山東海陽核電廠水熱同產同送示范工程

張世鋼

2021年，由國家電投山東核電與清華大學聯合建設的世界首個“水熱同產同送”科技示范工程在海陽投運。該工程通過抽取海陽核電機組蒸汽，驅動水熱同產裝置同步產送高溫高品質淡水，提高了能源綜合利用效率，為全國加速核能綜合利用、推進“雙碳”目標實現提供了重要借鑒。

技術簡介

水熱同產同送系統包含三個環節：水熱同產、水熱同送和水熱分離。水熱同產裝置在實現海水淡化的同時產生高溫的熱淡水，水熱同送系統把熱淡水輸送到用戶端，水熱分離裝置將熱淡水中的熱量取出來用于采暖，低溫淡水送給自來水公司。

示范工程概況

海陽核電廠水熱同產同送示范工程于2020～2021年采暖季建成，設計日產熱淡水120噸，供熱面積1萬平方米，雖然規模很小，卻是水熱同產同送技術在實際工程中的第一次完整應用，旨在為將來大規模推廣應用積累經驗和技術。

本工程在海陽核電廠內設置水熱同產設備，用核電廠汽輪機抽汽驅動，產生95℃高溫淡水，通過一根管徑DN80的管道輸送到9km外的專家村，在專家村設置水熱分離裝置，提取的熱量用于承擔專家村接待中心的采暖熱負荷和泳池熱負荷，降溫以后的淡水滿足部分生活用水需求。

水熱同產部分

本工程根據核電廠特殊情況增加了中間回路，核電廠蒸汽首先加熱中間回路的熱水，再由中間回路熱水驅動水熱同產裝置。設計工況下原海水進口流量10t/h，其中5t/h變成高溫熱淡水，剩下5t/h變成濃海水排回大海。運行時通過定壓水泵保證中間熱水回路壓力始終高于蒸汽壓力，即使換熱器發生泄露也是熱水往蒸汽一側漏，從而確保海水以及由海水產生的淡水不會受到核輻射的污染。

水熱同產裝置包括兩套，一套為多級閃蒸水熱同產裝置，一套為多效蒸餾水熱同產裝置。多級閃蒸水熱同產裝置原理：原海水先順次進入各級冷凝器傳熱管內被加熱升溫，從最后一級冷凝器出來后再被中間回路熱水加熱，然后逐級進入各級閃蒸器閃蒸降溫，海水逐級濃縮，最后變成低溫濃海水回歸大海;每一級閃蒸器產生的蒸汽在本級冷凝器傳熱管外凝結放熱，凝結水就是要得到的淡水，低溫級冷凝器產生的淡水先流到高溫級冷凝器，跟高溫級冷凝水匯合后再流向更高溫級冷凝器，最后從最高溫級冷凝器流出來，就是高溫淡水。示范工程中的多級閃蒸水熱同產裝置共采用了20級，各級上下排列，整體為立式結構。

多效蒸餾水熱同產裝置原理：原海水通過冷凝器預熱后，作為原料水并聯或者串聯進入各效蒸發器，第一效蒸發器由中間回路熱水加熱，海水在傳熱管外降膜蒸發，產生的蒸汽作為第二效蒸發器熱源，熱量如此逐級往下傳遞，蒸汽冷凝水從低溫效流到高溫效，最后從最高溫效流出，就是要得到的高溫淡水。示范工程中的多效蒸餾水熱同產裝置采用14效蒸發、1級冷凝流程，結構上采用圓筒形管殼式垂直布置，海水從上往下靠重力差逐級流動，具有占地面積小、水泵數量少、耗電量低的優點。兩套水熱同產裝置通過框架合成一體，設計產水量5t/h，供水溫度95℃。

水熱同送部分

根據位置不同分為三部分：一部分在電廠水熱同產裝置出口，采用兩級輸送泵，一級泵為低汽蝕余量、高氣密性的屏蔽泵，二級泵為高揚程的熱水輸送泵，并在出口裝了穩壓罐、安全閥等裝置;第二部分為長度9km的輸送管線，為了模擬研究將來的遠距離輸送水力工況，中間加了一座中繼泵站，設置在管線中間位置，中繼泵前后均設置了穩壓罐;第三部分在末端的水熱分離裝置淡水出口，設置根據閥前壓力自動調節出水流量的調節閥和一個穩壓罐，使閥前壓力維持在設定范圍之內，保證高溫熱淡水在任何情況下都不會汽化和超壓。

水熱分離部分

示范工程中的水熱分離部分設置了一臺吸收式換熱機組，由一臺熱水型吸收式熱泵和一臺水/水換熱器組成。熱淡水設計進口溫度95℃，在吸收式熱泵發生器、水/水換熱器和吸收式熱泵蒸發器中梯級降溫至23℃后，作為生活用水。熱網水進口設計溫度40℃，在吸收式熱泵的吸收器、冷凝器和水/水換熱器中吸熱升溫至50℃，用于專家村接待中心采暖和泳池加熱。

示范工程運行性能

示范工程于2021年3月正式投運，開機1小時以后工況就基本穩定，各參數與設計值基本吻合。本示范工程實際運行性能經過第三方檢測，所產淡水水質各項指標均符合《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）。

2021年5月11日，中國節能協會在海陽核電廠組織召開了“山東海陽核電廠水熱同產同送示范工程”專家研討會，專家認為：海陽核電廠水熱同產同送示范工程，首次將水熱同產同送技術應用于工程，證明了水熱同產同送技術是可行的，為該技術的進一步深化研究和大規模工程應用邁出了堅實的關鍵一步。

下一步研究方向

在示范工程所研究流程的基礎上，工程將進一步增加跨季節蓄熱水池，非采暖季熱水儲存在水池里面，采暖季與核電廠來水一起送給用戶。如果水熱分離后的低溫淡水在冬天用不完，可以送回水池，春天的時候再取出來用，從而實現水熱同儲。新系統可以使供熱/供水量增加三倍，設備利用率和經濟性也得到改善。蓄熱水池還可以兼做系統調峰熱源，從而取消燃氣等化石能源調峰，實現零碳供熱。