
14.本实用新型提供了一种核能和垃圾气化的燃气蒸汽联合循环电水联产系统，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。
15.图1为一种核能和垃圾气化的燃气蒸汽联合循环电水联产系统。
16.如图1所示，本实用新型提供的一种核能和垃圾气化的燃气蒸汽联合循环电水联产系统，主要包括等离子气化与净化系统，燃气蒸汽联合循环发电系统。
17.所述的等离子气化与净化系统中物料、工质的主要流程为：医疗垃圾和等离子气体进入等离子气化炉1，它会接触到高温等离子体弧(温度范围从1500℃到5500℃)，在等离子气化炉1中有机组分被转化为高品质的合成气和无机/残留馏分转化为稳定的玻璃化矿渣，其中矿渣从气化炉底部排出，高品质的合成气进入合成气冷却器2中被冷却和压缩；只有洁净的合成气才可以进入压气机4，因此从合成气冷却器2出来的合成气还要进一步通过脱硫装置3。
18.所述的燃气蒸汽联合循环系统工质流程为：洁净的合成气作为工质进入压气机4进行气体压缩过程，同时会有空气作为工质进入压气机4，完成增压过程；压气机5出来的压缩气体进入燃烧室5与喷入燃料进行掺混，然后就会点火燃烧，这个过程可以认为是燃料化学能向压缩气体热能和势能的转换，在短短的距离内气体的温度上升数百甚至上千度，压力也会激增；高温高压的工质从燃烧室5出口喷出后在燃气轮机6中进行膨胀，在膨胀的同时推动涡轮叶片做功，这个过程是工质热能和势能向动能的转化；1#发电机7由燃气轮机6拖动发电；燃气轮机6排出的烟气进入1#余热锅炉9加热核蒸汽发生器8产生的主蒸汽，烟气经余热利用后温度依旧很高，进入3#余热锅炉加热给水，经余热利用后，烟气排入大气；主蒸汽在余热锅炉9中被加热为过热蒸汽，过热蒸汽在汽轮机高压缸10和汽轮机低压缸11中膨胀做功，带动2#发电机12发电；做完工的蒸汽温度、压力降低，乏汽进入2#余热锅炉13为海水淡化装置14提供热源之后由1#给水泵15送往低压加热器16，经抽汽加热后送往除氧器18，之后由2#给水泵17送往高压加热器19和3#余热锅炉20，经抽汽加热和3#余热锅炉 20加热后送回核蒸汽发生器8完成循环。
19.所述海水淡化系统，给水进入2#余热锅炉13被加热后进入海水淡化装置14进行海水淡化。
20.本实用新型提出的一种基于核能和垃圾气化的燃气蒸汽联合循环电水联产系统，主要包括等离子气化与净化系统、燃气蒸汽联合循环发电系统以及海水淡化系统，利用燃气轮机的高温排气对小堆核蒸汽发生器产生的主蒸汽进行加热，利用经余热锅炉利用后的燃气轮机的高温排气对给水进行加热，利用汽轮机乏汽作为海水淡化的热源，提高了联合循环的热效率。
21.上述实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构与连接方式可以有所改变，凡是以本实用新型技术方案为基础的等同变换和改进，都在本专利的保护范围内。
技术特征：1.一种核能和垃圾气化的燃气蒸汽联合循环电水联产系统，其特征在于，包括等离子气化与净化系统，燃气蒸汽联合循环发电系统、海水淡化系统；所述的等离子气化与净化系统包括等离子气化炉(1)，合成气冷却器(2)和脱硫装置(3)；所述的燃气蒸汽联合循环发电系统的主要装置包括压气机(4)，燃烧室(5)，燃气轮机(6)，1#发电机(7)，1#余热锅炉(9)，小堆核蒸汽发生器(8)，汽轮机高压缸(10)，汽轮机低压缸(11)，2#发电机(12)，1#给水泵(15)，低压加热器(16)，除氧器(18)，2#给水泵(17)，高压加热器(19)，3#余热锅炉(20)；所述的海水淡化系统包括2#余热锅炉(13)，海水淡化装置(14)；等离子气化炉(1)合成气出口与合成气冷却器(2)进口相连，合成气冷却器(2)出口连接至脱硫装置(3)入口，脱硫装置(3)出口与压气机(4)进口相连，压气机(4)出口与燃烧室(5)进口连接，燃烧室(5)出口与燃气轮机(6)入口相连，燃气轮机(6)与1#发电机(7)单轴相连，燃气轮机(6)出口与1#余热锅炉(9)热侧入口相连，1#余热锅炉热侧出口与3#余热锅炉(20)热侧入口相连，3#余热锅炉热侧