低溫核供熱堆城市管網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種低溫核供熱堆城市管網(wǎng)系統(tǒng)，包括一回路、二回路和三回路，所述一回路包括第一核供熱堆及與第一核供熱堆連接的第一換熱器，所述二回路包括第一換熱器以及與第一換熱器連接的第二換熱器，所述三回路包括依次連接的第二換熱器、第三換熱器及城市管網(wǎng)；所述第三換熱器通過換熱管路連接熱泵，該系統(tǒng)能夠避免燃煤備份熱源帶來的污染。
【專利說明】
低溫核供熱堆城市管網(wǎng)系統(tǒng)
技術領域
[0001]本實用新型涉及核能供熱技術領域，特別是一種低溫核供熱堆城市管網(wǎng)系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]目前，常規(guī)的低溫供熱堆換熱系統(tǒng)通常包括一回路、二回路和三回路，從而構成了整個換熱網(wǎng)絡，一回路用于與堆芯熱源直接換熱，二回路為一獨立的密閉中間循環(huán)回路，對一回路和三回路起到隔離作用，并將一回路堆芯的發(fā)熱量傳遞給三回路。上述換熱系統(tǒng)通常存在如下幾個問題:
[0003]1、核能供熱一般保持基本負荷;在最冷的氣候條件下需要有另一個調(diào)峰熱源，作為補充;法規(guī)也規(guī)定在整個供熱季，供暖系統(tǒng)必須有備份;一旦一個系統(tǒng)出現(xiàn)故障；必須馬上就可以啟動備份系統(tǒng)；以保障不間斷的供熱和給出維修系統(tǒng)的時間。因此，一般設計的核供熱方案都有一個燃煤調(diào)峰、備份鍋爐；目前在強調(diào)清潔能源的前提下，這個鍋爐是不允許存在的。
[0004]2、核供熱熱井面對的是一個龐大、復雜的城市熱力管網(wǎng)系統(tǒng)，其熱負荷隨季節(jié)、天氣、以及居民的使用量而變化，當負荷頻繁變化時，會對直接與堆芯熱源換熱的一回路產(chǎn)生擾動，產(chǎn)生不穩(wěn)定因素，帶來安全隱患。
[0005]3、核供熱系統(tǒng)的熱能輸出可控率低，二回路通常無法對一路回的熱能充分利用，大量熱量流失。如果通過調(diào)整功率來控制熱能輸出，不僅提高了運營成本，還會會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，導致事故率上升。
[0006]4、核供熱系統(tǒng)一旦發(fā)生泄漏會導致放射性污水外排，造成核污染。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型的目的是提供一種低溫核供熱堆城市管網(wǎng)系統(tǒng)，能夠避免燃煤備份熱源帶來的污染。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供的一種低溫核供熱堆城市管網(wǎng)系統(tǒng)，包括一回路、二回路和三回路，所述一回路包括第一核供熱堆及與第一核供熱堆連接的第一換熱器，所述二回路包括第一換熱器以及與第一換熱器連接的第二換熱器，所述三回路包括依次連接的第二換熱器、第三換熱器及城市管網(wǎng)；所述第三換熱器通過換熱管路連接熱栗。
[0009]優(yōu)選地，所述一回路還包括第二核供熱堆，所述第二核供熱堆與第一換熱器連接；或
[0010]所述一回路還包括非燃煤型供熱源，所述非燃煤型供熱源與第一換熱器連接。
[0011]優(yōu)選地，所述非燃煤型供熱源為工業(yè)余熱熱源和/或地源熱源。
[0012]優(yōu)選地，所述二回路中，在第一換熱器及第二換熱器之間還設置有能量平衡分配器，所述能量平衡分配器包括集熱容器，集熱容器上連接有供熱輸出回路，集熱容器上還連接有至少一路余熱輸出回路。
