一種基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的核能發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域，具體涉及一種基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的核能發(fā)電系統(tǒng)。一種基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的核能發(fā)電系統(tǒng)，包括超臨界二氧化碳布雷頓再壓縮循環(huán)和跨臨界氧化碳朗肯循環(huán)，超臨界二氧化碳布雷頓再壓縮循環(huán)包括核反應(yīng)堆、透平、2個壓縮機、低溫回?zé)崞?、高溫回?zé)崞骱皖A(yù)冷器7個部件。本發(fā)明在運行工況下，可利用其實際氣體的性質(zhì)減少壓縮功等，采用CO2作為工質(zhì)的循環(huán)所需的溫度不需太高即可與氦氣循環(huán)具有相當(dāng)?shù)男省?br>【專利說明】
一種基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的核能發(fā)電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域，具體涉及一種基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的核能發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源日益緊張，利用可再生能源發(fā)電技術(shù)日益受到重視。新能源中，作為第四代核能系統(tǒng)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(yīng)堆直接循環(huán)工質(zhì)。由于氦氣具有穩(wěn)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(huán)的工質(zhì)及反應(yīng)堆的冷卻劑。但氦氣循環(huán)需較高的循環(huán)最高溫度(堆芯出口溫度)才能達到滿意的效率，因此，對反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)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(shù)小等缺點，氦氣循環(huán)葉輪機械的制造也產(chǎn)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(huán)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(zhì)減少壓縮功等，采用CO2作為工質(zhì)的循環(huán)所需的溫度不需太高即可與氦氣循環(huán)具有相當(dāng)?shù)男?，因此，使?)2作為氣冷堆循環(huán)的工質(zhì)具有廣闊的潛力。同時，CO2循環(huán)也被推薦使用于第4代核能系統(tǒng)中的鈉冷快堆(SFR)和鉛冷快堆(LFR)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種可用于發(fā)電行業(yè)中的基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的核能發(fā)電系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0006]—種基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的核能發(fā)電系統(tǒng)，包括超臨界二氧化碳布雷頓再壓縮循環(huán)和跨臨界氧化碳朗肯循環(huán)，超臨界二氧化碳布雷頓再壓縮循環(huán)包括核反應(yīng)堆、透平、2個壓縮機、低溫回?zé)崞?、高溫回?zé)崞骱皖A(yù)冷器7個部件;跨臨界氧化碳朗肯循環(huán)包括透平、增壓栗、預(yù)冷器4個部件;超臨界二氧化碳布雷頓再壓縮循環(huán)為一部分CO2氣體通過一級壓縮機被壓縮至高壓，在低溫回?zé)崞髦蓄A(yù)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(xù)在高溫回?zé)崞髦屑訜幔缓蠼?jīng)過核反應(yīng)堆被加熱至循環(huán)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?zé)崞骱偷蜏鼗責(zé)崞髦袚Q熱;經(jīng)過低溫回?zé)崞鞯腃O2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(yù)冷器冷卻;而此時的預(yù)冷器I釋放出來的熱量，用于加熱底部朗肯循環(huán)中的co2，被加熱成超臨界狀態(tài)，進入透平膨脹做功進行發(fā)電，從透平出來的乏汽進入冷凝器中冷凝，再經(jīng)增壓栗升壓后進入預(yù)冷器I中完成底部子系統(tǒng)發(fā)電循環(huán)。
[0007]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明在運行工況下，可利用其實際氣體的性質(zhì)減少壓縮功等，采用CO2作為工質(zhì)的循環(huán)所需的溫度不需太高即可與氦氣循環(huán)具有相當(dāng)?shù)男省?br>【附圖說明】
[0008]圖1基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的核能發(fā)電系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步描述。
