一种核电余热利用系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及核电技术领域，尤其涉及一种核电余热利用系统及其控制方法。


背景技术：

2.在核电站运行过程中，存在着大量的余热，如汽轮机出口的高温乏汽、冷却塔产生的40℃-80℃的热水及其他余热资源。加强核电余热的利用，可整体提高核电站的运行效率，实现能源的高效利用，降低碳排放。目前核电余热利用的设备较为简单，除保证核电站正常运行外，余热资源仅用于单一的供暖环节，余热利用率较低。
3.关于如何利用核电余热，目前已有的方案主要有：采用吸收式热泵系统回收余热，产生高温热源，用于提高海水淡化系统的进水温度；利用汽轮机乏汽或者核电冷却水，配合吸收式热泵系统，用于集中供暖；利用蒸气压缩式热泵系统，将核电余热进行回收后，产生高温水蒸气后用于加热过程；采用吸收式热泵系统回收余热，产生低温水并进行储冷，用于核电设备自身的冷却。
4.现有的余热利用系统，其对于核电余热利用不能实现梯级利用，热泵利用率较低，手段单一、余热利用效率低。


技术实现要素：

5.鉴于目前存在的上述不足，本发明提供一种核电余热利用系统及其控制方法，能够实现核电余热的高效利用，提高能源的整体利用率，提高核电余热的需求度。
6.为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
7.一种核电余热利用系统，与核电厂中的循环水系统相连，包括：
8.蒸气压缩式热泵系统，所述蒸气压缩式热泵系统与核电余热资源进行热交换，同时接收并与常温原海水进行热交换；
9.耦合吸收式热泵系统，所述耦合吸收式热泵系统与核电余热资源进行热交换，同时接收并与常温原海水进行热交换，接收并与冷却水热交换后供应低温水；
10.闪蒸罐，所述闪蒸罐接收来自所述蒸气压缩式热泵系统和耦合吸收式热泵系统升温的海水，闪蒸产生纯净的水蒸气并供应高温浓海水；
11.水蒸气压缩机，所述水蒸气压缩机接收来自所述闪蒸罐的水蒸气，供应高温蒸汽；
12.采集泵，所述采集泵接收来自所述闪蒸罐的水蒸气，供应纯净水；
13.换热器，所述换热器接收常温原海水和/或来自所述闪蒸罐的高温浓海水，供应中温浓海水。
14.依照本发明的一个方面，所述蒸气压缩式热泵系统包括依次相连的第一蒸发器、压缩节流装置、第一冷凝器，所述第一蒸发器与核电余热资源进行热交换，所述第一冷凝器分别与闪蒸罐、换热器相连。
15.依照本发明的一个方面，所述耦合吸收式热泵系统包括发生器、第二冷凝器、第二蒸发器、吸收器，所述发生器与核电余热资源进行热交换，所述发生器分别与第二冷凝器、
吸收器、第二蒸发器相连，所述第二冷凝器分别与闪蒸罐、换热器相连，所述第二蒸发器与吸收器相连。
16.依照本发明的一个方面，所述闪蒸罐还分别与水蒸气压缩机、采集泵、换热器相连。
17.依照本发明的一个方面，所述核电余热利用系统还包括电动三通阀，所述闪蒸罐通过电动三通阀分别与第一冷凝器、第二冷凝器相连，所述换热器通过电动三通阀分别与第一冷凝器、第二冷凝器相连。
18.依照本发明的一个方面，所述第一冷凝器接收并与来自换热器的常温原海水进行热交换，所述第二冷凝器接收并与来自换热器的常温原海水进行热交换，所述第二蒸发器接收并与冷却水热交换后供应低温水。
19.依照本发明的一个方面，所述核电余热资源包括汽轮机120℃的乏汽及温度范围为40℃～80℃的热水。
20.依照本发明的一个方面，所述第一蒸发器与温度范围为40℃～80℃的热水进行热交换，所述发生器与汽轮机120℃的乏汽进行热交换。
21.依照本发明的一个方面，所述蒸气压缩式热泵系统采用的工质为水，所述耦合吸收式热泵系统采用的工质为溴化锂-水工质对。
