CN105509121B - 低温核供热堆二回路热能分配平衡换热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温核供热堆二回路热能分配平衡换热系统，包括能量平衡分配器，所述能量平衡分配器包括集热容器，集热容器上连接有供热输出回路，集热容器上还连接有至少一路余热输出回路。该系统能够有效平衡分配从一回路中换热得到的热量，使得热能得到充分合理的利用；同时，保证一回路冷却系统输出的热量全部被消耗掉，而不至于产生核反应堆过热现象，而致使核反应堆停堆。可以说这是一种任何核供热堆的过热保护装置，保证核供热堆的安全运行。
Description
技术领域
本发明涉及核能供热技术领域，特别是一种低温核供热堆二回路热能分配平衡换热系统。
背景技术
目前，常规的低温供热堆换热系统通常包括一回路、二回路和三回路，从而构成了整个换热网络，一回路用于与堆芯热源直接换热，二回路为一独立的密闭中间循环回路，对一回路和三回路起到隔离作用，并将一回路堆芯的发热量传递给三回路。上述换热系统通常存在如下几个问题：
1、核供热热井面对的是一个庞大、复杂的城市热力管网系统，其热负荷随季节、天气、以及居民的使用量而变化，当负荷频繁变化时，会对直接对堆芯热源换热的一回路产生扰动，产生不稳定因素，带来安全隐患。
2、由于核供热堆不利于频繁调整输出功率，热能输出的可控率低，二回路通常无法对一路回的热能充分调配，大量热量流失。如果通过调整功率来控制反应堆热能输出，不仅提高了运营成本(需要高水平操作人员)，还会造成系统的不稳定；操作失误概率增加，而导致事故率上升。
3、如果，二回路输热系统不能及时的将一回路的热能全部输出，就会出现一回路的过热现象，而导致停堆；鉴于整个城市热网(三回路)的负荷不稳定情况，核供热堆可能会出现频繁停堆的现象。
4、核供热系统一旦发生泄漏会导致放射性水进入城市热力管网，就会造成大面积的城市核污染。
发明内容
本发明的目的是提供一种低温核供热堆二回路热能分配平衡换热系统，能够有效平衡分配二回路从一回路中换热得到的热量，使得热能得到充分合理的利用，保证核供热堆的稳定工作，及安全保障措施。
为了实现上述目的，本发明提供的一种低温核供热堆二回路热能分配平衡换热系统，包括能量平衡分配器，所述能量平衡分配器包括集热容器，集热容器上连接有供热输出回路，集热容器上还连接有至少一路余热输出回路。
优选地，所述供热输出回路包括与集热容器连接的供热管道和控制阀，以及与供热管道连接的第一换热器，供热管道和/或第一换热器中均设置有温度传感器，所述余热输出回路包括与集热容器连接的余热输出管道和控制阀，以及与余热输出管道连接的第二换热器，余热输出管道和/或第二换热器中设置有温度传感器；供热管道和余热输出管道上设置有水泵。
优选地，所述第二换热器与海水淡化设备的供热系统连接。
优选地，所述第二换热器与污水处理设备的供热系统连接。
优选地，所述供热管道和余热输出管道中设有流量计。
优选地，所述第一换热器通过换热管路连接第三换热器，所述第三换热器通过换热管路连接热泵。
优选地，所述供热输出回路和余热输出回路上均设置有惯性稳压装置。
优选地，所述供热输出回路数量为两道，每道中第一换热器的数量至少为两个。
优选地，所述水泵为单级双吸卧式离心泵。
优选地，所述热泵为地源热泵。
本发明提供的低温核供热堆二回路换热系统，包括能量平衡分配器，所述能量平衡分配器包括集热容器，集热容器上连接有供热输出回路，集热容器上还连接有至少一路余热输出回路，当一回路的换热器换热后，将热水输出至集热容器中，当热能供需平衡时，控制余热输出回路处于关闭状态，使供热输出回路正常工作即可，当二回路中温度过高，产热过剩时，打开至少一路余热输出回路将余热输出另作他用，使得低温核供热堆系统的热能得到平衡及合理充分的利用，此外通过余热输出回路进行热量平衡分配，可以避免调节供热堆输出功率带来的安全隐患和运营成本。
附图说明
图1为本发明所提供的低温核供热堆二回路换热系统的结构示意图；
图2为图1中能量平衡分配器的结构示意图。
图中：
1.第一换热器 2.第二换热器 3.第三换热器 4.控制阀 5.供热堆芯 6.控制阀7.集热容器 8.热泵 9.惯性稳压装置 10.衰减筒 11.一回路的换热器
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1和2，低温核供热堆二回路换热系统，包括一能量平衡分配器，能量平衡分配器用于与一回路的换热器11对接，以分配其与供热堆芯5(经衰减筒10)换热得到的热量。所述能量平衡分配器具体包括集热容器7，例如可以采用保温的储能罐。集热容器7的上连接有多条换热回路，其中一条为供热输出回路，用于与三回路的水换热，其余的换热回路为余热输出回路，用于将多余的热能排出。