[0013]優(yōu)選地，所述供熱輸出回路包括與集熱容器連接的供熱管道和控制閥，以及與供熱管道連接的第二換熱器，供熱管道和/或第二換熱器中均設置有溫度傳感器，所述余熱輸出回路包括與集熱容器連接的余熱輸出管道和控制閥，以及與余熱輸出管道連接的第四換熱器，余熱輸出管道和/或第四換熱器中設置有溫度傳感器;供熱管道和余熱輸出管道上設置有水栗。
[0014]優(yōu)選地，所述第四換熱器與海水淡化設備的供熱系統(tǒng)連接。
[0015]優(yōu)選地，所述第四換熱器與污水處理設備的供熱系統(tǒng)連接。
[0016]優(yōu)選地，所述供熱管道和余熱輸出管道中設有流量計。
[0017]優(yōu)選地，所述供熱輸出回路和余熱輸出回路上均設置有慣性穩(wěn)壓裝置。
[0018]優(yōu)選地，所述第一核供熱堆和第二核供熱堆分別設置于第一核供熱堆廠房及第二核供熱堆廠房中，第一核供熱堆廠房及第二核供熱堆廠房之間設置有一個核燃料廠房。
[0019]本實用新型提供的低溫核供熱堆城市管網(wǎng)系統(tǒng)，包括一回路、二回路和三回路，所述一回路包括第一核供熱堆及與第一核供熱堆連接的第一換熱器，所述二回路包括第一換熱器以及與第一換熱器連接的第二換熱器，所述三回路包括依次連接的第二換熱器、第三換熱器及城市管網(wǎng);所述第三換熱器通過換熱管路連接熱栗。當?shù)谝缓斯岫寻l(fā)生故障時，可以使用熱栗和第三換熱器作為供熱熱源輸出，熱栗利用地源熱量進行熱能傳輸，清潔環(huán)保，避免采用燃煤熱源帶來的污染。當?shù)谝缓斯岫演敵鰺崃坎蛔阋詽M足城市管網(wǎng)需要時，也可以采用熱栗核第三換熱器作為熱能補充輸入到供熱系統(tǒng)中。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型所提供的低溫核供熱堆城市管網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構示意圖；
[0021 ]圖2為能量平衡分配器的放大結(jié)構示意圖；
[0022]圖3為低溫核供熱堆城市管網(wǎng)系統(tǒng)廠房布局的主視示意圖；
[0023]圖4為低溫核供熱堆城市管網(wǎng)系統(tǒng)廠房布局的俯視示意圖；
[0024]圖中:
[0025]1.第一換熱器2.第二換熱器3.第三換熱器4.第一核供熱堆5.熱栗6.第二核供熱堆7.第一核供熱堆廠房8.第二核供熱堆廠房9.核燃料廠房10.電氣廠房11.核輔助廠房12.衰減筒13.集熱容器14.控制閥15.第四換熱器16.控制閥17.慣性穩(wěn)壓裝置41.第一供熱堆芯61.第二供熱堆芯18.安全殼鋼制穹頂19.水池
【具體實施方式】
[0026]為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型方案，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0027]請參考圖1-4，本實用新型提供的一種低溫核供熱堆城市管網(wǎng)系統(tǒng)，包括一回路、二回路和三回路，所述一回路包括第一核供熱堆4及與第一核供熱堆4連接的第一換熱器I，所述二回路包括第一換熱器I以及與第一換熱器I連接的第二換熱器2，所述三回路包括依次連接的第二換熱器2、第三換熱器3及城市管網(wǎng)；所述第三換熱器3通過換熱管路連接熱栗
5。熱栗5可以采用地源熱栗。一方面，當?shù)谝缓斯岫?出現(xiàn)故障時，可以采用熱栗作為備份熱源，綠色環(huán)保，另一方面，當?shù)谝粨Q熱器I得到的熱量不足以支撐供熱輸出需要時，地源熱栗5可以將熱量輸出給第三換熱器3，進而使第一換熱器I中的熱水進一步升溫，例如可以將二回路的出口溫度從95°C，提升到130°C ;以滿足部分現(xiàn)有部分供熱管網(wǎng)的參數(shù)需要。
