一种基于反渗透海水淡化和核能供热的水热同传系统

摘要

本发明公开了一种基于反渗透海水淡化和核能供热的水热同传系统，其特征在于：在核能热源侧即核电厂内核能供热系统设置一级淡水预加热装置、二级反渗透装置、加药及矿化装置、淡水储存装置和二级加热装置；在负荷侧即用户端设置热量提取装置、直饮水装置和淡水掺混储存装置，所述淡水掺混装置出口端与淡水用户连接。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于反渗透海水淡化和核能供热的水热同传系统，实现水热同传，属于供热、供水领域。

背景技术

我国冬季供暖面积以年均约10％的增速飞速增长,至2018年已达141亿㎡，北方城镇供暖能耗为1.91亿吨标煤，约占建筑总能耗1/4。且目前仍存在一定量的燃煤锅炉与小型燃煤机组，建筑供暖能耗偏高，对环境的负面作用不容忽视，伴随着城镇化水平的提高，建筑供暖需求仍将持续增长。

另外，北方地区水资源总量不足、分布不均、降水量变化悬殊、外调水依赖程度高等特点，居民、工业和生态用水需求不断增长，供需矛盾日益突出。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的是提供一种水热同传系统，以低建设成本、低运维成本，同时满足用户侧对水、热的需求。相比传统供水、供热系统，该系统可同时完成供水及供热，同步解决水资源、热需求紧张的问题，且具有系统简单、建设和运维成本低的优势。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种基于反渗透海水淡化和核能供热的水热同传系统，其特征在于：在核能热源侧即核电厂内核能供热系统设置一级淡水预加热装置、二级反渗透装置、加药及矿化装置、淡水储存装置和二级加热装置，所述一级淡水预加热装置二次侧入口端通过第一管道与电厂内已有海水淡化系统产水蓄水池连接，该蓄水池内的淡水由海水经一级反渗透制取；所述一级淡水预加热装置二次侧出口端通过第二管道与二级反渗透装置连接，所述二级反渗透装置的出口端通过第三管道连接二级淡水缓存罐入口端，所述加药及矿化装置通过第四管道与第三管道连接，所述二级淡水缓存罐出口端通过第五管道与二级加热装置二次侧入口端连接，所述二级加热装置二次侧出口端与厂外第六管道即厂外输送管道连接并延伸至负荷侧；在负荷侧即用户端设置热量提取装置、直饮水装置和淡水掺混储存装置，所述热量提取装置一次侧入口端与第六管道连接，所述热量提取装置一次侧出口端与通过第七管道与淡水掺混装置第一入口连接，所述加药及矿化装置通过第八管道与第七管道连接，市政来水与淡水掺混装置第二入口连接，所述淡水掺混装置出口端通过第九管道与淡水用户连接。

优选的，所述第一管道与第二管道通过第十管道连接，并在第十管道上设置第一隔离阀；所述第五管道与第六管道通过第十一管道连接，并在第十一管道上设置第二隔离阀；所述第六管道与第七管道通过第十二管道连接，并在第十二管道上设置第三隔离阀。

优选的，所述二级加热装置一次侧入口端与核能供热系统出口端连接；所述二级加热装置一次侧出口端与一级淡水预加热装置一次侧入口端连接，所述一级淡水预加热装置一次侧出口端于核能加热系统连接，所述热量分离装置一次侧入口端与热用户连接，所述热量分离装置一次侧出口端与热用户连接。

优选的，所述核能热源侧与一级淡水预加热装置中间设有隔绝回路，隔绝回路通过换热装置吸收核蒸汽的热量，通过二级加热装置和一级淡水预加热装置将热量释放至海水淡化系统中。

优选的，所述隔绝回路首先供热二级加热装置，再供热一级淡水预加热装置，分级加热淡化海水。

优选的，海水淡化系统内海水压力高于隔绝回路的压力、隔绝回路的压力高于核能供热系统内核蒸汽的压力。

优选的，高温淡化海水所流经的各装置，以及输送管道全部采用不锈钢材质。

优选的，所述海水淡化系统的海水来源为核电厂内核电机组的循环水排水，温度不低于16.9℃。

优选的，所述热量提取装置出水温度大于35℃。

本发明所输送的水质在负荷侧用于饮用，包括直接饮用，水质必须要满足国家对饮用水的相关标准，为了保证水质，本发明具有以下特征，充分保障了水质的安全可靠。

特征一是通过在核蒸汽与淡化海水直接设置中间隔绝回路，隔绝回路通过换热装置吸收核蒸汽的热量，通过二级加热装置和一级淡水预加热装置将热量释放至淡化海水中。通过该隔绝回路，即便核蒸汽在夹带了放射性，且同时某一级换热装置发生损坏泄漏的情况下，放射性也很难进入淡化海水侧。