出口排气排入大气；核蒸汽发生器(8)与余热锅炉(9)冷侧入口相连，1#余热锅炉(9)冷侧出口与汽轮机高压缸(10)相连，汽轮机高压缸(10)出口与汽轮机低压缸(11)入口相连，低压缸出口与2#余热锅炉(13)热侧入口相连，2#余热锅炉(13)热侧出口与1#给水泵(15)相连；汽轮机低压缸(11)与2#发电机(12)同轴相连；2#余热锅炉(13)冷侧与海水淡化装置(14)相连；给水泵(15)出来与低压加热器(16)相连，低压加热器(16)与除氧器(18)相连，除氧器(18)与2#给水泵(17)相连，2#给水泵(17)与高压加热器(19)和3#余热锅炉(20)冷侧入口相连，3#余热锅炉冷侧出口与核蒸汽发生器(8)相连，高压加热器(19)与核蒸汽发生器(8)入口相连；其中，汽轮机抽汽与各个加热器相连。2.根据权利要求1所述的一种核能和垃圾气化的燃气蒸汽联合循环电水联产系统，其特征在于：燃气轮机(6)排出的高温烟气进入余热锅炉(9)，经1#余热锅炉(9)利用后的烟气温度还很高，进入3#余热锅炉，经3#余热锅炉利用后排入大气；核蒸汽发生器(8)产生蒸汽后，进入1#余热锅炉(9)，1#余热锅炉(9)将蒸汽加热至过热蒸汽，1#余热锅炉(9)出口与汽轮机相连；由于主蒸汽的温度提高，汽轮机高压缸(10)做完功后蒸汽依旧为过热蒸汽，可省去汽水分离再热器，然后进入汽轮机低压缸(11)进行做功，进而带动2#发电机(12)发电；汽轮机低压缸(11)出口连接至2#余热锅炉(13)经余热利用后变为凝结水，凝结水经加热后通过1#给水泵(15)送入加热器加热后返回核蒸汽发生器(8)进行循环。3.根据权利要求1所述的一种核能和垃圾气化的燃气蒸汽联合循环电水联产系统，其特征在于：核电机组低压缸排汽进入2#余热锅炉(13)，经2#余热锅炉(13)余热利用后，送入给1#水泵(15),海水淡化装置(14)利用余热锅炉提供的热进行海水淡化。4.根据权利要求1所述的一种核能和垃圾气化的燃气蒸汽联合循环电水联产系统，其特征在于：燃气轮机(6)排出的高温烟气进入余热锅炉对小堆核蒸汽发生器产生的主蒸汽进行加热，加热至过热蒸汽，经1#余热锅炉(9)利用后的烟气进入3#余热锅炉(20)对一部分凝结水进行加热，经3#余热锅炉利用后的烟气排入大气。5.根据权利要求1所述的一种核能和垃圾气化的燃气蒸汽联合循环电水联产系统，其特征在于：汽轮机低压缸(11)的排汽进入2#余热锅炉(13)，为海水淡化装置(14)提供热源，经余热利用后由1#给水泵(15)送往低压加热器。6.根据权利要求1所述的一种核能和垃圾气化的燃气蒸汽联合循环电水联产系统，其特征在于：燃气蒸汽联合循环中所使用的是小型模块化核反应堆。
7.根据权利要求1所述的一种核能和垃圾气化的燃气蒸汽联合循环电水联产系统，其特征在于：等离子气化炉(1)合成气出口与合成气冷却器(2)进口相连，合成气冷却器(2)出口连接至脱硫装置(3)入口，脱硫装置(3)出口与压气机(4)进口相连，压气机(4)出口与燃烧室(5)进口连接，燃烧室(5)出口与燃气轮机(6)入口相连，燃气轮机(6)与1#发电机(7)单轴相连。
技术总结本实用新型属于一种核能和垃圾气化的燃气蒸汽联合循环电水联产系统。该系统主要包括等离子气化部分、燃气蒸汽联合循环发电部分和海水淡化部分。等离子气化系统包括等离子气化炉、合成气冷却器、脱硫装置等。燃气蒸汽联合循环发电系统包括压气机、燃烧室、燃气轮机及1#发电机、1#余热锅炉、核蒸汽发生器、汽轮机、加热器、除氧器、给水泵、2#发电机、3#余热锅炉等。海水淡化系统主要包括2#余热锅炉、海水淡化装置等。将燃气轮机的乏汽作为核电机组的部分热源，提升主蒸汽温度，增加汽轮机输出功。将汽轮机的乏汽作为海水淡化的热源，进行海水淡化。系统通过合理回收燃气轮机和汽轮机的余热，实现能量梯级利用，提高系统能量利用效率。提高系统能量利用效率。提高系统能量利用效率。
技术研发人员：武浩然 李童宇 赵欣悦 陈衡 徐钢
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：2021.10.25
技术公布日：2022/7/5
