CN219326612U - 一种核能水电联产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种核能水电联产系统，包括核能发电机组热力系统和低温多效蒸馏海水淡化系统，所述核能发电机组热力系统包括凝汽器，所述低温多效蒸馏海水淡化系统包括海水冷凝器，所述凝汽器的冷却水出口与所述海水冷凝器的冷却水入口相连。本实用新型采用核电厂二回路凝汽器的出口海水作为低温多效蒸馏海水淡化系统中海水冷凝器的进口海水，实现了能量的充分利用，进一步提高了物料海水温度，提高了低温多效蒸馏海水淡化系统的造水比。

Description

一种核能水电联产系统

技术领域

本实用新型涉及新能源及节能技术领域，特别涉及一种核能水电联产系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本实用新型相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

核能作为清洁高效能源，具有零碳排放、能量密度高、稳定等特点，对于能源结构转型和环境友好型转型具有重要意义。

为解决淡水资源短缺问题，海水淡化技术已有六十多年发展历史，并形成以多效蒸馏、多级闪蒸以及反渗透为主等多种海水淡化方法。低温多效蒸馏技术是利用温度低于70℃的蒸汽热源通过若干个蒸发器装置对海水进行一系列蒸发冷凝并产生淡水的过程，末效蒸发温度一般为40℃。

目前，低温多效蒸馏海水淡化技术已广泛应用，但目前针对核电系统与低温多效蒸馏海水淡化系统相结合的水电联产技术的研究较少，在低温多效蒸馏淡化技术与核电机组相结合的水电联产系统的设计优化、低温多效蒸馏系统经济性等方面还存在很大的优化提升空间。现有的直接将海水通过海水冷凝器再引入低温多效蒸馏海水淡化系统的技术不能够很好的提高物料海水温度，需要额外附加预热器，造成了成本的增加。并且，在压水堆核电站变负荷过程当中，反应堆功率通过控制棒的提升与插入来改变反应堆功率，而堆芯的燃料棒是定期更换的，在控制棒提升与插入过程中，部分燃料棒能量未能充分利用，造成核能的利用率较低。

实用新型内容

为了解决上述现有技术存在的至少一项不足，本实用新型提供了一种核能水电联产系统，优化了低温多效蒸馏海水淡化系统与核能发电机组热力系统间的耦合关系，高效地利用了核电站变负荷过程中损失掉的能量，实现了水电联产，在提高核能利用率的同时解决了水资源短缺的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种核能水电联产系统，包括核能发电机组热力系统和低温多效蒸馏海水淡化系统，所述核能发电机组热力系统包括凝汽器，所述低温多效蒸馏海水淡化系统包括海水冷凝器，所述凝汽器的冷却水出口与所述海水冷凝器的冷却水入口相连。

进一步的技术方案，所述低温多效蒸馏海水淡化系统还包括蒸汽喷射器和低温多效蒸馏装置，所述蒸汽喷射器的出口与所述低温多效蒸馏装置的首效蒸发器的蒸汽入口相连，所述低温多效蒸馏装置的首效蒸发器的管侧冷凝水出口与凝汽器的壳侧入口相连。

进一步的技术方案，所述核能发电机组热力系统还包括汽轮机和与汽轮机相连的发电机，所述汽轮机包括汽轮机高压缸、汽水分离再热器和汽轮机低压缸，汽轮机高压缸的蒸汽出口通过汽水分离器与汽轮机低压缸进口相连，所述汽轮机低压缸的排汽出口与凝汽器的蒸汽入口相连。

进一步的技术方案，还包括入口调节阀，所述入口调节阀的入口与汽水分离再热器的出口相连，所述入口调节阀的出口与蒸汽喷射器的入口相连。

进一步的技术方案，所述低温多效蒸馏装置布置蒸发器效数为十效，所述蒸汽喷射器的引射入口与低温多效蒸馏装置的第五效蒸发器的蒸汽出口相连。

进一步的技术方案，所述核能发电机组热力系统还包括核反应系统，所述核反应系统包括反应堆、立式蒸汽发生器和主冷却剂泵，所述反应堆与立式蒸汽发生器的一次侧入口相连，所述立式蒸汽发生器的一次侧出口与反应堆入口通过主冷却剂泵相连。

