核电机组海水淡化系统的制作方法

1.本发明涉及海水淡化技术领域，具体地，涉及一种核电机组海水淡化系统。


背景技术：

2.相关技术中，如中国专利申请cn109390980b公开了一种基于海水淡化技术的核电调峰系统及方法，包括核电机组的蒸汽轮机和淡化（分）厂，实现了核电机组的蒸汽轮机的剩余蒸汽和反渗透海水淡化技术的结合，从而解决了反渗透海水淡化技术对于低温海水的淡化问题。然而，该专利中的核电机组的蒸汽轮机的剩余蒸汽仅用于预热低温海水，并不作为淡化厂中海水淡化的供给能源。由此，淡化厂中的海水淡化依旧需要外界供能，额外增加了能源供应相关设备。
3.中国专利申请cn113503192b公开了一种可实现核电站灵活调峰的高效核能综合利用系统，包括高温气冷堆、氦气轮机以及蒸汽发生器，其耦合了发电系统、高温固体氧化物电解水制氢系统和海水淡化系统，由此提高了核能的利用率。另外，该专利通过增减进入高温固体氧化物电解水制氢系统的高温氦气的流量和蒸汽的流量，达到适应电负荷需求的目的。该专利虽然实现了对于多余核能的消纳，然而，当核电站发电量供需平衡，甚至供不应求时，即无法抽取氦气用于电解制氢和海水淡化时，海水淡化和电解制氢只能中断或由外界供能。由此，对于应急状况下的核电调峰的适应力弱，且不能实现对核能的持续利用。


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核电机组海水淡化系统，核电机组海水淡化系统具有无需额外增加能源供应相关设备、能够实现对于核能的持续利用的优点。
5.本发明提供一种核电机组海水淡化系统，包括蒸汽发生器和汽轮机，所述蒸汽发生器和反应堆相连，所述汽轮机和所述蒸汽发生器相连，所述汽轮机上具有用于抽出蒸汽的抽汽口，还包括阀门组、相变蓄能装置和海水淡化装置，所述阀门组和所述抽汽口相连；所述阀门组与所述相变蓄能装置和所述海水淡化装置相连以便于控制所述抽汽口的蒸汽向所述相变蓄能装置和所述海水淡化装置流动的通断，所述相变蓄能装置和所述海水淡化装置相连以便于向所述海水淡化装置供能。
6.优选地，所述汽轮机包括相连的汽轮机高压缸和汽轮机低压缸，所述汽轮机高压缸的进汽口和所述蒸汽发生器的出汽口相连，所述核电机组海水淡化系统还包括汽水分离再热器，所述汽水分离再热器连接所述汽轮机高压缸的出汽口和所述汽轮机低压缸的进汽口。
7.优选地，所述核电机组海水淡化系统还包括发电机和凝汽器，所述汽轮机与所述发电机驱动相连，所述蒸汽发生器的周壁设有第一接口，所述凝汽器连接所述汽轮机低压缸的出汽口和所述第一接口。
8.优选地，所述核电机组海水淡化系统还包括第一输汽管道和第二输汽管道，所述
第一输汽管道连接所述汽轮机高压缸的出汽口和所述汽轮机低压缸的进汽口，所述汽水分离再热器串接于所述第一输汽管道上；所述第一输汽管道的周壁设有置于所述汽轮机高压缸的下游和所述汽水分离再热器的上游的所述抽汽口，所述第二输汽管道的第一端和所述抽汽口相连，所述第二输汽管道的第二端和所述海水淡化装置相连，所述阀门组通过所述第二输气管道和所述抽汽口相连并用于控制所述第二输汽管道的通断。
9.优选地，所述核电机组海水淡化系统还包括第一管道、第二管道和蓄能水箱，所述第二输汽管道的周壁设有第二接口，所述第一管道连接所述第二接口和所述相变蓄能装置的进汽口，所述阀门组通过所述第一管道和所述相变蓄能装置相连并用于控制所述第一管道的通断；所述第二管道的第一端和所述相变蓄能装置的出水口相连；所述第二管道的第二端和所述蓄能水箱相连。
10.优选地，所述蓄能水箱的底部设有鼓泡器，所述第二管道的第二端伸入所述蓄能水箱内并和所述鼓泡器相连，所述第二管道上安装有第一阀门。
