CN115143505A - 一种核能供热和供汽耦合系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核能供热和供汽耦合系统，包括：蒸汽发生器的出汽口通过主蒸汽管与高压缸的进汽口连接，高压缸的第一出汽口通过高低压缸蒸汽连通管与低压缸的进汽口连接；第一汽水换热器的进汽口与第二中温蒸汽抽汽管路连接，第一汽水换热器的出汽口通过低温工业饱和蒸汽管路与蒸汽加热器的进汽口连接，热网回水母管与热网循环泵连接；蒸汽加热器的加热蒸汽母管分别与高温蒸汽抽汽管路和第一中温蒸汽抽汽管路连接；第二汽水换热器的进水口与热网回水母管连接；本发明通过对采暖供热回路和外供工业蒸汽回路设置多级换热器，提高了对外工业供汽的过热度，大幅增加外供工业蒸汽的输送距离，减少工业蒸汽在输送过程中的凝结水损失。

Description

一种核能供热和供汽耦合系统

技术领域

本发明涉及核能技术领域，尤其涉及一种核能供热和供汽耦合系统。

背景技术

核能是满足能源供应、保证国家安全的重要支柱之一。相较于光伏、风电、水电等清洁能源，核电具有无间歇性、受自然条件约束少等优点，是可以大规模替代化石能源的清洁能源。压水堆核电站使用轻水作为冷却剂和慢化剂。主要由核蒸汽供应系统(即一回路系统)、汽轮发电机系统(即二回路系统)及其他辅助系统组成。冷却剂在堆芯吸收核燃料裂变释放的热能后，通过蒸汽发生器再把热量传递给二回路产生饱和蒸汽，然后进入汽轮机做功，带动发电机发电。蒸汽在汽轮机做功后排出的乏汽进入冷凝器，凝结成凝结水后经低加、除氧器等换热设备后再进入蒸汽发生器吸收一回路热量再产生新的蒸汽，完成二回路系统的水汽循环。

我国城市集中供暖系统是燃煤大户，也是空气污染的主要来源之一，因此，在城市集中供热系统中推广应用绿色低碳能源是解决空气污染问题的重要举措。同时，随着各地工业园区的不断增加，工业企业对于高温、高压蒸汽的需求也不断增加。

随着核反应堆安全技术的发展，核能作为清洁、高效的清洁能源，在集中供热、供应工业蒸汽方面的应用具有独特的优越性，应用潜力巨大。但我国目前核电主力机型以压水堆为主，所产生的蒸汽一般为中高温饱和蒸汽，且核电厂与热用户距离一般相距较远，而饱和蒸汽在长距离输送过程中会在管道内产生大量凝结水，管内质量损失大大增加，凝结水集聚后还会造成水击等安全事故，由此大大限制了核电厂在供应工业蒸汽方面的商业推广。

发明内容

本发明提供了一种核能供热和供汽耦合系统，提高了对外工业供汽的过热度，增加了外供工业蒸汽的输送距离，减少了工业蒸汽在输送过程中的凝结水损失。

根据本发明的一方面，提供了一种核能供热和供汽耦合系统，包括：

蒸汽发生器、高压缸、低压缸、第一汽水换热器、蒸汽加热器、热网循环泵和第二汽水换热器；

蒸汽发生器的出汽口通过主蒸汽管与高压缸的进汽口连接，高压缸的第一出汽口通过高低压缸蒸汽连通管与低压缸的进汽口连接；

第一汽水换热器的进汽口与第二中温蒸汽抽汽管路连接，第二中温蒸汽抽汽管路与高低压缸蒸汽连通管连接，第一汽水换热器的出汽口通过低温工业饱和蒸汽管路与蒸汽加热器的进汽口连接；第一汽水换热器的进水口通过第一汽水换热器进水管与热网回水母管连接，热网回水母管与热网循环泵连接，热网循环泵用于将热网回水引入热网回水母管；第一汽水换热器的出水口通过第一汽水换热器出水管与热网回水母管连接；

蒸汽加热器的加热蒸汽母管分别与高温蒸汽抽汽管路和第一中温蒸汽抽汽管路连接，其中，第一中温蒸汽抽汽管路与高低压缸蒸汽连通管连接，高温蒸汽抽汽管路与主蒸汽管连接；蒸汽加热器的供汽口与外供过热蒸汽管路连接；

第二汽水换热器的进水口与热网回水母管连接，第二汽水换热器的进汽口通过热网水加热蒸汽管路与第二中温蒸汽抽汽管路连接，第二汽水换热器的出水口与热网供水母管连接；

第一汽水换热器用于通过引自热网回水母管的热网回水对引自第二中温蒸汽抽汽管路的中温饱和蒸汽进行降温冷却，将中温饱和蒸汽转变成低温饱和蒸汽，并将低温饱和蒸汽通过低温工业饱和蒸汽管路输入到蒸汽加热器；