22.一种核电余热利用系统的控制方法，包括以下步骤：
23.通过蒸气压缩式热泵系统与核电余热资源进行热交换，同时接收并与常温原海水进行热交换后将加热后的海水送至闪蒸罐内；
24.通过耦合吸收式热泵系统与核电余热资源进行热交换，同时接收并与常温原海水进行热交换后将加热后的海水送至闪蒸罐内，同时接收并与冷却水热交换后产出低温水；
25.通过闪蒸罐将海水闪蒸产生纯净的水蒸气，同时产出高温浓海水；
26.将纯净的水蒸气分别送入水蒸气压缩机和采集泵，分别产出高温蒸汽和纯净水；
27.将高温浓海水和/或常温原海水送入换热器，产出中温浓海水。
28.本发明实施的优点：通过耦合吸收式热泵系统接收并与冷却水热交换后供应低温水，通过闪蒸罐接收来自所述蒸气压缩式热泵系统和耦合吸收式热泵系统升温的海水，闪蒸产生纯净的水蒸气并供应高温浓海水，通过水蒸气压缩机接收来自所述闪蒸罐的水蒸气，供应高温蒸汽，通过采集泵接收来自所述闪蒸罐的水蒸气，供应纯净水，通过换热器接收常温原海水和/或来自所述闪蒸罐的高温浓海水，供应中温浓海水；如此，本系统可利用多种温度的核电余热资源，通过切换系统运行模式，独立或协同产生高温蒸汽、纯净水、高浓度海水及空调用的低温水等，能实现核电余热高效利用，提高能源的整体利用率。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本发明的核电余热利用系统的连接框图。
31.图中序号所对应的名称如下：
32.1、蒸气压缩式热泵系统；11、第一蒸发器；12、压缩节流装置；13、第一冷凝器；2、耦合吸收式热泵系统；21、发生器；22、第二冷凝器；23、第二蒸发器；24、吸收器；3、闪蒸罐；4、水蒸气压缩机；5、采集泵；6、换热器；7、电动三通阀。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.如图1所示，一种核电余热利用系统，用于对核电余热资源进行梯级利用；核电站运行过程中，除保证正常的核电冷却过程和发电过程外，还产生大量的余热资源，其中主要的核电余热资源为温度高达120℃的汽轮机乏汽和温度为40℃～80℃的热水资源。
35.所述核电余热利用系统包括：
36.蒸气压缩式热泵系统1，所述蒸气压缩式热泵系统1与温度范围为40℃～80℃的热水进行热交换，同时接收并与常温原海水进行热交换；
37.耦合吸收式热泵系统2，所述耦合吸收式热泵系统2与120℃的汽轮机乏汽进行热交换，同时接收并与常温原海水进行热交换，接收并与冷却水热交换后供应低温水给空调使用；
38.闪蒸罐3，接收来自所述蒸气压缩式热泵系统1和耦合吸收式热泵系统2升温的海水，闪蒸产生纯净的水蒸气并供应高温浓海水；
39.水蒸气压缩机4，接收来自所述闪蒸罐3的水蒸气，供应高温蒸汽；
40.采集泵5即罗茨泵，接收来自所述闪蒸罐3的水蒸气，供应纯净水；
41.换热器6，接收常温原海水和/或来自所述闪蒸罐3的高温浓海水，供应中温浓海水。
42.本核电余热利用系统能够利用核电站产生的乏汽或低温余热资源，通过耦合吸收式热泵系统2和蒸气压缩式热泵系统1，产出高温蒸汽、纯净水、高浓度海水及空调用的低温水等多种参数的产品；能够根据余热资源温度及用户需求，通过切换运行模式满足不同用户需求；本核电余热利用系统在保证核电安全运行的基础上，能实现核电余热的高效利用，提高核电热能利用率。
