核電站餘熱回收系統的製作方法

2023-06-10 18:28:26

本發明涉及一種餘熱回收系統，尤其是一種用於核電站的餘熱回收系統。

背景技術：

核電站的凝汽器冷卻熱量佔核反應堆熱量的60%，其冷卻主要採用海水直流冷卻方式：低溫海水直接進入凝汽器，經過內部換熱後再排出，從而為凝汽器的末端冷卻降溫。該方式的缺陷在於：排出的海水溫度較高，大量的熱能直接排入海中，不僅浪費熱量，同時也給海水造成熱汙染；並且，海水直流式冷卻需要對大量的海水進行處理，處理成本高，且易造成水體化學汙染。

技術實現要素：

本發明提出了一種核電站餘熱回收系統，其目的是：（1）對凝汽器所排出的熱量進行回收利用；（2）減少海水熱汙染；（3）減少對海水的處理，降低成本，減少對海水的化學汙染。

本發明技術方案如下：

核電站餘熱回收系統，包括核電站凝汽器，還包括熱泵系統和用熱系統；

所述凝汽器的冷卻水輸出端與熱泵系統蒸發側的輸入端相連接，凝汽器的冷卻水輸入端與熱泵系統蒸發側的輸出端相連接；

所述用熱系統的供熱水輸入端與熱泵系統冷凝側的輸出端相連接，用熱系統的供熱水輸出端與熱泵系統冷凝側的輸入端相連接。

作為本發明的進一步改進：所述熱泵系統包括冷卻水輸入幹路、冷卻水輸出幹路、用熱水輸入幹路、用熱水輸出幹路以及多個並聯設置的熱泵裝置；

各熱泵裝置包括依次連接的蒸發器、壓縮機和冷凝器，所述蒸發器和冷凝器還通過膨脹閥相連接；

所述並聯設置指：各熱泵裝置蒸發器的輸入端分別與冷卻水輸入幹路相連接，各熱泵裝置蒸發器的輸出端分別與冷卻水輸出幹路相連接，各熱泵裝置冷凝器的輸入端分別與用熱水輸入幹路相連接，各熱泵裝置冷凝器的輸出端分別與用熱水輸出幹路相連接；

所述的多個熱泵裝置包括一個或多個能夠對本熱泵蒸發器輸出水溫度進行控制的冷卻水端控制熱泵，以及一個或多個能夠對本熱泵冷凝器輸出水溫度進行控制的用熱水端控制熱泵；

所述熱泵系統蒸發側的輸入端設於冷卻水輸入幹路上，蒸發側的輸出端設於冷卻水輸出幹路上，冷凝側的輸入端設於用熱水輸入幹路上，冷凝側的輸出端設於用熱水輸出幹路上；

所述熱泵系統還包括控制系統，冷卻水輸出幹路上還設有冷卻水溫度傳感器，用熱水輸出幹路上還設有用熱水溫度傳感器，冷卻水溫度傳感器和用熱水溫度傳感器分別與控制系統相連接，該控制系統還與各壓縮機分別相連接以實現對各壓縮機的控制。

作為本發明的進一步改進：所述的冷卻水端控制熱泵的蒸發器輸出端設有與控制系統相連接的冷卻水支路溫度傳感器。

作為本發明的進一步改進：所述的用熱水端控制熱泵的冷凝器輸出端設有與控制系統相連接的用熱水支路溫度傳感器。

作為本發明的進一步改進：還包括為用熱系統提供熱能的熱能補充裝置，當熱泵系統的輸出溫度無法滿足用熱系統的需求時，熱能補充裝置給予補充。

作為本發明的進一步改進：所述熱能補充裝置為固體蓄熱裝置。

作為本發明的進一步改進：所述用熱系統為海水淡化裝置或城市供熱系統或工業用熱系統或農業用熱系統。

相對於現有技術，本發明具有以下積極效果：（1）本發明直接將熱泵系統與凝汽器的冷卻水路相接實現了冷卻水的封閉循環，一方面實現了熱量的回收利用，提高了能源利用率，另一方面還減少了熱量的輸出，避免了對環境的熱汙染，再次，由於實現了冷卻水的封閉循環，因而省略了冷卻水處理環節，擺脫了對海水資源的依賴，為在內陸建立核電站掃除了障礙；（2）本發明的熱泵系統採用並列式結構，根據冷卻水、用熱水幹路的出水溫度對各壓縮機進行控制，控制時對其中一部分熱泵的冷卻水出水溫度進行精確控制，同時對另一部分熱泵的用熱水出水溫度進行精確控制，從而達到了對雙端同時進行控制的目的，不僅滿足了用熱系統的需求，同時還滿足了凝汽器的冷卻需求，保持了輸出至凝汽器的冷卻水溫度恆定，從而確保了改造之後核電站汽輪機能夠高效、穩定地運行。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為本發明中熱泵系統的結構示意圖。

圖3為冷卻水端控制熱泵的結構示意圖。

圖4為用熱水端控制熱泵的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖詳細說明本發明的技術方案：

如圖1，一種核電站餘熱回收系統，包括核電站凝汽器1，還包括熱泵系統2和用熱系統3；

所述凝汽器1的冷卻水輸出端與熱泵系統2蒸發側的輸入端相連接，凝汽器1的冷卻水輸入端與熱泵系統2蒸發側的輸出端相連接；

所述用熱系統3的供熱水輸入端與熱泵系統2冷凝側的輸出端相連接，用熱系統3的供熱水輸出端與熱泵系統2冷凝側的輸入端相連接。

所述用熱系統3可以是工業、農業或者民用用熱裝置。

優選地，所述用熱系統3為海水淡化裝置，利用回收核電站凝汽器1的熱量實現海水蒸發淡化，解決了淡水生產問題。用熱系統3還可以是城市供熱系統或工業用熱系統或農業用熱系統。