蒸汽加热器用于通过高温饱和蒸汽对低温饱和蒸汽进行加热，将低温饱和蒸汽转变成过热蒸汽，并通过外供过热蒸汽管路将过热蒸汽供向蒸汽用户；其中，蒸汽加热器内用于加热低温饱和蒸汽的高温饱和蒸汽由引自高温蒸汽抽汽管路的高温高压饱和蒸汽和引自高低压缸蒸汽连通管的中温中压饱和蒸汽混合而成；

第二汽水换热器用于接收在第一汽水换热器内被升温后的热网回水，并通过被热网水加热蒸汽管路引入的中温饱和蒸汽对热网回水进行加热，将加热后的热网水由热网供水母管引至供热用户。

可选的，核能供热和供汽耦合系统还包括：

凝结水处理装置和供热凝结水泵；

第一汽水换热器的第一凝结水管路和第二汽水换热器的第二凝结水管路均与供热凝结水泵的入口连接，供热凝结水泵的出口与凝结水处理装置的入口连接；

供热凝结水泵用于将第一汽水换热器和第二汽水换热器排出的凝结水泵入凝结水处理装置；

凝结水处理装置的出口与蒸汽发生器的入口连接，凝结水处理装置用于对凝结水进行除氧和加热后引入蒸汽发生器。

可选的，凝结水处理装置包括凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵和高压加热器；

除氧器的第一入口与供热凝结水泵的出口以及低压加热器的第一出口连接，第二入口与高压缸的第二出汽口连接，第三入口与低压加热器的第二出口连接，出口与给水泵的入口连接；

给水泵的出口与高压加热器的第一入口连接；

高压加热器的第二入口与高压缸的第三出汽口连接，第一出口与蒸汽发生器的入口连接，第二出口与除氧器的第四入口连接；

低压缸的第一出汽口与低压加热器第一入口连接，第二出汽口与凝汽器的入口连接；

凝汽器的出口与凝结水泵的入口连接，凝结水泵的触控与低压加热器的第二入口连接。

可选的，蒸汽加热器的排汽管与热网水加热蒸汽管路连接；

或者，蒸汽加热器的排汽管与除氧器连接，蒸汽加热器排出的蒸汽用于加热进入除氧器的凝结水。

可选的，第一汽水换热器的进水口与凝结水泵的出口连接；

第一汽水换热器的出水口与低压加热器的入口连接，或者第一汽水换热器的出水口与除氧器的第五入口连接。

可选的，第一汽水换热器的进汽口通过中温工业饱和蒸汽管路与第二中温蒸汽抽汽管路连接；

高温蒸汽抽汽管路上设置有第一调节阀V，第一中温蒸汽抽汽管路上设置有第二调节阀，中温工业饱和蒸汽管路上设置有第三调节阀，热网水加热蒸汽管路上设置有第四调节阀，第一汽水换热器进水管上设置有第五调节阀，热网回水母管上设置有第六调节阀；

系统还包括控制器，控制器用于调节各调节阀的开度。

可选的，中温工业饱和蒸汽管路上设置有第一压力传感器和第一温度传感器；

低温工业饱和蒸汽管路上设置有第二压力传感器和第二温度传感器；

外供过热蒸汽管路上设置有第三压力传感器、第三温度传感器和第一流量传感器；

控制器还用于根据第一压力传感器、第一温度传感器、第二压力传感器、第二温度传感器、第三压力传感器、第三温度传感器和第一流量传感器的检测值调节第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀和第五调节阀中至少一个的开度；

热网供水母管上设置有第四压力传感器、第四温度传感器和第二流量传感器；

热网回水母管上设置有第五压力传感器、第五温度传感器和第三流量传感器；

控制器还用于根据第四压力传感器、第四温度传感器、第二流量传感器、第五压力传感器、第五温度传感器和第三流量传感器的检测值调节第四调节阀和第六调节阀中至少一个的开度。

可选的，控制器还用于根据用户侧蒸汽温度测量值、用户侧用热温度目标值、用户侧蒸汽压力调节第一调节阀和第五调节阀中至少一个的开度。

可选的，外供过热蒸汽管路、热网回水母管和热网供水母管上均设置有辐射监测仪表；

热网回水母管上设置有第一关断阀，热网供水母管上设置有第二关断阀；

辐射监测仪表用于实时监控管内介质的辐射剂量水平；

控制器用于在外供过热蒸汽管路的辐射剂量水平大于预设值时，关闭第三调节阀，在热网回水母管的辐射剂量水平大于预设值时，关闭第一关断阀，在热网供水母管的辐射剂量水平大于预设值时，关闭第二关断阀。