43.在实际应用中，蒸气压缩式热泵系统1包括依次相连的第一蒸发器11、压缩节流装置12、第一冷凝器13，所述第一蒸发器11与温度为40℃～80℃的热水进行热交换，所述第一冷凝器13分别与闪蒸罐3、换热器6相连，压缩节流装置12可由压缩机和节流机构组成。当核电余热资源为40℃～80℃的热水时，通过调控整个系统的运行方式，热水进入蒸气压缩式热泵系统1的第一蒸发器11内并与其进行热交换，热交换的热量加热进入第一冷凝器13中的海水，加热后的海水进入第一冷凝器13后方的闪蒸罐3，闪蒸产生纯净的水蒸气。
44.在实际应用中，耦合吸收式热泵系统2包括发生器21、第二冷凝器22、第二蒸发器23、吸收器24(四者之间进行一个循环工作)，所述发生器21与汽轮机120℃的乏汽进行热交换，所述发生器21分别与第二冷凝器22、吸收器24、第二蒸发器23相连，所述第二冷凝器22分别与闪蒸罐3、换热器6相连，所述第二蒸发器23与吸收器24相连。当核电余热资源为120
℃的乏汽时，通过调控整个系统的运行方式，120℃的乏汽进入耦合吸收式热泵系统2的发生器21内并与其进行热交换，热交换的热量加热进入第二冷凝器22中的海水，加热后的海水进入第二冷凝器22后方的闪蒸罐3，闪蒸产生纯净的水蒸气；同时，热交换的热量加热进入第二蒸发器23内的冷却水，冷却水与第二蒸发器23进行热交换，由第二蒸发器23处产出低温水供空调使用。
45.在实际应用中，闪蒸罐3还分别与水蒸气压缩机4、罗茨泵、换热器6相连。在闪蒸罐3中闪蒸产生纯净的水蒸气，通过进入不同的管道满足不同用户需求，具体可通过管道送至水蒸汽压缩机处进行压缩，由水蒸汽压缩机产出获得温度超过150℃的高温蒸汽，再通过管道将高温蒸汽送至有需求(如用于动力加热)的用户处；还可通过罗茨泵进行采集输送，罗茨泵将纯净的水蒸气从闪蒸罐3中引出，该部分水蒸气冷凝后，产生纯净水供用户使用。闪蒸罐3内的海水闪蒸产生水蒸气后，闪蒸罐3的底部剩余的海水含盐浓度上升，这部分的海水温度较高，也即产出高温浓海水。
46.在实际应用中，核电余热利用系统还包括两组电动三通阀7，所述闪蒸罐3通过一组电动三通阀7分别与第一冷凝器13、第二冷凝器22相连，通过电动三通阀7可控制闪蒸罐3、第一冷凝器13、第二冷凝器22之间的连通；所述换热器6通过另一组电动三通阀7分别与第一冷凝器13、第二冷凝器22相连，通过电动三通阀7可控制换热器6、第一冷凝器13、第二冷凝器22之间的连通。如此，通过电动三通阀7能够控制进入不同冷凝器中的海水，实现不同余热资源的利用；即通过一组电动三通阀7控制来自换热器6与其换热的常温原海水，分别进入第一冷凝器13、第二冷凝器22内进行热交换，再通过另一组电动三通阀7控制来自第一冷凝器13、第二冷凝器22内加热的海水进入闪蒸罐3，再进行后续的利用工序，实现不同余热资源的利用。
47.在实际应用中，蒸气压缩式热泵系统1采用的工质为水，所述耦合吸收式热泵系统2采用的工质为溴化锂-水工质对；通过工质与核电余热资源进行热交换。
48.一种核电余热利用系统的控制方法，包括以下步骤：
49.通过蒸气压缩式热泵系统1与40℃～80℃的热水进行热交换，同时接收并和(来自换热器6处的且与换热器6换热的)常温原海水进行热交换后，将加热后的海水送至闪蒸罐3内；
50.通过耦合吸收式热泵系统2与120℃的乏汽进行热交换，同时接收并和(来自换热器6处的且与换热器6换热的)常温原海水进行热交换后，将加热后的海水送至闪蒸罐3内；同时接收并与冷却水热交换后产出低温水；
51.通过闪蒸罐3将海水(来自第一冷凝器13和第二冷凝器22二者中至少一个冷凝器内)，闪蒸产生纯净的水蒸气，同时产出高温浓海水；
52.将纯净的水蒸气分别送入水蒸气压缩机4和罗茨泵，分别产出高温蒸汽和纯净水；
53.将高温浓海水和/或常温原海水送入换热器6，产出中温浓海水。
54.本核电余热利用系统根据下游用户的需求，主要提供的工业产品包括：高温蒸汽、纯净水、高浓度海水及空调用低温水。各个产品的产出过程大致如下：
