一种利用核电站热排水的偏心式涡轮热能动力系统技术方案

本发明专利技术公开了一种利用核电站热排水的偏心式涡轮热能动力系统，包括集热装置、气化装置、涡轮机、冷凝装置和单向液压泵依次通过循环管道实现循环联通，循环管道内含有循环工质，有集热装置和气化装置安装在核电站热排水道内，冷凝装置安装在深水低温区，偏心式涡轮机包括涡轮机壳、旋转涡轮结构、进气口和排气口，旋转涡轮结构的转轴偏心安装在涡轮机壳内，进气口和排气口分布在涡轮机壳径向两侧；本发明专利技术所述利用核电站热排水的偏心式涡轮热能动力系统具有热能转化效率高，涡轮力矩大，功率可调等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于能源利用设备领域，尤其是一种利用核电站热排水的偏心式涡轮热能动力系统。
技术介绍
能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。能源的开发利用极大地推进了世界经济和人类社会的发展。但随着能源的不断被开发消耗，石油、煤矿、天然气等不可再生能源逐步缩紧，能源的节约和循环利用逐步被重视。当前我国的能源战略的基本内容是：坚持节约优先、立足国内、多元发展、依靠科技、保护环境、加强国际互利合作，努力构筑稳定、经济、清洁、安全的能源供应体系，以能源的可持续发展支持经济社会的可持续发展。我国全面落实能源节约的措施是：推进结构调整，加快产业结构优化升级，大力发展高新技术产业和服务业，严格限制高耗能、高耗材、高耗水产业发展，淘汰落后产能，促进经济发展方式的根本转变，加快构建节能型产业体系。加强工业节能，加快技术改造，提高管理水平，降低能源消耗。实施节能工程，鼓励高效节能产品的推广应用，大力发展节能省地型建筑，提高能源利用效率，加快节能监测和技术服务体系建设，强化节能监测，创新服务平台。加强管理节能，积极推进优先采购节能（包括节水）产品，研究制定鼓励节能的财税政策。倡导社会节能，大力宣传节约能源的重要意义，不断增强全民资源忧患意识和节约意识。为响应国家节能战略，越来越多的企业开始研发、使用节能设备，并加强对废弃产能物、余热能的利用。其中，在余热的利用方面，主要通过热能发电设备来实现余能利用。现有的热能发电设备包括多种类别，但主要可分为两类，一类是利用涡轮机将热能转化成机械能，再将机械能转化成电能，该种原理类别的发电设备较为成熟，种类多；另一类是利用热电效应原理，通过热电转化元件将热能直接转化成电势能，但由于用于发电技术方面不成熟，电功率小，制造成本高，热电转化效率低，主要应用于微电子领域。现阶段，大多数企业由于余能排除量大，在余热的利用上，主要还需依靠上述第一类热能发电设备，通过涡轮机将热能转化成机械能，再将机械能转化成电能。现有的该类热能发电设备主要包括循环工质、集热装置、气化装置、涡轮机、发电机和冷凝装置；工作时，循环工质在循环管道中首先通过气化装置，将工质气化并推动涡轮机旋转，涡轮机带动发电机发电，气化后的工质在通过涡轮机时，对外做功，温度及气压会降低，并通过冷凝装置冷却成液态工质。然而，现有的热能发电设备普遍存在的问题是：a. 对高温热源的温度要求高，一般在200℃以上，且热能转化效率偏低，热能转化效率普遍在15%至35%，在200℃的热源下,热能转化效率平均为18%；b.工质气化温度不稳定，工质冷凝效果不佳，工质容易变质或出现杂质；c.涡轮机的带动力小，将气化工质对外做功转化成机械能的效率较小；d.涡轮转速不稳定，且容易出现卡死问题；e.集热装置的集热效果不佳，外界余热吸收率小，f.冷凝装置的热排量较大，热能浪费大，通过自然冷凝方式的冷凝速度慢，而采用主动冷凝方式（风机风冷或液泵水冷）需额外功耗；g.现有设备体积较大；f.涡轮机容易出现泄漏工质的问题。