技术领域
[0001] 本
发明涉及
海水淡化与节能减排领域，具体为一种海上核能供汽浮动平台及供汽方法。
背景技术
[0002] 随着我国海洋强国战略的实施，无论是我国海洋南海岛屿
能源保障，抑或沿海化工企业发展，甚至是国家正在立项的海上工厂的建设，能源的持续供给是各项工业、经济或军事活动的
基础，而在所有能源当中，
电能、
蒸汽和
淡水的需求最为突出。
[0003] 但是，前期调研海洋工厂发现，电
力并不是阻碍中国沿海/海上资源开发的限制因素，电力需求可通过柴油发电、
太阳能发电或者其他新能源发电技术进行较好的解决。因此，限制海上工业生产活动的
瓶颈问题主要是蒸汽和淡水问题，而淡水又能够通过无
放射性蒸汽转化而来，因此最主要的资源缺乏对象为无放射性蒸汽。
[0004] 一方面，海上浮动核电站以其清洁、高效的特点被认为是最理想的海上能源。近年来，多家企业积极布局海上核电业务。由此可见，海上核能正在成为海上能源供给的基础，而怎样在利用核能解决电能需求的同时，解决无放射性蒸汽的需求是该领域科研人员亟待思考的问题。
[0005] 另一方面，随着国家对环保的要求越发严苛，典型以发电为主的海上核能平台审评过程极其严格，海上核能平台运行过程中产生的温排水对周围海域的影响已成为监管机关首要考虑的问题。
发明内容
[0006] 针对
现有技术中存在的
缺陷，本发明的目的在于提供一种海上核能供汽浮动平台及供汽方法，能够利用核能转化出无放射性蒸汽，同时解决温排水对海域热污染的问题。
[0007] 为达到以上目的，采取的技术方案是：一种海上核能供汽浮动平台，所述供汽浮动平台包含：核能转换系统，其包含核岛装置和蒸汽透平，所述核岛装置的乏汽出口端连通所述蒸汽透平的入口端，所述蒸汽透平的出口端连通所述核岛装置的冷凝水入口端；
[0008] 蒸汽生成系统，其包含高压驱动
泵、
反渗透组件和蒸汽转换装置，所述蒸汽转换装置内具有两条独立且进行热交换的通路，所述蒸汽透平的出口端通过第一通路连通所述核岛装置的冷凝水入口端；所述蒸汽透平通过一个
驱动轴驱动所述高压驱动泵，所述高压驱动泵抽吸
海水并输入所述反渗透组件，所述反渗透组件的淡水输出端通过第二通路输出无放射性蒸汽。
[0009] 在上述技术方案的基础上，所述蒸汽生成系统还包含压力能回收装置，所述反渗透组件还包含盐水输出端；
[0010] 所述盐水输出端输出高压盐水，所述淡水输出端输出低压淡水；所述盐水输出端和淡水输出端分别通过一
根管道与压力能回收装置连接；
[0011] 所述压力能回收装置利用高压盐水的压力将低压淡水转化为高压淡水，并通过管道输送至所述第二通路。
[0012] 在上述技术方案的基础上，所述盐水输出端输出的高压盐水经压力能回收装置转化后生成低压盐水，所述低压盐水通过管道排放至海洋中。
[0013] 在上述技术方案的基础上，所述第一通路的两端分别为乏汽输入端和冷凝水输出端，所述乏汽输入端通过管道与所述蒸汽透平的出口端相连，所述冷凝水输出端通过管道与所述核岛装置的冷凝水入口端相连；
[0014] 所述第二通路的两端分别为淡水输入端和蒸汽输出端，所述淡水输入端与所述压力能回收装置相连；所述蒸汽输出端通过管道输出无放射性蒸汽。
[0015] 在上述技术方案的基础上，所述核岛装置、蒸汽透平、蒸汽转换装置、高压驱动泵、反渗透组件和压力能回收装置均设置于
船舶平台上，所述蒸汽转换装置的蒸汽输出端通过蒸汽输送管与用户连接。
[0016] 在上述技术方案的基础上，所述供汽浮动平台还包含固定于海底的系泊装置，所述系泊装置顶端设置可转动的滑环；所述滑环设有圆筒状且可弯折的活动臂，所述蒸汽输送管穿过所述活动臂。
