CN220420263U - 一种实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统 - Google Patents
一种实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供一种实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统，所述核电厂热量梯级利用装置系统包括一回路模块、二回路模块、背压机、膜法海水淡化装置、热网加热装置和水热同产装置；所述二回路模块包括汽轮机高压缸；所述汽轮机高压缸分别与背压机、热网加热装置和水热同产装置相连。本实用新型提供的实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统采用了背压机、水热同产装置和膜法海水淡化装置，提高了核电厂的热量利用效率，减少向外界环境的热量排放，同时实现了水热同产同传；而且具有可靠性、经济性、灵活性和良好的调节性能，适合大规模推广应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及核电厂热量利用技术领域，尤其涉及一种实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统。
背景技术
核能具有安全、清洁、稳定、高效的特点。核电厂反应堆内核燃料裂变产生的热量释放给一回路模块的冷却剂，在蒸汽发生器内一回路冷却剂将热量传递给二回路模块的水，二回路模块的水吸收热量后变为饱和蒸汽，然后通过管道进入汽轮机发电。但是，核电厂的主蒸汽参数较低，例如第三代压水堆核电机组，蒸汽发生器出口的饱和蒸汽压力约为5.6MPa，温度约为270℃，热电转化效率仅有36％左右，大量热量被排入周围环境而被浪费。
CN112489843A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。
CN116230263A公开了一种核电站乏燃料水池余热利用系统，包括：核电汽轮机热力系统，所述核电汽轮机热力系统用于提供蒸汽，经凝汽器冷凝后形成凝结水，在所述乏燃料水池余热热交换系统换热；所述乏燃料水池余热热交换系统利用流经乏燃料水池余热热交换器的凝结水与乏燃料水池中乏燃料衰变产生的热量进行热量交换，热量将传递给凝结水，提高了凝结水温度；所述乏燃料水池冷却系统用于将乏燃料水池余热经热交换器传递给设备冷却水；所述设备冷却水回路系统将设备冷却时吸收的热量经传递给海水。其优点是：使用凝结水作为乏燃料水池主冷却水源，实现了乏燃料衰变余热利用，提高凝结水温度，降低汽轮机热力系统热耗率。
但上述系统对核电厂的余热利用效率仍较低，而且系统的可靠性和灵活性较差。
实用新型内容
鉴于现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统，利用背压机、热网加热器和水热同产装置来提高系统的可靠性和灵活性，同时将核电厂的热量进行梯级利用，实现供暖和海水淡化，不仅可解决清洁取暖和水资源紧缺问题，还可显著提高核电厂热效率。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型提供一种实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统，所述核电厂热量梯级利用装置系统包括一回路模块、二回路模块、背压机、膜法海水淡化装置、热网加热装置和水热同产装置；
所述二回路模块包括汽轮机高压缸；所述汽轮机高压缸分别与背压机、热网加热装置和水热同产装置相连。
本实用新型利用膜法海水淡化装置和水热同产装置生产和加热淡水，利用背压机发电，发电后的乏汽和二回路模块内高压缸抽汽对膜法海水淡化装置生产的淡水进行加热，实现核电厂热量的梯级利用，提高了核电厂的热量利用效率，减少向外界环境的热量排放。被加热后的淡水送至用户，实现对外同时供热和供水，解决了清洁取暖和水资源紧缺问题。本实用新型可实现热量梯级的利用，高品质的热能用于发电，低品质的热能用于加热低温淡水，提高了热量的利用率。
本实用新型所述汽轮机高压缸与背压机、热网加热装置和水热同产装置相连的管路上均分别设置有气动截止阀。如果背压机故障，可以关闭背压机回路上的气动截止阀，此时仍可以使用热网加热器对淡水进行加热，减少背压机故障对供热的影响，增加了供热系统的可靠性。
优选地，所述一回路模块包括循环连接的反应堆、蒸汽发生器和主泵。
优选地，所述二回路模块还包括与汽轮机高压缸依次连接的汽水分离再热器、汽轮机低压缸、凝汽器和给水泵。
优选地，所述给水泵与蒸汽发生器相连。
优选地，所述凝汽器经循环冷却水泵与海水输送管道相连。
优选地，所述海水输送管道上分别设置有第一截止阀和第二截止阀。
优选地，所述海水输送管道经海水提升泵分别与水热同产装置和膜法海水淡化装置相连。
优选地，所述汽轮机低压缸与发电机相连。
优选地，所述背压机与背压机发电机相连。
优选地，所述背压机还依次与背压机凝汽器、凝结水泵和凝汽器相连。
优选地，所述热网加热装置依次与凝结水泵和凝汽器相连。
优选地，所述膜法海水淡化装置依次与第一淡水泵、背压机凝汽器和热网加热装置相连。
