一种基于超临界二氧化碳布雷顿循环的核能发电系统技术方案

本发明专利技术属于节能环保领域，具体涉及一种基于超临界二氧化碳布雷顿循环的核能发电系统。一种基于超临界二氧化碳布雷顿循环的核能发电系统，包括超临界二氧化碳布雷顿再压缩循环和跨临界氧化碳朗肯循环，超临界二氧化碳布雷顿再压缩循环包括核反应堆、透平、2个压缩机、低温回热器、高温回热器和预冷器7个部件。本发明专利技术在运行工况下，可利用其实际气体的性质减少压缩功等，采用CO2作为工质的循环所需的温度不需太高即可与氦气循环具有相当的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于节能环保领域，具体涉及一种基于超临界二氧化碳布雷顿循环的核能发电系统。
技术介绍
随着能源日益紧张，利用可再生能源发电技术日益受到重视。新能源中，作为第四代核能系统的候选堆型，超高温气冷堆和气冷快堆具有高安全性、高效率、用途广等特点，且均拟采用氦气作为反应堆直接循环工质。由于氦气具有稳定、无毒、无感生放射性、热容大等特点，因此，目前世界上的气冷堆广泛使用氦气作为直接闭式布雷顿循环的工质及反应堆的冷却剂。但氦气循环需较高的循环最高温度(堆芯出口温度)才能达到满意的效率，因此，对反应堆的结构材料、燃料元件材料等提出了较高的要求，同时由于氦气密度低、可压缩系数小等缺点，氦气循环叶轮机械的制造也产生了一定困难。与氦气相比，CO2因其密度大，且易于压缩，CO2的临界温度为304.19K，比环境温度略高，临界压力为7.3773MPa，在运行工况下，可利用其实际气体的性质减少压缩功等，采用CO2作为工质的循环所需的温度不需太高即可与氦气循环具有相当的效率，因此，使用CO2作为气冷堆循环的工质具有广阔的潜力。同时，CO2循环也被推荐使用于第4代核能系统中的钠冷快堆(SFR)和铅冷快堆(LFR)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可用于发电行业中的基于超临界二氧化碳布雷顿循环的核能发电系统。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于超临界二氧化碳布雷顿循环的核能发电系统，包括超临界二氧化碳布雷顿再压缩循环和跨临界氧化碳朗肯循环，超临界二氧化碳布雷顿再压缩循环包括核反应堆、透平、2个压缩机、低温回热器、高温回热器和预冷器7个部件；跨临界氧化碳朗肯循环包括透平、增压泵、预冷器4个部件；超临界二氧化碳布雷顿再压缩循环为一部分CO2气体通过一级压缩机被压缩至高压，在低温回热器中预热至二级压缩机出口温度，并与二级压缩机出口的CO2气体混合；混合后的CO2气体继续在高温回热器中加热，然后经过核反应堆被加热至循环最高温度；高温的超临界CO2气体进入透平膨胀做功，输出电量，之后CO2气体分别在高温回热器和低温回热器中换热；经过低温回热器的CO2气体分流，一部分CO2气体在二级压缩机中压缩，另一部分CO2气体在预冷器冷却；而此时的预冷器1释放出来的热量，用于加热底部朗肯循环中的CO2，被加热成超临界状态，进入透平膨胀做功进行发电，从透平出来的乏汽进入冷凝器中冷凝，再经增压泵升压后进入预冷器1中完成底部子系统发电循环。本专利技术的有益效果在于：本专利技术在运行工况下，可利用其实际气体的性质减少压缩功等，采用CO2作为工质的循环所需的温度不需太高即可与氦气循环具有相当的效率。附图说明图1基于超临界二氧化碳布雷顿循环的核能发电系统。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。本专利技术发电系统包括主要包括两部分，一部分为超临界二氧化碳布雷顿再压缩循环，此循环为主要循环；另一部分为跨临界氧化碳朗肯循环作为底循环用于回收预冷器的余热，从而提高整个发电系统的效率。主循环包括核反应堆、透平、2个压缩机、低温回热器、高温回热器和预冷器(1和2)7个主要部件；底循环包括透平、增压泵、预冷器(1)4个主要部件。主循环过程为一部分CO2气体通过一级压缩机被压缩至高压，在低温回热器中预热至二级压缩机出口温度，并与二级压缩机出口的CO2气体混合；混合后的CO2气体继续在高温回热器中加热，然后经过核反应堆被加热至循环最高温度；高温的超临界CO2气体进入透平膨胀做功，输出电量，之后CO2气体分别在高温回热器和低温回热器中换热；经过低温回热器的CO2气体分流，一部分CO2气体在二级压缩机中压缩，另一部分CO2气体在预冷器冷却。