當用熱系統為工業用熱設備時，熱泵冷凝器2-13的出水溫度受限（熱泵冷凝器出水溫度在50/60℃最佳），不能滿足工業高溫或蒸汽的要求，這時可以配套固體蓄熱裝置作為熱能補充裝置，將熱水輸出端溫度提高，滿足工業用熱需求，同時實現了零汙染、零排放的有效資源利用。

熱泵技術是根據逆卡諾循環原理，將低溫熱源（核電站凝汽器1冷卻水）中的低品位熱能進行提取，轉換為高品位熱能的一種高新技術產品。通過消耗少量的電能，將熱量從低溫抽吸到高溫，將低品位熱能轉化為高品位熱能。所以熱泵實質上是一種熱量提升裝置，能效比cop可達6.0以上。

以江蘇田灣核電站為例，凝汽器的冷卻水流量為43200m³/h，進水溫度為19.8℃，出水溫度為29.5℃，可以回收的熱量q=1.163×43200×（29.5-19.8）=487343kwh。配備合適的熱泵設備，將這部分低品位熱能全部回收，將低品位熱能轉換為60～80℃的高品位熱能，具有相當高的利用價值。按全年360天計算，可以回收的熱量：q總=487343×24×360=4210643520kw，相當於燃燒79.6萬噸標煤產生的熱量（標煤熱值按照7000kcal/kg，鍋爐燃燒效率按照65%計算）。餘熱回收不僅具有重大的經濟價值，同時具有重大的環保價值，對國家治理霧霾具有重大的意義。

在改造過程中發現，由於改用封閉循環水對凝汽器1進行冷卻，很容易出現冷卻水溫度不恆定的情況。為解決上述問題，本發明還對熱泵系統2進行了進一步改進：

如圖2，所述熱泵系統2包括冷卻水輸入幹路2-1、冷卻水輸出幹路2-2、用熱水輸入幹路2-3、用熱水輸出幹路2-4以及多個並聯設置的熱泵裝置；

如圖3或4，各熱泵裝置包括依次連接的蒸發器2-11、壓縮機2-12和冷凝器2-13，所述蒸發器2-11和冷凝器2-13還通過膨脹閥2-14相連接；

所述並聯設置指：各熱泵裝置蒸發器2-11的輸入端分別與冷卻水輸入幹路2-1相連接，各熱泵裝置蒸發器2-11的輸出端分別與冷卻水輸出幹路2-2相連接，各熱泵裝置冷凝器2-13的輸入端分別與用熱水輸入幹路2-3相連接，各熱泵裝置冷凝器2-13的輸出端分別與用熱水輸出幹路2-4相連接；

所述的多個熱泵裝置包括一個或多個能夠對本熱泵蒸發器2-11輸出水溫度進行控制的冷卻水端控制熱泵2-5，以及一個或多個能夠對本熱泵冷凝器2-13輸出水溫度進行控制的用熱水端控制熱泵2-6；

所述熱泵系統2蒸發側的輸入端設於冷卻水輸入幹路2-1上，蒸發側的輸出端設於冷卻水輸出幹路2-2上，冷凝側的輸入端設於用熱水輸入幹路2-3上，冷凝側的輸出端設於用熱水輸出幹路2-4上；

如圖3，所述的冷卻水端控制熱泵2-5的蒸發器2-11輸出端設有與控制系統相連接的冷卻水支路溫度傳感器2-15。

如圖4，所述的用熱水端控制熱泵2-6的冷凝器2-13輸出端設有與控制系統相連接的用熱水支路溫度傳感器2-16。

所述熱泵系統2還包括控制系統，冷卻水輸出幹路2-2上還設有冷卻水溫度傳感器，用熱水輸出幹路2-4上還設有用熱水溫度傳感器，上述各溫度傳感器分別與控制系統相連接，該控制系統還與各壓縮機2-12分別相連接以實現對各壓縮機2-12的控制。

熱泵系統2工作時，控制系統實時獲取冷卻水輸出幹路2-2和用熱水輸出幹路2-4的水溫，當幹路水溫無法滿足雙端的需求時對壓縮機2-12進行調整。調整方法為：若冷卻水輸出溫度無法滿足要求，則需要對冷卻水端控制熱泵2-5的壓縮機2-12進行加載或卸載；若用熱水輸出溫度無法滿足要求，則需要對用熱水端控制熱泵2-6的壓縮機2-12進行加載或卸載。具體調整原則是：當需要某熱泵的冷卻水輸出溫度提升或用熱水輸出溫度降低時，對該熱泵的壓縮機2-12卸載；當需要某熱泵的冷卻水輸出溫度降低或用熱水輸出溫度提升時，對該熱泵的壓縮機2-12加載。由於對一端調整後也會帶來整個系統另一端輸出溫度的改變，因此需要冷卻水端控制熱泵2-5和用熱水端控制熱泵2-6同時調整，兩端反覆調整、互相修正，直至兩端溫度均符合要求。調整時，還可根據支路溫度傳感器的檢測值對支路水溫進行精確調整，從而縮短調整時間，提高調整效率。

通過上述對熱泵系統2的改進，不僅維持了用熱系統3所用熱水溫度的恆定，同時也確保了凝汽器1冷卻水溫度的恆定，保證核電站汽輪機能夠高效、穩定地運行。