CN209054540U - 核能堆热能综合利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种核能堆热能综合利用系统，其包括：核能堆蒸汽发生器，用于产生蒸汽，通过供汽管线将蒸汽输送给下游系统；换热站，通过第一管线与供汽管线连接，并分别通过第一循环水管线和供暖管线与下游热网连接，下游热网中较低温度的水通过第一循环水管线输送到换热站，通过供汽管线中的蒸汽换热后再通过供暖管线输送回下游热网；以及除氧器，通过第二管线与换热站连接，通过第三管线与核能堆蒸汽发生器连接，在与换热站连接的第二管线上设置有凝结水泵，用于将换热站中的凝结水输送到除氧器中，在与核能堆蒸汽发生器连接的第三管线上设置有给水泵，用于为核能堆蒸汽发生器提供补水，并通过加热管线与供汽管线连接，用于除氧器加热。

Description

核能堆热能综合利用系统

技术领域

本实用新型属于核能综合利用领域，更具体地说，本实用新型涉及一种核能堆热能综合利用系统。

背景技术

核能属于清洁能源，可以用于取代传统的化石能源，并可以与太阳能、风能联合运行，提高能源供应稳定性。

我国北方冬季供暖能源需求约占总能源需求的15％，目前北方城市供暖以燃煤、燃气为主，造成大量粉尘、硫化物、氮氧化物和碳排放，引起大气雾霾、温室效应和环境污染。核能作为清洁能源，运行时不会排放粉尘、碳和其它污染物，用于城市供暖有助解决环境污染问题。同时，核能产生热量通过供暖、发电、供汽、储能等综合应用，可以提高能源利用效率和经济性。

有鉴于此，确有必要提供一种核能堆热能综合利用系统，将核能堆蒸汽发生器产生的蒸汽进行供汽、供热、储能或发电等综合利用，提高蒸汽利用效率和经济性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种核能堆热能综合利用系统，将核能堆蒸汽发生器产生的蒸汽进行供汽、供热、储能或发电等综合利用，提高蒸汽利用效率和经济性。

为了实现上述目的，本实用新型核能堆热能综合利用系统包括：

核能堆蒸汽发生器，用于产生蒸汽，通过供汽管线将蒸汽输送给下游系统；

换热站，通过第一管线与供汽管线连接，并分别通过第一循环水管线和供暖管线与下游热网连接，下游热网中较低温度的水通过第一循环水管线输送到换热站，通过供汽管线中的蒸汽换热后再通过供暖管线输送回下游热网；以及

除氧器，通过第二管线与换热站连接，通过第三管线与核能堆蒸汽发生器连接，在与换热站连接的第二管线上设置有凝结水泵，用于将换热站中的凝结水输送到除氧器中，在与核能堆蒸汽发生器连接的第三管线上设置有给水泵，用于为核能堆蒸汽发生器提供补水，并通过加热管线与供汽管线连接，用于除氧器加热。

作为本实用新型核能堆热能综合利用系统的一种改进，还包括补水装置，所述补水装置包括储水容器，储水容器和除氧器之间通过补水管线连接，补水管线上设置有补水泵，补水泵将储水容器中的水通过补水管线输送到除氧器。

作为本实用新型核能堆热能综合利用系统的一种改进，还包括储热装置，所述储热装置通过第四管线与供汽管线相连，用于对供汽管线中蒸汽进行储存，通过第五管线与除氧器相连，用于将储存的热量通过第五管线输送到除氧器，为除氧器进行加热。

作为本实用新型核能堆热能综合利用系统的一种改进，所述储热装置与补水装置之间设置有补水管线，并在储热装置底部出口与除氧器之间设置有疏水管线，补水装置补充的水源先经过储热装置然后通过疏水管线输送到除氧器。

作为本实用新型核能堆热能综合利用系统的一种改进，所述储热装置通过供热管线和第二循环水管线与下游热网连接，下游热网中较低温度的水通过第二循环水管线输送到储热装置加热后再通过供热管线输送回下游热网。

