小型钠堆的再压缩循环紧凑式超临界二氧化碳循环供能系统技术方案

小型钠堆的再压缩循环紧凑式超临界二氧化碳循环供能系统，属于分布式能源技术领域。本发明专利技术为了解决现有能源岛体积、重量、辅机数量庞大，不适用于小型化场景的问题。本发明专利技术包括用于提供热源的第一回路、用于传递热量的第二回路、用于将热能转换成电能的第三回路和用于供热管网的第四回路，第一回路与第二回路之间通过钠‑钠换热器进行热量交换，第二回路与第三回路之间通过钠‑二氧化碳换热器进行热量交换并实现供电，第三回路上连接有低温回热器，第三回路与第四回路通过低温回热器进行热量交换并实现供热；第三回路设置有的透平、发电机与第四回路的主压缩机同轴布置。本发明专利技术结构紧凑，更利于应用在空间狭小的场所，更利于实现集成化。

Compact Supercritical Carbon Dioxide Cycle Energy Supply System with Recompression Cycle for Small Sodium Reactor

The compact supercritical carbon dioxide cycle energy supply system with recompression cycle for small sodium reactor belongs to the field of distributed energy technology. The invention solves the problem that the existing energy island has a huge volume, weight and number of auxiliary machines, and is not suitable for miniaturization scenarios. The invention includes a first circuit for providing heat source, a second circuit for transferring heat, a third circuit for converting heat energy into electric energy and a fourth circuit for heating pipe network. The first circuit exchanges heat with the second circuit through a sodium-sodium heat exchanger, and the second circuit exchanges heat with the third circuit through a sodium-carbon dioxide heat exchanger to realize power supply. The third circuit is connected with a cryogenic regenerator, and the third circuit and the fourth circuit exchange heat through the cryogenic regenerator to achieve heating; the third circuit is equipped with a coaxial arrangement of the turbine, generator and the main compressor of the fourth circuit. The invention has compact structure, is more advantageous to be applied in places with narrow space, and is more advantageous to realize integration.