11.优选地，所述核电机组海水淡化系统还包括第三管道和第四管道，所述第三管道连接所述蓄能水箱的出水口和所述相变蓄能装置的进水口，所述第三管道上安装有水泵；所述第二输汽管道的周壁设有位于所述第二接口下游的第三接口，所述第四管道连接所述相变蓄能装置的出汽口和所述第三接口，所述第四管道安装有第二阀门。
12.优选地，所述阀门组包括第三阀门和第四阀门，所述第三阀门串接于所述第二输汽管道并位于所述第二接口的下游和所述第三接口的上游，所述第四阀门串接于所述第一管道。
13.优选地，所述海水淡化装置的周壁设有用于排出蒸汽凝结水的第四接口，所述核电机组海水淡化系统还包括膨胀水箱，所述膨胀水箱位于所述蓄能水箱的上方，所述第四接口通过所述膨胀水箱和所述蓄能水箱的底部相连。
14.优选地，所述膨胀水箱位于所述凝汽器的上方，所述核电机组海水淡化系统还包括水位计和第五阀门，所述水位计安装于所述膨胀水箱上，所述第五阀门连通所述膨胀水箱的底部和所述凝汽器的底部，所述水位计和所述第五阀门相连。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的核电机组即用于向海水淡化装置的海水淡化供能，增强了海水淡化装置和核电机组的耦合性，另外，海水淡化装置免于引入外界热源以实现海水淡化，从而减少了能源供应相关设备。
16.当处于应急状况下，即核能发电供需平衡，甚至供不应求时，本发明的相变蓄能装置由于提前吸收了一部分多余核能，此时可以将所储存的能量输入至海水淡化装置中并作为海水淡化的热源，由此，保证了海水淡化过程的持续进行，且不引入新的供能设备和供能方式，调节简便，转换及时，实现了对于核能的持续利用，同时对于突发状况、应急状况下的核电调峰的适应力强。
17.换言之，本发明既实现了多余核能的消纳，又保证了海水淡化的持续，由此，兼顾了核能发电和海水淡化，实现了核能发电和海水淡化均稳定运行的效果。
附图说明
18.图1是根据本发明实施例的核电机组海水淡化系统的示意图。
19.附图标记：1、蒸汽发生器；2、汽轮机；21、汽轮机高压缸；22、汽轮机低压缸；23、汽水分离再热器；24、第一输汽管道；241、抽汽口；3、阀门组；31、第三阀门；32、第四阀门；4、相变蓄能装置；41、第一管道；42、第四管道；43、第二阀门；5、海水淡化装置；51、第二输汽管道；6、发电机；7、凝汽器；8、蓄能水箱；81、第二管道；811、第一阀门；82、鼓泡器；83、第三管道；831、水泵；9、膨胀水箱；91、第五阀门。
具体实施方式
20.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。
21.下面结合图1描述根据本发明实施例的核电机组海水淡化系统。
22.如图1所示,根据本发明实施例的核电机组海水淡化系统包括蒸汽发生器1和汽轮机2，蒸汽发生器1和反应堆相连，汽轮机2和蒸汽发生器1相连，汽轮机2上设有用于抽出蒸汽的抽汽口241。还包括阀门组3、相变蓄能装置4和海水淡化装置5，阀门组3和抽汽口241相连。阀门组3与相变蓄能装置4和海水淡化装置5相连以便于控制抽汽口241的蒸汽向相变蓄能装置4和海水淡化装置5流动的通断，相变蓄能装置4和海水淡化装置5相连以便于向海水淡化装置5供能。
23.本发明实施例的核电机组海水淡化系统，正常用电期间，关闭阀门组3，由此，汽轮机2内的蒸汽不能流入相变蓄能装置4和海水淡化装置5，保证了核电机组的供电量。调峰时，开启阀门组3，为保证核电机组的安全稳定运行，本实施例中核电机组的反应堆仍满负荷运行，由此，蒸汽发生器1中产生了多余的蒸汽，多余蒸汽进入汽轮机2内并通过抽汽口241向相变蓄能装置4和海水淡化装置5流动，进入相变蓄能装置4的一部分蒸汽将热量储存在相变蓄能装置4中，进入海水淡化装置5的另一部分蒸汽成为海水淡化装置5进行淡水生产的热源。