作为本实用新型核能堆热能综合利用系统的一种改进，所述第一循环水管线上设置有三通阀，所述第二循环水管线与第一循环水管线上的三通阀连通，所述下游热网与三通阀之间设置有循环水泵，循环水泵可将下游热网中较低温度的水通过三通阀分别送往储热装置和换热站。

作为本实用新型核能堆热能综合利用系统的一种改进，所述换热站和供汽管线之间连接有汽轮机，汽轮机连接有发电机。

作为本实用新型核能堆热能综合利用系统的一种改进，所述给水泵和核能堆蒸汽发生器之间设置有给水加热器，给水加热器与供汽管线相连，通过供汽管线中的蒸汽为给水加热器加热，给水加热器还通过疏水管线与除氧器相连，用于将给水加热器中的疏水输送到除氧器。

作为本实用新型核能堆热能综合利用系统的一种改进，所述补水装置还包括净化装置和调节阀，净化装置和调节阀设置在补水管线上。

作为本实用新型核能堆热能综合利用系统的一种改进，还包括与供汽管线连接的蒸汽换热器，所述蒸汽换热器通过管线与换热站连接。

相对于现有技术，本实用新型核能堆热能综合利用系统具有以下有益技术效果：

1)可以通过使用核能堆裂变产生的热量同时进行供暖、供汽、发电、制冷和储热，提高了核能的利用率和经济性；

2)扩展了核能堆的用途，提高了市场适应性，拓展了核能应用前景；

3)将核能堆产生的热用于供汽、供暖、制冷和发电，减少了燃煤、燃气带来的环境污染和碳排放问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型核能堆热能综合利用系统进行详细说明，其中：

图1为本实用新型核能堆热能综合利用系统的示意图。

图2为本实用新型核能堆热能综合利用系统的另一种示意图。

附图标记：

10-核能堆蒸汽发生器；12-供汽管线；14-换热站；16-第一管线；17-第一循环水管线；18-供暖管线；20-除氧器；22-第二管线；24-凝结水泵；26-第三管线；28-给水泵；30-加热管线；32-补水装置；320-储水容器；322-补水泵；324-净化装置；326-补水阀；34-补水管线；36-给水加热器；38-第六管线；40-疏水管线；42-储热装置；44-第四管线；45-第五管线；46-疏水管线；48-三通阀；50-供热管线；57-三通阀；52-补水管线；58-第二循环水管线；60-三通阀；61-循环水泵；62-汽轮机；64-发电机；66-蒸汽换热器；68-管线。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本实用新型，并非为了限定本实用新型。

请参阅图1和图2所示，本实用新型核能堆热能综合利用系统包括：

核能堆蒸汽发生器10，用于产生蒸汽，通过供汽管线12将蒸汽输送给下游系统(图未示出)；

换热站14，通过第一管线16与供汽管线12连接，并分别通过第一循环水管线17和供暖管线18与下游热网连接，下游热网中较低温度的水通过第一循环水管线17输送到换热站14，通过供汽管线12中的蒸汽换热后再通过供暖管线18输送回下游热网；以及

除氧器20，通过第二管线22与换热站14连接，通过第三管线26与核能堆蒸汽发生器10连接，在与换热站连接的第二管线22上设置有凝结水泵24，用于将换热站14中的凝结水输送到除氧器20中，在与核能堆蒸汽发生器10连接的第三管线26上设置有给水泵28，用于为核能堆蒸汽发生器10提供补水，并通过加热管线30与供汽管线12连接，用于除氧器20加热。

核能堆蒸汽发生器10为常用小型核能堆中的蒸汽发生器，管侧走水，壳侧产生蒸汽，产生的蒸汽通过供汽管线12直接引到下游系统(图未示出)，下游系统一般为工业蒸汽用户，在用户端可根据需要对蒸汽压力进行减压。

换热站14为一管壳式换热器，由壳体、传热管束、管板和折流板等组成，壳侧为加热蒸汽，管侧为下游热网循环水，主要用于蒸汽供暖使用，在供暖季，核能堆蒸汽发生器10产生的蒸汽通过换热站14可以用于城市居民采暖。换热站14通过第一管线16与供汽管线12连接后，通过第一循环水管线17和供暖管线18分别与下游热网连接，核能堆蒸汽发生器10产生的部分蒸汽进入换热站14把下游热网约70℃的回水换热到约130℃后通过供暖管线18重新供回下游热网，用于居民采暖。供汽管线12中的蒸汽压力约为1.6MPa，温度约为200℃。

