一种核电站余热蓄能和分配再利用系统的制作方法

1.本实用新型涉及核电站能源梯级利用技术领域，具体地说是一种核电站余热蓄能和分配再利用系统。


背景技术：

2.核电厂与传统火电厂的根本性区别之一在于核能发电依赖于核裂变及链式反应过程，从而导致核电厂停堆过程中以及从堆芯移出的乏燃料里仍然带有大量的衰变热。这些衰变热的峰值量级往往可以达到堆功率的10％以上，且衰变的速度相对非常缓慢，以国内某百万千瓦级电站为例，堆芯衰变热功率在停堆后1个月仍然有10mw量级。这部分热量能够得到进一步有效利用的话，对于核电厂的经济性将会产生非常明显的提升效果。
3.出于安全考虑，这部分乏热的热品质相对不会很高，冷却介质温度一般不允许超过相变温度，所以很难再用于发电。但核能的综合利用可以有效解决这个问题，通过合理的系统设计方案，可以形成能源的梯次利用、综合智慧核能应用、核能的多联产，通过新系统、新工艺提升在运营核电项目的经济性是核电二次突破再发展的必由之路。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种核电站余热蓄能和分配再利用系统，该系统设计结合了核电厂存在大量余热的固有特点，选用的热源主要为核电厂的乏热和余热，能够有效的提高核电厂的能源利用效率，提升电厂经济性，同时通过制氢等方案与核电厂原有辅助系统有机结合起来，简化供应性辅助系统设计，降低电厂的运行成本。
5.为实现上述目的，设计一种核电站余热蓄能和分配再利用系统，包括乏燃料池、余热排出系统、主蒸汽旁排系统，其特征在于：
6.所述乏燃料池的出口和余热排出系统的出口分别采用第一热管装置连接热管式蓄能中心的第一管程入口；热管式蓄能中心的第一管程出口采用管路分两路分别连接乏燃料池的入口、余热排出系统的入口；所述乏燃料池的第一热管装置上设有第一阀门；余热排出系统的第一热管装置上设有第二阀门，热管式蓄能中心至乏燃料池的管路上设有第三阀门，热管式蓄能中心至余热排出系统的管路上设有第四阀门；
7.所述主蒸汽旁排系统的出口采用第二热管装置连接化学制氢装置的入口，化学制氢装置的出口连接热管式蓄能中心的第二管程入口，热管式蓄能中心的第二管程出口连接冷凝器；所述第二热管装置上设有第五阀门；
8.所述热管式蓄能中心的二次侧工质壳程出口连接热泵，热泵的主热工质出口分两路分别连接orc循环发电装置、海水淡化装置；热泵的热工质旁路出口与orc循环发电装置的工质出口、海水淡化装置的工质出口并管连接后，再分三路分别连接主给水管道伴热装置的进口、核能制冷系统的进口、核能供热系统的进口；主给水管道伴热装置的出口、核能制冷系统的出口、核能供热系统的出口并管后依次连接蓄热工质池、集热回路泵、热管式蓄能中心的壳程进口；热泵的第二出口连接的管路上设有第六阀门；
9.所述orc循环发电装置的电能输出端分别连接用电系统；
10.所述第二热管装置上还设有第一温度传感器，所述热泵的主热工质出口设有第二温度传感器，第一温度传感器的信号输出端、第二温度传感器的信号输出端分别连接控制器的相应的信号输入端。
11.进一步的，所述用电系统包括海水淡化装置的供电端，和/或电储能装置/厂用电系统，和/或电解制氢装置。
12.进一步的，所述第一热管装置、第二热管装置分别采用低温差传热的热管装置。
13.进一步的，所述乏燃料池的燃料格架上布置相应第一热管装置。
14.本实用新型与现有技术相比，核电站的余热蓄能和分配再利用系统，设计配置了热管装置、蓄能中心和热泵，充分利用核电厂正常运行中和停堆冷却过程中存在的大量余热，将原来直接排放到最终冷源海水(目前我国的核电厂均为沿海厂址)中全部浪费掉的能量，通过合理可行的装置和措施重新提取出来，实现了稳定的梯级利用，在减少能量损耗、提高能源利用率的同时，也能降低核电厂的温排水效应，有效的减小对环境的影响。
附图说明
15.图1为本实用新型的工艺流程图。
具体实施方式
16.现结合附图对本实用新型作进一步地说明。
17.本实用新型的设计思路是：利用核电厂乏燃料余热、停堆冷却余热和主蒸汽旁排系统热量，设计回收再利用系统。又由于乏燃料池中存在热分层现象，可以在靠近燃料棒区域提取相对较高品位的乏热，利用热管式蓄能中心实现低温差传热和蓄能，同时从主蒸汽旁路系统少量抽取蒸汽调节热品位，最后在蓄热工质的不同温度梯度阶段，实现供应化学制氢、海水淡化、orc循环发电、主给水管道伴热、核能制冷及核能供热等阶梯化利用的系统设计方案。
18.实施例1
19.参见图1，一种核电站余热蓄能和分配再利用系统，包括乏燃料池2、余热排出系统4、主蒸汽旁排系统6，其特征在于：
20.所述乏燃料池2的出口和余热排出系统4的出口分别采用第一热管装置1-1连接热管式蓄能中心8的第一管程入口；热管式蓄能中心 8的第一管程出口采用管路分两路分别连接乏燃料池2的入口、余热排出系统4的入口；所述乏燃料池2的第一热管装置1-1上设有第一阀门3；余热排出系统4的第一热管装置1-1上设有第二阀门5，热管式蓄能中心8至乏燃料池2的管路上设有第三阀门24，热管式蓄能中心8至余热排出系统4的管路上设有第四阀门25；