24.由此，本发明的核电机组即用于向海水淡化装置5的海水淡化供能，增强了海水淡化装置5和核电机组的耦合性，另外，海水淡化装置5免于引入外界热源以实现海水淡化，从而减少了能源供应相关设备。
25.当处于应急状况下，即核能发电供需平衡，甚至供不应求时，本发明的相变蓄能装置4由于提前吸收了一部分多余核能，此时可以将所储存的能量输入至海水淡化装置5中并作为海水淡化的热源，由此，保证了海水淡化过程的持续进行，且不引入新的供能设备和供能方式，调节简便，转换及时，实现了对于核能的持续利用，同时对于突发状况、应急状况下的核电调峰的适应力强。
26.换言之，本发明既实现了多余核能的消纳，又保证了海水淡化的持续，由此，兼顾了核能发电和海水淡化，实现了核能发电和海水淡化均稳定运行的效果。
27.此外，调峰期间，核电机组的多余蒸汽用于海水淡化生产和储能，解决了多余蒸汽的去向问题，提升了蒸汽的利用率，同时，实现了核电机组的满负荷运行，保证了反应堆的稳定性。
28.可以理解地，相变蓄能装置4具有相变材料，利用相变材料的相变过程实现对于蒸汽热量的吸收。
29.具体地，相变材料选用115-140摄氏度的性能稳定、导热系数大、相变热大的材料，
如：mgcl2.6h2o。
30.具体地，海水淡化装置5可以为多效蒸馏装置或多效闪蒸装置。
31.在一些实施例中，如图1所示，汽轮机2包括相连的汽轮机高压缸21和汽轮机低压缸22，汽轮机高压缸21的进汽口和蒸汽发生器1的出汽口相连，核电机组海水淡化系统还包括汽水分离再热器23，汽水分离再热器23连接汽轮机高压缸21的出汽口和汽轮机低压缸22的进汽口。
32.蒸汽发生器1产生的蒸汽首先进入汽轮机高压缸21内并在汽轮机高压缸21内做功，再由汽轮机高压缸21进入汽水分离再热器23并被汽水分离再热器23减湿增温，之后进入汽轮机低压缸22继续膨胀做功。
33.汽轮机高压缸21和汽轮机低压缸22的设计实现了对于蒸汽的梯级利用，由此充分利用了蒸汽的流速和压力。汽水分离再热器23用于降低由汽轮机高压缸21排出的蒸汽湿度并升高该蒸汽温度，由此减少了汽轮机低压缸22内蒸汽的水分，以免损害汽轮机2的叶片。另外，汽水分离再热器23还提高了汽轮机2的内效率。
34.在一些实施例中，如图1所示，核电机组海水淡化系统还包括发电机6和凝汽器7，汽轮机2与发电机6驱动相连，蒸汽发生器1的周壁设有第一接口，凝汽器7连接汽轮机低压缸22的出汽口和第一接口。
35.当蒸汽发生器1中的蒸汽驱动汽轮机2运转时，汽轮机2推动发电机6运转，由此产生电能。凝汽器7用于将汽轮机低压缸22的排汽/乏汽冷凝成水，并将该冷凝水再次输送至蒸汽发生器1内，用于蒸汽的生产，由此，实现了水资源的重复利用，减少了水的浪费。
36.在一些实施例中，如图1所示，核电机组海水淡化系统还包括第一输汽管道24和第二输汽管道51，第一输汽管道24连接汽轮机高压缸21的出汽口和汽轮机低压缸22的进汽口，汽水分离再热器23串接于第一输汽管道24上。第一输汽管道24的周壁设有置于汽轮机高压缸21的下游和汽水分离再热器23的上游的抽汽口241，第二输汽管道51的第一端和抽汽口241相连，第二输汽管道51的第二端和海水淡化装置5相连，阀门组3通过第二输气管道和抽汽口241相连并用于控制第二输汽管道51的通断。
37.由此，汽轮机高压缸21的排汽可以通过抽汽口241和第二输汽管道51向海水淡化装置5和相变蓄能装置4流动，以便于海水的淡化生产和储能。另外，汽轮机高压缸21的排汽的蒸汽参数低，用于海水淡化，损失的有用功少，由此，提升了对于蒸汽能量的利用率。
38.在一些实施例中，如图1所示，核电机组海水淡化系统还包括第一管道41、第二管道81和蓄能水箱8，第二输汽管道51的周壁设有第二接口，第一管道41连接第二接口和相变蓄能装置4的进汽口，阀门组3通过第一管道41和相变蓄能装置4相连并用于控制第一管道41的通断。第二管道81的第一端和相变蓄能装置4的出水口相连。第二管道81的第二端和蓄能水箱8相连。