进一步的技术方案，所述立式蒸汽发生器的二次侧饱和蒸汽出口与汽轮机高压缸的入口相连，还与汽水分离再热器的二级再热器入口相连。

进一步的技术方案，所述核能发电机组热力系统还包括凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵和高压加热器，凝汽器的冷凝水出口与低压加热器的给水进口通过凝结水泵相连，低压加热器的疏水出口与凝汽器相连，低压加热器的给水出口与除氧器的水工质进口相连，除氧器的水工质出口与高压加热器的给水进口通过给水泵相连，高压加热器的给水出口与立式蒸汽发生器的二次侧给水进口相连；汽轮机高压缸的疏水出口与除氧器的水工质入口相连通，汽水分离再热器的疏水出口与除氧器的水工质入口相连；汽轮机高压缸的第一级抽汽与汽水分离再热器的一级再热器入口相连，汽轮机高压缸的其余各级抽汽与相对应的高压加热器的各级蒸汽入口相连；汽轮机低压缸的各级抽汽与相对应的低压加热器的各级蒸汽入口相连。

进一步的技术方案，所述低温多效蒸馏海水淡化系统还包括物料海水泵，所述海水冷凝器的冷却水出口与物料海水泵的入口相连，所述物料海水泵的出口与低温多效蒸馏装置的各效蒸发器入口相连。

进一步的技术方案，所述低温多效蒸馏装置的末效蒸发器的蒸汽出口与海水冷凝器的蒸汽入口相连，低温多效蒸馏装置的淡水出口与海水冷凝器的冷却水出口相连，低温多效蒸馏装置中的各效浓海水依次流入下一效并从低温多效蒸馏装置的末效海水出口流出。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用核电厂二回路凝汽器的出口海水作为低温多效蒸馏海水淡化系统中海水冷凝器的进口海水，使用凝汽器和海水冷凝器对海水进行两次加热，将加热后的海水作为物料海水，实现了能量的充分利用，进一步提高了物料海水温度，提高了低温多效蒸馏海水淡化系统的造水比。

2、本实用新型采用低温多效蒸馏海水淡化装置与核电机组二回路耦合，打破了热力系统机组反应堆与汽轮机间的强耦合，在汽轮机要求降负荷运行时，控制反应堆的控制棒不移动，通过调节入口调节阀引出汽水分离再热器后的过热蒸汽，阀门的开度控制蒸汽流量，将多余的蒸汽作为高温气源引入低温多效蒸馏海水淡化装置系统，反应堆内控制棒棒位可以基本保持不变，利用汽轮机中的多余蒸汽进行海水淡化，提升核能发电系统的变负荷能力，缓解了淡水资源短缺压力，同时提高了能量利用率。

3、本实用新型采用低温多效蒸馏装置第五效的二次蒸汽作为引射蒸汽，造水比可提高0.3％～8.0％，造水成本可降低0.6％～4.4％。

本实用新型附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型提供的一种核能水电联产系统的示意图。

其中，1、反应堆，2、立式蒸汽发生器，3、主冷却剂泵，4、汽轮机高压缸，5、汽水分离再热器，6、汽轮机低压缸，7、发电机，8、凝汽器，9、凝结水泵，10、低压加热器，11、除氧器，12、给水泵，13、高压加热器，14、入口调节阀，15、蒸汽喷射器，16、低温多效蒸馏装置，17、物料海水泵，18、海水冷凝器，19、出口淡水，20、出口浓海水。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型提供了一种核能水电联产系统，包括核能发电机组热力系统和低温多效蒸馏海水淡化系统。其中，核能发电机组热力系统包括核反应系统和蒸汽发电系统，蒸汽发电系统包括汽轮机、与汽轮机相连的发电机7和凝汽器8，汽轮机包括汽轮机高压缸4、汽水分离再热器5和汽轮机低压缸6，汽轮机高压缸4的蒸汽出口通过汽水分离器与汽轮机低压缸进口相连，汽轮机低压缸6的排汽出口通过管道与凝汽器8的壳侧蒸汽入口相连，汽轮机高压缸4与汽轮机低压缸6通过机械轴与发电机7相连通；低温多效蒸馏海水淡化系统包括蒸汽喷射器15、低温多效蒸馏装置16和海水冷凝器18，蒸汽喷射器15的出口通过管道与低温多效蒸馏装置16的首效蒸发器管侧的蒸汽入口相连。