优选地，所述核电厂热量梯级利用装置系统还包括能源分配装置、水热分离装置和跨季节储热装置。
优选地，所述能源分配装置分别与热网加热装置和水热同产装置相连。
优选地，所述能源分配装置和水热分离装置串联设置。
本实用新型从能源分配装置到水热分离装置，由之前的三根管道：供暖系统供水管道、回水管道和供淡水管道变为一根管道水热同传管道，可以节省大量的建设成本。另外，可以根据淡水的用量，投运或者停运水热同产装置，本实用新型提供的实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统具有很好的调节性能。
优选地，所述跨季节储热装置分别与能源分配装置和水热分离装置相连。
本实用新型设置了跨季节储热装置，在非供暖季用于储存热量和淡水，在供暖季释放热量，增强了核电厂负荷调节和水热同产系统的灵活性。
优选地，所述水热分离装置分别与供暖管道和供水管道相连。
本实用新型提供的一种实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统的使用方法包括如下步骤：
一回路模块的反应堆内的核燃料U-235裂变产生的热量传递给一回路冷却剂，一回路冷却剂吸收热量后在主泵的驱动下进入蒸汽发生器，将热量释放给二回路的除盐水，一回路冷却剂释放热量后返回到反应堆继续吸收热量；
蒸汽发生器壳侧的除盐水吸收一回路冷却剂的热量后，变为高温高压的饱和蒸汽，进入二回路模块的汽轮机高压缸膨胀做功，然后进入汽水分离再热器被加热后，进入汽轮机低压缸继续做功，带动发电机发电，之后进入凝汽器；在凝汽器内被海水输送管道输送的海水冷却，由气体变为液体然后在给水泵的驱动下返回一回路模块的蒸汽发生器继续下一循环；海水进入凝汽器吸收乏汽的热量后经海水输送管道排入大海；
冬季，在凝汽器内吸收了热量的海水依次经第一截止阀和海水提升泵进入水热同产装置；夏季，提取进入凝汽器前的海水依次经第二截止阀和海水提升泵进入水热同产装置；在水热同产装置内被从汽轮机高压缸排出的湿蒸汽加热，变为第一淡水和浓盐水，其中第一淡水用于供热和供水，浓盐水在核电厂处理后排放；
从汽轮机高压缸排出的湿蒸汽进入背压机，在背压机内膨胀做功，带动背压机发电机发电；膨胀做功后的蒸汽在背压机凝汽器内与膜法海水淡化装置内的第二淡水换热，经凝结水泵进入凝汽器，最终被给水泵送至蒸汽发生器继续吸收一回路的热量；
从汽轮机高压缸排出的湿蒸汽进入热网加热装置，对来自膜法海淡装置的第二淡水进行加热，释放热量后的蒸汽变为凝结水，与背压机凝汽器的凝结水混合后在凝结水泵的驱动下进入二回路模块的凝汽器；
冬季，在凝汽器内吸收了热量的海水依次经第一截止阀和海水提升泵进入膜法海水淡化装置；夏季，提取进入凝汽器前的海水依次经第二截止阀和海水提升泵进入膜法海水淡化装置；在膜法海水淡化装置内被淡化处理，得到第二淡水和浓盐水，第二淡水首先进入背压机凝汽器吸收热量后，进入热网换热装置被进一步加热，然后与水热同产装置产生的第一淡水混合后进入能源分配装置，经水热分离装置及供暖管道和供水管道为用户供暖和供水，浓盐水经核电厂处理后排放；
在非供暖季，第一淡水和第二淡水送至跨季节储热装置；在供暖季，跨季节储热装置中储存的第一淡水和第二淡水进入水热分离装置，为用户供暖和供水。
与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：
(1)本实用新型提供的实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统采用了背压机、水热同产装置和膜法海水淡化装置，提高了核电厂的热量利用效率，减少向外界环境的热量排放，实现了供暖和海水淡化，有效解决了清洁取暖和水资源紧缺问题；
(2)本实用新型提供的实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统中进入背压机的高温高压的蒸汽形成循环回路，使热量梯级利用，减少因汽轮机高压缸排汽管道抽汽而引起的发电损失，提高了能源利用效率；而且背压机凝汽器的乏汽与淡水温差较小，可以减少淡水加热过程中的不可逆损失；当背压机出现故障停运时，仍可以使用热网加热器对淡水进行加热，减少背压机故障对供热的影响，增加了装置系统的可靠性；本实用新型可以根据海淡水的用量，投运或者停运水热同产装置，具有很好的调节性能；
(3)本实用新型提供的实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统产生的被加热的淡水通过一根管道进行传输，可以节省建造成本，具有很好的经济性；
(4)本实用新型提供的实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统利用在凝汽器内吸收了热量的海水作为水热同产装置和膜法海水淡化装置的海水资源，可以提高海水淡化装置的效率；
(5)本实用新型提供的实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统设置了跨季节储热装置，在非供暖季用于储存热量和海淡水，在供暖季释放热量，增强了核电厂负荷调节和水热同产系统的灵活性；