可选的，热网循环泵的入水侧设置有热网回水处理装置，热网回水处理装置用于对热网回水进行除污、过滤、净化和除氧处理；

热网回水母管上设置有定压补水装置；

的第一汽水换热器、蒸汽加热器及第二汽水换热器的结构型式为管壳式、板片式、螺旋板式、列管式或热管式。

本实施例技术方案通过将蒸汽发生器产生的蒸汽经主蒸汽管进入到高压缸，高压缸流出的蒸汽通过高低压缸蒸汽连通管进入到低压缸，高低压缸蒸汽连通管里的蒸汽还通过第二中温蒸汽抽汽管路进入到第一汽水换热器，第一汽水换热器可以利用热网回水母管的部分热网回水将第二中温蒸汽抽汽管路中的中温饱和蒸汽降温冷却，变成低温饱和蒸汽，通过低温工业饱和蒸汽管路流入蒸汽加热器，被高温饱和蒸汽加热后变为过热蒸汽并通过外供过热蒸汽管路供向蒸汽用户。热网回水母管在热网循环泵的作用下，一部分热网回水通过第一汽水换热器进水管与第一汽水换热器连通，在第一汽水换热器内被升温后的热网回水经第一汽水换热器出水管汇入热网回水母管后，流入第二汽水换热器，被升温后的热网回水再通过被热网水加热蒸汽管路引入的中温饱和蒸汽加热，最终由热网供水母管将加热的热网水引至供热用户。本发明实施例通过设置多级换热器，把原来直接外供的中温饱和蒸汽通过先冷凝除湿然后再升温，大大提高了对外工业供汽的过热度，从而可以大幅增加外供工业蒸汽的输送距离，并减少工业蒸汽在输送过程中的凝结水损失。冷凝中温饱和蒸汽过程中回收的热量用于加热热网回水或凝结水，也不会造成能量的损失。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种核能供热和供汽耦合系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种核能供热和供汽耦合系统的结构示意图。

附图标记：

1-蒸汽发生器；2-高压缸；3-低压缸；4-发电机；5-凝汽器；6-凝结水泵；7-低压加热器；8-除氧器；9-给水泵；10-高压加热器；11-第一汽水换热器；12-蒸汽加热器；13-热网循环泵；14-第二汽水换热器；

15-供热凝结水泵；16-凝结水处理装置。101-主蒸汽管；102-高温蒸汽抽汽管路；201-高低压缸蒸汽连通管；202-第一中温蒸汽抽汽管路；203-加热蒸汽母管；204-排汽管；301-第二中温蒸汽抽汽管路；302-中温工业饱和蒸汽管路；303-低温工业饱和蒸汽管路；304-外供过热蒸汽管路；305-热网水加热蒸汽管路；306-第二凝结水管路；307-第一凝结水管路；501-热网回水母管；502-第一汽水换热器进水管；503-第一汽水换热器出水管；504-热网供水母管。

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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是本发明实施例提供的一种核能供热和供汽耦合系统的结构示意图，参考图1，核能供热和供汽耦合系统包括：蒸汽发生器1、高压缸2、低压缸3、第一汽水换热器11、蒸汽加热器12、热网循环泵13和第二汽水换热器14；蒸汽发生器1的出汽口通过主蒸汽管101与高压缸2的进汽口连接，高压缸2的第一出汽口通过高低压缸蒸汽连通管201与低压缸3的进汽口连接。

第一汽水换热器11的进汽口与第二中温蒸汽抽汽管路301连接，第二中温蒸汽抽汽管路301与高低压缸蒸汽连通管201连接，第一汽水换热器11的出汽口通过低温工业饱和蒸汽管路303与蒸汽加热器12的进汽口连接；第一汽水换热器11的进水口通过第一汽水换热器进水管502与热网回水母管501连接，热网回水母管501与热网循环泵13连接，热网循环泵13用于将热网回水引入热网回水母管501；第一汽水换热器11的出水口通过第一汽水换热器出水管503与热网回水母管501连接。

蒸汽加热器12的加热蒸汽母管203分别与高温蒸汽抽汽管路102和第一中温蒸汽抽汽管路202连接，其中，第一中温蒸汽抽汽管路202与高低压缸蒸汽连通管201连接，高温蒸汽抽汽管路102与主蒸汽管101连接；蒸汽加热器12的供汽口与外供过热蒸汽管路304连接；第二汽水换热器14的进水口与热网回水母管501连接，第二汽水换热器14的进汽口通过热网水加热蒸汽管路305与第二中温蒸汽抽汽管路301连接，第二汽水换热器14的出水口与热网供水母管504连接。

第一汽水换热器11用于通过引自热网回水母管501的热网回水对引自第二中温蒸汽抽汽管路301的中温饱和蒸汽进行降温冷却，将中温饱和蒸汽转变成低温饱和蒸汽，并将低温饱和蒸汽通过低温工业饱和蒸汽管路303输入到蒸汽加热器12。

蒸汽加热器12用于通过高温饱和蒸汽对低温饱和蒸汽进行加热，将低温饱和蒸汽转变成过热蒸汽，并通过外供过热蒸汽管路304将过热蒸汽供向蒸汽用户；其中，蒸汽加热器12内用于加热低温饱和蒸汽的高温饱和蒸汽由引自高温蒸汽抽汽管路102的高温高压饱和蒸汽和引自高低压缸蒸汽连通管201的中温中压饱和蒸汽混合而成；第二汽水换热器14用于接收在第一汽水换热器11内被升温后的热网回水，并通过被热网水加热蒸汽管路305引入的中温饱和蒸汽对热网回水进行加热，将加热后的热网水由热网供水母管504引至供热用户。