另一方面，随着国际能源供应形势日趋紧张，为了满足电力需求的快速增长和更好地保护环境，核能发电再次引起各国的兴趣。国际权威机构预测，在未来25年中，全球将兴建90座至300座1600兆瓦的反应堆，迎来核电站建设的新高峰期。然而，核电的发展也给人们带来了较大的担忧，因为核电站的建设和使用，除了对环境照成一定的放射性污染外，还会对临近水域照成高温污染。核电站需要用大量的水对反应堆进行冷却，一个核电站每秒用水量达数百吨，冷海水或河水通过厂房热交换后排回海中，水温会升高可达二三十度，核电热排水从排水口排出后，可造成方圆1公里水域内的水温升高达5℃到8℃，夏季冷海水或河水的温度达30℃时，经过吸收核电站排热后，温度可升高的40℃左右，一般的鱼类及海藻生物无法生存，同时也给附近居民带来较大的高温影响。而对于上述核电站热排水中的热能，由于热排水与常温水的温差仅有20℃左右的温差，该种温差很难被现有的热能发电设备利用。
技术实现思路
本专利技术所要实现的目的是：综合利用核电站热排水的废热能，提高热能设备的热能转化效率，增大涡轮机的带动力，提高涡轮机效率，稳定工质气化温度和工质流速，改善工质品质，防止工质变质，改善涡轮结构，避免涡轮泄露以及转速不稳，改进冷凝装置，加快冷凝速率；以解决上述
技术介绍
中现有热能设备所存在的：热能转化效率低，工质气化温度不稳定，工质冷凝效果不佳，工质容易变质或出现杂质，涡轮机容易出现工质泄漏，涡轮转速不稳定、以及容易出现卡死，冷凝装置的热能浪费大、冷凝速率慢或需额外功耗等问题。为解决其技术问题本专利技术所采用的技术方案为：一种利用核电站热排水的偏心式涡轮热能动力系统，包括集热装置、气化装置、偏心式涡轮机、核电站热排水道、冷凝装置、循环管道、循环工质和单向液压泵，气化装置、偏心式涡轮机、冷凝装置和单向液压泵依次通过循环管道实现循环联通，循环管道内含有循环工质；其特征是：所述集热装置和气化装置安装在核电站热排水道内，所述冷凝装置安装在深水低温区，所述集热装置包括集热管和集热片，集热片平行间隔分布，集热管折型分布在集热片中；气化装置包括气化吸热腔和气化控压器，气化控压器安装在气化吸热腔内，气化控压器用于循环工质降压；当高压液态工质在集热管内充分加热后达到热源温度，高压液态工质流入气化吸热腔，气化吸热腔内的气化控压器通过压强控制，使其液态工质吸热气化，气化工质在涡轮机内降压做功；该种结构相比于在集热管直接气化，可有效避免气化工质中参杂有液态工质，能使工质气化更均匀，所述偏心式涡轮机包括涡轮机壳、旋转涡轮结构、进气口、排气口和密封轴承，旋转涡轮结构通过密封轴承安装在涡轮机壳内，进气口和排气口分布在涡轮机壳径向两侧，所述旋转涡轮结构包括活动叶片和槽型转轴，槽型转轴的轴面上分布有凹槽，活动叶片通过弹簧活动安装在槽型转轴的凹槽内，槽型转轴通过密封轴承偏心安装在涡轮机壳内，进气口距偏心轴较近，排气口距偏心轴较远，相邻活动叶片间构成腔室，与进气口相通的为膨胀腔，与排气口相通的为排气腔；由于膨胀腔的两侧叶片面积不同，膨胀腔趋向于体积变大方向转动，该种结构的涡轮机具有较大的推力，能较充分地利用气化工质的动能和势能，具有较好的热能转化效率。作为进一步优化说明，所述旋转涡轮结构的活动叶片包含至少三片。作为进一步具体优化，所述偏心式涡轮机的排气口处设置有预冷凝器；采取该结构可增大进气口与排气口的压差，提高涡轮机的转化效率。作为进一步具体优化，所述预冷凝器包括工质导通管和冷凝吸热管，工质导通管用于连通排气口和循环管道，冷凝吸热管用于吸收工质导通管内工质的热量，工质导通管与冷凝吸热管螺旋并列接触，冷凝吸热管内为吸热流体，为增大冷凝效率，吸热流体的流动方向与工质导通管内工质的流动方向相反。作为进一步具体优化，所述冷凝吸热管采用联通单向液压泵与集热装置之间的循环管道；由于单向液压泵与集热装置之间的循环管道需要吸热，而工质导通管内工质需要排热，该结构较大程度的循环利用循环管道内工质热量，增大热转化效率。