[0017] 在上述技术方案的基础上，所述蒸汽转换装置的蒸汽输出端直接连接所述蒸汽输送管；或者，所述蒸汽转换装置的蒸汽输出端连接管道，管道的另一端设置一个相对所述船舶平台固定的蒸汽
接口，所述蒸汽接口连接所述蒸汽输送管。
[0018] 本发明还公开了一种基于上述供汽浮动平台的供汽方法，包含以下步骤：
[0019] 所述核岛装置产生的乏汽通过管道流入蒸汽透平；
[0020] 蒸汽透平流出的乏汽通过蒸汽转换装置的第一通路冷凝成冷凝水并回流至核岛装置中；同时，蒸汽透平通过驱动轴驱动高压驱动泵抽吸海水并输出给反渗透组件，所述反渗透组件输出淡水流入蒸汽转换装置的第二通路；
[0021] 所述第二通路内的淡水与第一通路内的乏汽进行热交换后，第二通路输出无放射性蒸汽。
[0022] 在上述技术方案的基础上，所述蒸汽生成系统还包含压力能回收装置，所述反渗透组件还包含盐水输出端；所述盐水输出端和淡水输出端分别通过一根管道与压力能回收装置连接；所述压力能回收装置通过两根管道分别通向海洋和所述第二通路；
[0023] 所述高压驱动泵输出高压海水至所述反渗透组件；所述反渗透组件的盐水输出端和淡水输出端分别输出高压盐水和低压淡水；
[0024] 所述压力能回收装置利用高压盐水的压力将低压淡水转化为高压淡水，高压淡水流至第二通路并转化为高压无放射性蒸汽输出；所述高压盐水的压力释放后转化为低压盐水，并排放至海洋中。
[0025] 在上述技术方案的基础上，所述第二通路包含蒸汽输出端，所述蒸汽输出端通过管道输出无放射性蒸汽；所述核岛装置、蒸汽透平、蒸汽转换装置、高压驱动泵、反渗透组件和压力能回收装置均设置于船舶平台上，所述蒸汽转换装置的蒸汽输出端通过蒸汽输送管与用户连接；
[0026] 所述蒸汽转换装置的蒸汽输出端直接连接所述蒸汽输送管；或者，所述蒸汽转换装置的蒸汽输出端连接管道，管道的另一端设置一个相对所述船舶平台固定的蒸汽接口，所述蒸汽接口连接所述蒸汽输送管；
[0027] 所述供汽浮动平台还包含固定于海底的系泊装置，所述系泊装置顶端设置可转动的滑环；所述滑环设有圆筒状且可弯折的活动臂，所述蒸汽输送管穿过所述活动臂。
[0028] 本发明的有益效果在于：
[0029] 1、本发明的供汽浮动平台，利用核岛装置产生的高温高压乏汽驱动蒸汽透平，实现核能向机械能转化；之后，蒸汽透平通过驱动轴驱动高压驱动泵，高压驱动泵抽吸海水加压形成高压海水，高压海水通过反渗透组件分离出盐水和淡水，淡水通过蒸汽转换装置与从蒸汽透平的流出的乏汽进行换热，生成无放射性蒸汽，可供用户使用的高压蒸汽；本发明利用核能转化出无放射性蒸汽，解决了海上作业时蒸汽能源缺乏的技术问题；
[0030] 进一步地，本发明还设置有压力能回收装置，压力能回收装置回收高压盐水的压力并将其输送给低压淡水，将低压淡水转化为高压淡水；高压淡水通过蒸汽转换装置转化为高压蒸汽；本发明设计巧妙，利用压力能回收装置使蒸汽具备高压，为蒸汽输送至用户提供原始动力，便于蒸汽输送，提高了蒸汽使用率；同时压力能回收装置进一步提高了能源利用率，并且输出到海洋中的盐水为低温低压盐水，相对于现有海上核能平台排放的高温盐水，本发明彻底解决了温排水对海域热污染的技术问题，避免了海洋污染。
[0031] 2、本发明能源利用率极高，中间不设置电力转化，直接利用蒸汽驱动透平产生的机械能，之后机械能实现
海水淡化和蒸汽的转化过程；核能经过两次
