CN111777116B - 一种温排水降温设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温排水降温设备及方法，属于温排水降温技术领域，包括：降温箱，包括贯穿设置的换热管束、设置在内部的喷淋装置、以及海水管线。压缩冷凝装置，包括设置在顶部的冷凝器、设置在底部开口处的活塞、淡水管线、以及设置在淡水管线上的第二阀门。连通降温箱和压缩冷凝装置内部的蒸汽管线，设置在蒸汽管线上的第一阀门。本发明的有益效果：能够通过海水蒸发吸收电站温排水热量，从而对电站温排水进行降温，缓解温排水对海域的热污染影响，且对温排水降温的同时实现海水淡化，整体降低了电站温排水降温工艺的经济成本。

Description

一种温排水降温设备及方法

技术领域

本发明涉及温排水降温技术领域，具体涉及一种温排水降温设备及方法。

背景技术

国内已在运行百万级核电机组冷却水流量约为50～65m³/s，排水温升为6～11℃，温排水改变了水域的环境温度，使得生物优势种群发生变化，特别是底栖生物；另一方面，热冲击将会导致温度敏感生物的突然死亡。典型的温排水降温工艺都是将温排水流入低于饱和压力的真空腔内降温造水，其闪蒸的能源来源于自身显热降低，闪蒸产生的蒸汽温度一般仅比环境温度高4℃作用，只能依靠冷却水冷凝，低温差下消耗大量的冷却水，使得闪蒸降温能耗巨大。能耗大、效率低被视为现有降温技术难以大规模推广应用的主要障碍，如何进一步降低温排水降温能耗，发展低成本降温新技术，是迫切需要解决的关键问题。

电站温排水都是通过温排水沟渠向海域排放，现有的技术都是倾向如何回收利用温排水沟渠中的热量，比如海产品养殖、热泵提温热利用和冬季供暖等，就是典型的闪蒸降温工艺也仅是对温排水热量进行回收利用，很少有技术关注到温排水中蕴藏着的动能，温排水从电站凝汽器排放的重力水头约为6～10m，排水流速约为1～3m/s。若能同时回收温排水中余热和动能，实现多能耦合驱动低成本降温工艺，具有重要的应用价值。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种应用于电站温排水降温排放的温排水降温设备，能够通过海水蒸发吸收电站温排水热量，从而对电站温排水进行降温，缓解温排水对海域的热污染影响，且对温排水降温的同时实现海水淡化，整体降低了电站温排水降温的经济成本。