换热站14的蒸汽经过与下游热网中的回水换热后，蒸汽会部分凝结，凝结后的凝结水通过凝结水泵24经第二管线22输送到除氧器20。

除氧器20为热力除氧器，由除氧水箱和接管等组成，除氧器20通过加热管线30与供汽管线12连接，供汽管线12中的高温蒸汽输送到除氧器20用于为凝结水加热和除氧，除氧后的凝结水温度约为104℃，通过给水泵28经第三管线26重新输送到核能堆蒸汽发生器10进行重新利用。

通常情况下，工业蒸汽热用户使用后产生的凝结水无法回收，且水质无法得到保证，为了便于不断产生蒸汽，需要为核能堆蒸汽发生器10提供补水。一般通过设置补水装置32进行补水，补水装置32提供的水源需经过除氧才能供核能堆蒸汽发生器10使用，防止水中的氧气对核能堆蒸汽发生器10造成损坏。补水装置32包括储水容器320和补水泵322，储水容器320通过补水管线34与除氧器20连接，储水容器320储存的水通过补水泵322经补水管线34输送到除氧器20进行除氧。

储水容器320中的水最好经过净化之后再送往除氧器20中进行除氧，因此，补水装置32还设置有净化装置324，净化装置324设置在补水管线34上，且位于补水泵322的下游，为了调节补水量，补水装置32还在净化装置324的下游设置有补水阀326，补水阀326为调节阀，用于控制补水管线34进入除氧器20中的补水量。净化装置324主要通过过滤、软化或除盐等措施使补水满足设备用水要求，其设置根据上游供水水质和下游用水水质共同决定。

通过补水装置32补充的水经除氧器20除氧后通过给水泵28经第三管线26输送到核能堆蒸汽发生器10重新进行蒸发。

优选地，给水泵28和核能堆蒸汽发生器10之间的第三管线26上设置有给水加热器36，给水加热器36为一管壳式换热器，包括水室、壳体、传热管束、管板和折流板，壳侧为加热蒸汽，管侧为给水。给水加热器36用于为水加热，给水加热器36通过第六管线38与供汽管线12连接，通过供汽管线12中的高温蒸汽对经过给水加热器36的水进行加热，加热后的水温达到145℃左右后，通过第三管线26输送到核能堆蒸汽发生器10。

给水加热器36中由于给水与高温蒸汽换热，加热后的疏水通过疏水管线40送往除氧器20，为了节约管线设计，可将疏水管线40与补水管线34连接，将疏水通过疏水管线40后输送到补水管线34，然后输送到除氧器20。

由于工业热用户所使用的热负荷昼夜存在波动，为使核能堆(图未示出)保持平稳功率运行，同时能根据用户负荷波动具有一定的调节能力，本实用新型还设置有储热装置42，在夜间或热能需求较低时，用于储存热量。在白天或用户需求高峰段，将储热装置42内储存的热能释放出来。

储热装置42根据用户具体的负荷需求曲线，在用户负荷较低时储存的热量，在用户负荷高峰段时能全部释放出来，规模考虑“消峰填谷”和实际的经济性设置。

储热装置42通过第四管线44与供汽管线12连接，用于对供汽管线12中蒸汽进行临时储存，通过第五管线45与除氧器20相连，用于将储存的热量通过第五管线45输送到除氧器20，为除氧器20进行加热。

为了提高储热装置42中热能的利用率，储热装置42与补水装置32之间设置有补水管线52，并在储热装置42底部出口与除氧器20之间设置疏水管线46，用于将产生的疏水输送到除氧器20中进行加热除氧，同时，补水装置32补充的水源先经过储热装置42然后通过疏水管线46输送到除氧器20。优选地，为了节约管线设置，可将疏水管线46与补水装置32和除氧器20之间的补水管线34连接，将疏水通过疏水管线46后经补水管线34输送到除氧器20进行加热除氧。

