CN112489843A - 核电厂余热利用系统及核电厂余热利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核电厂余热利用系统及核电厂余热利用方法，核电厂余热利用系统包括：与核电厂中的循环水系统连接的第一热泵；第二热泵，第二热泵与第一热泵连接形成一个中间循环回路，中间循环水从第二热泵输出并进入第一热泵，在第一热泵内与海水热交换后升温返回第二热泵内；以及汽水换热器，汽水换热器分别与第二热泵和采暖换热设备连接，形成一个供暖水循环回路；采暖换热设备输出的低温水进入第二热泵内并与中间循环水进行热交换，升温后进入汽水换热器，形成高温水返回采暖换热设备。本发明有效利用核电厂循环水所蕴含的余热，提升核电厂的能源综合率，实现核电厂余热利用及对外清洁供暖的目的，减少火电厂供暖所带来的环境污染问题。
Description
技术领域
本发明涉及核电技术领域，尤其涉及一种核电厂余热利用系统及核电厂余热利用方法。
背景技术
我国已建成或正在规划建设的核电厂均为濒海电厂，循环冷却水系统均采用海水直流方案。核电厂反应堆热量通过蒸汽发生器产生主蒸汽，蒸汽在汽轮机中做功带动发电机，做功后的乏汽进入凝汽器冷却为凝结水，此部分的气化潜热通过循环水带至外海。
结合图1，核电厂中热量的具体流程如下：反应堆产生热量，通过主泵驱动的一回路，将热量带到蒸汽发生器(简称SG)，蒸汽发生器将二回路给水加热为饱和蒸汽，蒸汽通过主汽阀进入汽轮机做功，汽轮机带动发电机产生电能。做完功的乏汽进入凝汽器，循泵驱动的循环水(海水)将乏汽凝结为水，其中凝汽器和循泵连接形成一个循环水系统，这样乏汽的潜热传递进循环水系统，由其带进外海。凝结水通过给水泵、加热器后进入蒸汽发生器，形成完整的汽水循环。
对于一台1000MW级的核电机组，其排入外海的余热量达到1800MW左右，约占核电厂反应堆产生的热量60％以上。另外，此部分热量排入还对电厂周边环境产生不利影响。因此，现有核电厂中将气化潜热通过循环水带至外海，这既浪费了大量的电厂的余热，又对周边海水环境产生不利影响，有必要对核电厂的余热进行有效利用，提高核电厂的能源利用率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种提升核电厂的能源综合利用率的核电厂余热利用系统及核电厂余热利用方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种核电厂余热利用系统，包括：
与核电厂中的循环水系统连接的第一热泵，所述第一热泵接收来自所述循环水系统中与乏汽进行热交换后升温的海水；
第二热泵，所述第二热泵与所述第一热泵连接形成一个中间循环回路，中间循环水从所述第二热泵输出并进入所述第一热泵，在所述第一热泵内与海水热交换后升温返回所述第二热泵内；以及
汽水换热器，所述汽水换热器分别与所述第二热泵和采暖换热设备连接，形成一个供暖水循环回路；
采暖换热设备输出的低温水进入所述第二热泵内并与中间循环水进行热交换，升温后输出并进入所述汽水换热器，在所述汽水换热器内升温后形成高温水返回采暖换热设备。
优选地，所述汽水换热器还与核电厂中的汽轮机连接，以汽轮机的部分蒸汽作为热源。
优选地，所述第一热泵为电热泵。
优选地，所述第二热泵为吸收式热泵。
优选地，所述第二热泵还与核电厂中的汽轮机连接，以汽轮机的部分蒸汽作为热源。
优选地，所述核电厂余热利用系统还包括增压泵；
设置在所述循环水系统和第一热泵之间，提供动力将海水打入所述第一热泵。
优选地，所述核电厂余热利用系统还包括板式换热器；
所述板式换热器连接在所述第二热泵和采暖换热设备之间，对进入所述第二热泵的低温水进行预热。