【技术实现步骤摘要】
小型钠堆的再压缩循环紧凑式超临界二氧化碳循环供能系统
本专利技术涉及一种利用超临界二氧化碳循环实现循环供能系统，属于分布式能源

技术介绍
新一代核电中钠冷快堆是目前发展较为全面，通过实验验证具备可靠性的重点发展堆型。钠冷快堆常规岛目前主要采用汽-水工质，但由于蒸汽温度较低(约480℃)，导致热力循环效率偏低。此外，钠-水反应会产生强腐蚀性物质氢氧化钠，以及爆炸性气体氢气，为核堆安全造成影响。采用汽-水工质的常规岛汽轮机体积、重量、辅机数量庞大，不利于系统小型化和轻量化。小型堆适用于舰船动力、移动式能源岛、边防海防等场景。通常为孤网运行，功率负荷有较大变化；同时对体积、重量、系统复杂程度有一定要求。因此，目前的小型堆效率普遍较低，有较大的提升空间。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有能源岛体积、重量、辅机数量庞大，不适用于小型化场景的问题，进而提供小型钠堆的再压缩循环紧凑式超临界二氧化碳循环供能系统。本专利技术的技术方案：小型钠堆的再压缩循环紧凑式超临界二氧化碳循环供能系统，包括用于提供热源的第一回路、用于传递热量的第二回路、用于将热能转换成电能的第三回路和用于供热管网的第四回路，第一回路和第二回路的循环工质为钠，第三回路和第四回路的循环工质为二氧化碳，第一回路与第二回路之间通过钠-钠换热器进行热量交换，第二回路与第三回路之间通过钠-二氧化碳换热器进行热量交换并实现供电，第三回路上连接有低温回热器，第三回路与第四回路通过低温回热器进行热量交换并实现供热；所述的第一回路是钠冷快堆内环供热系统回路，所述的第三回路上设有透平及与透平连接的发电机，所述的第四回路上设有冷却器和主压缩机，钠-二氧化碳换热器的热端出口与透平的入口连接，透平的出口连接低温回热器的热端入口相连，低温回热器的冷端出口与钠-二氧化碳换热器的冷端入口相连，低温回热器的热端出口与冷却器的入口连通，冷却器的出口与主压缩机的入口相连，主压缩机的出口与低温回热器的冷端入口连通，冷却器与供热管网接口建立连接；所述的透平、发电机和主压缩机同轴布置，透平做功用于发电机实现发电，透平驱动主压缩机运转。优选的：第三回路上还设有高温回热器，透平的出口与高温回热器的热端入口连通，高温回热器的热端出口与低温回热器的热端入口连通，低温回热器的热端出口与第四回路的入口端连通，第四回路的出口端与低温回热器的冷端入口连通，低温回热器的冷端出口与高温回热器的冷端入口连通，高温回热器的冷端出口与钠-二氧化碳换热器的冷端入口连通。优选的：所述的第四回路上并联设置有再压缩机，再压缩机与透平、发电机和主压缩机同轴布置，第四回路上还设有分流器和汇流器，所述低温回热器的热端出口与分流器入口相连，经分流器两股分流中的一端与冷却器相连，冷却器出口与主压缩机入口相连，主压缩机出口与低温回热器冷端入口相连，经分流器两股分流中的另一端与再压缩机入口相连，再压缩机的出口与低温回热器的冷端经过汇流器汇流后与高温回热器的冷端入口连通。优选的：所述的冷却器与供热管网接口连通实现供热。本专利技术具有以下有益效果：1、根据钠冷快堆特点采用超临界二氧化碳工质与之匹配，结合小型核堆可切换式热电联供应用背景，设计了简单-再压缩紧凑式超临界二氧化碳供能系统，可实现纯发电系统循环效率达到37％；可实现热电联供，循环发电效率33％，提供85℃、0.8MPa热水，其热功率占比热力回路热源功率50％。；2、旋转机械同轴布置，避免了使用高品位能(电力)提供低品位能(机械功)的过程；热工转换装置体积大幅缩小50％～80％，更利于应用在空间狭小的场所，并更利于实现集成化；3、小型钠堆的再压缩循环紧凑式超临界二氧化碳循环供能系统是以二氧化碳为工质并在循环中始终处于超临界状态，工质能流密度大、携热能力强使得主设备体积较水-蒸汽循环有显著的缩小，同时还能节水或在水资源缺乏的地区使用。附图说明图1是小型钠堆的再压缩循环紧凑式超临界二氧化碳循环供能系统连接关系图；图中1-第一回路，2-第二回路，3-第三回路，4-第四回路，10-钠冷快堆堆芯，11-钠-钠换热器，12-钠-二氧化碳换热器，13-低温回热器，14-高温回热器，15-冷却器，21-透平，22-主压缩机，23-再压缩机，31-发电机，41-分流器，42-汇流器，51-供热管网接口。