一種基于超臨界二氧化碳布雷頓循環的核能發電系統的制作方法
【專利摘要】本發明屬于節能環保領域，具體涉及一種基于超臨界二氧化碳布雷頓循環的核能發電系統。一種基于超臨界二氧化碳布雷頓循環的核能發電系統，包括超臨界二氧化碳布雷頓再壓縮循環和跨臨界氧化碳朗肯循環，超臨界二氧化碳布雷頓再壓縮循環包括核反應堆、透平、2個壓縮機、低溫回熱器、高溫回熱器和預冷器7個部件。本發明在運行工況下，可利用其實際氣體的性質減少壓縮功等，采用CO2作為工質的循環所需的溫度不需太高即可與氦氣循環具有相當的效率。
【專利說明】
一種基于超臨界二氧化碳布雷頓循環的核能發電系統
技術領域
[0001]本發明屬于節能環保領域，具體涉及一種基于超臨界二氧化碳布雷頓循環的核能發電系統。
【背景技術】
[0002]隨著能源日益緊張，利用可再生能源發電技術日益受到重視。新能源中，作為第四代核能系統的候選堆型，超高溫氣冷堆和氣冷快堆具有高安全性、高效率、用途廣等特點，且均擬采用氦氣作為反應堆直接循環工質。由于氦氣具有穩定、無毒、無感生放射性、熱容大等特點，因此，目前世界上的氣冷堆廣泛使用氦氣作為直接閉式布雷頓循環的工質及反應堆的冷卻劑。但氦氣循環需較高的循環最高溫度(堆芯出口溫度)才能達到滿意的效率，因此，對反應堆的結構材料、燃料元件材料等提出了較高的要求，同時由于氦氣密度低、可壓縮系數小等缺點，氦氣循環葉輪機械的制造也產生了一定困難。
[0003]與氦氣相比，CO2因其密度大，且易于壓縮，0)2的臨界溫度為304.19K，比環境溫度略高，臨界壓力為7.3773MPa，在運行工況下，可利用其實際氣體的性質減少壓縮功等，采用CO2作為工質的循環所需的溫度不需太高即可與氦氣循環具有相當的效率，因此，使用0)2作為氣冷堆循環的工質具有廣闊的潛力。同時，CO2循環也被推薦使用于第4代核能系統中的鈉冷快堆(SFR)和鉛冷快堆(LFR)。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種可用于發電行業中的基于超臨界二氧化碳布雷頓循環的核能發電系統。
[0005]本發明的目的是這樣實現的:
[0006]—種基于超臨界二氧化碳布雷頓循環的核能發電系統，包括超臨界二氧化碳布雷頓再壓縮循環和跨臨界氧化碳朗肯循環，超臨界二氧化碳布雷頓再壓縮循環包括核反應堆、透平、2個壓縮機、低溫回熱器、高溫回熱器和預冷器7個部件;跨臨界氧化碳朗肯循環包括透平、增壓栗、預冷器4個部件;超臨界二氧化碳布雷頓再壓縮循環為一部分CO2氣體通過一級壓縮機被壓縮至高壓，在低溫回熱器中預熱至二級壓縮機出口溫度，并與二級壓縮機出口的C02氣體混合;混合后的C02氣體繼續在高溫回熱器中加熱，然后經過核反應堆被加熱至循環最高溫度;高溫的超臨界CO2氣體進入透平膨脹做功，輸出電量，之后CO2氣體分別在高溫回熱器和低溫回熱器中換熱;經過低溫回熱器的CO2氣體分流，一部分CO2氣體在二級壓縮機中壓縮，另一部分CO2氣體在預冷器冷卻;而此時的預冷器I釋放出來的熱量，用于加熱底部朗肯循環中的co2，被加熱成超臨界狀態，進入透平膨脹做功進行發電，從透平出來的乏汽進入冷凝器中冷凝，再經增壓栗升壓后進入預冷器I中完成底部子系統發電循環。
[0007]本發明的有益效果在于:本發明在運行工況下，可利用其實際氣體的性質減少壓縮功等，采用CO2作為工質的循環所需的溫度不需太高即可與氦氣循環具有相當的效率。
【附圖說明】
[0008]圖1基于超臨界二氧化碳布雷頓循環的核能發電系統。
【具體實施方式】
[0009]下面結合附圖對本發明做進一步描述。