优选地，所述板式换热器还连接在所述中间循环回路的进出管路之间，用于所述中间循环回路中升温后的中间循环水通过，与进入该板式换热器内的低温水进行热交换，预热低温水。
本发明还提供一种核电厂余热利用方法，包括以下步骤：
S1、通过第一热泵提取与乏汽进行热交换后升温的海水的余热，该余热将在所述第一热泵和第二热泵之间循环流通的中间循环水升温；
S2、将采暖换热设备输出的低温水送至所述第二热泵，在所述第二热泵内与升温后的中间循环水进行热交换；
S3、将升温后的低温水送入汽水换热器，升温后形成高温水返回采暖换热设备。
优选地，步骤S1中，所述第一热泵为电热泵；所述第二热泵为吸收式热泵，与核电厂的汽轮机连接，以汽轮机的部分蒸汽作为热源。
优选地，步骤S3中，汽水换热器与核电厂的汽轮机连接，以汽轮机的部分蒸汽作为热源。
优选地，步骤S2中，采暖换热设备输出的低温水先通过板式换热器预热后再进入所述第二热泵。
本发明的有益效果：有效利用核电厂循环水所蕴含的余热，提升核电厂的能源综合率，实现核电厂余热利用及对外清洁供暖的目的，减少火电厂供暖所带来的环境污染问题。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是现有核电厂中热量流程图；
图2是本发明一实施例的核电厂余热利用系统的连接框图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图2所示，本发明一实施例的核电厂余热利用系统，包括第一热泵10、第二热泵20以及汽水换热器30。
第一热泵10与核电厂中的循环水系统连接。核电厂中，反应堆产生热量，通过主泵驱动的一回路，将热量带到蒸汽发生器(SG)，蒸汽发生器将二回路给水加热为饱和蒸汽，蒸汽通过主汽阀进入汽轮机做功，汽轮机带动发电机产生电能。循环水系统为核电厂中热量流通过程中的一个系统，由凝汽器和循泵连接形成，乏汽通过凝汽器时与流通其内的海水进行热交换凝结为水，从而将乏汽潜热传递进循环水系统；凝结水通过给水泵、加热器后进入蒸汽发生器，形成完整的汽水循环。第一热泵10连接循环水系统后，接收来自循环水系统中与乏汽进行热交换后升温的海水，使升温后的海水可流动通过该第一热泵10。
第一热泵10与第二热泵连接，使得第二热泵20与第一热泵10连接形成一个中间循环回路，中间循环水从第二热泵20输出并进入第一热泵10，在第一热泵10内与海水热交换后升温返回第二热泵20内。汽水换热器30分别与第二热泵20和采暖换热设备100连接，形成一个供暖水循环回路。采暖换热设备100输出的低温水进入第二热泵20内并与中间循环水进行热交换，升温后输出并进入汽水换热器30，在汽水换热器30内升温后形成高温水返回采暖换热设备100。
本发明中，采暖换热设备100可以是核电厂内的供暖设备，实现将核电厂的乏汽潜热应用到自身的清洁供暖，提高能源综合利用率。采暖换热设备100还可以是核电厂外的供暖设备，利用长输供热技术将热水供给核电厂外的其他用户。
其中，第一热泵10可以是电热泵，可以通过核电厂内厂用电为其供电。第二热泵20可以是电热泵，也可以是吸收式热泵。对于采用吸收式热泵的第二热泵20，其可以与核电厂中的汽轮机连接，利用汽轮机抽汽(如0.3MPa)，以汽轮机的部分蒸汽作为热源。汽水换热器30主要利用蒸汽与通过汽水换热器30的低温水进行热交换，实现对低温水的加热升温。对此，本发明中，汽水换热器30还与核电厂中的汽轮机连接，利用汽轮机抽汽(如0.3MPa)，以汽轮机的部分蒸汽作为热源。使用核电厂汽轮机抽汽作为热源，该蒸汽已在汽轮机中做功，可有效提高全厂热效率。