55.(1)高温蒸汽的产出
56.通过闪蒸罐3，将第一冷凝器13和第二冷凝器22二者中至少一个冷凝器内的热交换的海水，闪蒸产生纯净的水蒸气后，由水蒸汽压缩机压缩，从而获得温度超过150℃高温
蒸汽。(第一冷凝器13内海水热交换的热量，由40℃～80℃的热水与第一蒸发器11热交换后提供；第二冷凝器22内海水热交换的热量，由120℃的乏汽与发生器21热交换后提供。)
57.(2)纯净水的产出
58.通过闪蒸罐3，将第一冷凝器13和第二冷凝器22二者中至少一个冷凝器内的热交换的海水，闪蒸产生纯净的水蒸气后，由罗茨泵输送采集，该部分水蒸气冷凝后，产出纯净水。(第一冷凝器13内海水热交换的热量，由40℃～80℃的热水与第一蒸发器11热交换后提供；第二冷凝器22内海水热交换的热量，由120℃的乏汽与发生器21热交换后提供。)
59.(3)高温浓海水的产出
60.通过闪蒸罐3，将第一冷凝器13和第二冷凝器22二者中至少一个冷凝器内的热交换的海水，闪蒸产生水蒸气后，闪蒸罐3的底部剩余的海水含盐浓度上升，这部分的海水温度较高，也即产出高温浓海水。
61.(4)中温浓海水的产出
62.由于闪蒸罐3处产出的高温浓海水温度高，直接排放造成热量浪费，故可通过换热器6对这一部分高温浓海水进行换热制冷，从而产出中温浓海水；同时，还可直接将常温原海水送入换热器6内，从而产出中温浓海水。
63.(5)低温水的产出
64.将核电站的冷却水直接送入第二蒸发器23内进行热交换，从而产出低温水，其温度范围为5℃～7℃，该低温水用于满足空调制冷用水需求。(热交换的热量，由120℃的乏汽与发生器21热交换后，在整个耦合吸收式热泵系统2内循环后提供。)
65.使用时，整个核电余热利用系统内的各个系统，可以独立或协同产生高温蒸汽、纯净水、高浓度海水(高温浓海水、中温浓海水)及低温水，可配置一控制系统进行相应的控制调配或者说运行模式切换，如此本核电余热利用系统能够利用多种温度的核电余热资源由各子系统独立或协同配合产出多种工业产品，能实现对核电余热的高效梯级利用，对热泵的利用率高，提高了能源的整体利用率。
66.本发明实施的优点如下：
67.(1)结合核电站余热资源的温度范围(如乏汽或者温热水)，将其用于不同的余热利用环节，能够实现热能的高效利用；
68.(2)使用不同的热泵组合，将核电余热的应用场景扩大，产生多种余热产品(高温蒸气、纯净水、空调用水、一定温度的浓海水等)，提高核电余热的需求度，使用范围广。
69.(3)针对该余热利用系统，给出了具体的控制方法及控制参数案例，解决了当前核电余热利用的痛点。
70.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种核电余热利用系统，与核电厂中的循环水系统相连，其特征在于，包括：蒸气压缩式热泵系统(1)，所述蒸气压缩式热泵系统(1)与核电余热资源进行热交换，同时接收并与常温原海水进行热交换；耦合吸收式热泵系统(2)，所述耦合吸收式热泵系统(2)与核电余热资源进行热交换，同时接收并与常温原海水进行热交换，接收并与冷却水热交换后供应低温水；闪蒸罐(3)，所述闪蒸罐(3)接收来自所述蒸气压缩式热泵系统(1)和耦合吸收式热泵系统(2)升温的海水，闪蒸产生纯净的水蒸气并供应高温浓海水；水蒸气压缩机(4)，所述水蒸气压缩机(4)接收来自所述闪蒸罐(3)的水蒸气，供应高温蒸汽；采集泵(5)，所述采集泵(5)接收来自所述闪蒸罐(3)的水蒸气，供应纯净水；换热器(6)，所述换热器(6)接收常温原海水和/或来自所述闪蒸罐(3)的高温浓海水，供应中温浓海水。2.