1.本实用新型涉及核能综合利用领域，特别是涉及一种核电站工业用蒸汽转换系统。


背景技术：

2.目前，众多生产制造行业仍然对高温高压蒸汽存在稳定的需求，例如炼油厂、制药厂、炼铁厂以及造纸厂等高能耗企业，都需要大量稳定的高温高压蒸汽。在以往传统的工厂建设中，通常采用的解决方式是，建设小型工厂配套热力发电厂的方式来实现高温高压蒸汽及电力的自给自足。然而，这种高能耗企业小型热电厂自给蒸汽工业系统通常使用的燃料仍然以煤炭为主，而燃煤排放物是造成大气污染、雾霾和温室效应的主要原因，这就使得小型热电厂具有设备投资大，热效率低，污染严重，碳排放量大，设备运行维护成本高的缺点。
3.随着我国核电机组数量的日益增加以及核能应用技术的不断发展，核能的多途径应用也已经较为成熟，目前国内外已有多个由核电机组为区域居民供热的案例，但是我国尚无核电站对外供应工业蒸汽的应用。


技术实现要素：

4.本实用新型针对现有技术的不足，提供一种核电站工业用蒸汽转换系统，通过利用核电站二回路蒸汽热源，以产生工业所需参数的蒸汽。
5.本实用新型提供的一种核电站工业用蒸汽转换系统，其包括加热蒸汽供应管道系统、工业蒸汽供应管道系统、预热器组件、除氧器、蒸发器、过热器组件及疏水罐等设备，还包括至少两个工业水供应加压泵；
6.其中预热器组件、蒸发器、过热器组件均为管壳式换热器结构；
7.除氧器为混合式换热器；疏水罐用于接收蒸发器管内蒸汽凝结的水；
8.在运行时：
9.a)工业供水通过一个工业水供应加压泵进入预热器组件进行加热至温度接近饱和温度；
10.b)接近饱和温度的工业供水从预热器组件经由除氧器的上部进入除氧器，在除氧器中被雾化并与加热蒸汽混合获得饱和水；
11.c)所述饱和水从除氧器的下部进入至少两个工业水供应加压泵中的另一个，被加压到高于工业蒸汽需求的压力，然后再次进入预热器组件被加热至温度接近饱和温度；
12.d)温度接近饱和温度的饱和水从预热器组件进入蒸发器壳体，在蒸发器的壳体中被加热蒸汽加热后转换为饱和蒸汽；
13.e)饱和蒸汽从蒸发器进入过热器组件，在过热器组件中被加热蒸汽加热到工业需求的过热蒸汽温度。
14.优选地，如果经过步骤e)后所获得的过热蒸汽温度还不能满足工业用汽的需求，
需要重复步骤e)，使过热蒸汽再次进入过热器壳体，被过热器管束内的加热蒸汽进一步加热到工业需求的过热蒸汽温度。
15.优选地，预热器组件包括一级预热器和二级预热器，在步骤a)和步骤c)分别进入一级预热器和二级预热器，预热器的二级设置有利于能源的分级利用，提高系统的热效率。
16.本实用新型设计的工业用蒸汽转换系统的加热蒸汽可根据工业蒸汽参数需要进行选择，对于中等温度压力(如压力为1.8mpa、温度为250℃)的工业蒸汽需求，来自用压水堆蒸发器出口主蒸汽或来自汽轮机高压缸抽汽作为加热蒸汽(如图所示的加热蒸汽1)；对于较高温度压力(如压力为5.0mpa、温度为460℃)的工业蒸汽需求，可在上面中等温度压力的工业蒸汽转换系统的基础上增加一级加热蒸汽来自更高压力和温度的高温气冷堆主蒸汽(如图所示的加热蒸汽2)的过热器。
17.优选地，一级预热器和二级预热器均为卧式管壳式换热器，其换热管为u型管，工业供水进入预热器的壳程，加热蒸汽的凝结疏水进入预热器的管程，换热管管内外流体的换热均为单相液体的传热机理。