(6)本实用新型提供的实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统为核电厂调峰提供了一种可行的解决方案，当核电厂调峰时，可以增大汽轮机高压缸排汽管道的抽汽量，大量的蒸汽进入背压机发电，发出的电能可以用于制氢、储能等，可丰富核能综合利用场景，可减少对反应堆功率调节的频率，减轻核电厂操纵员的运行负担。
附图说明
图1是本实用新型中具体实施方式提供的一种实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统的结构示意图。
图中：1-反应堆；2-主泵；3-蒸汽发生器；4-汽轮机高压缸；5-汽轮机低压缸；6-汽水分离再热器；7-发电机；8-凝汽器；9-循环冷却水泵；10-给水泵；11-背压机；12-背压机发电机；13-背压机凝汽器；14-凝结水泵；15-膜法海水淡化装置；16-第一淡水泵；17-热网加热装置；18-水热同产装置；19-第二淡水泵；20-能源分配装置；21-水热分离装置；22-海水提升泵；23-跨季节储热装置；31-第一气动截止阀；32-第二气动截止阀；33-第三气动截止阀；34-第一截止阀；35-第二截止阀。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
下面对本实用新型进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本实用新型的简易例子，并不代表或限制本实用新型的权利保护范围，本实用新型的保护范围以权利要求书为准。
需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
本领域技术人员理应了解的是，本实用新型中必然包括用于实现工艺完整的必要管线、常规阀门和通用泵设备，但以上内容不属于本实用新型的主要实用新型点，本领域技术人员可以基于工艺流程和设备结构选型自行增设布局，本实用新型对此不做特殊要求和具体限定。
作为本实用新型的一个具体实施方式，提供一种实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统，其结构示意图如图1所示。
所述核电厂热量梯级利用装置系统包括一回路模块、二回路模块、背压机11、膜法海水淡化装置15、热网加热装置17和水热同产装置18。
所述二回路模块包括汽轮机高压缸4；所述汽轮机高压缸4分别与背压机11、热网加热装置17和水热同产装置18相连。
所述一回路模块包括循环连接的反应堆1、蒸汽发生器3和主泵2。
所述二回路模块还包括与汽轮机高压缸4依次连接的汽水分离再热器6、汽轮机低压缸5、凝汽器8和给水泵10。
所述给水泵10与蒸汽发生器3相连。
所述凝汽器8经循环冷却水泵9与海水输送管道相连。
所述海水输送管道上分别设置有第一截止阀34和第二截止阀35。
所述海水输送管道经海水提升泵22分别与水热同产装置17和膜法海水淡化装置15相连。
所述汽轮机低压缸5与发电机7相连。
所述背压机11与背压机发电机12相连。
所述背压机11还依次与背压机凝汽器13、凝结水泵14和凝汽器8相连。
所述热网加热装置17依次与凝结水泵14和凝汽器8相连。
所述膜法海水淡化装置15依次与第一淡水泵16、背压机凝汽器13和热网加热装置17相连。
所述核电厂热量梯级利用装置系统还包括能源分配装置20、水热分离装置21和跨季节储热装置23。
所述能源分配装置20分别与热网加热装置17和水热同产装置18相连。
所述水热同产装置18与能源分配装置20之间设置有第二淡水泵19。
所述能源分配装置20和水热分离装置21串联设置。
所述跨季节储热装置23分别与能源分配装置20和水热分离装置21相连。
所述水热分离装置21分别与供暖管道和供水管道相连。
作为本实用新型的一个具体实施方式，还提供一种实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用方法，所述核电厂热量梯级利用方法采用上述的实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统进行；
本实用新型上述实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统的使用方法包括如下步骤：
一回路模块的反应堆1内的核燃料裂变产生的热量传递给一回路冷却剂，一回路冷却剂吸收热量后在主泵2的驱动下进入蒸汽发生器3，将热量释放给二回路的除盐水，一回路冷却剂释放热量后返回到反应堆1继续吸收热量；
蒸汽发生器3壳侧的除盐水吸收一回路冷却剂的热量后，变为高温高压的饱和蒸汽，进入二回路模块的汽轮机高压缸4膨胀做功，然后进入汽水分离再热器6被加热后，进入汽轮机低压缸5继续做功，带动发电机7发电，之后进入凝汽器8；在凝汽器8内被海水输送管道输送的海水冷却，由气体变为液体然后在给水泵的驱动下返回一回路模块的蒸汽发生器3继续下一循环；海水进入凝汽器8吸收乏汽的热量后经海水输送管道排入大海；
冬季，在凝汽器8内吸收了热量的海水依次经第一截止阀34和海水提升泵22进入水热同产装置18；夏季，提取进入凝汽器8前海水依次经第二截止阀35和海水提升泵22进入水热同产装置18；在水热同产装置18内被从汽轮机高压缸4排出的湿蒸汽加热，变为第一淡水和浓盐水，其中第一淡水用于供热和供水，浓盐水在核电厂处理后排放；