39.调峰时，通过调节阀门组3，使得第二输汽管道51和第一管道41开启，由此，上述多余蒸汽通过抽汽口241进入第二输汽管道51，其中一部分多余蒸汽由第二输汽管道51直接流入海水淡化装置5并用于海水淡化生产。
40.另一部分多余蒸汽通过第二接口进入第一管道41内，再由第一管道41流入相变蓄能装置4，在该部分多余蒸汽通过热交换将热量储存于相变材料内时，该部分多余蒸汽的温度降低并形成凝结水，之后，相变蓄能装置4内的凝结水和蒸汽的汽水混合物通过其出水
口、第二管道81流入蓄能水箱8中，实现了蒸汽凝结水的收集。
41.具体地，相变蓄能装置4位于蓄能水箱8的上方，便于凝结水以重力自流的形式进入蓄能水箱8内，减少了泵的设置，降低了安装和维护成本。
42.其中，蓄能水箱8、相变蓄能装置4可以设置冗余，提高核电机组海水淡化系统的可靠性和运行灵活性，适应不同时长的调峰。
43.为了便于理解，图1中的箭头a所示为核电机组海水淡化系统的上下方向。
44.在一些实施例中，如图1所示，蓄能水箱8的底部设有鼓泡器82，第二管道81的第二端伸入蓄能水箱8内并和鼓泡器82相连，第二管道81上安装有第一阀门811。
45.由此，上述汽水混合物通过鼓泡器82与蓄能水箱8内的水充分混合，并和蓄能水箱8内的水形成对流，由此，便于加热蓄能水箱8内的水以及使蓄能水箱8内的水温趋于均匀。
46.具体地，鼓泡器82为安装于蓄能水箱8底部的较粗的水平直管，两端封闭，直管的周壁的上部和侧部设有均匀分布的多个小孔。鼓泡器82用于在蓄能过程中使汽水混合物与蓄能水箱8内的水充分混合，汽水混合物混合后向上对流扩散，有利于蓄能水箱8内的水温趋于均匀。
47.具体地，第一阀门811为关断阀，用于控制第二管道81的通断。
48.在一些实施例中，如图1所示，核电机组海水淡化系统还包括第三管道83和第四管道42，第三管道83连接蓄能水箱8的出水口和相变蓄能装置4的进水口，第三管道83上安装有水泵831。第二输汽管道51的周壁设有位于第二接口下游的第三接口，第四管道42连接相变蓄能装置4的出汽口和第三接口，第四管道42安装有第二阀门43。
49.正常用电期间，蒸汽发生器1内没有多余蒸汽产出，由此阀门组3关闭第一输汽管道24和第一管道41，防止汽轮机高压缸21抽汽流入海水淡化装置5和相变蓄能装置4。
50.之后，第二阀门43开启，水泵831启动，水泵831将蓄能水箱8内的热水通过第三管道83抽取至相变蓄能装置4，该热水吸收相变材料的相变热变成蒸汽。之后，蒸汽又通过相变蓄能装置4的出汽口、第四管道42和第三接口进入第二输汽管道51内，并通过第二输汽管道51继续流入海水淡化装置5内，用于海水淡化生产。
51.由此，正常用电期间，海水淡化过程还可以利用调峰期间多余蒸汽的储存能量继续实施，从而，进一步提升了蒸汽能量的利用率，减少了能源的浪费。
52.蓄能水箱8一方面用于吸收蒸汽在相变蓄能装置4凝结后的显热，另一方面用于为海水淡化生产供水。
53.具体地，第二阀门43为关断阀，用于控制第四管道42的通断。
54.可以理解地，阀门组3和第二输汽管道51的连接部位位于第三接口的上游。
55.由此当阀门组3关闭时，不会阻断由第三接口流入第二输汽管道51的蒸汽向海水淡化装置5的流动。另外，处于关闭状态的阀门组3还阻断了由第三接口流入第二输汽管道51的蒸汽向抽汽口241的流动。
56.在一些实施例中，如图1所示，阀门组3包括第三阀门31和第四阀门32，第三阀门31串接于第二输汽管道51并位于第二接口的下游和第三接口的上游，第四阀门32串接于第一管道41。
57.第三阀门31用于控制第二输汽管道51的通断，即控制抽汽口241的蒸汽向海水淡化装置5流动的通断。第四阀门32用于控制抽汽口241的蒸汽向相变蓄能装置4流动的通断。
