水热同产系统和核电机组的制作方法

1.本发明属于海水淡化技术领域，具体地，涉及一种水热同产系统和核电机组。


背景技术：

2.随着我国经济社会的快速发展和城市化进程的不断推进，水资源短缺已成为制约我国社会经济可持续发展的重要因素。海水淡化是从源头增加水资源量的有效手段，是解决我国水资源短缺的重要途径和战略选择，也是确保国家安全和可持续发展的必然要求。
3.然而，相关技术中，海水淡化技术存在运行成本高和能源利用率低的问题。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种水热同产系统，该水热同产系统具有能源利用率高和运行成本低的优点。
5.本发明的实施例还提出一种核电机组。
6.根据本发明实施例的水热同产系统包括第一输汽管道、吸收式热泵、水热同产机组和第一导热件，所述第一输汽管道的第一端适于通入核电机组的汽轮机排汽；所述吸收式热泵具有第一腔，所述第一腔设有适于输入高温热源的第一进口和适于排出冷凝水的第一出口，所述第一进口和所述第一输汽管道的第二端相连；所述水热同产机组具有第二腔，所述第二腔设有浓海水出口、淡水出口和适于通入原海水的入口；所述第一导热件连接所述吸收式热泵和所述水热同产机组，所述第一腔和所述第二腔均和所述第一导热件换热。
7.根据本发明实施例的水热同产系统，实现了汽轮机排汽的梯级利用，提高了能源的利用率。另外，本实施例中利用核能进行海水淡化，降低了海水淡化的能源成本和运行成本。
8.在一些实施例中，所述第一导热件包括第一回路管道和第一水泵，所述第一回路管道包括第一换热管段和第二换热管段，所述第一换热管段和所述吸收式热泵相连并和所述第一腔热交换，所述第二换热管段和所述水热同产机组相连并和所述第二腔热交换；所述第一水泵安装于所述第一回路管道。
9.在一些实施例中，所述吸收式热泵还包括第三腔和第四腔，所述第三腔具有适于输入低温热源的第二进口和适于排出冷凝水的第二出口；所述第一腔和所述第三腔均邻近所述第四腔并能够与所述第四腔热交换，所述第一换热管段设于所述第四腔。
10.在一些实施例中，所述水热同产系统还包括第二输汽管道、淡水管道和第二导热件，所述第二输汽管道的第一端和所述第一输汽管道的第一端并联且适于通入所述汽轮机排汽；所述淡水管道的第一端和所述淡水出口相连，所述淡水管道设有淡水泵；所述第二导热件连接所述第二输汽管道和所述淡水管道，所述第二导热件分别与所述第二输汽管道和所述淡水管道热交换。
11.在一些实施例中，所述第二导热件包括第一换热器、第二换热器、第二回路管道和，所述第一换热器具有能够换热的第五腔和第六腔，所述第五腔和所述第二输汽管道相
连；所述第二换热器具有能够换热的第七腔和第八腔，所述第七腔和所述淡水管道相连；所述第二回路管道包括第三换热管段和第四换热管段，所述第三换热管段设于所述第六腔内，所述第四换热管段设于所述第八腔内；第二水泵，所述第二水泵安装于所述第二回路管道。
12.在一些实施例中，所述水热同产系统还包括第一管道、第二管道、定压泵和止回阀，所述第二回路管道的周壁设有第一接口，所述第一管道的第一端和所述第一接口相连，所述第一管道的第二端安装有泄压阀；所述第一管道的周壁设有位于所述泄压阀上游的第二接口，所述淡水管道的周壁设有位于所述淡水泵下游的第三接口，所述第二管道的两端分别与所述第二接口和所述第三接口相连；所述定压泵和所述止回阀串接于所述第二管道，所述止回阀位于所述定压泵的下游。
13.在一些实施例中，所述水热同产系统还包括第一阀门和第二阀门，所述第一阀门设于所述第一输汽管道，所述第二阀门设于所述第二输汽管道。
14.在一些实施例中，所述水热同产机组具有能够与所述第二换热管段换热的第九腔，所述第九腔设有原海水进口和原海水出口，所述水热同产系统还包括第三管道，所述第三管道连接所述原海水出口和所述入口。
15.根据本发明实施例的核电机组包括如上述实施例所述的水热同产系统，还包括反应堆压力壳、蒸汽发生器、汽轮机、发电机、第三输汽管道、冷凝器和第一主泵，所述蒸汽发生器和所述反应堆压力壳相连；所述汽轮机和所述发电机驱动相连，所述汽轮机的进汽口和所述蒸汽发生器的出汽口相连；所述第三输汽管道的第一端和所述汽轮机的出汽口相连，所述第三输汽管道的第二端和所述冷凝器的进汽口相连，所述第三输汽管道的周壁设有抽汽口，所述第一输汽管道和所述第二输汽管道的第一端均与所述抽汽口相连；所述冷凝器的底部设有第四接口，所述蒸汽发生器的底部设有第五接口，所述第一主泵连接所述第四接口和所述第五接口。