18.一级预热器是利用加热蒸汽的凝结疏水余热，将工业供水加热到接近饱和温度，可减少除氧器加热蒸汽3的蒸汽用量，而二级预热器位于另一个工业水供应加压泵中的下游，工业供水和疏水的温度和压力都比一级预热器高，为实现热量的分级利用而专门设计。
19.工业用蒸汽转换系统中的除氧器用于除去工业供水中溶解的氧气等腐蚀性气体。根据本实用新型的除氧器使用热电厂通常所用的热力除氧法，其加热蒸汽3可来自于蒸发器或核电站二回路的适当压力的汽轮机抽汽，其工作原理是亨利定律，当液体和气体处于同一平衡状态时，在温度一定的情况下，单位体积液体内溶解的气体量与页面上该其他分压力成正比，热力除氧器是利用加热蒸汽将工业供水充分加热至饱和温度，增加液面蒸汽分压，从而降低氧气的分压，将溶解于水中的气体解析出来。除氧器的工业水入口接管连接有喷淋装置，将工业供水进行雾化，使加热蒸汽与工业供水可充分混合加热，溶解于水中的气体可充分解析出来。
20.根据本实用新型的除氧器可充分解析溶解于工业供水中的氧气，大大降低介质对工业供水/蒸汽管道及设备的腐蚀性，提高设备的使用寿命。
21.优选地，根据本实用新型的除氧器为卧式容器，在除氧器的工业水入口接管连接有专用喷淋装置，达到除氧的目的，减少高温环境下设备的氧化腐蚀，提高设备的寿命。
22.根据本实用新型的蒸发器是工业用蒸汽转换系统的核心设备，大部分热量在此设备中进行交换。优选地，蒸发器为卧式管壳式热交换器，工业供水从设备下部进入壳体，加热蒸汽进入蒸发器的管程，通过蒸发器内布置的u型换热管束实现热量交换；加热蒸汽在管束中释放热量后逐渐凝结为液体，蒸发器壳体内的工业供水吸收热量后蒸发为蒸汽，壳体设置足够大的空间容纳蒸汽。
23.优选地，根据本实用新型的蒸发器壳体内的管束上部蒸汽出口处设置专用波纹板来分离蒸汽中水分，使出口蒸汽品质更高，更有利于下级设备过热器的安全稳定运行，并减少过热器的加热蒸汽消耗量，有利于能源的分级利用，有利于提高系统的热效率。
24.优选地，过热器组件包括一级过热器和二级过热器，在两次进行步骤e)时，分别进入一级过热器和二级过热器，过热器的二级设置有利于能源的分级利用，提高系统的热效率。
25.优选地，本实用新型中的一级过热器和二级过热器均为卧式管壳式换热器，饱和状态的工业蒸汽从卧式管壳式换热器的壳体下部进入，被管束内的加热蒸汽加热至过热蒸汽后从卧式管壳式换热器的壳体上部排出。
26.本实用新型所设置的预热器、除氧器、蒸发器和过热器均属于换热结构，每种换热结构内部的换热机理协调一致，便于简化各级换热器设备结构的设计。
27.在根据本实用新型的工业用蒸汽转换系统中，至少两个离心加压泵中的一个用于将工业供水供给蒸汽转换系统，所述至少两个离心加压泵中的另一个用于将工业水进一步加压至工业蒸汽需要的压力，并加上适当的管道系统及设备的压力损失。
28.优选地，系统运行时，实时监控蒸发器和除氧器的液位、工业蒸汽温度和压力参数、以及各个管道的进出口介质的流量。
29.优选地，系统运行时使用的加热蒸汽是来自核电站的压水堆蒸发器出口的主蒸汽、来自汽轮机高压缸抽汽和来自高温气冷堆的主蒸汽中的一个或多个。
30.根据本实用新型的核电站工业用蒸汽转换系统，适用范围广泛，工业蒸汽流量可为50t/h～500t/h，蒸汽压力可以为1.5mpa～5.0mpa，蒸汽温度可达250℃～460℃；