同时，为了节约管线，第四管线44还可以与除氧器20和供汽管线12之间的加热管线30连接，通过在加热管线30上设置一个三通阀48，将第四管线44连接在三通阀48的一个口上，当需要对供汽管线12中的高温蒸汽进行热量储存时，打开三通阀48，即可通过部分加热管线30和第四管线44将高温蒸汽输送到储热装置42中进行临时储存。

储热装置42通过供热管线50和第二循环水管线58与下游热网连接，下游热网中较低温度(约为70℃)的水通过第二循环水管线58输送到储热装置42加热到约为130℃后再通过供热管线50输送回下游热网使用。同时，为了节约管线设置，供热管线50可以与供暖管线18连接，将热量通过供暖管线18输送到下游热网。优选地，在供暖管线18上设置三通阀57，将供热管线50与三通阀57的一个口连接，在需要将热量储存和释放的时候通过三通阀57输送到供暖管线18，然后输送到下游热网，完成储热装置42的储热和释放热过程。

进一步优选地，第一循环水管线17上设置有三通阀60，第二循环水管线58与第一循环水管线17上的三通阀60的一个出口连通，下游热网与三通阀60之间设置有循环水泵61，循环水泵61可将下游热网中较低温度的水(约为70℃)通过三通阀60有选择性地送往换热站14或储热装置42，经过储热装置42和换热站14加热后，重新输送回下游热网，对居民进行供暖。下游热网主要为城市采暖用的热网。

为了节省能量损失，储热装置42还通过补水管线52与补水装置32连接，补水装置32中的补水通过储热装置42加热后再通过疏水管线46输送到除氧器20进行加热并除氧，提高储热装置42的储热利用率。为了节省管线设置，补水管线34可以不直接跟补水装置32和除氧器20连接，而是将补水装置32中的水通过补水泵322输送到储热装置42进行加热后再经过疏水管线46沿着部分补水管线34输送到除氧器20中，经除氧器20进行加热、除氧后通过第三管线26输送到核能堆蒸汽发生器10，为核能堆蒸汽发生器10进行补水，使核能堆蒸汽发生器10能够持续产生高温蒸汽。

根据核反应堆特点，反应堆运行期间应尽量维持在满负荷带基荷运行。但是工艺生产用蒸汽昼夜波动大，白天用汽量大，但在夜间会降到很低。另外一方面，储热装置42根据目前的技术特点，单位质量的储热不高，大量储热需要进行大规模投资。

为提高反应堆利用效率、降低储热装置42规模，可将储热装置42不能储存的蒸汽用于发电。因此，通过在换热站14和供汽管线12之间设计汽轮机62，汽轮机62连接有发电用的发电机64，核能堆蒸汽发生器10产生的高温蒸汽经供汽管线12和第一管线16输送到汽轮机62后带动发电机64发电，发电机64所发的电通过电缆送往下游用电用户使用，提高了蒸汽的利用率，汽轮机62为常用的背压式汽轮机。核能堆蒸汽发生器10产生的大部分蒸汽用于汽轮机62和发电机64发电，其余的热量可以通过第四管线44进入储热装置42进行储存，也可以通过第一管线16输送到换热站14直接用于供暖。

请参阅图2所示，当蒸汽用户使用蒸汽量比较高时，可以直接通过供汽管线12向用户供汽，当蒸汽用户使用蒸汽量比较低时，供汽管线12中的蒸汽主要用于汽轮机62和发电机64发电，通过从汽轮机62抽汽来对用户供汽。

为了减少蒸汽中存在放射性的风险，还设置有蒸汽换热器66与供汽管线12连接，供向用户的蒸汽可以通过蒸汽换热器66换热后再外供蒸汽，同时，换热后的热水通过管线68送往换热站14后通过供暖管线18送往城市热网进行供暖，换热站14中的凝结水通过凝结水泵24送往除氧器20进行加热、除氧，并进行后续操作。