能量转化和一次能量回收；第一次能量转化，高温高压的乏汽利用高温高压特性驱动蒸汽透平；第二次能量转化，乏汽利用高温特性换热至无放射性蒸汽中，核能产生的能量大部分输送至用户侧；一次能量回收，压力能回收装置在排放盐水之前回收了其压力能；经过两次能量转化和一次能量回收之后，本发明将传统海上核能利用率不足30％直接提高至90％以上，具有极强的实用性和经济性。
[0032] 3、本发明高压的无放射性蒸汽输出至用户端之后，不设置回水管，输送的蒸汽在利用之后，可以利用冷凝装置冷凝成淡水，同时实现海水作业蒸汽和淡水的供给。
[0033] 4、本发明的系泊装置顶端设置滑环，滑环与蒸汽接口之间设置活动臂，相对于现有技术浮动平台与系泊装置的刚性连接方式，本发明的活动连接方式更加安全，承受海上
风浪能力更强。
附图说明
[0034] 图1为本发明
实施例的海上核能供汽浮动平台的示意图。
[0035] 附图标记：1-核岛装置、2-蒸汽透平、3-蒸汽转换装置、4-驱动轴、5-高压驱动泵、6-海水进口管、7-淡水输出端、8-盐水输出端、 9-压力能回收装置、10-船舶平台、11-蒸汽接口、12-活动臂、13-滑环、 14-系泊装置、15-蒸汽输送管、16-反渗透组件。
具体实施方式
[0036] 以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
[0037] 如图1所示，如图1所示，一种海上核能供汽浮动平台，供汽浮动平台包含两部分，分别为核能转换系统和蒸汽生成系统，核能转换系统主要用于将核能转化为机械能和
热能；蒸汽生成系统主要用于将海水转化为蒸汽并供给至用户。
[0038] 核能转换系统包含核岛装置1和蒸汽透平2，核岛装置1的乏汽出口端连通蒸汽透平2的入口端，蒸汽透平2的出口端连通核岛装置 1的冷凝水入口端。具体地，从核岛装置1中流出的高温高压乏汽，流经蒸汽透平2，高温高压乏汽的高温高压特性驱动蒸汽透平2做功运行。
[0039] 蒸汽生成系统包含高压驱动泵5、反渗透组件16和蒸汽转换装置3，高压驱动泵5和蒸汽透平2之间设置一个驱动轴4，蒸汽透平 2通过一个驱动轴4驱动高压驱动泵5。蒸汽转换装置3内具有两条独立且进行热交换的通路，分别为第一通路和第二通路。蒸汽透平2 的出口端通过第一通路连通核岛装置1的冷凝水入口端，在乏汽冷凝成冷凝水之后回流至核岛装置1中。高压驱动泵5抽吸海水，并将海水加压为高压海水，输入反渗透组件16中。反渗透组件16包含盐水输出端8和淡水输出端7，高压海水在经过反渗透组件16之后，淡水输出端7输出淡水至第二通路中，第二通路中的淡水转化为无放射性蒸汽输出。
[0040] 优选地，蒸汽生成系统还包含压力能回收装置9，压力能回收装置9用于回收压力，避免能源的浪费。高压海水输入反渗透组件16 之后，反渗透组件16的盐水输出端8和淡水输出端7分别输出高压盐水和低压淡水。盐水输出端8和淡水输出端7分别通过一根管道与压力能回收装置9连接。压力能回收装置9在接收到高压盐水和低压淡水之后，利用高压盐水的压力将低压淡水转化为高压淡水，并通过管道输送至第二通路。
[0041] 具体地，压力能回收装置9通过两根管道分别通向海洋和第二通路，盐水输出端8输出的高压盐水经压力能回收装置9转化后生成低压盐水，低压盐水通过一根管道排放至海洋中。
[0042] 在本实施例中，蒸汽转换装置3内具有第一通路和第二通路，第一通路的两端分别为乏汽输入端和冷凝水输出端，第二通路的两端的两端分别为淡水输入端和蒸汽输出端。乏汽输入端通过管道与蒸汽透平2的出口端相连，冷凝水输出端通过管道与核岛装置1的冷凝水入口端相连。淡水输入端与压力能回收装置9相连；蒸汽输出端通过管道输出无放射性蒸汽。