[0028]地源熱栗技術屬可再生能源利用技術。由于地源熱栗是利用了地球表面淺層地熱資源(通常小于400米深)作為冷熱源，進行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地熱資源可以稱之為地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地熱能而蘊藏的低溫位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了 47%的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。地源熱栗屬經(jīng)濟有效的節(jié)能技術。其地源熱栗的COP值達到了 4以上，也就是說消耗IKWh的能量，用戶可得到4KWh以上的熱量或冷量。地源熱栗環(huán)境效益顯著。其裝置的運行沒有任何污染，可以建造在居民區(qū)內(nèi)，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠距離輸送熱量。
[0029]—回路還包括第二核供熱堆6，所述第二核供熱堆6與第一換熱器I連接;或
[0030]所述一回路還包括非燃煤型供熱源，用非燃煤型供熱源替代上述第二核供熱堆6，即所述非燃煤型供熱源與第一換熱器I連接。非燃煤型供熱源可以是工業(yè)余熱熱源和/或地源熱源等清潔熱源。采用雙供熱源系統(tǒng)后，對城市管網(wǎng)的熱能輸出更加穩(wěn)定，且非燃煤型供熱源可以作為備份熱源使用，不會對環(huán)境造成污染。
[0031]當采用雙核供熱堆時，第一核供熱堆4和第二核供熱堆6分別設置于第一核供熱堆廠房7及第二核供熱堆廠房8中，第一核供熱堆廠房7及第二核供熱堆廠房8之間設置有一個核燃料廠房9。雙核供熱堆共用一個燃料廠房，可以節(jié)約占地面積。在第一核供熱堆廠房7、第二核供熱堆廠房8和核燃料廠房9的一側(cè)設置有電氣廠房10，另一側(cè)設置有核輔助廠房11，這樣進一步提高了地面空間利用率。第一核供熱堆廠房7及第二核供熱堆廠房8的一半置于地表面下方，另一半位于地表面上方，第一核供熱堆4和第二核供熱堆6的堆芯位于地表面下方的部分。這樣，兩個堆芯被上方的電氣廠房10、核輔助廠房11、核燃料廠房9及上半部分的供熱堆廠房層層包圍、保護起來，可以防止核泄漏或恐怖襲擊。安全殼鋼制穹頂18設置在第一核供熱堆廠房7和第二核供熱堆廠房8的頂部并淹沒于水池19中，當反應堆發(fā)生失水可以及時將熱量換熱出大氣。
[0032]工作時，控制第二回路中管道的水壓大于第一回路且小于第三回路，這樣，當?shù)谝换虻诙粨Q器管道開裂，由于第二回路中的水壓大于第一回路，使得水只會向第一回路中流動，防止第一回路中的輻射水向第二回路泄漏。
[0033]二回路包括一能量平衡分配器，能量平衡分配器用于與一回路的第一換熱器I對接，以分配其與第一供熱堆芯41(經(jīng)衰減筒12)和第二供熱堆芯61換熱得到的熱量。所述能量平衡分配器具體包括集熱容器13，例如可以采用保溫的儲能罐。集熱容器13的上連接有多條換熱回路，其中一條為供熱輸出回路，用于與三回路的水換熱，其余的換熱回路為余熱輸出回路，用于將多余的熱能排出。
[0034]供熱輸出回路包括連接在集熱容器13上的供熱管道及控制閥14，供熱管道連接第二換熱器2。當供熱堆芯產(chǎn)生的熱量剛好滿足城市供暖需要時，只需要保持供熱管道常開，將一回路第一換熱器I的熱量交換給第二換熱器2，然后再進一步換熱給三回路的城市管網(wǎng)即可保證正常的城市供暖。第二換熱器2和供熱管道中均設置有溫度傳感器和流量計(圖中未標出)，溫度傳感器采集溫度、流量計采集流量并上傳至控制器，控制器根據(jù)溫度和流量數(shù)據(jù)來判定管網(wǎng)的負載狀況，通過調(diào)節(jié)管網(wǎng)中的各變頻水栗(圖中未標出)來控制二回路的輸出，維持熱量平衡。供熱輸出回路數(shù)量可以為兩道(圖中為簡略示出一道)，其中一道的第二換熱器2數(shù)量為三個，另一道的第二換熱器2的數(shù)量為四個，從而適用于不同城市供熱管網(wǎng)的輸出情況。