根据权利要求1所述的一种核电余热利用系统，其特征在于，所述蒸气压缩式热泵系统(1)包括依次相连的第一蒸发器(11)、压缩节流装置(12)、第一冷凝器(13)，所述第一蒸发器(11)与核电余热资源进行热交换，所述第一冷凝器(13)分别与闪蒸罐(3)、换热器(6)相连。3.根据权利要求2所述的一种核电余热利用系统，其特征在于，所述耦合吸收式热泵系统(2)包括发生器(21)、第二冷凝器(22)、第二蒸发器(23)、吸收器(24)，所述发生器(21)与核电余热资源进行热交换，所述发生器(21)分别与第二冷凝器(22)、吸收器(24)、第二蒸发器(23)相连，所述第二冷凝器(22)分别与闪蒸罐(3)、换热器(6)相连，所述第二蒸发器(23)与吸收器(24)相连。4.根据权利要求3所述的一种核电余热利用系统，其特征在于，所述闪蒸罐(3)还分别与水蒸气压缩机(4)、采集泵(5)、换热器(6)相连。5.根据权利要求3所述的一种核电余热利用系统，其特征在于，所述核电余热利用系统还包括电动三通阀(7)，所述闪蒸罐(3)通过电动三通阀(7)分别与第一冷凝器(13)、第二冷凝器(22)相连，所述换热器(6)通过电动三通阀(7)分别与第一冷凝器(13)、第二冷凝器(22)相连。6.根据权利要求3所述的一种核电余热利用系统，其特征在于，所述第一冷凝器(13)接收并与来自换热器(6)的常温原海水进行热交换，所述第二冷凝器(22)接收并与来自换热器(6)的常温原海水进行热交换，所述第二蒸发器(23)接收并与冷却水热交换后供应低温水。7.根据权利要求3所述的一种核电余热利用系统，其特征在于，所述核电余热资源包括汽轮机120℃的乏汽及温度范围为40℃～80℃的热水。8.根据权利要求7所述的一种核电余热利用系统，其特征在于，所述第一蒸发器(11)与温度范围为40℃～80℃的热水进行热交换，所述发生器(21)与汽轮机120℃的乏汽进行热交换。9.根据权利要求1所述的一种核电余热利用系统，其特征在于，所述蒸气压缩式热泵系统(1)采用的工质为水，所述耦合吸收式热泵系统(2)采用的工质为溴化锂-水工质对。10.一种核电余热利用系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过蒸气压缩式热泵系统(1)与核电余热资源进行热交换，同时接收并与常温原海水进行热交换后将加热后的海水送至闪蒸罐(3)内；通过耦合吸收式热泵系统(2)与核电余热资源进行热交换，同时接收并与常温原海水进行热交换后将加热后的海水送至闪蒸罐(3)内，同时接收并与冷却水热交换后产出低温水；通过闪蒸罐(3)将海水闪蒸产生纯净的水蒸气，同时产出高温浓海水；将纯净的水蒸气分别送入水蒸气压缩机(4)和采集泵(5)，分别产出高温蒸汽和纯净水；将高温浓海水和/或常温原海水送入换热器(6)，产出中温浓海水。

技术总结
本发明公开了一种核电余热利用系统及其控制方法，涉及核电技术领域，核电余热利用系统包括蒸气压缩式热泵系统、耦合吸收式热泵系统、闪蒸罐、水蒸气压缩机、采集泵、换热器，通过蒸气压缩式热泵系统、耦合吸收式热泵系统利用核电站产生的乏汽或低温余热资源，配合闪蒸罐、水蒸气压缩机、采集泵、换热器等机构，独立或协同产出高温蒸汽、纯净水、高浓度海水及空调用的低温水等多种参数的产品。本发明能实现核电余热的高效利用，提高能源的整体利用率，能根据余热资源温度及用户需求，通过切换运行模式满足不同用户需求。模式满足不同用户需求。模式满足不同用户需求。


技术研发人员：陆金琪 姚学良 危博 张四代
受保护的技术使用者：上海阿波罗机械股份有限公司
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/7/7