其中，第一汽水换热器11、蒸汽加热器12及第二汽水换热器14的结构型式为管壳式、板片式、螺旋板式、列管式或热管式。蒸汽发生器1是利用燃料或其他能源的热能把水加热成蒸汽的机械设备。蒸汽发生器1产生的蒸汽通过主蒸汽管101进入到高压缸2，高压缸2流出的蒸汽通过高低压缸蒸汽连通管201进入到低压缸3，高压缸2是蒸汽进入汽缸的最初阶段，此时的蒸汽压力大，温度高，所以相对应的高压缸叶片短，叶轮直径大。低压缸3与高压缸2的区别就在内部压力的不同。核能供热和供汽耦合系统还包括发电机4，蒸汽在高压缸1和低压缸3做功带动发电机4发电。高低压缸蒸汽连通管201里的蒸汽还通过第二中温蒸汽抽汽管路301进入到第一汽水换热器11，第一汽水换热器11可以利用部分热网回水将中温饱和蒸汽降温冷却，变成低温饱和蒸汽，通过低温工业饱和蒸汽管路303流入蒸汽加热器12，蒸汽加热器12可以利用高温饱和蒸汽加热低温工业饱和蒸汽，其中高温饱和蒸汽是通过加热蒸汽母管203传输至蒸汽加热器12。热网回水母管501的热网回水是通过热网循环泵13引入的，热网循环泵13可以克服整个系统的阻力损失，将热网中的循环水推动起来，以保证供暖正常。而在第一汽水换热器11内被升温后的热网回水经第一汽水换热器出水管503汇入热网回水母管501后，流入第二汽水换热器14，被升温后的热网回水再通过被热网水加热蒸汽管路305引入的中温饱和蒸汽加热，最终由热网供水母管504将加热的热网水引至供热用户。

本实施例技术方案通过将蒸汽发生器1产生的蒸汽经主蒸汽管101进入到高压缸2，高压缸2流出的蒸汽通过高低压缸蒸汽连通管201进入到低压缸3，高低压缸蒸汽连通管201里的蒸汽还通过第二中温蒸汽抽汽管路301进入到第一汽水换热器11，第一汽水换热器11可以利用热网回水母管501的部分热网回水将第二中温蒸汽抽汽管路301中的中温饱和蒸汽降温冷却，变成低温饱和蒸汽，通过低温工业饱和蒸汽管路303流入蒸汽加热器12，被高温饱和蒸汽加热后变为过热蒸汽并通过外供过热蒸汽管路304供向蒸汽用户。热网回水母管501在热网循环泵13的作用下，一部分热网回水通过第一汽水换热器进水管502与第一汽水换热器11连通，在第一汽水换热器11内被升温后的热网回水经第一汽水换热器出水管503汇入热网回水母管501后，流入第二汽水换热器14，被升温后的热网回水再通过被热网水加热蒸汽管路305引入的中温饱和蒸汽加热，最终由热网供水母管504将加热的热网水引至供热用户。本发明实施例通过设置多级换热器，把原来直接外供的中温饱和蒸汽通过先冷凝除湿然后再升温，大大提高了对外工业供汽的过热度，从而可以大幅增加外供工业蒸汽的输送距离，并减少工业蒸汽在输送过程中的凝结水损失。冷凝中温饱和蒸汽过程中回收的热量用于加热热网回水或凝结水，也不会造成能量的损失。

可选的，核能供热和供汽耦合系统还包括：凝结水处理装置16和供热凝结水泵15；第一汽水换热器11的第一凝结水管路307和第二汽水换热器14的第二凝结水管路306均与供热凝结水泵15的入口连接，供热凝结水泵15的出口与凝结水处理装置16的入口连接；供热凝结水泵15用于将第一汽水换热器11和第二汽水换热器14排出的凝结水泵入凝结水处理装置16；凝结水处理装置16的出口与蒸汽发生器1的入口连接，凝结水处理装置16用于对凝结水进行除氧和加热后引入蒸汽发生器。

其中，第一凝结水管路307中的凝结水是热网回水将引自中温工业饱和蒸汽管路302内的中温饱和蒸汽降温后生成的，第二凝结水管路306中的凝结水是热网水加热蒸汽管路305内的中温饱和蒸汽加热热网回水后生成的，第一汽水换热器11的第一凝结水管路307和第二汽水换热器14的第二凝结水管路306中排出的凝结水流入供热凝结水泵15，供热凝结水泵15可用于输送凝结水，可以将第一汽水换热器11和第二汽水换热器14排出的凝结水输送至凝结水处理装置16，凝结水经凝结水处理装置16处理后输送至蒸汽发生器1，以便蒸汽发生器1可以循环利用凝结水，提高水利用率。

可选的，凝结水处理装置16包括凝汽器5、凝结水泵6、低压加热器7、除氧器8、给水泵9和高压加热器10；除氧器8的第一入口与供热凝结水泵15的出口以及低压加热器7的第一出口连接，第二入口与高压缸2的第二出汽口连接，第三入口与低压加热器7的第二出口连接，出口与给水泵9的入口连接；给水泵9的出口与高压加热器10的第一入口连接；高压加热器10的第二入口与高压缸2的第三出汽口连接，第一出口与蒸汽发生器1的入口连接，第二出口与除氧器8的第四入口连接；低压缸3的第一出汽口与低压加热器7第一入口连接，第二出汽口与凝汽器5的入口连接；凝汽器5的出口与凝结水泵6的入口连接，凝结水泵6的触控与低压加热器7的第二入口连接。

