核电站余热回收系统的制作方法

本发明涉及一种余热回收系统，尤其是一种用于核电站的余热回收系统。

背景技术：

核电站的凝汽器冷却热量占核反应堆热量的60%，其冷却主要采用海水直流冷却方式：低温海水直接进入凝汽器，经过内部换热后再排出，从而为凝汽器的末端冷却降温。该方式的缺陷在于：排出的海水温度较高，大量的热能直接排入海中，不仅浪费热量，同时也给海水造成热污染；并且，海水直流式冷却需要对大量的海水进行处理，处理成本高，且易造成水体化学污染。

技术实现要素：

本发明提出了一种核电站余热回收系统，其目的是：（1）对凝汽器所排出的热量进行回收利用；（2）减少海水热污染；（3）减少对海水的处理，降低成本，减少对海水的化学污染。

本发明技术方案如下：

核电站余热回收系统，包括核电站凝汽器，还包括热泵系统和用热系统；

所述凝汽器的冷却水输出端与热泵系统蒸发侧的输入端相连接，凝汽器的冷却水输入端与热泵系统蒸发侧的输出端相连接；

所述用热系统的供热水输入端与热泵系统冷凝侧的输出端相连接，用热系统的供热水输出端与热泵系统冷凝侧的输入端相连接。

作为本发明的进一步改进：所述热泵系统包括冷却水输入干路、冷却水输出干路、用热水输入干路、用热水输出干路以及多个并联设置的热泵装置；

各热泵装置包括依次连接的蒸发器、压缩机和冷凝器，所述蒸发器和冷凝器还通过膨胀阀相连接；

所述并联设置指：各热泵装置蒸发器的输入端分别与冷却水输入干路相连接，各热泵装置蒸发器的输出端分别与冷却水输出干路相连接，各热泵装置冷凝器的输入端分别与用热水输入干路相连接，各热泵装置冷凝器的输出端分别与用热水输出干路相连接；

所述的多个热泵装置包括一个或多个能够对本热泵蒸发器输出水温度进行控制的冷却水端控制热泵，以及一个或多个能够对本热泵冷凝器输出水温度进行控制的用热水端控制热泵；

所述热泵系统蒸发侧的输入端设于冷却水输入干路上，蒸发侧的输出端设于冷却水输出干路上，冷凝侧的输入端设于用热水输入干路上，冷凝侧的输出端设于用热水输出干路上；

所述热泵系统还包括控制系统，冷却水输出干路上还设有冷却水温度传感器，用热水输出干路上还设有用热水温度传感器，冷却水温度传感器和用热水温度传感器分别与控制系统相连接，该控制系统还与各压缩机分别相连接以实现对各压缩机的控制。

作为本发明的进一步改进：所述的冷却水端控制热泵的蒸发器输出端设有与控制系统相连接的冷却水支路温度传感器。

作为本发明的进一步改进：所述的用热水端控制热泵的冷凝器输出端设有与控制系统相连接的用热水支路温度传感器。

作为本发明的进一步改进：还包括为用热系统提供热能的热能补充装置，当热泵系统的输出温度无法满足用热系统的需求时，热能补充装置给予补充。

作为本发明的进一步改进：所述热能补充装置为固体蓄热装置。

作为本发明的进一步改进：所述用热系统为海水淡化装置或城市供热系统或工业用热系统或农业用热系统。

相对于现有技术，本发明具有以下积极效果：（1）本发明直接将热泵系统与凝汽器的冷却水路相接实现了冷却水的封闭循环，一方面实现了热量的回收利用，提高了能源利用率，另一方面还减少了热量的输出，避免了对环境的热污染，再次，由于实现了冷却水的封闭循环，因而省略了冷却水处理环节，摆脱了对海水资源的依赖，为在内陆建立核电站扫除了障碍；（2）本发明的热泵系统采用并列式结构，根据冷却水、用热水干路的出水温度对各压缩机进行控制，控制时对其中一部分热泵的冷却水出水温度进行精确控制，同时对另一部分热泵的用热水出水温度进行精确控制，从而达到了对双端同时进行控制的目的，不仅满足了用热系统的需求，同时还满足了凝汽器的冷却需求，保持了输出至凝汽器的冷却水温度恒定，从而确保了改造之后核电站汽轮机能够高效、稳定地运行。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中热泵系统的结构示意图。

图3为冷却水端控制热泵的结构示意图。

图4为用热水端控制热泵的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的技术方案：

如图1，一种核电站余热回收系统，包括核电站凝汽器1，还包括热泵系统2和用热系统3；

所述凝汽器1的冷却水输出端与热泵系统2蒸发侧的输入端相连接，凝汽器1的冷却水输入端与热泵系统2蒸发侧的输出端相连接；

所述用热系统3的供热水输入端与热泵系统2冷凝侧的输出端相连接，用热系统3的供热水输出端与热泵系统2冷凝侧的输入端相连接。

所述用热系统3可以是工业、农业或者民用用热装置。

优选地，所述用热系统3为海水淡化装置，利用回收核电站凝汽器1的热量实现海水蒸发淡化，解决了淡水生产问题。用热系统3还可以是城市供热系统或工业用热系统或农业用热系统。