31.根据本实用新型的工业用蒸汽转换系统可灵活地利用核电站二回路蒸汽热源，产生工业所需参数的蒸汽；
32.根据本实用新型的工业用蒸汽转换系统位于核电站常规岛厂房内，由核电站进行运行和维护，可减少工业用汽企业的投资、运行和维护成本；
33.根据本实用新型的工业用蒸汽转换系统可实现能源的逐级利用，提高能源的利用效率。
附图说明
34.图1是根据本实用新型的实施例1的加热蒸汽及工业蒸汽供应管道系统的示意图。
35.标号列表：
36.i
‑
1为蒸发器压力传感器；
37.i
‑
2为蒸发液位传感器；
38.i
‑
3为除氧器压力传感器；
39.i
‑
4为除氧器液位传感器；
40.i
‑
5为泵1出口工业用水压力监控传感器；
41.i
‑
6为泵2出口工业用水压力监控传感器；
42.i
‑
7为一级过热器出口蒸汽压力传感器；
43.i
‑
8为一级过热器出口蒸汽温度传感器；
44.i
‑
9为二级过热器出口蒸汽压力传感器；
45.i
‑
10为二级过热器出口蒸汽温度传感器；
46.i
‑
11为除氧器排污流量传感器；
47.i
‑
12为工业供水流量传感器；
48.i
‑
13为除氧器加热蒸汽3的流量传感器；
49.i
‑
14为加热蒸汽1的流量传感器；
50.i
‑
15为工业蒸汽1流量传感器；
51.i
‑
16为加热蒸汽2流量传感器；
52.i
‑
17为工业蒸汽2流量传感器。
具体实施方式
53.为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：
54.如图1所示，本实用新型的实施例1提供了一种核电站工业用蒸汽转换系统，其包括加热蒸汽及工业蒸汽供应管道系统，还包括一级预热器、二级预热器、除氧器、蒸发器、过热器及疏水罐等设备，以及2台工业水供应加压泵，如图1中所示出的泵1、泵2。其中一级预热器、二级预热器、蒸发器、过热器为管壳式换热器；除氧器为混合式换热器；疏水罐作用是接收蒸发器管内蒸汽凝结水，使管道疏水顺畅。
55.在图1所示的工业用蒸汽转换系统中，工业用蒸汽转换系统从核电站接收加热蒸汽，与工业供水配合以转换获得工业用蒸汽。在图1所示的工业用蒸汽转换系统工作时，工业供水通过泵1进入一级预热器的壳体，在一级预热器中经过一级预热器管束内的疏水加热后，温度接近饱和温度，然后从除氧器的上部进入除氧器壳体，工业供水在除氧器中经喷嘴被雾化后与加热蒸汽3混合加热成饱和水，该饱和水通过管道p
‑
4从除氧器的下部进入泵2被再次加压到高于工业蒸汽需求压力，被加压后的工业水经管道p
‑
5进入二级预热器壳侧，在二级预热器中经过二级预热器管束内的疏水加热后，温度接近饱和温度，从二级预热器的壳体出口经p
‑
6管道进入蒸发器壳体，工业供水在蒸发器的壳体中被管束内的加热蒸汽加热后转换为饱和蒸汽，此时饱和蒸汽温度还不能满足工业用汽的需求，需要再进入一级过热器甚至二级过热器壳体，被过热器管束内的加热蒸汽进一步加热到工业需求的过热蒸汽温度。
56.在本实施例中，工业用蒸汽转换系统包括了一级预热器和二级预热器，其结构、功能和传热机理相同，仅仅是设备流体的温度和压力不同，借此实现能源的分级利用，提高系统的热效率。本实施例所使用的预热器为卧式管壳式换热器，换热管束为u型管，工业供水进入预热器的壳程，加热蒸汽的凝结疏水进入预热器的管程，换热管管内外流体的换热均为单相液体的传热机理，实现热量的交换。