其中，供热凝结水泵15将第一汽水换热器11和第二汽水换热器14排出的凝结水输送至除氧器8，除氧器8除去凝结水中的氧气及其他气体，同时除氧器8本身又是一个混合式加热器，起了加热凝结水、提高凝结水温度的作用，可以提高凝结水的温度。高压缸2的第二出汽口中排出的蒸汽传输给除氧器8，高压缸2的第三出汽口中排出的蒸汽传输给高压加热器10。低压缸3第一出汽口排出的蒸汽传输给低压加热器7，低压缸3第二出汽口排出的乏汽通过凝汽器5凝结成水,凝汽器5中的凝结水流入凝结水泵6，通过凝结水泵6输送凝汽器5中的凝结水，低压加热器7将加热后的凝结水传输至除氧器8，给水泵9将除氧器8储水箱中具有一定温度的凝结水输送给高压加热器10，经高压加热器10加热后传输至蒸汽发生器1，实现系统中凝结水的再利用，提高水利用率。

可选的，蒸汽加热器12的排汽管204与热网水加热蒸汽管路305连接；或者，蒸汽加热器12的排汽管204与除氧器8连接，蒸汽加热器12排出的蒸汽用于加热进入除氧器8的凝结水。

其中，蒸汽加热器12的排汽管204排出的蒸汽可用于加热热网水加热蒸汽管路305中的热网回水，或者用于加热进入除氧器8的凝结水，实现蒸汽的循环利用，提高蒸汽的利用率。

图2是本发明实施例提供的另一种核能供热和供汽耦合系统的结构示意图，参考图2，可选的，第一汽水换热器11的进水口与凝结水泵6的出口连接；第一汽水换热器11的出水口与低压加热器7的入口连接，或者第一汽水换热器11的出水口与除氧器8的第五入口连接。

其中，在非供暖季时，可以使凝结水泵6中的凝结水传输至第一汽水换热器11，使用凝结水泵6中凝结水对第一汽水换热器11中的中温饱和蒸汽进行降温冷却，保证外供蒸汽的品质及过热度，并且第一汽水换热器11将中温饱和蒸汽进行降温冷却过程中产生的凝结水传输至低压加热器7或者直接引入到除氧器8，实现凝结水的再利用。

参考图1，可选的，第一汽水换热器11的进汽口通过中温工业饱和蒸汽管路302与第二中温蒸汽抽汽管路301连接；高温蒸汽抽汽管路102上设置有第一调节阀V1，第一中温蒸汽抽汽管路202上设置有第二调节阀V2，中温工业饱和蒸汽管路302上设置有第三调节阀V3，热网水加热蒸汽管路305上设置有第四调节阀V4，第一汽水换热器进水管502上设置有第五调节阀V5，热网回水母管501上设置有第六调节阀V6；系统还包括控制器，控制器用于调节各调节阀的开度。

其中，调节阀V1～V6均为电动调节阀，通过控制器控制高温蒸汽抽汽管路102上设置的第一调节阀V1的开度以及第一中温蒸汽抽汽管路202上设置的第二调节阀V2的开度，可以调节进入加热蒸汽母管203的蒸汽量；通过控制器控制中温工业饱和蒸汽管路302上设置的第三调节阀V3的开度，可以调节进入第一汽水换热器11的蒸汽量；通过控制器控制热网水加热蒸汽管路305上设置的第四调节阀V4的开度，可以调节进入第二汽水换热器14的蒸汽量；通过控制器控制第一汽水换热器进水管502上设置的第五调节阀V5的开度以及热网回水母管501上设置的第六调节阀V6的开度，可以调节进入第一汽水换热器11的进水量，进而调节由中温工业饱和蒸汽管路302引入的中温饱和蒸汽降温幅度和效果。

可选的，中温工业饱和蒸汽管路302上设置有第一压力传感器和第一温度传感器；低温工业饱和蒸汽管路303上设置有第二压力传感器和第二温度传感器；外供过热蒸汽管路304上设置有第三压力传感器、第三温度传感器和第一流量传感器；控制器还用于根据第一压力传感器、第一温度传感器、第二压力传感器、第二温度传感器、第三压力传感器、第三温度传感器和第一流量传感器的检测值调节第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀和第五调节阀中至少一个的开度。

热网供水母管504上设置有第四压力传感器、第四温度传感器和第二流量传感器；热网回水母管501上设置有第五压力传感器、第五温度传感器和第三流量传感器；控制器还用于根据第四压力传感器、第四温度传感器、第二流量传感器、第五压力传感器、第五温度传感器和第三流量传感器的检测值调节第四调节阀和第六调节阀中至少一个的开度。