当用热系统为工业用热设备时，热泵冷凝器2-13的出水温度受限（热泵冷凝器出水温度在50/60℃最佳），不能满足工业高温或蒸汽的要求，这时可以配套固体蓄热装置作为热能补充装置，将热水输出端温度提高，满足工业用热需求，同时实现了零污染、零排放的有效资源利用。

热泵技术是根据逆卡诺循环原理，将低温热源（核电站凝汽器1冷却水）中的低品位热能进行提取，转换为高品位热能的一种高新技术产品。通过消耗少量的电能，将热量从低温抽吸到高温，将低品位热能转化为高品位热能。所以热泵实质上是一种热量提升装置，能效比cop可达6.0以上。

以江苏田湾核电站为例，凝汽器的冷却水流量为43200m³/h，进水温度为19.8℃，出水温度为29.5℃，可以回收的热量q=1.163×43200×（29.5-19.8）=487343kwh。配备合适的热泵设备，将这部分低品位热能全部回收，将低品位热能转换为60～80℃的高品位热能，具有相当高的利用价值。按全年360天计算，可以回收的热量：q总=487343×24×360=4210643520kw，相当于燃烧79.6万吨标煤产生的热量（标煤热值按照7000kcal/kg，锅炉燃烧效率按照65%计算）。余热回收不仅具有重大的经济价值，同时具有重大的环保价值，对国家治理雾霾具有重大的意义。

在改造过程中发现，由于改用封闭循环水对凝汽器1进行冷却，很容易出现冷却水温度不恒定的情况。为解决上述问题，本发明还对热泵系统2进行了进一步改进：

如图2，所述热泵系统2包括冷却水输入干路2-1、冷却水输出干路2-2、用热水输入干路2-3、用热水输出干路2-4以及多个并联设置的热泵装置；

如图3或4，各热泵装置包括依次连接的蒸发器2-11、压缩机2-12和冷凝器2-13，所述蒸发器2-11和冷凝器2-13还通过膨胀阀2-14相连接；

所述并联设置指：各热泵装置蒸发器2-11的输入端分别与冷却水输入干路2-1相连接，各热泵装置蒸发器2-11的输出端分别与冷却水输出干路2-2相连接，各热泵装置冷凝器2-13的输入端分别与用热水输入干路2-3相连接，各热泵装置冷凝器2-13的输出端分别与用热水输出干路2-4相连接；

所述的多个热泵装置包括一个或多个能够对本热泵蒸发器2-11输出水温度进行控制的冷却水端控制热泵2-5，以及一个或多个能够对本热泵冷凝器2-13输出水温度进行控制的用热水端控制热泵2-6；

所述热泵系统2蒸发侧的输入端设于冷却水输入干路2-1上，蒸发侧的输出端设于冷却水输出干路2-2上，冷凝侧的输入端设于用热水输入干路2-3上，冷凝侧的输出端设于用热水输出干路2-4上；

如图3，所述的冷却水端控制热泵2-5的蒸发器2-11输出端设有与控制系统相连接的冷却水支路温度传感器2-15。

如图4，所述的用热水端控制热泵2-6的冷凝器2-13输出端设有与控制系统相连接的用热水支路温度传感器2-16。

所述热泵系统2还包括控制系统，冷却水输出干路2-2上还设有冷却水温度传感器，用热水输出干路2-4上还设有用热水温度传感器，上述各温度传感器分别与控制系统相连接，该控制系统还与各压缩机2-12分别相连接以实现对各压缩机2-12的控制。

热泵系统2工作时，控制系统实时获取冷却水输出干路2-2和用热水输出干路2-4的水温，当干路水温无法满足双端的需求时对压缩机2-12进行调整。调整方法为：若冷却水输出温度无法满足要求，则需要对冷却水端控制热泵2-5的压缩机2-12进行加载或卸载；若用热水输出温度无法满足要求，则需要对用热水端控制热泵2-6的压缩机2-12进行加载或卸载。具体调整原则是：当需要某热泵的冷却水输出温度提升或用热水输出温度降低时，对该热泵的压缩机2-12卸载；当需要某热泵的冷却水输出温度降低或用热水输出温度提升时，对该热泵的压缩机2-12加载。由于对一端调整后也会带来整个系统另一端输出温度的改变，因此需要冷却水端控制热泵2-5和用热水端控制热泵2-6同时调整，两端反复调整、互相修正，直至两端温度均符合要求。调整时，还可根据支路温度传感器的检测值对支路水温进行精确调整，从而缩短调整时间，提高调整效率。

通过上述对热泵系统2的改进，不仅维持了用热系统3所用热水温度的恒定，同时也确保了凝汽器1冷却水温度的恒定，保证核电站汽轮机能够高效、稳定地运行。