供热输出回路包括连接在集热容器7上的供热管道及控制阀4，供热管道连接第一换热器1。当供热堆芯5产生的热量刚好满足城市供暖需要时，只需要保持供热管道常开，将一回路换热器的热量交换给第一换热器1，然后再进一步换热给三回路的城市管网即可保证正常的城市供暖。第一换热器1和供热管道中均设置有温度传感器和流量计(图中未标出)，温度传感器采集温度、流量计采集流量并上传至控制器，控制器根据温度和流量数据来判定管网的负载状况，通过调节管网中的各变频水泵(图中未标出)来控制二回路的输出，维持热量平衡。供热输出回路数量可以为两道(图中为简略示出一道)，其中一道的第一换热器1数量为三个，另一道的第一换热器1的数量为四个，从而适用于不同城市供热管网的输出情况。
余热输出回路至少为一条，例如本实施例中采用了两道余热输出回路，每道余热输出回路中均包括余热输出管道，余热输出管道与集热容器7直接连接，并通过控制阀6导通和截断。余热输出管道与第二换热器2连接，将热量传递给第二换热器2，第二换热器2可以通过供热管道连接多种不同用途的供热系统，例如可以是海水淡化设备的供热系统或污水处理设备的供热系统。海水淡化设备利用第二换热器2输送的热量将海水蒸发器内的海水蒸发，得到淡水及结晶盐，使得余热得到了充分利用。第二换热器2还可以是通过供热管道连接至污水处理系统的供热系统，如微波污水处理系统等，这样可以起到低温杀菌、催化反应、加快有机废物降解等作用。在余热输出管道与第二换热器2中也设置有温度传感器，在余热输出管道汇总还设置有流量计，向控制器发送采集到的温度及流量信息。当供热输出回路中的温度过高、热量过剩时，控制余热输出回路打开，即可以将余热充分利用到别处，不会造成能源浪费。
作为进一步改进，所述第一换热器1通过换热管路连接第三换热器3，所述第三换热器3通过换热管路连接热泵8。热泵8可以采用地源热泵。当第一换热器1得到的热量不足以支撑供热输出需要时，地源热泵8可以将热量输出给第三换热器3，进而使第一换热器1中的热水进一步升温，例如可以将二回路的出口温度从95℃，提升到130℃；以满足部分现有部分供热管网的参数需要。第三换热器3也可以先与城市管网附近的换热站(图中未标出)连接，并通过换热站间接连接热泵8，这样更有利于热能的分布式利用。
地源热泵技术属可再生能源利用技术。由于地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源(通常小于400米深)作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47％的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。地源热泵属经济有效的节能技术。其地源热泵的COP值达到了4以上，也就是说消耗1KWh的能量，用户可得到4KWh以上的热量或冷量。地源热泵环境效益显著。其装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。
所述供热输出回路和余热输出回路上均设置有惯性稳压装置9(例如补水箱、补水罐等)，当管路压力发生波动时，惯性稳压装置9可以通过补水或集水来平衡管道压力，防止扰动产生。
二回路中各个管道选用的离心泵参数如下：形式：单级双吸卧式离心泵扬程：16m；流量：2286m3/h；电动机功率：160kw(轴功率112.5kw)；材料：铸钢；吸入管直径：DN600mm；排出管直径：DN500mm；允许吸上真空度：5.4m。
第一换热器1(即整个供热系统的二次换热器)的作用是使二回路水与三回路水在其内进行热交换，将三回路水自60℃加热到90℃。二回路共选7台板式换热器(5台甲型，2台乙型)。二次换热器参数(括号外为甲型参数，括号内为乙型参数)如下：单板有效传热面积：2.83m2(2.83m2)；单台传热面积：1301.8m2(667.88m2)；单台板片数量：462(238)；板片波纹形式：双人字型(双人字型)；板片间密封材料：橡胶垫；二回路侧/三回路侧流量：1478(753.8)m3/h/1473.9(751.7)m3/h；设计压力：1.6MPa(l.6MPa)；设计温度：150℃(150℃)；板片材料：SS304(SS304)；板片厚度：0.7mm(0.7mm)；台数：5(2)；进、出口接管规格：PN16(PN16),DN400(DN300)；外形尺寸：4700mm x1370mm x3748mm〕(3l40mm x1370mm x3748mm)；单台设备重量：22.9t(18.98t)；二回路侧/三回路侧压降：72.99kPa/72.91kPa(69.85kPa/69.78kPa)。
二回路管道和阀门：二回路各段管道的参数如下：材料：碳钢；集流母管：Φ700；泵出/入口接管：Φ500/Φ600；换热器出、入口接管：Φ400；定压水箱连管：Φ50；二回路主管道的截止阀选用DN400的电动闸阀，DN500闸阀，DN600闸阀；二回路泵出口止回阀选用DN500的蝶阀；二回路选用DN20自动放气阀；二回路阀材料为碳钢。