其中，在第一汽水换热器11的进汽管路设置有第一压力传感器和第一温度传感器，出汽管路设置有第二压力传感器和第二温度传感器，蒸汽加热器12的进汽管路即为第一汽水换热器11的出汽管路，蒸汽加热器12的出汽管路设置有第三压力传感器、第三温度传感器和第一流量传感器，控制器接收到各传感器传输的检测值可以控制调节第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀和第五调节阀中至少一个的开度，实现对供气流量、供汽压力和供汽温度的控制，并且可以检测系统的工作状态，保证系统运行安全。

第二汽水换热器14的出水管路上设置第四压力传感器、第四温度传感器和第二流量传感器，进水管路上设置有第五压力传感器、第五温度传感器和第三流量传感器，控制器接收到各传感器传输的检测值可以控制调节第四调节阀和第六调节阀中至少一个的开度，实现对供热量的控制，并且可以检测系统的工作状态，保证系统运行安全。

控制器可以根据热网水在第一汽水换热器11内吸热量Q1与热网水在第二汽水换热器14内吸热量Q2之和，以及用户用热需求量Q0，来对第四调节阀V4进行调节，以保证热网供水满足用户用热需求。控制器还可以通过在第二汽水换热器14的出水管路上设置的第四温度传感器、第二流量传感器测得的温度和流量，以及热网回水母管501上设置的第五温度传感器和第三流量传感器测得的温度和流量得到外供热量总和，通过控制第四调节阀V4的开度，使外供热量总和大于用户用热需求量。

示例性的，若Q1+Q2＞Q0，说明对外供热量大于用户需求量，可以通过控制器调小第四调节阀V4，使进入第二汽水换热器14加热热网水的中温饱和蒸汽流量降低，当Q1与Q2之和达到Q0值时，通过控制器控制保持第四调节阀V4的开度不变，从而实现对外供热系统平衡稳定运行。

若Q1+Q2＜Q0，说明对外供热量小于用户需求量，可以通过控制器调大第四调节阀V4，使进入第二汽水换热器14加热热网水的中温饱和蒸汽流量增大，当Q1与Q2之和达到Q0值时，通过控制器控制保持第四调节阀V4的开度不变，从而实现对外供热系统平衡稳定运行。

通过设置必要的温度、压力以及流量测点，可以提高对外供汽、供热的控制水平。并且通过实时控制对应的各电动调节阀的开度，可以实现对外供汽、供热的流量、温度和外供蒸汽过热度的精确控制，保障供热、供汽效果。

可选的，控制器还用于根据用户侧蒸汽温度测量值、用户侧用热温度目标值、用户侧蒸汽压力调节第一调节阀V1和第五调节阀V5中至少一个的开度。

其中，在第一汽水换热器11进口中温工业饱和蒸汽管路302上设置有第一压力传感器和第一温度传感器，其测量值分别记为P1、T1；在蒸汽加热器12进口低温工业饱和蒸汽管路303上设置有第二压力传感器和第二温度传感器，其测量值分别记为P2、T2；在蒸汽加热器12出口外供过热蒸汽管路304上设置有第三压力传感器、第三温度传感器，其测量值分别记为P3、T3；在1号用户侧蒸汽管路上装设压力、温度测点，其测量值分别记为P用户1、T用户1。(如有多个工业蒸汽用户，可分别在用户侧装设压力、温度测点并依次编号，本发明以1号用户为例进行阐述)。

S1：根据1号用户侧蒸汽压力P用户1，通过饱和水蒸汽参数表，可以获得该压力下对应的饱和蒸汽温度T0；

S2：如T0＜T用户1，则说明用户侧蒸汽仍处于过热状态，仅需保证用户侧蒸汽温度测量值T用户1≥用户要求的用热温度T目标即可。当T用户1＜T目标时，可以通过控制器控制适当调大第一调节阀V1，提高蒸汽加热器12高温蒸汽的进汽流量和进汽温度，提高蒸汽加热器出汽温度，直至T用户1达到T目标温度为止；

S3：如T0≥T用户1，则说明用户侧蒸汽已经处于饱和状态，首先要通过控制器控制调节第一调节阀V1的开度，确保T用户1≥T目标温度；当T用户1≥T目标温度时，T0＜T用户1，则不用再做进一步调整；

S4：T用户1≥T目标温度，且T0≥T用户1时，该状况下分两种模式：

在安全模式下，对外供汽管道沿途管道内蒸汽一直保持过热状态，最大限度减少管线沿途凝结水损失和安全隐患。由于T用户1≥T目标温度，该状况下应优先降低供热蒸汽含湿量。通过控制器控制调大第五调节阀V5，使流入第一汽水换热器11的冷却水量加大，进入第一汽水换热器11的中温饱和蒸汽被降至更低的饱和温度，同时调大第一调节阀V1，提高蒸汽加热器12高温蒸汽的进汽流量和进汽温度，保持T用户1≥T目标温度，其中，在工程中，对于长距离输送蒸汽管道来说，针对特定管道，压降和温降可根据特定的公式的计算得出，并能够确定较为经济的蒸汽管道每公里温降值。假设根据相关公式计算及工程经验值确定的对外供汽管道沿途温降经济值为ΔT，当(T3-T用户1)达到ΔT值时，保持第一调节阀V1和第五调节阀V5的开度不变，从而实现了对外供汽系统安全稳定运行。