低温多效蒸馏装置16布置蒸发器效数为10效。低温多效蒸馏装置16的首效蒸发器的管侧冷凝水出口通过管道与凝汽器8壳侧入口相连，返回电厂的水量与抽取核电站二回路的蒸汽量保持一致以保证二回路的动态平衡，多余的水通过净化系统排出核电站二回路。凝汽器8的冷却水出口与海水冷凝器18的冷却水入口相连，海水通过管道进入凝汽器8的冷却水入口，通过将核电机组二回路中凝汽器壳侧吸热后的出口海水作为低温多效蒸馏海水淡化装置系统中海水冷凝器的进口海水，将海水冷凝器壳侧出口的海水作为低温多效蒸馏海水淡化装置系统的物料海水，提高了物料海水的温度，提高了低温多效蒸馏装置的造水比。

核能发电机组热力系统还包括海水淡化装置入口调节阀14，入口调节阀14的入口通过管道与汽水分离再热器5的出口相连，入口调节阀14的出口通过管道与蒸汽喷射器15的入口相连。蒸汽喷射器15的引射入口通过管道与低温多效蒸馏装置16的第五效蒸发器的壳侧蒸汽出口相连。

通过对比引射不同效数的二次蒸汽时淡化系统的造水比，研究发现，当采用10效蒸发器时，引射蒸汽来自5效二次蒸汽时，此时淡化系统的造水比可以达到最高，经济性最好。

核反应系统包括反应堆1、立式蒸汽发生器2和主冷却剂泵3，反应堆1出口冷却剂通过管道与立式蒸汽发生器2一次侧入口相连通；立式蒸汽发生器2一次侧出口与反应堆1入口通过主冷却剂泵3相连通；核反应系统与蒸汽发电系统通过立式蒸汽发生器2交汇换热。

立式蒸汽发生器2二次侧饱和蒸汽出口与汽轮机高压缸4的入口相连，还与汽水分离再热器5的二级再热器入口通过管道相连。

蒸汽发电系统还包括凝结水泵9、低压加热器10、除氧器11、给水泵12和高压加热器13，凝汽器8的壳侧冷凝水出口与低压加热器10的给水进口通过凝结水泵9相连，低压加热器10的疏水出口与凝汽器8相连，低压加热器10的给水出口与除氧器11的水工质进口相连，除氧器11的水工质出口与高压加热器13的给水进口通过给水泵12相连，高压加热器13的给水出口与立式蒸汽发生器2的二次侧给水进口通过管道相连。

汽轮机高压缸4的疏水出口通过管道与除氧器11的水工质入口相连通，汽水分离再热器5的疏水出口通过管道与除氧器11的水工质入口相连。

汽轮机高压缸4的出口蒸汽通过汽水分离器5与汽轮机低压缸6进口相连通；汽轮机高压缸4的第一级抽汽通过管道与汽水分离再热器5的一级再热器入口相连通，汽轮机高压缸4的其余各级抽汽与相对应的高压加热器13的蒸汽入口通过对应管道相连通。汽水分离再热器5与汽轮机低压缸6的进汽口相连通；汽轮机低压缸6的各级抽汽与相对应的低压加热器10的各级蒸汽入口通过管道相连。

低温多效蒸馏海水淡化系统还包括物料海水泵17，海水冷凝器18的冷却水出口部分海水通过管道与物料海水泵17的入口相连，物料海水泵17的出口通过管道与低温多效蒸馏装置16的各效蒸发器入口相连。

低温多效蒸馏装置16的末效蒸发器的蒸汽出口与海水冷凝器18的蒸汽入口相连，低温多效蒸馏装置16的淡水出口与海水冷凝器18的冷却水出口通过管道相连，共同形成出口淡水19。低温多效蒸馏装置16中的各效浓海水依次流入下一效并从低温多效蒸馏装置16的末效海水出口流出，形成出口浓海水20，排入大海。

本实用新型利用核电机组二回路中凝汽器8壳侧吸热后的出口海水作为低温多效蒸馏海水淡化系统中海水冷凝器18的进口海水，将海水冷凝器18壳侧出口的海水作为低温多效蒸馏装置16的物料海水，无需额外设置预热器，提高了物料海水的温度，提升了海水淡化系统的造水比，同时提高了能量利用效率。

采用低温多效蒸馏海水淡化装置与核电机组二回路耦合，打破了热力系统机组反应堆与汽轮机间的强耦合，在汽轮机要求降负荷运行时，控制反应堆的控制棒不移动，通过调节入口调节阀14引出汽水分离再热器后的过热蒸汽，阀门的开度控制蒸汽流量，将多余的蒸汽作为高温气源引入低温多效蒸馏海水淡化装置系统，反应堆内控制棒棒位可以基本保持不变，利用汽轮机中的多余蒸汽进行海水淡化，提升核能发电系统的变负荷能力。