本发明提供的一种应排水降温设备，用于对流经沟渠的温排水进行降温，包括：

降温箱，设置在所述沟渠中，包括贯穿设置的换热管束、设置在内部的喷淋装置、以及连接所述喷淋装置的海水管线；

压缩冷凝装置，包括设置在顶部的冷凝器和设置在底部开口处的活塞，所述活塞贯穿设置有淡水管线，所述淡水管线设有第二阀门；

蒸汽管线，连通所述降温箱和所述压缩冷凝装置内部，所述蒸汽管线设有第一阀门；

当所述活塞向下运行时，所述第一阀门开启，所述第二阀门关闭；

当所述活塞向上运行时，两个阀门均关闭；

所述活塞运行至最低点和/或最高点时，所述第二阀门开启。

优选的，所述换热管束的设置方向与温排水在所述沟渠中的流向相同。

优选的，所述温排水降温设备还包括：

压力能回收装置，包括设置在所述沟渠中的动能回收器、连接所述动能回收器动力输出端的横向设置驱动轴、连接所述驱动轴的旋转部件、以及连接所述活塞的纵向设置的固定部件；

当温排水流经所述动能回收器时，驱动所述动能回收器通过所述驱动轴带动所述旋转部件转动，通过所述旋转部件带动所述固定部件和所述活塞纵向往复运行。

优选的，所述旋转部件的外周为圆形且外周上部分设有齿轮，所述固定部件朝向所述旋转部件的一侧上设有与所述齿轮匹配的直齿；

所述驱动轴贯穿所述旋转部件的圆心并与所述旋转部件的外周面垂直；

当所述活塞运行至最低点，所述直齿脱离所述齿轮，所述固定部件和所述活塞开始向上运行；

直至所述活塞运行到最高点，所述直齿重新接触所述齿轮，重新通过所述旋转部件带动所述固定部件和所述活塞向下运行。

优选的，所述动能回收器设置在所述散热箱下方。

优选的，所述压缩冷凝装置顶部还设有抽真空口。

优选的，所述压缩冷凝装置通过所述抽真空口连接抽真空装置。

优选的，所述散热器的类型包括水冷散热器和风冷翅片散热器。

一种温排水降温方法，基于上述温排水降温设备，所述温排水降温方法包括：

所述沟渠中的部分温排水流经所述换热管束，所述喷淋装置将海水管线输送的海水喷淋到所述换热管束上以吸收温排水的热量，海水吸热后产生蒸汽；

当所述活塞向下运行时，所述第一阀门a开启，所述第二阀门b关闭，所述降温箱中的蒸汽通过所述蒸汽管线输送到所述压缩冷凝装置内部；

当所述活塞向上运行时，两个阀门均关闭，所述压缩冷凝装置的内部压力和温度上升，蒸汽冷凝得到淡化后的海水；

所述活塞运行至最低点和/或最高点时，所述第二阀门b开启，淡化后的海水经所述淡水管线流出。

优选的，所述温排水降温方法还包括：

通过温排水驱动所述活塞向下运行，通过所述压缩冷凝装置内外压力差驱动所述活塞向上运行；其中，

所述沟渠中的部分温排水流经所述动能回收器，并驱动所述动能回收器通过所述驱动轴带动所述旋转部件转动，通过所述旋转部件带动所述固定部件和所述活塞纵向往复运行。

本发明的有益效果在于：

(1)不同于闪蒸降温制水工艺中蒸汽温度低、冷凝成本高的方式，本发明利用海水蒸发吸收温排水热量，能耗低，效能高，能够有效降低温排水降温成本。

(2)利用温排水动能实现蒸汽膨胀吸汽过程，利用空气压力实现蒸汽的压缩升温冷凝，大幅降低冷凝能耗，巧妙结合使得装置可以利用温排水动能和环境空气压力能在对温排水降温的同时，实现对海水的淡化，进一步降低温排水降温成本。

(3)降温箱和动能回收器直接布置在温排水沟渠中，不占用陆地面积，利用温排水压力能实现温排水降温，结构简单，成本低。

附图说明

图1为本发明优选的实施例中，应用于电站温排水降温排放的降温制水装置的结构示意图。

图中标号：

1-降温蒸发装置；11-海水管线；12-喷淋装置；13-换热管束；14-降温箱；15-蒸汽管线；2-压缩冷凝装置；21-活塞；22-蒸汽腔；23-淡水腔；24-冷凝器；25-淡水流道；26-淡水管线；27-壳体；3-压力能回收装置；31-动能回收器；32-驱动轴；33-旋转部件；34-固定部件；35-往复驱动机构；a-第一阀门；b-第二阀门；4-沟渠。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

目前，造成温排水热污染最根本的原因是能源未能被最有效、合理的利用。沿海电站临近大海，若能因地制宜地利用沿电站数量庞大的余热资源和海水资源，将海水淡化工程与温排水废热相结合，将彻底改变当前温排水热污染治理问题现状。

因此，本发明提出一种温排水降温设备及方法，参照图1所示，温排水降温设备包括降温箱14、压缩冷凝装置2、以及连通降温箱14和压缩冷凝装置2内部的蒸汽管线15，蒸汽管线15设有第一阀门a。降温箱14包括贯穿设置的换热管束13、设置在内部的喷淋装置12、以及连接喷淋装置12的海水管线11。压缩冷凝装置2，其底部开口，包括设置在顶部的冷凝器24和设置在底部开口处的活塞21，活塞21贯穿设置有淡水管线26，淡水管线26设有第二阀门b，压缩冷凝装置2底部开口处设置的活塞可纵向往复运行。

在通过温排水降温设备进行温排水降温时，沟渠4中的温排水自身携带的压力能驱动其流经换热管束13内部，外部输入的海水通过海水管线11输送到喷淋装置12中，并通过喷淋装置12喷洒到换热管束13上以吸收流经的温排水的热量实现给温排水降温，吸热后的海水蒸发成蒸汽。

当活塞21向下运行时，打开第一阀门a，关闭第二阀门b，压缩冷凝装置2内部呈膨胀状态，降温箱1中的蒸汽经蒸汽管线15输送到压缩冷凝装置2中。

当活塞21向上运行时，关闭第一阀门a和第二阀门b，压缩冷凝装置2内部呈压缩状态，压缩冷凝装置2内部的蒸汽在被升压升温的同时与冷凝器24交换热量形成淡水。

在活塞21运行至最低点时和/或最高点时开启第二阀门b，使压缩冷凝装置2内部的淡水可以经淡水管线26流出。

不同于现有闪蒸降温制水工艺中蒸汽温度低、冷凝成本高的方式，本发明利用海水蒸发吸收温排水热量，能耗低，效能高，能够有效降低温排水降温成本，对温排水降温排放和低成本海水淡化产业发展都具备积极促进作用。