16.根据本发明实施例的核电机组，反应堆压力壳内发生核裂变时，产生热能，蒸汽发生器内的水被加热并形成饱和蒸汽，该饱和蒸汽进入汽轮机内并驱动汽轮机运转，汽轮机带动发电机发电。在汽轮机做过功的蒸汽进入第三输汽管道，其中一部分蒸汽进入冷凝器内并被冷凝为冷剂水，另一部分蒸汽通过抽汽口进入第一输汽管道和第二输汽管道内。第一主泵用于将冷凝器内的冷剂水输送至蒸汽发生器内，由此，实现了冷剂水/饱和蒸汽的循环流动，保证了对于汽轮机的连续做功。
17.根据本发明实施例的核电机组的其它技术优势和根据本发明实施例的水热同产系统的技术优势相同，此处不再赘述。
18.在一些实施例中，所述核电机组还包括第三回路管道、第二主泵和稳压器，所述反应堆压力壳的周壁设有第六接口和第七接口，所述第三回路管道的第一端和所述第六接口相连，所述第三回路管道的第二端和所述第七接口相连，所述第三回路管道的中间部分置于所述蒸汽发生器内；所述第二主泵安装于所述第三回路管道以便于输送所述第三回路管道内的冷剂水；所述稳压器安装于所述第三回路管道。
附图说明
19.图1是根据本发明实施例的水热同产系统的示意图。
20.附图标记：1、第一输汽管道；11、第一阀门；2、吸收式热泵；21、第一进口；22、第一出口；23、第二进口；24、第二出口；3、水热同产机组；31、浓海水出口；32、淡水出口；33、入口；34、原海水进口；35、原海水出口；36、第三管道；4、第一导热件；41、第一回路管道；411、第一换热管段；412、第二换热管段；5、第二输汽管道；51、第二阀门；6、淡水管道；61、第一管道；62、第二管道；63、定压泵；64、止回阀；65、泄压阀；7、第二导热件；71、第一换热器；72、第二换热器；73、第二回路管道；731、第三换热管段；732、第四换热管段；74、第二水泵；8、第一蒸汽循环回路；81、蒸汽发生器；82、汽轮机；83、第三输汽管道；84、冷凝器；85、第一主泵；86、抽汽口；87、第四输汽管道；9、第二蒸汽循环回路；91、第三回路管道；92、第二主泵；93、稳压器；94、反应堆压力壳；95、控制棒。
具体实施方式
21.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
22.下面结合图1描述根据本发明实施例的水热同产系统和核电机组。
23.如图1所示，根据本发明实施例的水热同产系统包括第一输汽管道1、吸收式热泵2、水热同产机组3和第一导热件4，第一输汽管道1的第一端适于通入核电机组的汽轮机82排汽。吸收式热泵2具有第一腔，第一腔设有适于输入高温热源的第一进口21和适于排出冷凝水的第一出口22，第一进口21和第一输汽管道1的第二端相连。水热同产机组3具有第二腔，第二腔设有浓海水出口31、淡水出口32和适于通入原海水的入口33。第一导热件4连接吸收式热泵2和水热同产机组3，第一腔和第二腔均和第一导热件4换热。
24.根据本发明实施例的水热同产系统，第一输汽管道1内的汽轮机82排汽通过第一进口21进入第一腔内，并与第一导热件4换热，第一导热件4又通过与第二腔的换热将第一腔内的汽轮机82排汽的热能传递至第二腔内，该热能作为第二腔内海水淡化的热源。
25.由此，实现了汽轮机82排汽的梯级利用，提高了能源的利用率。另外，本实施例中利用核能进行海水淡化，降低了海水淡化的能源成本和运行成本。
26.其中，汽轮机82排汽在第一腔内换热后，温度降低并形成冷凝水，该冷凝水由第一出口22排出。
27.其中，原海水通过入口33进入第一腔内，并在第一腔内完成海水淡化，之后，分离出的淡水通过淡水出口32排出，剩余的浓海水通过浓海水出口31排出。
28.可选地，第一输汽管道1的第一端也可以通入化工厂蒸汽、钢铁厂蒸汽等余热蒸汽。
29.在一些实施例中，如图1所示，第一导热件4包括第一回路管道41和第一水泵，第一回路管道41包括第一换热管段411和第二换热管段412，第一换热管段411和吸收式热泵2相连并和第一腔热交换，第二换热管段412和水热同产机组3相连并和第二腔热交换。第一水泵安装于第一回路管道41。