[0043] 具体地，核岛装置1、蒸汽透平2、蒸汽转换装置3、高压驱动泵5、反渗透组件16和压力能回收装置9均设置于船舶平台10上，可通过船舶平台10进行整体移动，蒸汽转换装置3的蒸汽输出端通过蒸汽输送管15与用户连接。用户主要指海上化工厂或海上岛屿工厂。
[0044] 优选地，供汽浮动平台还包含系泊装置14，系泊装置14的底端固定于海底，系泊装置14的顶端设置有可转动的滑环13。滑环13 设有活动臂12；活动臂12整体呈圆筒状，且可弯折。蒸汽输送管15 穿过活动臂12，连接至用户。当船舶平台10与系泊装置14的相对
位置发生变化时，活动臂12弯折或伸直，且船舶平台10以活动臂 12为半径绕系泊装置14进行转动。
[0045] 当船舶平台10靠近系泊装置14，活动臂12弯折。当船舶平台 10远离系泊装置14，活动臂12从弯折状态慢慢伸直；与此同时，船舶平台10可以以为半径，通过活动臂12带动滑环13相对系泊装置 14进行转动，使得船舶平台10整体以系泊装置14为中心转动；相对于浮动平台与系泊装置的刚性连接方式，本发明的活动连接方式更加安全，承受海上风浪能力更强。
[0046] 在实际施工过程中，蒸汽转换装置3的蒸汽输出端直接连接蒸汽输送管15，蒸汽输送管15连接至用户；或者，蒸汽转换装置3的蒸汽输出端连接管道，管道的另一端设置一个相对船舶平台10固定的蒸汽接口11，蒸汽接口11连接蒸汽输送管15。活动臂12则设置于滑环13与蒸汽接口11之间。
[0047] 在本实施例中，在保证船舶平台10安全的同时，可通过在有能源需求的岛屿附件安装多个系泊装置14，船舶平台10往返多个系泊装置14间，实现一对多的补给形式。
[0048] 本发明还公开了一种基于上述供汽浮动平台的供汽方法，包含以下步骤：
[0049] 核岛装置1产生的乏汽通过管道流入蒸汽透平2；此时，蒸汽透平2主要利用高温高压的乏汽做功运行；
[0050] 蒸汽透平2流出的乏汽通过蒸汽转换装置3的第一通路冷凝成冷凝水，并回流至核岛装置1中；同时，蒸汽透平2通过驱动轴4驱动高压驱动泵5，高压驱动泵5抽吸海水并输出给反渗透组件16，反渗透组件16输出淡水流入蒸汽转换装置3的第二通路；
[0051] 第二通路内的淡水与第一通路内的乏汽进行热交换后，第二通路输出无放射性蒸汽。
[0052] 进一步地，蒸汽生成系统还包含压力能回收装置9，反渗透组件 16还包含盐水输出端8；盐水输出端8和淡水输出端7分别通过一根管道与压力能回收装置9连接；压力能回收装置9通过两根管道分别通向海洋和第二通路。
[0053] 高压驱动泵5输出高压海水至反渗透组件16；反渗透组件16的盐水输出端8和淡水输出端7分别输出高压盐水和低压淡水。
[0054] 压力能回收装置9利用高压盐水的压力将低压淡水转化为高压淡水，高压淡水流至第二通路并转化为高压无放射性蒸汽输出；高压盐水的压力释放后转化为低压盐水，并排放至海洋中。
[0055] 在本实施例中，以供汽浮动平台与工业用户距离5km，供1.0Mpa 的高压蒸汽为例。核岛装置1初始产生4.5Mpa、294℃的高温高压乏汽。高温高压乏汽的高温高压特性进入蒸汽透平2做功，蒸汽透平2 输出208.3℃、1.84Mpa的乏汽(实际输出乏汽的
温度压力的参数大于等于208.3℃、1.84Mpa即可)。蒸汽透平2通过驱动轴4使得高压驱动泵5正常运转，高压驱动泵5抽吸海水并提升压力至5.5Mpa，输出5.5Mpa的高压海水至反渗透组件16。高压海水经过反渗透组件 16后分为低压淡水和高压盐水，通过压力能回收装置9控制淡水输出的压力为1.6Mpa。蒸汽转换装置3的第二通路压损为0.1Mpa，