进一步的，换热管束13的设置方向与温排水在温排水沟渠4中的流向相同，换热管束13横向设置。换热管束13设置方向与温排水在沟渠4中的流向相同，能够最大限度提高流经换热管束13的温排水的流速和流量。

进一步的，压缩冷凝装置2纵向设置。

进一步的，温排水降温设备包括降温蒸发装置1，降温蒸发装置1包括上述的海水管线11、喷淋装置12、换热管束13、降温箱14、蒸汽管线15、以及第一阀门a。除了降温蒸发装置1和压缩冷凝装置2外，温排水降温设备还包括压力能回收装置3，压力能回收装置3包括设置在沟渠4中的动能回收器31、连接动能回收器31动力输出端的横向设置驱动轴32、连接驱动轴32的旋转部件33、以及连接活塞21的纵向设置的固定部件34。温排水沟渠4中的温排水一部分流经换热管束13，另一部分流经动能回收器31。当温排水流经动能回收器31时，温排水冲刷并驱动动能回收器31工作，动能回收器31通过驱动轴32带动旋转部件33转动，旋转部件33带动固定部件34和活塞21纵向往复运行，循环实现膨胀进汽和压缩冷凝过程。

进一步的，旋转部件33的外周为圆形且外周上部分设有齿轮，优选半圆齿轮结构，固定部件34朝向旋转部件33的一侧上设有与齿轮匹配的直齿，旋转部件33和固定部件34组成往复驱动机构35。驱动轴32贯穿旋转部件33的圆心并与旋转部件33的外周面垂直。附图1为本发明的结构示意图，为直观显示动能回收器31、驱动轴32、旋转部件33以及固定部件34运行时的连接或啮合关系，在附图1中，为了便于理解，调整了旋转部件33以及固定部件34的朝向，以示意二者的结构。沟渠4中的温排水一部分流经换热管束13，另一部分流经动能回收器31。当温排水流经动能回收器31时，温排水冲刷并驱动动能回收器31工作，动能回收器31通过驱动轴32带动旋转部件33转动，旋转部件33进一步带动固定部件34向下运行，固定部件34进一步带动活塞21向下运行。在活塞21运行到最低点时，固定部件34上的直齿与旋转部件33上的齿轮脱离，活塞21在压缩冷凝装置2内外空气压力差作用下向上运行，在活塞21运行到最高点时，固定部件34上的直齿与旋转部件33上的齿轮重新接触，旋转部件33重新带动固定部件34和活塞21向下运行。通过温排水驱动的旋转部件33和固定部件34作用、以及压缩冷凝装置2内外空气压力差作用，活塞21实现纵向往复运行，压缩冷凝装置2内部实现循环的吸入蒸汽过程和蒸汽压缩冷凝过程。

本发明中，利用温排水动能实现蒸汽膨胀吸汽过程，利用空气压力实现蒸汽的压缩升温冷凝，大幅降低冷凝能耗，巧妙结合使得装置可以利用温排水动能和环境空气压力能在对温排水降温的同时，实现对海水的淡化，通过回收利用温排水中蕴藏的余热和余压，将余压能与空气能耦合实现对蒸汽的压缩升温升压，提升待冷凝蒸汽与环境温度间温差，提高冷凝换热量，很大程度上减少冷凝成本，并可以实现温排水的降温排放，进一步降低温排水降温成本。

降温箱14和动能回收器31直接布置在温排水沟渠4中，不占用陆地面积，利用温排水压力能实现温排水降温，结构简单，成本低。

沟渠4中温排水流向和驱动轴35设置为横向，压缩冷凝装置2和固定部件34设置为纵向，能够最大限度提高动能回收器31在温排水冲刷下的运行效率，从而提高旋转部件33带动固定部件34向下运行的效率，提高活塞21纵向往复运行的效率，进而提高海水淡化效率。