定位水箱
定位水箱用来维持二回路系统的运行压力。其参数如下：水容积：10m3；材料：碳钢；外形尺寸：0.5mx4mx6m。
该系统能够有效平衡分配从一回路中换热得到的热量，使得热能得到充分合理的利用；同时，保证一回路冷却系统输出的热量全部被消耗掉，而不至于产生核反应堆过热现象，而致使核反应堆停堆。可以说这是一种任何核供热堆的过热保护装置，保证核供热堆的安全运行。
需要指出的是城市集中供热是一个复杂、变化的系统，而核热源是一个不易过多调整的热源，频繁调整核热源输出功率会提高误操作风险，而导致事故概率的上升。因此，所有的功率调整和用途的分配都应该在堆外进行，二回路热能分配平衡换热系统就承担了保障核供热堆(包括一回路)平稳运行的任务。
以上对本发明所提供的低温核供热堆二回路热能分配平衡换热系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.低温核供热堆二回路热能分配平衡换热系统，其特征在于：
包括一回路换热器和能量平衡分配器；
所述能量平衡分配器包括集热容器，集热容器上连接有供热输出回路，集热容器上还连接有至少一路余热输出回路；
所述一回路换热器连接于供热堆与集热容器之间；
所述供热输出回路包括与集热容器连接的供热管道和控制阀，以及与供热管道连接的第一换热器，供热管道和/或第一换热器中均设置有温度传感器，所述余热输出回路包括与集热容器连接的余热输出管道和控制阀，以及与余热输出管道连接的第二换热器，余热输出管道和/或第二换热器中设置有温度传感器；供热管道和余热输出管道上设置有水泵；所述集热容器为保温的储能罐；
水泵为单级双吸卧式离心泵，二回路中各个管道选用的离心泵参数如下：形式：单级双吸卧式离心泵扬程：16m；流量：2286m3/h；电动机功率：160kw；轴功率112.5kw；材料：铸钢；吸入管直径：DN600mm；排出管直径：DN500mm；允许吸上真空度：5.4m；
二回路共选7台板式换热器，5台甲型，2台乙型；其中甲型参数如下：单板有效传热面积：2.83m2；单台传热面积：1301.8m2；单台板片数量：462；板片波纹形式：双人字型；板片间密封材料：橡胶垫；二回路侧/三回路侧流量：1478m3/h/1473.9m3/h；设计压力：1.6MPa；设计温度：150℃；板片材料：SS304；板片厚度：0.7mm；台数：5；进、出口接管规格：PN16,DN400；外形尺寸：4700mm*1370mm*3748mm；单台设备重量：22.9t；二回路侧/三回路侧压降：72.99kPa/72.91kPa；乙型参数如下：单板有效传热面积：2.83m2；单台传热面积：667.88m2；单台板片数量：238；板片波纹形式：双人字型；板片间密封材料：橡胶垫；二回路侧/三回路侧流量：753.8m3/h/751.7m3/h；设计压力：l.6MPa；设计温度：150℃；板片材料：SS304；板片厚度：0.7mm；台数：2；进、出口接管规格：PN16,DN300；外形尺寸：3l40mm*1370mm*3748mm；单台设备重量：18.98t；二回路侧/三回路侧压降：69.85kPa/69.78kPa。
2.根据权利要求1所述的低温核供热堆二回路热能分配平衡换热系统，其特征在于：所述第二换热器与海水淡化设备的供热系统连接。
3.根据权利要求1所述的低温核供热堆二回路热能分配平衡换热系统，其特征在于：所述第二换热器与污水处理设备的供热系统连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的低温核供热堆二回路热能分配平衡换热系统，其特征在于：所述供热管道和余热输出管道中设有流量计。
5.根据权利要求1所述的低温核供热堆二回路热能分配平衡换热系统，其特征在于：所述第一换热器通过换热管路连接第三换热器，所述第三换热器通过换热管路连接热泵。
6.根据权利要求1所述的低温核供热堆二回路热能分配平衡换热系统，其特征在于：所述供热输出回路和余热输出回路上均设置有惯性稳压装置。
7.根据权利要求1所述的低温核供热堆二回路热能分配平衡换热系统，其特征在于：所述供热输出回路数量为两道，每道中第一换热器的数量至少为两个。
8.根据权利要求5所述的低温核供热堆二回路热能分配平衡换热系统，其特征在于：所述热泵为地源热泵。
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- 2016-01-20 CN CN201610036901.5A patent/CN105509121B/zh active Active
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