作为上述方案的进一步优化，气化装置的气化吸热腔呈锥管型空腔。作为上述方案的进一步优化，所述气化吸热腔与集热管之间还本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用核电站热排水的偏心式涡轮热能动力系统，包括集热装置（1）、气化装置（2）、偏心式涡轮机（3）、核电站热排水道（4）、冷凝装置（5）、循环管道（6）、循环工质（7）和单向液压泵（9），集热装置（1）、气化装置（2）、涡轮机（3）、冷凝装置（5）和单向液压泵（9）依次通过循环管（6）道实现循环联通，循环管道（6）内含有循环工质（7），其特征是：所述集热装置（1）和气化装置（2）安装在核电站热排水道（4）内，所述冷凝装置（5）安装在深水低温区，所述集热装置（1）包括集热管（11）和集热片（12），集热片（12）平行间隔分布，集热管（11）折型分布在集热片（12）中，气化装置（2）包括气化吸热腔（21）和气化控压器（22），气化控压器（22）安装在气化吸热腔（21）内，气化控压器（22）用于循环工质控压，所述偏心式涡轮机（3）包括涡轮机壳（31）、旋转涡轮结构（32）、进气口（33）、排气口（34）和密封轴承（35），旋转涡轮结构（32）通过密封轴承（35）安装在涡轮机壳（31）内，进气口（33）和排气口（34）分布在涡轮机壳（31）径向两侧，所述旋转涡轮结构（32）包括活动叶片（321）和槽型转轴（322），槽型转轴（322）的轴面上分布有凹槽（323），活动叶片（321）通过弹簧（324）活动安装在槽型转轴（322）的凹槽（323）内，槽型转轴（322）通过密封轴承（35）偏心安装在涡轮机壳（31）内，进气口（33）距偏心轴较近，排气口（34）距偏心轴较远，相邻活动叶片（321）间构成腔室，与进气口（33）相通的为膨胀腔331，与排气口（34）相通的为排气腔（341）。...

【技术特征摘要】
1.一种利用核电站热排水的偏心式涡轮热能动力系统，包括集热装置（1）、气化装置（2）、偏心式涡轮机（3）、核电站热排水道（4）、冷凝装置（5）、循环管道（6）、循环工质（7）和单向液压泵（9），集热装置（1）、气化装置（2）、涡轮机（3）、冷凝装置（5）和单向液压泵（9）依次通过循环管（6）道实现循环联通，循环管道（6）内含有循环工质（7），其特征是：所述集热装置（1）和气化装置（2）安装在核电站热排水道（4）内，所述冷凝装置（5）安装在深水低温区，所述集热装置（1）包括集热管（11）和集热片（12），集热片（12）平行间隔分布，集热管（11）折型分布在集热片（12）中，气化装置（2）包括气化吸热腔（21）和气化控压器（22），气化控压器（22）安装在气化吸热腔（21）内，气化控压器（22）用于循环工质控压，所述偏心式涡轮机（3）包括涡轮机壳（31）、旋转涡轮结构（32）、进气口（33）、排气口（34）和密封轴承（35），旋转涡轮结构（32）通过密封轴承（35）安装在涡轮机壳（31）内，进气口（33）和排气口（34）分布在涡轮机壳（31）径向两侧，所述旋转涡轮结构（32）包括活动叶片（321）和槽型转轴（322），槽型转轴（322）的轴面上分布有凹槽（323），活动叶片（321）通过弹簧（324）活动安装在槽型转轴（322）的凹槽（323）内，槽型转轴（322）通过密封轴承（35）偏心安装在涡轮机壳（31）内，进气口（33）距偏心轴较近，排气口（34）距偏心轴较远，相邻活动叶片（321）间构成腔室，与进气口（33）相...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭远军，
申请(专利权)人：郭远军，
类型：发明
国别省市：湖南;43