从汽轮机高压缸4排出的湿蒸汽进入背压机11，在背压机11内膨胀做功，带动背压机发电机12发电；膨胀做功后的蒸汽在背压机凝汽器13内与膜法海水淡化装置15内的第二淡水换热，经凝结水泵14进入凝汽器8，最终被给水泵10送至蒸汽发生器3继续吸收一回路的热量；
从汽轮机高压缸4排出的湿蒸汽进入热网加热装置17，对来自膜法海淡装置15的第二淡水进行加热，释放热量后的蒸汽变为凝结水，与背压机凝汽器13的凝结水混合后在凝结水泵14的驱动下进入二回路模块的凝汽器8；
冬季，在凝汽器8内吸收了热量的海水依次经第一截止阀34和海水提升泵22进入膜法海水淡化装置15；夏季，提取进入凝汽器前的海水依次经第二截止阀35和海水提升泵22进入膜法海水淡化装置15；在膜法海水淡化装置15内被淡化处理，得到第二淡水和浓盐水，第二淡水首先进入背压机凝汽器13吸收热量后，进入热网换热装置17被进一步加热，然后与水热同产装置18产生的第一淡水混合后进入能源分配装置20，经水热分离装置21及供暖管道和供水管道为用户供暖和供水，浓盐水经核电厂处理后排放；
在非供暖季，第一淡水和第二淡水送至跨季节储热装置23；在供暖季，跨季节储热装置23中储存的第一淡水和第二淡水进入水热分离装置21，为用户供暖和供水。
综上所述，本实用新型提供的实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统采用了背压机、水热同产装置和膜法海水淡化装置，提高了核电厂的热量利用效率，减少向外界环境的热量排放；而且具有可靠性、经济性、灵活性和良好的调节性能，适合大规模推广应用。
申请人声明，本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的详细结构特征，但本实用新型并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本实用新型必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统，其特征在于，所述核电厂热量梯级利用装置系统包括一回路模块、二回路模块、背压机、膜法海水淡化装置、热网加热装置和水热同产装置；
所述二回路模块包括汽轮机高压缸；所述汽轮机高压缸分别与背压机、热网加热装置和水热同产装置相连。
2.根据权利要求1所述的实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统，其特征在于，所述一回路模块包括循环连接的反应堆、蒸汽发生器和主泵。
3.根据权利要求1所述的实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统，其特征在于，所述二回路模块还包括与汽轮机高压缸依次连接的汽水分离再热器、汽轮机低压缸、凝汽器和给水泵；
所述给水泵与蒸汽发生器相连；
所述汽轮机低压缸与发电机相连。
4.根据权利要求3所述的实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统，其特征在于，所述凝汽器经循环冷却水泵与海水输送管道相连。
5.根据权利要求4所述的实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统，其特征在于，所述海水输送管道上分别设置有第一截止阀和第二截止阀；
所述海水输送管道经海水提升泵分别与水热同产装置和膜法海水淡化装置相连。
6.根据权利要求1所述的实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统，其特征在于，所述背压机与背压机发电机相连；
所述背压机还依次与背压机凝汽器、凝结水泵和凝汽器相连。
7.根据权利要求1所述的实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统，其特征在于，所述热网加热装置依次与凝结水泵和凝汽器相连。
8.根据权利要求1所述的实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统，其特征在于，所述膜法海水淡化装置依次与第一淡水泵、背压机凝汽器和热网加热装置相连。
9.根据权利要求1所述的实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统，其特征在于，所述核电厂热量梯级利用装置系统还包括能源分配装置、水热分离装置和跨季节储热装置；
所述能源分配装置分别与热网加热装置和水热同产装置相连；
所述能源分配装置和水热分离装置串联设置。
10.根据权利要求9所述的实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统，其特征在于，所述跨季节储热装置分别与能源分配装置和水热分离装置相连；
所述水热分离装置分别与供暖管道和供水管道相连。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202321742425.0U CN220420263U (zh) | 2023-07-05 | 2023-07-05 | 一种实现水热同产同传的核电厂热量梯级利用装置系统 |
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