具体地，第一热泵10内具有两个流道，分别为第一流道和第二流道。第一热泵10的第一流道的两端连接至循环水系统，从凝汽器输出的升温后的海水进入从第一流道的进口端进入其中，热交换后降温(如从9℃降至4℃)再从第一流道的出口端输出返回循环水系统中。第一热泵10的第二流道与第二热泵20连接。
为使海上可以顺利进入第一热泵10，本发明的核电厂余热利用系统还包括增压泵40；增压泵40设置在循环水系统和第一热泵10之间，提供动力将海水打入第一热泵10，促使海水循环流通。
第二热泵20内也具有第一流道和第二流道。第二热泵20的第一流道的出口端与第一热泵20的第二流道的进口端连接，两者之间可通过进水管路21相接连通；第二热泵20的第一流道的进口端与第一热泵10的第二流道的出口端连接，两者之间可通过出水管路22相接连通。中间循环水从第二热泵20的第一流道的出口端输出并沿着进水管路21进入第一热泵20的第二流道内，在第一热泵20内与升温后的海水进行热交换后升温(如从40℃升温至50℃)，再从第一热泵20的第二流道的出口端输出并沿着出水管路22进入第二热泵20的第一流道内，在第二热泵20内与来自采暖换热设备100的低温水进行热交换，最后从第二热泵20的第一流道的出口端输出进入第一热泵20的第二流道，以再与海水热交换，以此循环。
第二热泵20的第二流道的进口端连接采暖换热设备100的输出端，该第二流道的出口端连接汽水换热器30的换热流道进口，汽水换热器30的换热流道出口在连接采暖换热设备100的输入端，从而第二热泵20、汽水换热器30和采暖换热设备100之间形成一个供暖水循环回路。采暖换热设备100输出的低温水进入第二热泵20的第二流道，在第二热泵20内与其第一流道内的中间循环水进行热交换，初次升温后再进入汽水换热器30，在汽水换热器30内与蒸汽进行热交换，再次升温形成符合供暖的高温水。
可以理解地，上述中的低温水为相对用于供暖的高温水而言的温度较低的水。第二热泵20内蒸汽经过热交换后可疏水至汽水换热器30。
进一步地，本发明的核电厂余热利用系统还可包括板式换热器50。板式换热器50连接在第二热泵20和采暖换热设备100之间，对进入第二热泵20的低温水进行预热，适当的减少第二热泵20的进出水温差，提高第二热泵20的升温效率。
其中，板式换热器50内具有第一流道和第二流道。第一流道的进口端连接采暖换热设备100，第一流道的出口端连接第二热泵20的第二流道的进口端，从而采暖换热设备100输出的低温水先进入板式换热器50，经热交换后升温预热，再送至第二热泵20内。例如，对于采暖换热设备100输出的30℃低温水，经过板式换热器50预热升温至47℃，再进入第二热泵20进行初次升温至90℃，最后再通过汽水换热器30升温至130℃，用于供暖。
另外，对于板式换热器50的换热热源，可以由中间循环回路提供，合理利用能源。如图2中所示，本实施例中，板式换热器50连接在中间循环回路的进出管路(进水管路21、出水管路22)之间，用于中间循环回路中升温后的中间循环水通过，与进入该板式换热器50内的低温水进行热交换，预热低温水。
本发明一实施例的核电厂余热利用方法，采用上述的核电厂余热利用系统实现，参考图2，该利用方法包括以下步骤：
S1、通过第一热泵10提取与乏汽进行热交换后升温的海水的余热，该余热将在第一热泵10和第二热泵20之间循环流通的中间循环水升温。
其中，第一热泵10为电热泵，可由核电厂的厂用电供电。第二热泵20为吸收式热泵，与核电厂的汽轮机连接，以汽轮机的部分蒸汽作为热源。
S2、将采暖换热设备100输出的低温水送至第二热泵20，在第二热泵20内与升温后的中间循环水进行热交换。
为适当的减少第二热泵20的进出水温差，提高第二热泵20的升温效率，采暖换热设备100输出的低温水先通过板式换热器50预热后再进入第二热泵20。