进一步的，压缩冷凝装置2的壳体27和活塞21构成容置空间，容置空间的上部为蒸汽腔22，下部为淡水腔23。在压缩冷凝装置2膨胀进汽时，主要是蒸汽腔22膨胀，降温箱14中的蒸汽经蒸汽管线15直接进入到蒸汽腔22中，在压缩冷凝装置2压缩时，主要是蒸汽腔22压缩，蒸汽腔22中的蒸汽经压缩冷凝产生淡水后，淡水回落至淡水腔并适时排出。活塞21上纵向贯穿设置有淡水流道25，淡水流道25的对外接口连接淡水管线26，通过淡水流道25和淡水管线26输出淡水。

进一步的，第一阀门a和第二阀门b可选择电动阀门。

进一步的，动能回收器31采用涡轮等任意形式的水力传动装置。例如，温排水冲刷扇叶带动动能回收器31转动，动能回收器31通过驱动轴32带动旋转部件33转动，并通过旋转部件33和固定部件34的啮合带动固定部件34进行纵向往复运动，通过带动固定部件34进行纵向往复运动带动活塞21进行纵向往复运动。

进一步的，动能回收器31设置在散热箱14下方。降温箱14和动能回收器31能分别利用流经沟渠4的上下两部分温排水。

进一步的，压缩冷凝装置2顶部还设有抽真空口，并通过抽真空口连接抽真空装置。通过抽真空，能够排除系统中不能凝结的气体。

进一步的，冷凝器24采用水冷散热器和/或风冷翅片散热器。

基于上述温排水降温设备，本发明还提供一种温排水降温方法，包括：

沟渠4中的温排水流经换热管束13和动能回收器31，通过海水管线11向喷淋装置12输送海水，喷淋装置12向换热管束13喷淋海水，海水吸收换热管束13中温排水的热量后，海水蒸发形成蒸汽且温排水温度下降，蒸汽经蒸汽管线15输送至容置空间，降温后的温排水经换热管束13输出。

在一部分温排水流经换热管束13的同时，另一部分温排水流经动能回收器31，动能回收器31在温排水的冲刷下转动并通过驱动轴32带动旋转部件33顺时针转动，旋转部件33通过啮合带动固定部件34向下运动，固定部件34带动活塞21向下运动以使容置空间呈膨胀状态，在膨胀状态下，第一阀门a开启，第二阀门b关闭，蒸汽经蒸汽管线15进入容置空间。

活塞21在固定部件34带动下向下运动到最低点，由于旋转部件33的外周上只是部分设置了齿轮，因此，此时齿轮和直齿脱离，空气压力带动活塞21向上运动以使容置空间呈压缩状态，在压缩状态下，第一阀门a关闭，第二阀门b关闭，容置空间内的蒸汽经冷凝操作凝结成淡水。

活塞21在空气带动下向上运动到最高点，齿轮和直齿重新接触，然后固定部件34重新在旋转部件33的带动下向下运动，容置空间重新回到膨胀状态。

活塞21运行到最低点和/或最高点时，第二阀门b打开，经冷凝操作形成的淡水通过淡水流道25和淡水管线26流出，

本实施例中，温排水沟渠4中温排水的温度比环境温度高6～11℃，温排水经过降温蒸发装置1后，温度一般下降为2～4℃。海水在换热管束13外表面产生的蒸汽温度仅比环境温度高4～7℃。蒸汽腔22压缩过程对降温蒸发装置1中产生的蒸汽，进行压缩升温升压，设计压缩升温能力为10～40℃，升温后的蒸汽更利于冷凝。例如，32℃的温排水在换热管束13的换热管内流过，海水通过海水管线11流入喷淋装置12后均匀的喷淋在换热管束13的换热管外表面；换热管束13管外的海水从换热管束13管内32℃温排水吸热蒸发，产生温度为28℃的淡化蒸汽；温排水温度降低，设计温排水流过换热管束13后温度下降2℃，即排水温度为30℃。

不同于闪蒸降温制水工艺中蒸汽温度低、冷凝成本高的方式，本发明利用海水蒸发吸收温排水热量，能耗低，效能高，能够有效降低温排水降温成本，对温排水降温排放和低成本海水淡化产业发展都具备积极促进作用。

利用温排水动能实现蒸汽膨胀吸汽过程，利用空气压力实现蒸汽的压缩升温冷凝，大幅降低冷凝能耗，巧妙结合使得装置可以利用温排水动能和环境空气压力能在对温排水降温的同时，实现对海水的淡化，通过回收利用温排水中蕴藏的余热和余压，将余压能与空气能耦合实现对蒸汽的压缩升温升压，提升待冷凝蒸汽与环境温度间温差，提高冷凝换热量，很大程度上减少冷凝成本，并可以实现温排水的降温排放，进一步降低温排水降温成本。