[0035]余熱輸出回路至少為一條，例如本實施例中采用了兩道余熱輸出回路，每道余熱輸出回路中均包括余熱輸出管道，余熱輸出管道與集熱容器7直接連接，并通過控制閥16導通和截斷。余熱輸出管道與第四換熱器15連接，將熱量傳遞給第四換熱器15，第四換熱器15可以通過供熱管道連接多種不同用途的供熱系統(tǒng)，例如可以是海水淡化設備的供熱系統(tǒng)或污水處理設備的供熱系統(tǒng)。海水淡化設備利用第四換熱器15輸送的熱量將海水蒸發(fā)器內(nèi)的海水蒸發(fā)，得到淡水及結(jié)晶鹽，使得余熱得到了充分利用。第四換熱器15還可以是通過供熱管道連接至污水處理系統(tǒng)的供熱系統(tǒng)，如微波污水處理系統(tǒng)等，這樣可以起到低溫殺菌、催化反應、加快有機廢物降解等作用。在余熱輸出管道與第四換熱器15中也設置有溫度傳感器，在余熱輸出管道匯總還設置有流量計，向控制器發(fā)送采集到的溫度及流量信息。當供熱輸出回路中的溫度過高、熱量過剩時，控制余熱輸出回路打開，即可以將余熱充分利用到別處，不會造成能源浪費。
[0036]所述供熱輸出回路和余熱輸出回路上均設置有慣性穩(wěn)壓裝置17(例如補水箱、補水罐等)，當管路壓力發(fā)生波動時，慣性穩(wěn)壓裝置17可以通過補水或集水來平衡管道壓力，防止擾動產(chǎn)生。慣性穩(wěn)壓裝置也可以設置在一回路中以平衡管道壓力。
[0037]二回路中各個管道選用的離心栗參數(shù)如下:形式:單級雙吸臥式離心栗揚程:16m;流量:2286m3/h ；電動機功率:160kw(軸功率112.5kw)；材料:鑄鋼;吸入管直徑:DN600mm;排出管直徑:0肥00臟;臺數(shù):6臺(2臺備用)；允許吸上真空度:5.4111。
[0038]第一換熱器1(即整個供熱系統(tǒng)的二次換熱器)的作用是使二回路水與三回路水在其內(nèi)進行熱交換，將三回路水自60°C加熱到90°C。二回路共選7臺板式換熱器(5臺甲型，2臺乙型)。二次換熱器參數(shù)(括號外為甲型參數(shù)，括號內(nèi)為乙型參數(shù))如下:單板有效傳熱面積:2.83m2(2.83m2);單臺傳熱面積:1301.8m2(667.88m2);單臺板片數(shù)量:462(238);板片波紋形式:雙人字型(雙人字型)；板片間密封材料:橡膠墊；二回路側(cè)/三回路側(cè)流量:1478(753.8)m3/h/1473.9(751.7)m3/h；設計壓力:I.6MPa(l.6MPa)；設計溫度:150°C (150°C);板片材料:SS304(SS304);板片厚度:0.7mm(0.7mm);臺數(shù):5(2);進、出口接管規(guī)格:？附6(PN16)，DN400(DN300);外形尺寸:4700mm xl370mm x3748mm) (3140mm xl370mm x3748mm)；單臺設備重量:22.狀(18.980;二回路側(cè)/三回路側(cè)壓降:72.991^^/72.911^^(69.851^^/69.78kPa)0
[0039]二回路管道和閥門:二回路各段管道的參數(shù)如下:材料:碳鋼;集流母管:Φ700χ9;栗出/入口接管:Φ 500x8/Φ 600x9;換熱器出、入口接管:Φ 400x7;定壓水箱連管:Φ50x2.5;二回路主管道的截止閥選用DN400的電動閘閥，DN500閘閥，DN600閘閥；二回路栗出口止回閥選用DN500的蝶閥；二回路選用DN20自動放氣閥；二回路閥材料為碳鋼。
[0040]定位水箱
[0041]定位水箱用來維持二回路系統(tǒng)的運行壓力。其參數(shù)如下:水容積:10m3材料:碳鋼；外形尺寸:0.5mx4mx6m。