57.其中，一级预热器利用加热蒸汽的凝结疏水余热，将工业供水加热到接近饱和温度，可减少除氧器加热蒸汽3的蒸汽用量，实现热量的分级利用，提高系统的热效率。
58.二级预热器的结构、功能以及传热机理与一级预热器相似，只是二级预热器位于泵2的下游，工业供水和疏水的温度和压力都比一级预热器高，是为实现热量的分级利用而专门设计的。
59.在本实施例中，通过加热蒸汽管道系统提供核电站所产生的蒸汽，作为加热蒸汽对工业供水/饱和蒸汽进行加热。可根据所需的工业蒸汽参数选择加热蒸汽，例如对于中等温度压力(如压力为1.8mpa、温度为250℃)的工业蒸汽需求，使用来自压水堆蒸发器出口主蒸汽或来自汽轮机高压缸抽汽作为加热蒸汽(如图所示的加热蒸汽1)；对于较高温度压力(如压力为5.0mpa、温度为460℃)的工业蒸汽需求，可在上面中等温度压力的工业蒸汽转换系统的基础上增加一级加热蒸汽来自更高压力和温度的高温气冷堆主蒸汽(如图所示的加热蒸汽2)的过热器。
60.加热蒸汽经由加热蒸汽管道系统提供，依此通过过热器、蒸发器的换热管束，并在管束中向工业蒸汽释放热量；加热蒸汽1和加热蒸汽2在一级过热器中或二级过热器中被工业蒸汽冷却降温，加热蒸汽2在蒸发器换热管束中被冷却后凝结成疏水，并汇集在疏水罐中，然后从疏水罐中流至二级预热器管束，并在二级预热器管束中被工业供水冷却，最后流至一级预热器管束，同时在一级预热器的管束中被工业供水进一步冷却，冷却后的疏水最终被排入核电站常规岛给水回热系统中被循环利用。
61.在本实施例的加热蒸汽管道系统中，加热蒸汽管道系统的目的是将高温高压的加热蒸汽安全无泄漏地从取汽口送至各级设备，并回收冷却后的蒸汽或疏水，加热蒸汽管道系统包括从取汽口到疏水排放的所有管道(p
‑
10～p
‑
14以及p
‑
22、p
‑
23)和阀门(v
‑
3、v
‑
4、v
‑
7、v
‑
8)。在本实施例的工业供水/蒸汽管道系统中，工业供水/蒸汽管道系统的目的是将工业供水从取水口送至各级设备，供给工业用蒸汽接口，工业供水/蒸汽管道系统包括从取水口到蒸汽供给接口的所有管道(p
‑
1～p
‑
9)和阀门(v
‑
1、v
‑
2)。
62.在实施例1中，还设有除氧器，除氧器能够充分解析溶解于工业供水中的氧气，可大大降低介质对工业供水/蒸汽管道及设备的腐蚀性，提高设备的使用寿命。
63.实施例1中所设置的除氧器为卧式容器，在除氧器的工业水入口接管连接有专用喷淋装置，达到除氧的目的。实施例1中的除氧器可以使用热电厂通常所用的热力除氧法，其中加热蒸汽3可来自于蒸发器或核电站二回路的适当压力的汽轮机抽汽，其工作原理是亨利定律，当液体和气体处于同一平衡状态时，在温度一定的情况下，单位体积液体内溶解的气体量与页面上该其他分压力成正比，热力除氧器是利用加热蒸汽将工业供水充分加热至饱和温度，增加液面蒸汽分压，从而降低氧气的分压，将溶解于水中的气体解析出来。除氧器的工业水入口接管连接有喷淋装置，将工业供水进行雾化，使加热蒸汽与工业供水可充分混合加热，溶解于水中的气体可充分解析出来。
