核能海水淡化技术应用

核能海水淡化是指以核能作为海水淡化装置能源的一种淡化技术。这种能源可以是电能也可以是热能，相关设备可以专用于淡水的生产，也可以是水电联产，在后一种情况下，反应堆产出的总能量中，仅有一部分用于生产淡水。这两种场合，核反应堆和淡化系统都位于同一地点，这可最小限度的共用或分摊设备、后勤、操作人员、海水的取水口和排放设施等。

核能在海水淡化领域的利用主要要考虑核反应堆类型的选择和核燃料循环方式（铀的获得到放射废弃物的处置）。其选择不仅要满足产淡水和发电的要求，而且还要考虑所在国家自然资源和技术的实用价值。如果单从技术角度考虑，其中的一些类型更适合实际应用于海水淡化领域。

核能海水淡化的工艺取决于海水水质状况、对产品水的质量要求和处理工艺的经济性。通常的海水淡化技术有多级闪蒸、多效蒸馏、压汽蒸馏、反渗透，这些技术装置利用的能源为热能、蒸汽压缩的机械能和电能。其中压汽蒸馏仅限于中小型规模的淡化装置。这些工艺过程都具有其固有的优点和缺点。核能既可发电产生电能，也可产生蒸汽热能，其中发电的核电站占主导地位，所以这些淡化技术都可以与核能结合。一般核能海水淡化的规模都很大，所以一般采用超大规模的海水淡化工艺，如反渗透，多效蒸馏，多级闪蒸工艺。但是由于反渗透工艺的独特特点，在核能海水淡化中它比多效蒸馏、多级闪蒸工艺，更具有得天独厚的明显优势。这主要体现在：①反渗透的海水淡化成本最低；②不需要对原来的核反应堆进行任何改造；③对核反应堆运行影响最小，保证了安全；④不存在放射性物质渗透到产品水的忧虑；⑤当核反应堆事故或正常维修无法发电时，可通过电网获取电能。

（一）海水淡化装置与核电站的结合

核电站的供电方式非常适合以电能为主的反渗透和压汽蒸馏淡化工艺。反渗透和机械压汽蒸馏工艺的电能都可以来自发电厂内，也可以从城市电网获得。在核能淡化场合，电能在发电厂内供应可以免去电的输送成本，对高能耗的海水淡化很有市场。因为核电站和海水淡化厂生产淡水之间没有多少互相制约的关系，所以厂址的选择和海水淡化装置规模都可以有很大的选择余地。而核电站和只用电力的淡化厂不必在同一厂址安装，是因为电的输送成本比淡水的输送成本低得多。

但是，水电联产核电站的海水淡化厂，比独立的反渗透海水淡化厂有着明显的优势。淡化厂可以和核电站共享海水取水口和盐水排放设施及其他辅助设施，减少相应的操作人员数量。同时，可以充分利用核电站冷却系统的热，预热海水降低操作压力，降低淡化成本。

（二）海水淡化装置与供热核反应堆的结合

在这种型式下，核反应堆产生的蒸汽或热水直接供应蒸馏法淡化工艺，而不发电。电力对水泵等辅助设备来说是必需的，可以从另外途径保证供应（如城市电网）。这种结合方式需要核反应堆和淡化厂尽量靠近，以便减少供热用管道设备和安装投资，减少热能在输送过程中的损失。(www.xing528.com)

在一般发电用核反应堆产生的蒸汽是高温高压蒸汽，而供热用核反应堆只要求产生低温蒸汽或热水供蒸馏法淡化工艺。蒸馏法海水淡化一般有高温限制，如140℃，以防止在更高的温度下出现过度的结垢现象。温度更高的条件下防止结垢的技术还不经济。事实上，供热用的核反应堆生产130℃或以下的蒸汽比较适合蒸馏法海水淡化工艺。

淡化装置和供热的核反应堆结合时，供应的蒸汽状况对蒸馏法淡化技术的影响非常大。目前主要有核能高温多效蒸馏工艺、核能低温多效蒸馏工艺、核能低温蒸发工艺。蒸馏法中的多级闪蒸与低温多效蒸馏都可以与核电站结合。不同之处在于多级闪蒸需要110℃左右的饱和蒸汽，而低温多效蒸馏可以使用70℃左右的饱和蒸汽。从发电角度来看，多级闪蒸需要的蒸汽品位较高，乏汽的成本要高；从动力消耗来看，多级闪蒸的动力消耗大，耗费的电力多。从设备的制造成本来看，多级闪蒸的传热系数较小，同样传热量所需的传热面积较大从而制造成本较高。因此，相比较而言，低温多效和核电站结合是一种更理想的海水淡化方式，并被国际原子能机构所首推。

（三）海水淡化装置与热电联产核反应堆的结合

在热电联产的核电站，蒸汽可以从发电厂第二回路适当的位置引出，用于海水淡化装置。但是必须设置保护层防止放射性物质的渗透。热电联产有并联式和串联式两种模式。

在并联式联产厂，核反应堆产生的一部分蒸汽驱动蒸汽涡轮发电，而另一部分蒸汽输送到海水淡化厂。这种安排虽然可以增加两种能源之间的可伸缩性，但是总的能耗仍然是单独海水淡化和发电的总和。

在串联式布置的情况下，蒸汽首先通过提升的背压透平发电，然后送到淡化工艺。这种方式的总能耗比并联式联产方式少。从热力学角度分析，这种连续式联产方式有利于将绝大部分蒸汽的热能通过涡轮发电机转变为机械能或电能，然后才用于蒸馏法海水淡化装置的热源使用。通过提高涡轮的背压，可以提高输送到淡化装置的蒸汽温度，但是会降低发电量。所以在串联式组合中，必须选择好涡轮的背压以提高整个工厂的经济效益。