[0010]本發明發電系統包括主要包括兩部分，一部分為超臨界二氧化碳布雷頓再壓縮循環，此循環為主要循環；另一部分為跨臨界氧化碳朗肯循環作為底循環用于回收預冷器的余熱，從而提高整個發電系統的效率。主循環包括核反應堆、透平、2個壓縮機、低溫回熱器、高溫回熱器和預冷器(I和2)7個主要部件;底循環包括透平、增壓栗、預冷器(1)4個主要部件。主循環過程為一部分⑶2氣體通過一級壓縮機被壓縮至高壓，在低溫回熱器中預熱至二級壓縮機出口溫度，并與二級壓縮機出口的CO2氣體混合;混合后的CO2氣體繼續在高溫回熱器中加熱，然后經過核反應堆被加熱至循環最高溫度;高溫的超臨界CO2氣體進入透平膨脹做功，輸出電量，之后CO2氣體分別在高溫回熱器和低溫回熱器中換熱；經過低溫回熱器的C02氣體分流，一部分C02氣體在二級壓縮機中壓縮，另一部分C02氣體在預冷器冷卻。而此時的預冷器I釋放出來的熱量，可以用于加熱底部朗肯循環中的C02，被加熱成超臨界狀態，然后進入透平膨脹做功進行發電，從透平出來的乏汽進入冷凝器中冷凝，再經增壓栗升壓后進入預冷器I中完成底部子系統發電循環。
[0011]如圖1所示，基于超臨界二氧化碳布雷頓循環的核能發電系統主要裝置有核反應堆(11)、透平發電機組(1)(2)、一級壓縮機(3)和二級壓縮機(4)、預冷器1(5)、預冷器2(6)、高溫回熱器(7)、低溫回熱器(8)、增壓栗(9)和冷凝器(10)。發電機與透平發動機相連組成透平發電機組(1)(2)，它還包括系統內相連接的管道、附件及檢測和控制裝置，主循環中裝置有核反應堆(11)、透平發電機組(1)、一級壓縮機(3)和二級壓縮機(4)、預冷器1(5)、預冷器2(6)、高溫回熱器(7)、低溫回熱器(8)依次連接，底部循環有透平發電機組(2)、預冷器I
(5)、增壓栗(9)和冷凝器(10)依次連接。主循環工藝流程為一部分CO2氣體通過一級壓縮機
(3)被壓縮使其溫度壓力升高，在低溫回熱器中預熱至二級壓縮機(4)的出口溫度，并與二級壓縮機(3)出口的⑶2氣體混合;混合后的CO2氣體繼續在高溫回熱器中(7)加熱后進入核反應堆(11)，使其成為高壓的超臨界流體，高壓的超臨界CO2進入透平發電機組(I)膨脹做功發電，從而將核能轉換成電能，超臨界CO2溫度降低壓力降低后在高溫換熱器(7)和低溫回熱器(8)中換熱冷卻，此時仍是超臨界狀態，然后在經過低溫回熱器時CO2氣體分流，一部分CO2氣體在二級壓縮機中壓縮使其溫度和壓力升高;另一部分CO2氣體在預冷器冷卻。而此時的預冷器I釋放出來的熱量，可以用于加熱底部朗肯循環中的C02，被加熱成超臨界狀態，然后驅動透平發電機組(2)發電，從透平出來的乏汽進入冷凝器(10)中冷卻冷凝成液態，再經增壓栗(9)升壓后進入預冷器I中完成底部子系統發電循環。核反應堆(11)可采用直接式加熱，也可采用間接式加熱，可采用微通道管式高效換熱器。增壓栗(9)采用多級隔膜栗。透平發電機組(I)主軸與二級壓縮機(4)和一級壓縮機(3)主軸相連接。
【主權項】
1.一種基于超臨界二氧化碳布雷頓循環的核能發電系統，包括超臨界二氧化碳布雷頓再壓縮循環和跨臨界氧化碳朗肯循環，其特征在于:超臨界二氧化碳布雷頓再壓縮循環包括核反應堆、透平、2個壓縮機、低溫回熱器、高溫回熱器和預冷器7個部件;跨臨界氧化碳朗肯循環包括透平、增壓栗、預冷器4個部件;超臨界二氧化碳布雷頓再壓縮循環為一部分CO2氣體通過一級壓縮機被壓縮至高壓，在低溫回熱器中預熱至二級壓縮機出口溫度，并與二級壓縮機出口的CO2氣體混合;混合后的CO2氣體繼續在高溫回熱器中加熱，然后經過核反應堆被加熱至循環最高溫度;高溫的超臨界CO2氣體進入透平膨脹做功，輸出電量，之后0)2氣體分別在高溫回熱器和低溫回熱器中換熱;經過低溫回熱器的CO2氣體分流，一部分CO2氣體在二級壓縮機中壓縮，另一部分CO2氣體在預冷器冷卻;而此時的預冷器I釋放出來的熱量，用于加熱底部朗肯循環中的C02，被加熱成超臨界狀態，進入透平膨脹做功進行發電，從透平出來的乏汽進入冷凝器中冷凝，再經增壓栗升壓后進入預冷器I中完成底部子系統發電循環。
【文檔編號】G21C15/28GK106098122SQ201610378017
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】廖吉香, 張海, 鄭群, 劉興業
【申請人】哈爾濱工程大學