在经济模式下，如蒸汽加热器12出口中温过热蒸汽温度T3-T用户1＞ΔT，可通过降低供热蒸汽含湿量来降低沿程蒸汽散热损失。通过控制器调大第五调节阀V5，使流入第一汽水换热器11的冷却水量加大，进入第一汽水换热器11的中温饱和蒸汽被降至更低的饱和温度，同时调大第一调节阀V1，提高蒸汽加热器高温蒸汽的进汽流量和进汽温度，保持T用户1≥T目标温度，当(T3-T用户1)达到ΔT值时，保持第一调节阀V1和第五调节阀V5的开度不变，从而实现了对外供汽系统安全稳定运行。

可选的，外供过热蒸汽管路304、热网回水母管501和热网供水母管504上均设置有辐射监测仪表；热网回水母管501上设置有第一关断阀V7，热网供水母管504上设置有第二关断阀V8；辐射监测仪表用于实时监控管内介质的辐射剂量水平；控制器用于在外供过热蒸汽管路304的辐射剂量水平大于预设值时，关闭第三调节阀V3，在热网回水母管501的辐射剂量水平大于预设值时，关闭第一关断阀V7，在热网供水母管504的辐射剂量水平大于预设值时，关闭第二关断阀V8。

其中，控制器接收到辐射监测仪表实时监控管内介质的辐射剂量水平大于预设值时，可以通过控制第一关断阀V7、第二关断阀V8以及第三调节阀V3的关闭，以避免放射性污染的扩散，进一步提高对外供汽、供热的安全性。

可选的，热网循环泵13的入水侧设置有热网回水处理装置，热网回水处理装置用于对热网回水进行除污、过滤、净化和除氧处理；热网回水母管501上设置有定压补水装置；第一汽水换热器11、蒸汽加热器12及第二汽水换热器14的结构型式为管壳式、板片式、螺旋板式、列管式或热管式。

其中，热网回水在进入热网循环泵13前需要通过工艺设备对热网回水进行除污、过滤、净化和除氧处理，保证热网回水的安全性。通过在热网回水管501上设置定压补水装置，可以维持热网水管路系统压力稳定。

本发明实施例通过在采暖供热回路和对外供工业蒸汽回路均设置多级换热器，把原来直接外供的中温饱和蒸汽通过先冷凝除湿然后再升温，大大提高了对外工业供汽的过热度，从而可以大幅增加外供工业蒸汽的输送距离，并减少工业蒸汽在输送过程中的凝结水损失。冷凝中温饱和蒸汽过程中回收的热量用于加热热网回水，并不会造成能量的损失。通过在管路上设置的调节阀及温度、压力、流量测点，在运行过程中，控制器依据实时监测到的相关压力、温度信号并依据压力、温度的变化过程，实时控制对应的各电动调节阀的开口度，实现对外供汽、供热的流量、温度和外供蒸汽过热度的精确控制，保障供热、供汽效果。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种核能供热和供汽耦合系统，其特征在于，包括：

蒸汽发生器、高压缸、低压缸、第一汽水换热器、蒸汽加热器、热网循环泵和第二汽水换热器；

所述蒸汽发生器的出汽口通过主蒸汽管与所述高压缸的进汽口连接，所述高压缸的第一出汽口通过高低压缸蒸汽连通管与所述低压缸的进汽口连接；

所述第一汽水换热器的进汽口与第二中温蒸汽抽汽管路连接，所述第二中温蒸汽抽汽管路与所述高低压缸蒸汽连通管连接，所述第一汽水换热器的出汽口通过低温工业饱和蒸汽管路与蒸汽加热器的进汽口连接；所述第一汽水换热器的进水口通过第一汽水换热器进水管与热网回水母管连接，所述热网回水母管与所述热网循环泵连接，所述热网循环泵用于将热网回水引入热网回水母管；所述第一汽水换热器的出水口通过第一汽水换热器出水管与热网回水母管连接；

所述蒸汽加热器的加热蒸汽母管分别与高温蒸汽抽汽管路和第一中温蒸汽抽汽管路连接，其中，第一中温蒸汽抽汽管路与高低压缸蒸汽连通管连接，高温蒸汽抽汽管路与所述主蒸汽管连接；所述蒸汽加热器的供汽口与外供过热蒸汽管路连接；

所述第二汽水换热器的进水口与热网回水母管连接，所述第二汽水换热器的进汽口通过热网水加热蒸汽管路与第二中温蒸汽抽汽管路连接，所述第二汽水换热器的出水口与热网供水母管连接；

第一汽水换热器用于通过引自热网回水母管的热网回水对引自第二中温蒸汽抽汽管路的中温饱和蒸汽进行降温冷却，将中温饱和蒸汽转变成低温饱和蒸汽，并将低温饱和蒸汽通过低温工业饱和蒸汽管路输入到蒸汽加热器；