21.所述主蒸汽旁排系统6的出口采用第二热管装置1-2连接化学制氢装置20的入口，化学制氢装置20的出口连接热管式蓄能中心8的第二管程入口，热管式蓄能中心8的第二管程出口连接冷凝器15；所述第二热管装置1-2上设有第五阀门7；
22.所述热管式蓄能中心8的二次侧工质壳程出口连接热泵11，热泵11的主热工质出口分两路分别连接orc循环发电装置13、海水淡化装置14；热泵11的热工质旁路出口与orc
循环发电装置13的工质出口、海水淡化装置14的工质出口并管连接后，再分三路分别连接主给水管道伴热装置16的进口、核能制冷系统17的进口、核能供热系统18的进口，主给水管道伴热装置16的出口、核能制冷系统 17的出口、核能供热系统18的出口并管后依次连接蓄热工质池9、集热回路泵10、热管式蓄能中心8的壳程进口；热泵11的第二出口连接的管路上设有第六阀门23；
23.所述orc循环发电装置13的电能输出端分别连接用电系统；
24.所述第二热管装置1-2上还设有第一温度传感器，所述热泵11 的主热工质出口设有第二温度传感器，第一温度传感器的信号输出端、第二温度传感器的信号输出端分别连接控制器的相应的信号输入端。
25.进一步的，所述用电系统包括海水淡化装置14的供电端，和/或电储能装置/厂用电系统22，和/或电解制氢装置。
26.进一步的，所述第一热管装置1-1、第二热管装置1-2分别采用低温差传热的热管装置。
27.进一步的，所述乏燃料池2的燃料格架上布置相应第一热管装置 1-1。
28.利用本实用新型的核电站余热蓄能和分配再利用系统，可采用如下方法：
29.——在一次侧包括如下三种处理方法：
30.当核电厂正常运行期间，第一阀门3处于常开状态，通过乏燃料池2上连接的第一热管装置1-1，提取乏燃料池2中乏燃料棒束的热量，依靠相变和自然循环传输到布置在高位的热管式蓄能中心8；
31.当核电厂停堆冷却换料期间，第二阀门5打开，通过余热排出系统4上连接的第一热管装置1-1提取余排旁路工质中的中高品位热量，传输到热管式蓄能中心8；
32.主蒸汽旁排系统6中的高品位工质由第一温度传感器检测温度传送到控制器，当控制器判断高品位工质温度处于约200～300℃时，通过第二热管装置1-2输送到化学制氢装置20中完成制氢，随后将完成制气后的工质传输到热管式蓄能中心8；
33.——在二次侧包括如下处理方法：
34.集热回路泵10从蓄热工质池9中提取并输送有机工质，如戊烷，到热管式蓄能中心8吸收第一、第二热管装置中的40～80℃的乏燃料衰变热、60～177℃的停堆冷却热量和200～300℃的主蒸汽旁排的热量；
35.一次侧乏燃料池2、余热排出系统4的工质在经过热管式蓄能中心8换热后返回原乏燃料池2、余热排出系统4，主蒸汽旁排系统6 的工质经过热管式蓄能中心8换热后排入冷凝器15；
36.二次侧工质在从热管式蓄能中心8吸收热量后，继续通过热泵 11进一步提升热品质，形成满足综合利用要求的工质；
37.二次侧工质通过热泵11提高热品质后，由第二温度传感器将温度上传至控制器，当控制器判断工质温度处于85～100℃时，输送到海水淡化装置14中进行海水淡化；或输送到orc循环发电装置13 中冲转汽轮机发电，电能用于为用电系统供电；orc循环发电装置 13循环发电和海水淡化装置14淡化海水后的乏热，与第六阀门23 的较高品位工质配比混合形成60～80℃的工质，用于主给水管道伴热装置16、核能制冷系统17、核能供热系统18。
38.也即利用本实用新型可实现如下功能：
39.(1)、通过低温差传热的第一、第二热管装置，将乏燃料池燃料附近区域40～80℃的衰变热、停堆过程中余热排出系统4的60～177℃的余热、主蒸汽旁排系统6的200～300℃的余热等回收再利用，并能够保证热品质损耗率非常小，可以做到1～2℃的低温差长距离输热。
40.(2)、本实用新型配有热管式蓄能中心8、蓄热工质池9和热泵 11，蓄热工质采用有机工质，如戊烷等，将第一、第二热管装置提取到的余热通过热管式蓄能中心8传递给有机工质，并可通过热泵11 提高一定的热品质，形成85～100℃的热源。
41.(3)、本实用新型通过热管式蓄能中心8，将不能恒定输出的各类余热汇总并储存起来，形成稳定的热源，减少热输入波动对系统的影响。
42.(4)、本实用新型能够实现能源的梯级利用，主蒸汽旁排系统6 的抽汽和停堆期间的二次侧旁排热量可以通过独立的第二热管装置 1-2收集，首先应用于化学制氢装置20，工质余热进入热管式蓄能中心8继续利用，通过热泵11提升为85～100℃的热源，可以供应给海水淡化装置14实现海水淡化，或者进入orc循环发电装置13完成余热发电，电能应用在电解制氢，电储能等环节。海水淡化和orc 循环发电的工质余热经过一部分蓄热源工质的混合后，以60～80℃的热源供应给主给水管道伴热装置16，或者核能制冷系统17、核能供热系统18，实现能源的梯级最大化利用。
43.本实用新型采和相对可靠的系统配置，能够实现核电厂余热和乏热等中低品位热量的梯级利用，在减少运行能量损耗的同时，可以有效解决核电厂温排水对环境的影响。