[0010]本發(fā)明發(fā)電系統(tǒng)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(huán)，此循環(huán)為主要循環(huán)；另一部分為跨臨界氧化碳朗肯循環(huán)作為底循環(huán)用于回收預(yù)冷器的余熱，從而提高整個發(fā)電系統(tǒng)的效率。主循環(huán)包括核反應(yīng)堆、透平、2個壓縮機、低溫回?zé)崞?、高溫回?zé)崞骱皖A(yù)冷器(I和2)7個主要部件;底循環(huán)包括透平、增壓栗、預(yù)冷器(1)4個主要部件。主循環(huán)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?zé)崞髦蓄A(yù)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(xù)在高溫回?zé)崞髦屑訜?，然后?jīng)過核反應(yīng)堆被加熱至循環(huán)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?zé)崞骱偷蜏鼗責(zé)崞髦袚Q熱；經(jīng)過低溫回?zé)崞鞯腃02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(yù)冷器冷卻。而此時的預(yù)冷器I釋放出來的熱量，可以用于加熱底部朗肯循環(huán)中的C02，被加熱成超臨界狀態(tài)，然后進入透平膨脹做功進行發(fā)電，從透平出來的乏汽進入冷凝器中冷凝，再經(jīng)增壓栗升壓后進入預(yù)冷器I中完成底部子系統(tǒng)發(fā)電循環(huán)。
[0011]如圖1所示，基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的核能發(fā)電系統(tǒng)主要裝置有核反應(yīng)堆(11)、透平發(fā)電機組(1)(2)、一級壓縮機(3)和二級壓縮機(4)、預(yù)冷器1(5)、預(yù)冷器2(6)、高溫回?zé)崞?7)、低溫回?zé)崞?8)、增壓栗(9)和冷凝器(10)。發(fā)電機與透平發(fā)動機相連組成透平發(fā)電機組(1)(2)，它還包括系統(tǒng)內(nèi)相連接的管道、附件及檢測和控制裝置，主循環(huán)中裝置有核反應(yīng)堆(11)、透平發(fā)電機組(1)、一級壓縮機(3)和二級壓縮機(4)、預(yù)冷器1(5)、預(yù)冷器2(6)、高溫回?zé)崞?7)、低溫回?zé)崞?8)依次連接，底部循環(huán)有透平發(fā)電機組(2)、預(yù)冷器I
(5)、增壓栗(9)和冷凝器(10)依次連接。主循環(huán)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?zé)崞髦蓄A(yù)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(xù)在高溫回?zé)崞髦?7)加熱后進入核反應(yīng)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(fā)電機組(I)膨脹做功發(fā)電，從而將核能轉(zhuǎn)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?zé)崞?8)中換熱冷卻，此時仍是超臨界狀態(tài)，然后在經(jīng)過低溫回?zé)崞鲿rCO2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(yù)冷器冷卻。而此時的預(yù)冷器I釋放出來的熱量，可以用于加熱底部朗肯循環(huán)中的C02，被加熱成超臨界狀態(tài)，然后驅(qū)動透平發(fā)電機組(2)發(fā)電，從透平出來的乏汽進入冷凝器(10)中冷卻冷凝成液態(tài)，再經(jīng)增壓栗(9)升壓后進入預(yù)冷器I中完成底部子系統(tǒng)發(fā)電循環(huán)。核反應(yīng)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(fā)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(quán)項】
1.一種基于超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)的核能發(fā)電系統(tǒng)，包括超臨界二氧化碳布雷頓再壓縮循環(huán)和跨臨界氧化碳朗肯循環(huán)，其特征在于:超臨界二氧化碳布雷頓再壓縮循環(huán)包括核反應(yīng)堆、透平、2個壓縮機、低溫回?zé)崞鳌⒏邷鼗責(zé)崞骱皖A(yù)冷器7個部件;跨臨界氧化碳朗肯循環(huán)包括透平、增壓栗、預(yù)冷器4個部件;超臨界二氧化碳布雷頓再壓縮循環(huán)為一部分CO2氣體通過一級壓縮機被壓縮至高壓，在低溫回?zé)崞髦蓄A(yù)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(xù)在高溫回?zé)崞髦屑訜?，然后?jīng)過核反應(yīng)堆被加熱至循環(huán)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?zé)崞骱偷蜏鼗責(zé)崞髦袚Q熱;經(jīng)過低溫回?zé)崞鞯腃O2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(yù)冷器冷卻;而此時的預(yù)冷器I釋放出來的熱量，用于加熱底部朗肯循環(huán)中的C02，被加熱成超臨界狀態(tài)，進入透平膨脹做功進行發(fā)電，從透平出來的乏汽進入冷凝器中冷凝，再經(jīng)增壓栗升壓后進入預(yù)冷器I中完成底部子系統(tǒng)發(fā)電循環(huán)。
【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(fā)明人】廖吉香, 張海, 鄭群, 劉興業(yè)
【申請人】哈爾濱工程大學(xué)