蒸汽加热器用于通过高温饱和蒸汽对所述低温饱和蒸汽进行加热，将低温饱和蒸汽转变成过热蒸汽，并通过外供过热蒸汽管路将过热蒸汽供向蒸汽用户；其中，所述蒸汽加热器内用于加热低温饱和蒸汽的高温饱和蒸汽由引自高温蒸汽抽汽管路的高温高压饱和蒸汽和引自高低压缸蒸汽连通管的中温中压饱和蒸汽混合而成；

第二汽水换热器用于接收在所述第一汽水换热器内被升温后的热网回水，并通过被热网水加热蒸汽管路引入的中温饱和蒸汽对所述热网回水进行加热，将加热后的热网水由热网供水母管引至供热用户。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

凝结水处理装置和供热凝结水泵；

第一汽水换热器的第一凝结水管路和所述第二汽水换热器的第二凝结水管路均与供热凝结水泵的入口连接，供热凝结水泵的出口与凝结水处理装置的入口连接；

所述供热凝结水泵用于将所述第一汽水换热器和所述第二汽水换热器排出的凝结水泵入凝结水处理装置；

所述凝结水处理装置的出口与所述蒸汽发生器的入口连接，所述凝结水处理装置用于对所述凝结水进行除氧和加热后引入所述蒸汽发生器。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

所述凝结水处理装置包括凝汽器、凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵和高压加热器；

所述除氧器的第一入口与所述供热凝结水泵的出口以及所述低压加热器的第一出口连接，第二入口与所述高压缸的第二出汽口连接，第三入口与所述低压加热器的第二出口连接，出口与所述给水泵的入口连接；

所述给水泵的出口与所述高压加热器的第一入口连接；

所述高压加热器的第二入口与所述高压缸的第三出汽口连接，第一出口与所述蒸汽发生器的入口连接，第二出口与所述除氧器的第四入口连接；

所述低压缸的第一出汽口与所述低压加热器第一入口连接，第二出汽口与所述凝汽器的入口连接；

所述凝汽器的出口与所述凝结水泵的入口连接，所述凝结水泵的触控与所述低压加热器的第二入口连接。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：

蒸汽加热器的排汽管与热网水加热蒸汽管路连接；

或者，蒸汽加热器的排汽管与除氧器连接，蒸汽加热器排出的蒸汽用于加热进入除氧器的凝结水。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：

第一汽水换热器的进水口与凝结水泵的出口连接；

第一汽水换热器的出水口与低压加热器的入口连接，或者第一汽水换热器的出水口与除氧器的第五入口连接。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：

所述第一汽水换热器的进汽口通过中温工业饱和蒸汽管路与第二中温蒸汽抽汽管路连接；

所述高温蒸汽抽汽管路上设置有第一调节阀V，第一中温蒸汽抽汽管路上设置有第二调节阀，所述中温工业饱和蒸汽管路上设置有第三调节阀，热网水加热蒸汽管路上设置有第四调节阀，第一汽水换热器进水管上设置有第五调节阀，热网回水母管上设置有第六调节阀；

所述系统还包括控制器，所述控制器用于调节各所述调节阀的开度。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：

所述中温工业饱和蒸汽管路上设置有第一压力传感器和第一温度传感器；

所述低温工业饱和蒸汽管路上设置有第二压力传感器和第二温度传感器；

所述外供过热蒸汽管路上设置有第三压力传感器、第三温度传感器和第一流量传感器；

所述控制器还用于根据第一压力传感器、第一温度传感器、第二压力传感器、第二温度传感器、第三压力传感器、第三温度传感器和第一流量传感器的检测值调节第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀和第五调节阀中至少一个的开度；

所述热网供水母管上设置有第四压力传感器、第四温度传感器和第二流量传感器；

所述热网回水母管上设置有第五压力传感器、第五温度传感器和第三流量传感器；

所述控制器还用于根据第四压力传感器、第四温度传感器、第二流量传感器、第五压力传感器、第五温度传感器和第三流量传感器的检测值调节所述第四调节阀和第六调节阀中至少一个的开度。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：

所述控制器还用于根据用户侧蒸汽温度测量值、用户侧用热温度目标值、用户侧蒸汽压力调节第一调节阀和第五调节阀中至少一个的开度。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：

外供过热蒸汽管路、热网回水母管和热网供水母管上均设置有辐射监测仪表；

所述热网回水母管上设置有第一关断阀，所述热网供水母管上设置有第二关断阀；

所述辐射监测仪表用于实时监控管内介质的辐射剂量水平；

所述控制器用于在所述外供过热蒸汽管路的辐射剂量水平大于预设值时，关闭第三调节阀，在热网回水母管的辐射剂量水平大于预设值时，关闭第一关断阀，在热网供水母管的辐射剂量水平大于预设值时，关闭第二关断阀。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：

热网循环泵的入水侧设置有热网回水处理装置，所述热网回水处理装置用于对热网回水进行除污、过滤、净化和除氧处理；

热网回水母管上设置有定压补水装置；

所述的第一汽水换热器、蒸汽加热器及第二汽水换热器的结构型式为管壳式、板片式、螺旋板式、列管式或热管式。

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