64.在实施例1中，还设有蒸发器，蒸发器是本实用新型设计的工业用蒸汽转换系统的核心设备，大部分热量在此设备中进行交换，蒸发器为卧式管壳式热交换器，工业供水从设备下部进入壳程，加热蒸汽进入蒸发器的管程，通过蒸发器内布置的u型换热管束实现热量交换；加热蒸汽在管束中释放热量后逐渐凝结为液体，蒸发器壳体内的工业供水吸收热量后蒸发为蒸汽，壳体设置足够大的空间容纳蒸汽，本实用新型设计的蒸发器壳体内的管束上部蒸汽出口处设置专用波纹板来分离蒸汽中水分，使出口蒸汽品质更高，更有利于下级设备过热器的安全稳定运行，并减少过热器的加热蒸汽消耗量，有利于能源的分级利用，有利于提高系统的热效率。
65.工业供水在蒸发器处转换为蒸汽后，将先后进入一级过热器和二级过热器进行进一步的加热。一级过热器利用加热蒸汽冷却释放的热量，将蒸发器壳体排出的饱和蒸汽进一步加热到工业蒸汽需求的温度。一级过热器为卧式管壳式换热器，饱和状态的工业蒸汽从壳体的下部进入，被管束内的加热蒸汽加热至过热蒸汽后从壳体的上部排出。
66.如需要的工业蒸汽参数较高，从一级过热器排出的工业蒸汽进入二级过热器的壳体继续加热至更高的温度，以满足用户的需求。
67.二级过热器的结构和功能与一级过热器类似，差别仅在于加热蒸汽和工业蒸汽温度更高，是为实现热量的分级利用而专门设计的，有利于能源的分级利用，有利于提高系统的热效率，可根据实际参数需要选择是否设置二级过热器。
68.本实施例中的一级过热器和二级过热器的结构、功能和传热机理相同，仅仅是设备流体的温度和压力不同，借此实现能源的分级利用，提高系统的热效率。
69.根据实施例1的工业用蒸汽转换系统还包括了两个离心加压泵(泵1和泵2)，泵1的目的是将工业水供给蒸汽转换系统，泵的出口压力为除氧器的工作压力。泵2的目的是将工业水进一步加压至工业蒸汽需要的压力，并加上适当的管道系统及设备的压力损失。
70.此外，根据实施例1的工业用蒸汽转换系统还设置了i1～i17仪器仪表对系统运行情况进行监控。
71.系统运行时，需实时监控蒸发器和除氧器的液位(i
‑
2和i
‑
4)，系统应设置高水位报警，高高水位设置联动保护。
72.系统运行时，需监控工业蒸汽温度和压力参数，即监控一级过热器和二级过热器工业蒸汽出口的温度和压力(i
‑
7～i
‑
10)。
73.系统运行时，需监控各管道进出口介质的流量，即监控流量传感器(i
‑
11～i
‑
17)。
74.系统可根据用户需要，通过调节阀门v
‑
1、v
‑
2、v
‑
10的开度，调节工业蒸汽1和工业蒸汽2的流量；通过调节阀门v
‑
3、v
‑
4、v
‑
7、v
‑
8的开度，可调节工业蒸汽出口温度。
75.使用根据实施例1的工业用蒸汽转换系统提供工业蒸汽的一个具体实施方式如下：
76.如某压水堆核电站需利用常规岛二回路蒸汽对外供应工业蒸汽600t/h，参数为1.8mpa、250℃，按本实用新型的蒸汽转换系统的原理图，从工业供水入口开始分别设置了一级预热器、除氧器、二级预热器、蒸发器、一级过热器，利用该压水堆核电站常规岛主蒸汽(5.3mpa,267.6℃)作为工业蒸汽转换系统热源，计算各关键换热装置的热平衡工艺参数，对关键进行选型设计，结果显示，需要消耗约350t/h的加热蒸汽。
77.关键换热装置的选型及主要工艺参数如下：
[0078][0079]
根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。