30.首先，第一腔内的汽轮机82排汽和第一换热管段411内的水热交换。其次，第一水泵驱动第一换热管段411的高温水进入第二换热管段412内。最后，第二换热管段412的高温水和第二腔热交换，由此，实现了第一输汽管道1向第二腔供给热量的效果，保证了第二腔内海水淡化的正常进行。
31.可以理解地，在第一水泵的驱动下，第一回路管道41内的水循环流动，由此，实现了将第一输汽管道1中的汽轮机82排汽的余热持续地向第二腔输出的效果。
32.在一些实施例中，如图1所示，吸收式热泵2还包括第三腔和第四腔，第三腔具有适于输入低温热源的第二进口23和适于排出冷凝水的第二出口24。第一腔和第三腔均邻近第四腔并能够与第四腔热交换，第一换热管段411设于第四腔。
33.由此，吸收式热泵2实现了利用第一腔中的高温热能回收第三腔中的低温热能的效果，并由此提高了第三腔中低温热源的温位，从而便于生成可供海水淡化的大量的中温位热能。
34.在一些实施例中，如图1所示，水热同产系统还包括第二输汽管道5、淡水管道6和第二导热件7，第二输汽管道5的第一端和第一输汽管道1的第一端并联且适于通入汽轮机82排汽。淡水管道6的第一端和淡水出口32相连，淡水管道6设有淡水泵。第二导热件7连接第二输汽管道5和淡水管道6，第二导热件7分别与第二输汽管道5和淡水管道6热交换。
35.由此，第二输汽管道5中的汽轮机82排汽通过第二导热组件将热量传递至淡水管道6，实现了淡水管道6内淡水的加热，以便于向用户供给热淡水。
36.具体地，第二输汽管道5的第二端用于排出换热后的凝水。
37.在一些实施例中，如图1所示，第二导热件7包括第一换热器71、第二换热器72、第二回路管道73和第二水泵74，第一换热器71具有能够换热的第五腔和第六腔，第五腔和第二输汽管道5相连。第二换热器72具有能够换热的第七腔和第八腔，第七腔和淡水管道6相连。第二回路管道73包括第三换热管段731和第四换热管段732，第三换热管段731设于第六腔内，第四换热管段732设于第八腔内。第二水泵74安装于第二回路管道73。
38.首先，第二输汽管道5内的核汽轮机82排汽和第六腔内的第三换热管段731热交换。其次，第二水泵74驱动第三换热管段731的高温水流入第四换热管段732。最后，第八腔内的第四换热管段732和第七腔的淡水管道6热交换，由此，实现了第二输汽管道5向淡水管道6供热的效果，从而实现了淡水的升温。
39.第二水泵74用于驱动第二回路管道73内的水循环流动，从而实现了热交换的持续进行，便于将第二输汽管道5中的热量源源不断地输送至淡水管道6内，实现了对于淡水的持续加热。
40.在一些实施例中，如图1所示，水热同产系统还包括第一管道61、第二管道62、定压泵63和止回阀64，第二回路管道73的周壁设有第一接口，第一管道61的第一端和第一接口相连，第一管道61的第二端安装有泄压阀65。第一管道61的周壁设有位于泄压阀65上游的第二接口，淡水管道6的周壁设有位于淡水泵下游的第三接口，第二管道62的两端分别与第二接口和第三接口相连。定压泵63和止回阀64串接于第二管道62，止回阀64位于定压泵63的下游。
41.当第二回路管道73压力降低时，定压泵63用于向第二回路管道73输送淡水，由此达到对第二回路管道73定压的效果。
42.止回阀64用于防止第二回路管道73内的水回流至淡水管道6内。当第二回路管道73的压力超过泄压阀65的安全压力上限时，泄压阀65打开，实现泄压，由此避免了第二回路管道73因超压而损坏。
43.在一些实施例中，如图1所示，水热同产系统还包括第一阀门11和第二阀门51，第
一阀门11设于第一输汽管道1，第二阀门51设于第二输汽管道5。
44.第一阀门11用于控制第一输汽管道1的通断，第二阀门51用于控制第二输汽管道5的通断。
45.其中，可以通过定压泵63的变频调节或启停调节，使定压泵63出口压力高于对应温度下的汽化压力，从而保证第二回路管道73中的水不汽化。
46.可以理解地，换热之后第二回路管道73中的内循环水的温度远低于第二输汽管道5中蒸汽的温度，同时其压力高于该蒸汽压力，并且远高于汽化压力，所以内循环水不会汽化。
47.另外，由于内循环水压力高于上述蒸汽压力，第二输汽管道5内的蒸汽及其凝结水不会泄漏至第二回路管道73内。