蒸汽换热器66为一保温的压力容器，为U型管式换热器，蒸汽在壳侧，水走管侧，用于在核岛产生的蒸汽和用户之间建立一个屏障，避免可能的放射性。

蒸汽换热器66还连接有补水装置(图未示出)进行补水。

为了提高装置的利用率，本实用新型还设置有与换热站14并列设置的制冷系统(图未示出)，制冷装置与供汽管线12通过管线连接，在夏季用户需要制冷时，核能堆供出的热水可用于吸收式制冷，产生的冷水向用户供冷。其工艺流程与冬季供暖流程一致，只是供暖时，热水送往换热站14，制冷时热水送到吸收式制冷系统(图未示出)进行制冷。

相对于现有技术，本实用新型核能堆热能综合利用系统具有以下有益技术效果：

1)可以通过使用核能堆裂变产生的热量同时进行供暖、供汽、发电、制冷和储热，提高了核能的利用率和经济性；

2)扩展了核能堆的用途，提高了市场适应性，拓展了核能应用前景；

3)将核能堆产生的热用于供汽、供暖、制冷和发电，减少了燃煤、燃气带来的环境污染和碳排放问题。

根据上述原理，本实用新型还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (10)

1.一种核能堆热能综合利用系统，其特征在于，包括：

核能堆蒸汽发生器，用于产生蒸汽，通过供汽管线将蒸汽输送给下游系统；

换热站，通过第一管线与供汽管线连接，并分别通过第一循环水管线和供暖管线与下游热网连接，下游热网中较低温度的水通过第一循环水管线输送到换热站，通过供汽管线中的蒸汽换热后再通过供暖管线输送回下游热网；以及

除氧器，通过第二管线与换热站连接，通过第三管线与核能堆蒸汽发生器连接，在与换热站连接的第二管线上设置有凝结水泵，用于将换热站中的凝结水输送到除氧器中，在与核能堆蒸汽发生器连接的第三管线上设置有给水泵，用于为核能堆蒸汽发生器提供补水，并通过加热管线与供汽管线连接，用于除氧器加热。

2.根据权利要求1所述的核能堆热能综合利用系统，其特征在于，还包括补水装置，所述补水装置包括储水容器，储水容器和除氧器之间通过补水管线连接，补水管线上设置有补水泵，补水泵将储水容器中的水通过补水管线输送到除氧器。

3.根据权利要求2所述的核能堆热能综合利用系统，其特征在于，还包括储热装置，所述储热装置通过第四管线与供汽管线相连，用于对供汽管线中蒸汽进行储存，通过第五管线与除氧器相连，用于将储存的热量通过第五管线输送到除氧器，为除氧器进行加热。

4.根据权利要求3所述的核能堆热能综合利用系统，其特征在于，所述储热装置与补水装置之间设置有补水管线，并在储热装置底部出口与除氧器之间设置有疏水管线，补水装置补充的水源先经过储热装置然后通过疏水管线输送到除氧器。

5.根据权利要求4所述的核能堆热能综合利用系统，其特征在于，所述储热装置通过供热管线和第二循环水管线与下游热网连接，下游热网中较低温度的水通过第二循环水管线输送到储热装置加热后再通过供热管线输送回下游热网。

6.根据权利要求5所述的核能堆热能综合利用系统，其特征在于，所述第一循环水管线上设置有三通阀，所述第二循环水管线与第一循环水管线上的三通阀连通，所述下游热网与三通阀之间设置有循环水泵，循环水泵可将下游热网中较低温度的水通过三通阀分别送往储热装置和换热站。

7.根据权利要求1所述的核能堆热能综合利用系统，其特征在于，所述换热站和供汽管线之间连接有汽轮机，汽轮机连接有发电机。

8.根据权利要求1所述的核能堆热能综合利用系统，其特征在于，所述给水泵和核能堆蒸汽发生器之间设置有给水加热器，给水加热器与供汽管线相连，通过供汽管线中的蒸汽为给水加热器加热，给水加热器还通过疏水管线与除氧器相连，用于将给水加热器中的疏水输送到除氧器。

9.根据权利要求2所述的核能堆热能综合利用系统，其特征在于，所述补水装置还包括净化装置和调节阀，净化装置和调节阀设置在补水管线上。

10.根据权利要求1所述的核能堆热能综合利用系统，其特征在于，还包括与供汽管线连接的蒸汽换热器，所述蒸汽换热器通过管线与换热站连接。