S3、将升温后的低温水送入汽水换热器30，升温后形成高温水返回采暖换热设备100。
汽水换热器30与核电厂的汽轮机连接，以汽轮机的部分蒸汽作为热源。采暖换热设备100接收到的高温水可以给核电厂内供暖，实现将核电厂的乏汽潜热应用到自身的清洁供暖，还可以利用长输供热技术供给核电厂外的其他用户。
综上所述，本发明将核电厂余热利用与和核电供暖耦合，既提升核电厂能源综合利用率，又实现核电清洁供暖，同时减少了核电厂温排水对周边海洋环境的额影响，兼顾了经济与环保效益。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (12)
1.一种核电厂余热利用系统，其特征在于，包括：
与核电厂中的循环水系统连接的第一热泵，所述第一热泵接收来自所述循环水系统中与乏汽进行热交换后升温的海水；
第二热泵，所述第二热泵与所述第一热泵连接形成一个中间循环回路，中间循环水从所述第二热泵输出并进入所述第一热泵，在所述第一热泵内与海水热交换后升温返回所述第二热泵内；以及
汽水换热器，所述汽水换热器分别与所述第二热泵和采暖换热设备连接，形成一个供暖水循环回路；
采暖换热设备输出的低温水进入所述第二热泵内并与中间循环水进行热交换，升温后输出并进入所述汽水换热器，在所述汽水换热器内升温后形成高温水返回采暖换热设备。
2.根据权利要求1所述的核电厂余热利用系统，其特征在于，所述汽水换热器还与核电厂中的汽轮机连接，以汽轮机的部分蒸汽作为热源。
3.根据权利要求1所述的核电厂余热利用系统，其特征在于，所述第一热泵为电热泵。
4.根据权利要求1所述的核电厂余热利用系统，其特征在于，所述第二热泵为吸收式热泵。
5.根据权利要求4所述的核电厂余热利用系统，其特征在于，所述第二热泵还与核电厂中的汽轮机连接，以汽轮机的部分蒸汽作为热源。
6.根据权利要求1所述的核电厂余热利用系统，其特征在于，所述核电厂余热利用系统还包括增压泵；
设置在所述循环水系统和第一热泵之间，提供动力将海水打入所述第一热泵。
7.根据权利要求1所述的核电厂余热利用系统，其特征在于，所述核电厂余热利用系统还包括板式换热器；
所述板式换热器连接在所述第二热泵和采暖换热设备之间，对进入所述第二热泵的低温水进行预热。
8.根据权利要求7所述的核电厂余热利用系统，其特征在于，所述板式换热器还连接在所述中间循环回路的进出管路之间，用于所述中间循环回路中升温后的中间循环水通过，与进入该板式换热器内的低温水进行热交换，预热低温水。
9.一种核电厂余热利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过第一热泵提取与乏汽进行热交换后升温的海水的余热，该余热将在所述第一热泵和第二热泵之间循环流通的中间循环水升温；
S2、将采暖换热设备输出的低温水送至所述第二热泵，在所述第二热泵内与升温后的中间循环水进行热交换；
S3、将升温后的低温水送入汽水换热器，升温后形成高温水返回采暖换热设备。
10.根据权利要求9所述的核电厂余热利用方法，其特征在于，步骤S1中，所述第一热泵为电热泵；所述第二热泵为吸收式热泵，与核电厂的汽轮机连接，以汽轮机的部分蒸汽作为热源。
11.根据权利要求9所述的核电厂余热利用方法，其特征在于，步骤S3中，汽水换热器与核电厂的汽轮机连接，以汽轮机的部分蒸汽作为热源。
12.根据权利要求9所述的核电厂余热利用方法，其特征在于，步骤S2中，采暖换热设备输出的低温水先通过板式换热器预热后再进入所述第二热泵。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210312 |
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