58.调峰期间，将第三阀门31和第四阀门32均开启，即可进行蒸汽的海水淡化生产和储能。正常用电期间，将第三阀门31和第四阀门32均关闭，即可阻断抽汽口241的蒸汽向海水淡化装置5和相变蓄能装置4的流动，使得蒸汽发生器1产生的所有蒸汽用于发电机6发电，由此保证了电力的供应量。
59.具体地，第三阀门31为关断阀。
60.具体地，第四阀门32为关断阀。
61.在一些实施例中，如图1所示，海水淡化装置5的周壁设有用于排出蒸汽凝结水的第四接口，核电机组海水淡化系统还包括膨胀水箱9，膨胀水箱9位于蓄能水箱8的上方，第四接口通过膨胀水箱9和蓄能水箱8的底部相连。
62.海水淡化装置5内的蒸汽的热量作为海水淡化生产的热源，当该蒸汽换热后，温度降低并凝结形成疏水，疏水通过第四接口进入膨胀水箱9内，膨胀水箱9用于容纳该疏水。
63.另外，在蓄能水箱8接收相变蓄能装置4的汽水混合物时，蓄能水箱8内的水温升高，由此蓄能水箱8内的水膨胀，多余的膨胀水进入膨胀水箱9内。之后，随着蓄能水箱8的水温降低，蓄能水箱8的水的体积也收缩，膨胀水箱9内的水进入蓄能水箱8内。
64.由此，膨胀水箱9既用于容纳蓄能水箱8的多余的膨胀水量，又用于对蓄能水箱8及时补水。另外，膨胀水箱9的位置高于蓄能水箱8，还用于为蓄能水箱8定压。
65.在一些实施例中，如图1所示，膨胀水箱9位于凝汽器7的上方，核电机组海水淡化系统还包括水位计和第五阀门91，水位计安装于膨胀水箱9上，第五阀门91连通膨胀水箱9的底部和凝汽器7的底部，水位计和第五阀门91相连。
66.水位计用于监测膨胀水箱9内的水位。当水位高于设定值时，水位计控制第五阀门91自动打开，膨胀水箱9内的水以重力自流的方式进入凝汽器7内。由此，避免了膨胀水箱9内的水位过高而使水外溢。
67.具体地，核电机组海水淡化系统还可以包括控制器，水位计通过控制器和第五阀门91相连，实现了水位计和第五阀门91良好的联锁控制。
68.根据本发明实施例的核电机组海水淡化系统，正常用电期间，当相变蓄能装置4内的相变热耗用完毕，不能继续满足海水淡化需要时，维持第四阀门32的关闭状态，打开第三阀门31，汽轮机高压缸21抽汽通过抽汽口241和第二输汽管道51向海水淡化装置5供能，由此实现了海水的淡化生产得以连续运行。
69.本发明实施例的核电机组海水淡化系统还具有如下的有益效果：核电机组海水淡化系统实现了核电机组调峰期间反应堆功率不降低情况下蒸汽储存，提高了反应堆能量的利用率。
70.核电机组海水淡化系统减小了核电机组调峰期间反应堆升降功率需求，使反应堆尽量平稳地满功率运行，降低了反应堆操作的工作量，客观上提高了反应堆的安全性。
71.核电机组海水淡化系统将储能与海水淡化结合，利用做过功的低品质蒸汽储能，解决了调峰期间多余蒸汽的利用问题，相变热和水显热的存储方式实现了蒸汽热量的充分储存和利用。
72.其中，核电机组为压水堆核电机组。
73.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。
74.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。
75.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。
76.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。
77.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。
78.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。