[0042]以上對本實用新型所提供的低溫核供熱堆城市管網(wǎng)系統(tǒng)進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權利要求的保護范圍內(nèi)。
【主權項】
1.低溫核供熱堆城市管網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，包括一回路、二回路和三回路，所述一回路包括第一核供熱堆及與第一核供熱堆連接的第一換熱器，所述二回路包括第一換熱器以及與第一換熱器連接的第二換熱器，所述三回路包括依次連接的第二換熱器、第三換熱器及城市管網(wǎng);所述第三換熱器通過換熱管路連接熱栗。2.根據(jù)權利要求1所述的低溫核供熱堆城市管網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述一回路還包括第二核供熱堆，所述第二核供熱堆與第一換熱器連接;或 所述一回路還包括非燃煤型供熱源，所述非燃煤型供熱源與第一換熱器連接。3.根據(jù)權利要求2所述的低溫核供熱堆城市管網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述非燃煤型供熱源為工業(yè)余熱熱源和/或地源熱源。4.根據(jù)權利要求1所述的低溫核供熱堆城市管網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述二回路中，在第一換熱器及第二換熱器之間還設置有能量平衡分配器，所述能量平衡分配器包括集熱容器，集熱容器上連接有供熱輸出回路，集熱容器上還連接有至少一路余熱輸出回路。5.根據(jù)權利要求4所述的低溫核供熱堆城市管網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述供熱輸出回路包括與集熱容器連接的供熱管道和控制閥，以及與供熱管道連接的第二換熱器，供熱管道和/或第二換熱器中均設置有溫度傳感器，所述余熱輸出回路包括與集熱容器連接的余熱輸出管道和控制閥，以及與余熱輸出管道連接的第四換熱器，余熱輸出管道和/或第四換熱器中設置有溫度傳感器;供熱管道和余熱輸出管道上設置有水栗。6.根據(jù)權利要求5所述的低溫核供熱堆城市管網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述第四換熱器與海水淡化設備的供熱系統(tǒng)連接。7.根據(jù)權利要求5所述的低溫核供熱堆城市管網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述第四換熱器與污水處理設備的供熱系統(tǒng)連接。8.根據(jù)權利要求5-7任一所述的低溫核供熱堆城市管網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述供熱管道和余熱輸出管道中設有流量計。9.根據(jù)權利要求5所述的低溫核供熱堆城市管網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述供熱輸出回路和余熱輸出回路上均設置有慣性穩(wěn)壓裝置。10.根據(jù)權利要求2所述的低溫核供熱堆城市管網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一核供熱堆和第二核供熱堆分別設置于第一核供熱堆廠房及第二核供熱堆廠房中，第一核供熱堆廠房及第二核供熱堆廠房之間設置有一個核燃料廠房。
【文檔編號】F24D3/10GK205536056SQ201620056817
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月20日
【發(fā)明人】田力, 徐剛, 馬志善
【申請人】新核（北京）能源科技有限公司