[發明專利]一種核能海水淡化耦合設備及其方法

有效

• 申請號: 200710099364.X
• 申請日: 2007-05-18
• 公開（公告）號: CN101049999A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發明（設計）人: 郭吉林;張亞軍;馬計中;孟東旺;黃良康;賈海軍;李衛華;石琦;余瑞霞;王春銘;唐青
• 申請（專利權）人: 中核能源科技有限公司;清華大學
• 主分類號: C02F1/44
• 分類號: C02F1/44;C02F1/04;G21C1/00;C02F103/08
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發明屬于核能應用和海水利用技術領域，特別涉及核供熱反應堆與海水淡化系統之間的耦合方法。

背景技術

利用核反應堆作為能量來源進行海水淡化是核能應用的一個重要領域。國際上許多國家進行了核反應堆與海水淡化系統的耦合技術研究，取得很多階段性成果。到目前為止，哈薩克斯坦和日本建立過實際運行的工業規模的核能海水淡化裝置，印度核能海水淡化示范廠正在建設中。這些海水淡化廠均是將海水淡化技術與發電核反應堆進行耦合，進行電水聯產。國際上一些國家還進行了中小型核供熱堆與海水淡化工藝耦合的技術研究工作，但絕大多數還停留在概念性設計階段。在中國，清華大學進行的核供熱堆與海水淡化技術的耦合研究工作已經達到工程實施深度，現已處于商用示范堆建設、實現產業化的階段。作為核供熱堆產業化應用示范項目，山東煙臺16萬m³/d核能海水淡化項目已于2003年獲得國務院和原國家計委的批準，現正在進行可行性研究。

核反應堆與海水淡化技術的耦合實際上就是利用核反應堆產生的能量作為海水淡化系統能源的一項技術。核反應堆提供的能量方式可以是熱能、機械能或電能等，而海水淡化技術又包括多級閃蒸、多效蒸餾、反滲透等多種方法，因此核反應堆以不同的能量輸出方式與不同的海水淡化技術耦合，會有許多種耦合方式。不同的耦合方式又直接影響到核反應堆與海水淡化系統的安全運行、能量利用率、海水淡化產水的經濟性及淡化水的質量。

現在世界上已經建造的核能海水淡化廠均是采用核電站產生的部分蒸汽或電力與海水淡化技術的耦合。耦合方式包括利用核電站汽輪機抽汽與多級閃蒸海水淡化或低溫多效海水淡化系統耦合，利用核電站的電力與反滲透海水淡化系統相耦合。前蘇聯于1973年在舍伏琴科(現哈薩克斯坦，Aktau)建立了世界上第一座大型核能海水淡化廠，由BN-350液態金屬冷卻快中子堆、燃油熱電站及蒸餾法海水淡化裝置組成，設計淡水產量是12萬m³/d。BN-350反應堆、燃油熱電站及海水淡化系統的工藝流程如圖1所示，來自燃油鍋爐11的蒸汽推動抽汽凝汽式汽輪機12做功發電，排汽進入凝汽器13凝結成水返回燃油鍋爐11，汽輪機抽汽14用于周圍地區居民供熱。BN-350反應堆15蒸汽回路輸出的蒸汽驅動凝汽式汽輪機16及背壓式汽輪機17做功發電，凝汽式汽輪機16的排汽進入凝汽器1-8凝結成水返回BN-350反應堆15蒸汽回路，背壓式汽輪機17的排汽進入蒸餾法海水淡化系統110，為海水淡化系統110提供熱源進行海水淡化過程。蒸餾法海水淡化系統給水裝置19將海水輸入到海水淡化系統110中，海水淡化系統110產出的淡水112一部分用于反應堆及燃油鍋爐補水，其余部分用于居民生活用水，海水淡化系統的濃鹽水111排放。核反應堆停堆檢修時海水淡化廠熱源由燃油熱電站提供。

印度正在卡爾帕卡姆(Kalpakkam)建造一座多級閃蒸-反滲透混合法核能海水淡化示范廠，與已經運行的2×170MW(電)PHWR堆(重水堆)相耦合。該淡化廠包括一個產水量4500m³/d的多級閃蒸裝置和一個1800m³/d的反滲透裝置，多級閃蒸系統所需熱源及整個淡化廠所需電力均由核反應堆提供。該多級閃蒸-反滲透核能海水淡化系統工藝流程如圖2所示，PHWR反應堆21蒸汽回路輸出的蒸汽進入汽輪機22，通過發電機23發電，做功后的乏汽由電廠凝汽器24冷卻為凝結水返回反應堆21蒸汽回路。從汽輪機22抽取壓力為0.35MPa的低壓蒸汽25，為海水淡化系統提供熱源。低壓蒸汽25經過一個中間換熱器26交換能量后在多級閃蒸鹽水加熱器27中加熱原料海水，將熱量傳遞至多級閃蒸海水淡化系統28，進行海水淡化，由多級閃蒸海水給水裝置29將待處理海水輸入多級閃蒸海水淡化系統28，多級閃蒸海水淡化系統28的產品水210由電廠自用，多級閃蒸濃鹽水211排放入大海。海水給水216經水-海水冷卻回路217及慢化劑-水冷卻回路218換熱后溫度升高，并與來自多級閃蒸排熱段的冷卻海水212混合后進入反滲透海水淡化系統213，以升高反滲透系統給水溫度，提高系統淡水產量。反滲透海水淡化系統2-13所需能源由發電機提供，淡化后輸出反滲透產品水214，反滲透濃鹽水215排放。中間換熱器26、多級閃蒸鹽水加熱器27、水海水冷卻回路217以及慢化劑-水冷卻回路218均可作為核反應堆與淡化系統之間的實體隔離屏障。

上述核能海水淡化廠均是核電廠與海水淡化技術的耦合。核電廠的反應堆單臺功率很大，且溫度、壓力等運行參數較高，因此不適于建在離城市較近的地方。

發明內容