此外，蒸汽喷射器15引射入口通过管道与低温多效蒸馏海水淡化装置16第五效壳侧出口相连通，在低温多效蒸馏装置中引射第五效蒸发器壳侧出口的二次蒸汽作为蒸汽喷射器的二次蒸汽，实现了低温多效蒸馏海水淡化系统的造水比提高，造水比可提高0.3％～8.0％，同时可以使得该海水淡化系统的造水成本达到最低，其造水成本比与蒸汽喷射器15引射入口与低温多效淡化装置16其他效壳侧相连通时降低了0.6％～4.4％。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种核能水电联产系统，包括核能发电机组热力系统和低温多效蒸馏海水淡化系统，所述核能发电机组热力系统包括凝汽器，所述低温多效蒸馏海水淡化系统包括海水冷凝器，其特征在于，所述凝汽器的冷却水出口与所述海水冷凝器的冷却水入口相连。

2.如权利要求1所述的一种核能水电联产系统，其特征在于，所述低温多效蒸馏海水淡化系统还包括蒸汽喷射器和低温多效蒸馏装置，所述蒸汽喷射器的出口与所述低温多效蒸馏装置的首效蒸发器的蒸汽入口相连，所述低温多效蒸馏装置的首效蒸发器的管侧冷凝水出口与凝汽器的壳侧入口相连。

3.如权利要求2所述的一种核能水电联产系统，其特征在于，所述核能发电机组热力系统还包括汽轮机和与汽轮机相连的发电机，所述汽轮机包括汽轮机高压缸、汽水分离再热器和汽轮机低压缸，汽轮机高压缸的蒸汽出口通过汽水分离器与汽轮机低压缸进口相连，所述汽轮机低压缸的排汽出口与凝汽器的蒸汽入口相连。

4.如权利要求3所述的一种核能水电联产系统，其特征在于，还包括入口调节阀，所述入口调节阀的入口与汽水分离再热器的出口相连，所述入口调节阀的出口与蒸汽喷射器的入口相连。

5.如权利要求4所述的一种核能水电联产系统，其特征在于，所述低温多效蒸馏装置布置蒸发器效数为十效，所述蒸汽喷射器的引射入口与低温多效蒸馏装置的第五效蒸发器的蒸汽出口相连。

6.如权利要求3所述的一种核能水电联产系统，其特征在于，所述核能发电机组热力系统还包括核反应系统，所述核反应系统包括反应堆、立式蒸汽发生器和主冷却剂泵，所述反应堆与立式蒸汽发生器的一次侧入口相连，所述立式蒸汽发生器的一次侧出口与反应堆入口通过主冷却剂泵相连。

7.如权利要求6所述的一种核能水电联产系统，其特征在于，所述立式蒸汽发生器的二次侧饱和蒸汽出口与汽轮机高压缸的入口相连，还与汽水分离再热器的二级再热器入口相连。

8.如权利要求7所述的一种核能水电联产系统，其特征在于，所述核能发电机组热力系统还包括凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵和高压加热器，凝汽器的冷凝水出口与低压加热器的给水进口通过凝结水泵相连，低压加热器的疏水出口与凝汽器相连，低压加热器的给水出口与除氧器的水工质进口相连，除氧器的水工质出口与高压加热器的给水进口通过给水泵相连，高压加热器的给水出口与立式蒸汽发生器的二次侧给水进口相连；汽轮机高压缸的疏水出口与除氧器的水工质入口相连通，汽水分离再热器的疏水出口与除氧器的水工质入口相连；汽轮机高压缸的第一级抽汽与汽水分离再热器的一级再热器入口相连，汽轮机高压缸的其余各级抽汽与相对应的高压加热器的各级蒸汽入口相连；汽轮机低压缸的各级抽汽与相对应的低压加热器的各级蒸汽入口相连。

9.如权利要求1所述的一种核能水电联产系统，其特征在于，所述低温多效蒸馏海水淡化系统还包括物料海水泵，所述海水冷凝器的冷却水出口与物料海水泵的入口相连，所述物料海水泵的出口与低温多效蒸馏装置的各效蒸发器入口相连。

10.如权利要求9述的一种核能水电联产系统，其特征在于，所述低温多效蒸馏装置的末效蒸发器的蒸汽出口与海水冷凝器的蒸汽入口相连，低温多效蒸馏装置的淡水出口与海水冷凝器的冷却水出口相连，低温多效蒸馏装置中的各效浓海水依次流入下一效并从低温多效蒸馏装置的末效海水出口流出。

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