降温蒸发装置1和压力能回收装置3中的动能回收器31直接布置在温排水沟渠4中，不占用陆地面积，利用温排水压力能实现温排水降温，结构简单，成本低。

本发明不局限于上述实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种温排水降温设备，用于对流经沟渠（4）的温排水进行降温；其特征在于，包括：

降温箱（14），设置在所述沟渠（4）中，包括贯穿设置的换热管束（13）、设置在内部的喷淋装置（12）、以及连接所述喷淋装置（12）的海水管线（11）；

压缩冷凝装置（2），包括设置在顶部的冷凝器（24）和设置在底部开口处的活塞（21），所述活塞（21）贯穿设置有淡水管线（26），所述淡水管线（26）设有第二阀门（b）；

蒸汽管线（15），连通所述降温箱（14）和所述压缩冷凝装置（2）内部，所述蒸汽管线（15）设有第一阀门（a）；

当所述活塞（21）向下运行时，所述第一阀门（a）开启，所述第二阀门（b）关闭；

当所述活塞（21）向上运行时，两个阀门均关闭；

所述活塞（21）运行至最高点时，所述第二阀门（b）开启；

压力能回收装置（3），包括设置在所述沟渠（4）中的动能回收器（31）、连接所述动能回收器（31）动力输出端的横向设置的驱动轴（32）、连接所述驱动轴（32）的旋转部件（33）、以及连接所述活塞（21）的纵向设置的固定部件（34）；

当温排水流经所述动能回收器（31）时，驱动所述动能回收器（31）通过所述驱动轴（32）带动所述旋转部件（33）转动，通过所述旋转部件（33）带动所述固定部件（34）和所述活塞（21）纵向往复运行；

所述旋转部件（33）的外周为圆形且外周上部分设有齿轮，所述固定部件（34）朝向所述旋转部件（33）的一侧上设有与所述齿轮匹配的直齿；

所述驱动轴（32）贯穿所述旋转部件（33）的圆心并与所述旋转部件（33）的外周面垂直；

当所述活塞（21）运行至最低点，所述直齿脱离所述齿轮，所述固定部件（34）和所述活塞（21）开始向上运行；

直至所述活塞（21）运行到最高点，所述直齿重新接触所述齿轮，重新通过所述旋转部件（33）带动所述固定部件（34）和所述活塞（21）向下运行；

所述动能回收器（31）设置在所述降温箱（14）下方。

2.如权利要求1所述的温排水降温设备，其特征在于，所述换热管束（13）的设置方向与温排水在所述沟渠（4）中的流向相同。

3.如权利要求1所述的温排水降温设备，其特征在于，所述压缩冷凝装置（2）顶部还设有抽真空口。

4.如权利要求3所述的温排水降温设备，其特征在于，所述压缩冷凝装置（2）通过所述抽真空口连接抽真空装置。

5.如权利要求1所述的温排水降温设备，其特征在于，所述冷凝器（24）的类型包括水冷散热器和风冷翅片散热器。

6.一种温排水降温方法，基于上述权利要求1-5中任一项所述的温排水降温设备；其特征在于，所述温排水降温方法包括：

所述沟渠（4）中的部分温排水流经所述换热管束（13），所述喷淋装置（12）将海水管线（11）输送的海水喷淋到所述换热管束（13）上以吸收温排水的热量，海水吸热后产生蒸汽；

当所述活塞（21）向下运行时，所述第一阀门（a）开启，所述第二阀门（b）关闭，所述降温箱（14）中的蒸汽通过所述蒸汽管线（15）输送到所述压缩冷凝装置（2）内部；

当所述活塞（21）向上运行时，两个阀门均关闭，所述压缩冷凝装置（2）的内部压力和温度上升，蒸汽冷凝得到淡化后的海水；

所述活塞（21）运行至最高点时，所述第二阀门（b）开启，淡化后的海水经所述淡水管线（26）流出。

7.如权利要求6所述的温排水降温方法，其特征在于，所述温排水降温方法还包括：

通过温排水驱动所述活塞（21）向下运行，通过所述压缩冷凝装置（2）内外压力差驱动所述活塞（21）向上运行；其中，

所述沟渠（4）中的部分温排水流经所述动能回收器（31），并驱动所述动能回收器（31）通过所述驱动轴（32）带动所述旋转部件（33）转动，通过所述旋转部件（33）带动所述固定部件（34）和所述活塞（21）纵向往复运行。

Images