48.在一些实施例中，如图1所示，水热同产机组3具有能够与第二换热管段412换热的第九腔，第九腔设有原海水进口34和原海水出口35，水热同产系统还包括第三管道36，第三管道36连接原海水出口35和入口33。
49.由此，第二换热管段412中的热量可以传递至第九腔内，并用于预热第九腔内的原海水，提升了海水淡化的效率。
50.第三管道36用于将第九腔内预热后的原海水输送至第二腔内。
51.综上，本发明实施例的水热同产系统利用核电机组的汽轮机82排汽中的余热，通过隔离热交换工艺，安全高效地进行海水淡化水热同产，绿色环保，可靠性高，并且提升了热淡水制备的性价比。
52.由此，水热同产系统将核电机组和海水淡化结合，实现水热同产同送，解决了核能供热和供淡水问题。
53.如图1所示，根据本发明实施例的核电机组包括如上述实施例的水热同产系统，还包括反应堆压力壳94、蒸汽发生器81、汽轮机82、发电机、第三输汽管道83、冷凝器84和第一主泵85，蒸汽发生器81和反应堆压力壳94相连。汽轮机82和发电机驱动相连，汽轮机82的进汽口和蒸汽发生器81的出汽口相连。第三输汽管道83的第一端和汽轮机82的出汽口相连，第三输汽管道83的第二端和冷凝器84的进汽口相连，第三输汽管道83的周壁设有抽汽口86，第一输汽管道1和第二输汽管道5的第一端均与抽汽口86相连。冷凝器84的底部设有第四接口，蒸汽发生器81的底部设有第五接口，第一主泵85连接第四接口和第五接口。
54.反应堆压力壳94内发生核裂变时，产生热能，蒸汽发生器81内的水被加热并形成饱和蒸汽，该饱和蒸汽进入汽轮机82内并驱动汽轮机82运转，汽轮机82带动发电机发电。在汽轮机82做过功的蒸汽进入第三输汽管道83，其中一部分蒸汽进入冷凝器84内并被冷凝为冷剂水，另一部分蒸汽通过抽汽口86进入第一输汽管道1和第二输汽管道5内。第一主泵85用于将冷凝器84内的冷剂水输送至蒸汽发生器81内，由此，实现了冷剂水/饱和蒸汽的循环流动，保证了对于汽轮机82的连续做功。
55.根据本发明实施例的核电机组的其它技术优势和根据本发明实施例的水热同产系统的技术优势相同，此处不再赘述。
56.可以理解地，反应堆压力壳94内具有控制棒95，用于控制反应堆的核裂变。
57.其中，蒸汽发生器81、汽轮机82、第三输汽管道83、冷凝器84和第一主泵85构成了第一蒸汽循环回路8。
58.具体地，核电机组还可以包括第四输汽管道87，第四输汽管道87的第一端和抽汽口86相连，第一输汽管道1和第二输汽管道5的第二端均和第四输汽管道87的第二端相连，由此，第一输汽管道1和第二输汽管道5通过第四输汽管道87实现了和抽汽口86相连的效果。
59.在一些实施例中，如图1所示，核电机组还包括第三回路管道91、第二主泵92和稳压器93，反应堆压力壳94的周壁设有第六接口和第七接口，第三回路管道91的第一端和第六接口相连，第三回路管道91的第二端和第七接口相连，第三回路管道91的中间部分置于蒸汽发生器81内。第二主泵92安装于第三回路管道91以便于输送第三回路管道91内的冷剂水。稳压器93安装于第三回路管道91。
60.第二主泵92用于输送第三回路管道91内的冷剂水，保证冷剂水在第三回路管道91和反应堆压力壳94中的连续流通，由此该冷剂水实现了将反应堆压力壳94内的热量持续地输出至蒸汽发生器81的效果，保证了蒸汽发生器81内蒸汽的生产。
61.稳压器93用于稳定第三回路管道91内的压力，防止超压。
62.其中，反应堆压力壳94和第三回路管道91构成了第二蒸汽循环回路9。
63.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
64.此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
65.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
66.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
67.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
68.尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。