而此时的预冷器1释放出来的热量，可以用于加热底部朗肯循环中的CO2，被加热成超临界状态，然后进入透平膨胀做功进行发电，从透平出来的乏汽进入冷凝器中冷凝，再经增压泵升压后进入预冷器1中完成底部子系统发电循环。如图1所示，基于超临界二氧化碳布雷顿循环的核能发电系统主要装置有核反应堆(11)、透平发电机组(1)(2)、一级压缩机(3)和二级压缩机(4)、预冷器1(5)、预冷器2(6)、高温回热器(7)、低温回热器(8)、增压泵(9)和冷凝器(10)。发电机与透平发动机相连组成透平发电机组(1)(2)，它还包括系统内相连接的管道、附件及检测和控制装置，主循环中装置有核反应堆(11)、透平发电机组(1)、一级压缩机(3)和二级压缩机(4)、预冷器1(5)、预冷器2(6)、高温回热器(7)、低温回热器(8)依次连接，底部循环有透平发电机组(2)、预冷器1(5)、增压泵(9)和冷凝器(10)依次连接。主循环工艺流程为一部分CO2气体通过一级压缩机(3)被压缩使其温度压力升高，在低温回热器中预热至二级压缩机(4)的出口温度，并与二级压缩机(3)出口的CO2气体混合；混合后的CO2气体继续在高温回热器中(7)加热后进入核反应堆(11)，使其成为高压的超临界流体，高压的超临界CO2进入透平发电机组(1)膨胀做功发电，从而将核能转换成电能，超临界CO2温度降低压力降低后在高温换热器(7)和低温回热器(8)中换热冷却，此时仍是超临界状态，然后在经过低温回热器时CO2气体分流，一部分CO2气体在二级压缩机中压缩使其温度和压力升高；另一部分CO2气体在预冷器冷却。而此时的预冷器1释放出来的热量，可以用于加热底部朗肯循环中的CO2，被加热成超临界状态，然后驱动透平发电机组(2)发电，从透平出来的乏汽进入冷凝器(10)中冷却冷凝成液态，再经增压泵(9)升压后进入预冷器1中完成底部子系统发电循环。核反应堆(11)可采用直接式加热，也可采用间接式加热，可采用微通道管式高效换热器。增压泵(9)采用多级隔膜泵。透平发电机组(1)主轴与二级压缩机(4)和一级压缩机(3)主轴相连接。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于超临界二氧化碳布雷顿循环的核能发电系统，包括超临界二氧化碳布雷顿再压缩循环和跨临界氧化碳朗肯循环，其特征在于：超临界二氧化碳布雷顿再压缩循环包括核反应堆、透平、2个压缩机、低温回热器、高温回热器和预冷器7个部件；跨临界氧化碳朗肯循环包括透平、增压泵、预冷器4个部件；超临界二氧化碳布雷顿再压缩循环为一部分CO2气体通过一级压缩机被压缩至高压，在低温回热器中预热至二级压缩机出口温度，并与二级压缩机出口的CO2气体混合；混合后的CO2气体继续在高温回热器中加热，然后经过核反应堆被加热至循环最高温度；高温的超临界CO2气体进入透平膨胀做功，输出电量，之后CO2气体分别在高温回热器和低温回热器中换热；经过低温回热器的CO2气体分流，一部分CO2气体在二级压缩机中压缩，另一部分CO2气体在预冷器冷却；而此时的预冷器1释放出来的热量，用于加热底部朗肯循环中的CO2，被加热成超临界状态，进入透平膨胀做功进行发电，从透平出来的乏汽进入冷凝器中冷凝，再经增压泵升压后进入预冷器1中完成底部子系统发电循环。

【技术特征摘要】
1.一种基于超临界二氧化碳布雷顿循环的核能发电系统，包括超临界二氧化碳布雷顿再压缩循环和跨临界氧化碳朗肯循环，其特征在于：超临界二氧化碳布雷顿再压缩循环包括核反应堆、透平、2个压缩机、低温回热器、高温回热器和预冷器7个部件；跨临界氧化碳朗肯循环包括透平、增压泵、预冷器4个部件；超临界二氧化碳布雷顿再压缩循环为一部分CO2气体通过一级压缩机被压缩至高压，在低温回热器中预热至二级压缩机出口温度，并与二级压缩机出口的CO2气体混合；混合后的CO2气体继续在...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖吉香，张海，郑群，刘兴业，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23