特征二是通过压力分级，即淡化海水的压力高于隔绝回路的压力、隔绝回路的压力高于核蒸汽的压力，即使同时发生核蒸汽夹带放射性、装置发生泄漏、二级加热装置或一级淡水预加热装置发生泄漏，由于以上压力分级，也只能发生淡化海水向隔绝回路以及核蒸汽管一侧泄漏，放射性绝不会进入淡化海水侧。

特征三是高温淡化海水所流经的各装置，以及输送管道全部采用不锈钢材质，既保证了高温淡化海水不会腐蚀设备及输送管道，同时又保证了设备及输送管道不会对水质产生影响。

特征四是由于淡化海水偏酸性，其PH值不满足国家饮用水卫生标准规定的6.5-8.5，且偏酸性的淡化海水降低了不锈钢输送管道的使用寿命，通过加药及矿化装置，对水质进行调整，使得淡化海水的PH值满足国家饮用水卫生标准，且不影响不锈钢输送管道的使用寿命。

本发明在进一步提高水热同传的能效、扩大能量利用的多样性方面，具有以下三方面特征。

特征五是所用海水的来源取自核电机组的循环水排水，冬季该部分水的温度为16.9℃，根据核电机组的设计，该部分水是需要排入大海的。而通过本发明，对原本需要排水大海的温水进一步利用，实现废热利用，提高了能量利用效率。

特征六是中间回路首先进入二级加热装置释放热量，放热后的水再进入一级淡水预加热装置，分级加热淡化海水，通过预加热，一方面提高了反渗透效率，一方面实现能量梯级利用，进一步提高了能量利用效率。

特征七是在用户侧经热量提取装置提取热量后，淡化海水的温度控制在约35℃，该温度的水无论是直饮，还是掺入生活水系统使用，都改善了冬季用水体验，降低了高品质能量电能的消耗。该设计使得在冬季取暖的基础上，扩大了用水功能的多样性。

综上，本发明在水质控制方面，通过设置中间隔绝回路，以及核蒸汽、中间隔绝回路、淡化海水压力逐级递增的方式，彻底避免了核蒸汽可能的放射性对淡化海水的影响；通过采用不锈钢设备及输送管道，以及采用加药和矿化装置，保证了水质满足国家生活水、饮用水相关标准。本发明在能量利用方面，通过利用核电机组的循环水、淡水两级加热实现能量梯级利用、用户侧实现供热和供温水的方式，实现能量的高效利用及热量使用功能的多样性。

附图说明

图1本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例

本实例如图1所示，本发明提供了一种基于反渗透海水淡化和核能供热的水热同传系统，在源侧即核电厂内一级淡水预加热装置16、二级反渗透装置17、加药及矿化装置18、淡水储存装置19、二级加热装置20，所述一级淡水预加热装置二次侧入口端通过第一管道1与电厂内已有海水淡化系统产水蓄水池连接，该蓄水池内的淡水由海水经一级反渗透制取；所述一级淡水预加热装置二次侧出口端通过第二管道2与二级反渗透装置17连接。以上实施方式，可概括为来自反渗透海水淡化系统的一级淡水，经预加热装置16加热后，经管道2进入二级反渗透装置17。

所述二级反渗透装置17的出口端通过第三管道3与二级淡水缓存罐19入口端连接，所述加药及矿化装置18通过第四管道4与第三管道3连接，实现向二级淡水掺入药品；所述二级淡水缓存罐19出口端通过第五管道5与二级加热装置20二次侧入口端连接，所述二级加热装置20二次侧出口端与厂外第六管道6即厂外输送管道连接并延伸至负荷侧。以上实施方式，可概括为二级反渗透装置17生产的二级淡水，经加药、矿化处理，进入二级淡水缓存罐19，进一步进入二级加热装置20加热后变为高温二级淡水，输送至厂外，并经管道6输送至负荷侧。