[0056] 1.6Mpa的常温淡水通过第二通路，208.3℃的乏汽通过第一通路，两者进行热交换。控制蒸汽转换装置3的第一通路和第二通路的换热温差10℃，查询水蒸汽表可计算得出，1.5Mpa蒸汽对应的
蒸发温度为198.3℃。在蒸汽转换装置3中，208.3℃的乏汽与1.5Mpa的高压淡水热交换后，从第二通路的蒸汽输出端输出1.5Mpa无放射性
蒸汽压力；同时第一通路内温度降至蒸发温度以下，第一通路的冷凝水输出端输送冷凝水返回至核岛装置1。
[0057] 在输送过程中，需要考虑输送管道沿程压力损失为0.1Mpa/km，产生的无放射性蒸汽通过固定在船舶平台10上的蒸汽接口11，考虑沿程阻力损失后，5km外的工业用户可获得压力1.0Mpa的蒸汽，满足5km外工业用户1.0Mpa高压蒸汽的供应需求。高压蒸汽在供应到工业用户后，不设置回流，可直接在用户端冷凝成淡水，用作工业用的淡水补充。
[0058] 进一步地，第一通路的两端分别为乏汽输入端和冷凝水输出端，乏汽输入端通过管道与所述蒸汽透平2的出口端相连，冷凝水输出端通过管道与核岛装置1的冷凝水入口端相连；第二通路的两端分别为淡水输入端和蒸汽输出端，淡水输入端与压力能回收装置9相连；蒸汽输出端通过管道输出无放射性蒸汽。
[0059] 核岛装置1、蒸汽透平2、蒸汽转换装置3、高压驱动泵5、反渗透组件16和压力能回收装置9均设置于船舶平台10上，蒸汽转换装置3的蒸汽输出端通过蒸汽输送管15与用户连接，并输送蒸汽至用户。
[0060] 蒸汽转换装置3的蒸汽输出端直接连接蒸汽输送管15；或者，蒸汽转换装置3的蒸汽输出端连接管道，管道的另一端设置一个相对船舶平台10固定的蒸汽接口11，蒸汽接口11连接蒸汽输送管15。
[0061] 供汽浮动平台还包含固定于海底的系泊装置14，系泊装置14顶端设置可转动的滑环13；滑环13设有圆筒状且可弯折的活动臂12，蒸汽输送管15穿过活动臂12。
[0062] 本发明结构简单，主要装置为蒸汽透平2、蒸汽转换装置3和反渗透组件16，即可实现海水淡化过程、蒸汽转换过程以及蒸汽输送过程，极具市场竞争力。
[0063] 本发明的供汽浮动平台，利用核岛装置1产生的高温高压乏汽驱动蒸汽透平2，实现核能向机械能转化；之后，蒸汽透平2通过驱动轴4驱动高压驱动泵5，高压驱动泵5抽吸海水加压形成高压海水，高压海水通过反渗透组件16分离出盐水和淡水，淡水通过蒸汽转换装置3与从蒸汽透平2的流出的乏汽进行换热，生成无放射性蒸汽，本发明利用核能转化出无放射性蒸汽，解决了海上作业时蒸汽能源缺乏的技术问题。
[0064] 同时，本发明还设置有压力能回收装置9，压力能回收装置9将高压盐水的压力输送给低压淡水，使低压淡水转化为高压淡水；高压淡水通过蒸汽转换装置3转化为高压蒸汽；本发明设计巧妙，利用压力能回收装置9使蒸汽具备高压，为蒸汽输送至用户提供原始动力，便于蒸汽输送，提高了蒸汽使用率；同时压力能回收装置9进一步提高了能源利用率，并且输出到海洋中的盐水为低温低压盐水，相对于现有海上核能平台排放的高温盐水，本发明彻底解决了温排水对海域热污染的技术问题。
[0065] 本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本
说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