所述二级加热装置20一次侧入口端与核能供热系统出口端连接；所述二级加热装置20一次侧出口端与一级淡水预加热装置16一次侧入口端连接，所述一级淡水预加热装置16一次侧出口端于核能加热系统连接。以上实施方式，可概括为来自核能加热系统的热水首先进入二级加热装置20，释放热量用于加热二级淡水，自二级加热装置20输出后进入一级淡水预加热装置16，进一步释放热量，加热一级淡水，最后，来自核能加热系统的热水经两次热量释放，自一级淡水预加热装置16一次侧出口返回核能加热系统继续被加热，如此循环往复。

在负荷侧即用户端设置热量提取装置21、直饮水装置22，淡水掺混储存装置23，所述热量提取装置21一次侧入口端与第六管道6连接，所述热量提取装置21一次侧出口端与通过第七管道7与淡水掺混储存装置23第一入口连接，所述热量分离装置21一次侧入口端与热用户连接，所述热量分离装置21一次侧出口端与热用户连接；同时直饮装置通过管道8与管道7连接，市政来水通过第二入口与淡水掺混装置连接，所述淡水掺混装置出口端通过第九管道与淡水用户连接。以上实施方式，可概括为高温淡水经热量提取装置将热量传递至二次侧并最终输送至热用户，高温二级淡水由此变为低温二级淡水，并分别进入直饮装置22和淡水掺混储存装置23，低温二级淡水与市政来水在淡水掺混储存装置23内掺混后，供至淡水用户。

所述第一管道1与第二管道2通过第十管道10连接，并在第十管道10上设置第一隔离阀13；所述第五管道5与第六管道6通过第十一管道11连接，并在第十一管道11上设置第二隔离阀14；所述第六管6道与第七管道7通过第十二管道12连接，并在第十二管道12上设置第三隔离阀15。上述隔离阀在下游有热负荷需求时关闭，无热负荷需求时打开，将一级淡水预加热装置16、二级加热装置20、热量提取装置21予以旁路，将未加热的二级淡水输送至淡水用户。

本发明所输送的水质在负荷侧用于饮用，包括直接饮用，水质必须要满足国家对饮用水的相关标准，为了保证水质，本发明具有以下特征，充分保障了水质的安全可靠。

特征一是通过在核蒸汽与淡化海水直接设置中间隔绝回路，隔绝回路通过换热装置24吸收核蒸汽的热量，通过二级加热装置20和一级淡水预加热装置16将热量释放至淡化海水中。通过该隔绝回路，即便核蒸汽在夹带了放射性，且同时换热装置24发生损坏泄漏的情况下，放射性也很难进入淡化海水侧。

特征二是通过压力分级，即淡化海水的压力高于隔绝回路的压力、隔绝回路的压力高于核蒸汽的压力，即使同时发生核蒸汽夹带放射性、装置24发生泄漏、二级加热装置20或一级淡水预加热装置16发生泄漏，由于以上压力分级，也只能发生淡化海水向隔绝回路以及核蒸汽管一侧泄漏，放射性绝不会进入淡化海水侧。

特征三是高温淡化海水所流经的各装置，以及输送管道全部采用不锈钢材质，既保证了高温淡化海水不会腐蚀设备及输送管道，同时又保证了设备及输送管道不会对水质产生影响。

特征四是由于淡化海水偏酸性，其PH值不满足国家饮用水卫生标准规定的6.5-8.5，且偏酸性的淡化海水降低了不锈钢输送管道的使用寿命，通过加药及矿化装置18，对水质进行调整，使得淡化海水的PH值满足国家饮用水卫生标准，且不影响不锈钢输送管道的使用寿命。

本发明在进一步提高水热同传的能效、扩大能量利用的多样性方面，具有以下三方面特征。

特征五是所用海水的来源取自核电机组的循环水排水，冬季该部分水的温度为16.9℃，根据核电机组的设计，该部分水是需要排入大海的。而通过本发明，对原本需要排水大海的温水进一步利用，实现废热利用，提高了能量利用效率。

特征六是中间回路首先进入二级加热装置20释放热量，放热后的水再进入一级淡水预加热装置，分级加热淡化海水，通过预加热，一方面提高了反渗透效率，一方面实现能量梯级利用，进一步提高了能量利用效率。

特征七是在用户侧经热量提取装置21提取热量后，淡化海水的温度控制在约35℃，该温度的水无论是直饮，还是掺入生活水系统使用，都改善了冬季用水体验，降低了高品质能量电能的消耗。该设计使得在冬季取暖的基础上，扩大了用水功能的多样性。