具体实施方式具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的小型钠堆的再压缩循环紧凑式超临界二氧化碳循环供能系统，包括用于提供热源的第一回路1、用于传递热量的第二回路2、用于将热能转换成电能的第三回路3和用于供热管网的第四回路4，第一回路1和第二回路2的循环工质为钠，第三回路3和第四回路的循环工质为二氧化碳，第一回路1与第二回路2之间通过钠-钠换热器11进行热量交换，第二回路2与第三回路3之间通过钠-二氧化碳换热器12进行热量交换并实现供电，第三回路3上连接有低温回热器13，第三回路3与第四回路4通过低温回热器13进行热量交换并实现供热；所述的第一回路1是钠冷快堆内环供热系统回路，所述的第三回路3上设有透平21及与透平21连接的发电机31，所述的第四回路4上设有冷却器15和主压缩机22，钠-二氧化碳换热器12的热端出口与透平21的入口连接，透平21的出口连接低温回热器13的热端入口相连，低温回热器13的冷端出口与钠-二氧化碳换热器12的冷端入口相连，低温回热器13的热端出口与冷却器15的入口连通，冷却器15的出口与主压缩机22的入口相连，主压缩机22的出口与低温回热器13的冷端入口连通，冷却器15与供热管网接口51建立连接；所述的透平21、发电机31和主压缩机22同轴布置，透平21做工用于发电机31实现发电，透平21驱动主压缩机22运转。如此设置，采用超临界二氧化碳布雷顿循环发电是有潜力的新型发电循环模式，主要特点是以二氧化碳为工质并在循环中始终处于超临界状态，工质能流密度大、携热能力强，利用超临界二氧化碳作为循环工质的整个热电联供系统主设备体积较水-蒸汽循环有显著的缩小，同时还能节水或在水资源缺乏的地区使用。具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的小型钠堆的再压缩循环紧凑式超临界二氧化碳循环供能系统，第三回路3上还设有高温回热器14，透平21的出口与高温回热器14的热端入口连通，高温回热器14的热端出口与低温回热器13的热端入口连通，低温回热器13的热端出口与第四回路4的入口端连通，第四回路4的出口端与低温回热器13的冷端入口连通，低温回热器13的冷端出口与高温回热器14的冷端入口连通，高温回热器14的冷端出口与钠-二氧化碳换热器12的冷端入口连通。如此设置，在第三回路3上设置有高温回热器14，高温回热器14能够提高第三回路3与第四回路4之间的换热效率，保证系统在供电和/或供热需求的变化期间保持高效率。具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的小型钠堆的再压缩循环紧凑式超临界二氧化碳循环供能系统，所述的第四回路4上并联设置有再压缩机23，再压缩机23与透平21、发电机31和主压缩机22同轴布置，第四回路4上还设有分流器41和汇流器42，所述低温回热器13的热端出口与分流器41入口相连，经分流器41两股分流中的一端与冷却器15相连，冷却器15出口与主压缩机22入口相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.小型钠堆的再压缩循环紧凑式超临界二氧化碳循环供能系统，其特征在于：包括用于提供热源的第一回路(1)、用于传递热量的第二回路(2)、用于将热能转换成电能的第三回路(3)和用于供热管网的第四回路(4)，第一回路(1)和第二回路(2)的循环工质为钠，第三回路(3)和第四回路的循环工质为二氧化碳，第一回路(1)与第二回路(2)之间通过钠‑钠换热器(11)进行热量交换，第二回路(2)与第三回路(3)之间通过钠‑二氧化碳换热器(12)进行热量交换并实现供电，第三回路(3)上连接有低温回热器(13)，第三回路(3)与第四回路(4)通过低温回热器(13)进行热量交换并实现供热；所述的第一回路(1)是钠冷快堆内环供热系统回路，所述的第三回路(3)上设有透平(21)及与透平(21)连接的发电机(31)，所述的第四回路(4)上设有冷却器(15)和主压缩机(22)，钠‑二氧化碳换热器(12)的热端出口与透平(21)的入口连接，透平(21)的出口连接低温回热器(13)的热端入口相连，低温回热器(13)的冷端出口与钠‑二氧化碳换热器(12)的冷端入口相连，低温回热器(13)的热端出口与冷却器(15)的入口连通，冷却器(15)的出口与主压缩机(22)的入口相连，主压缩机(22)的出口与低温回热器(13)的冷端入口连通，冷却器(15)与供热管网接口(51)建立连接；所述的透平(21)、发电机(31)和主压缩机(22)同轴布置，透平(21)做功用于发电机(31)实现发电，透平(21)驱动主压缩机(22)运转。...

【技术特征摘要】
1.小型钠堆的再压缩循环紧凑式超临界二氧化碳循环供能系统，其特征在于：包括用于提供热源的第一回路(1)、用于传递热量的第二回路(2)、用于将热能转换成电能的第三回路(3)和用于供热管网的第四回路(4)，第一回路(1)和第二回路(2)的循环工质为钠，第三回路(3)和第四回路的循环工质为二氧化碳，第一回路(1)与第二回路(2)之间通过钠-钠换热器(11)进行热量交换，第二回路(2)与第三回路(3)之间通过钠-二氧化碳换热器(12)进行热量交换并实现供电，第三回路(3)上连接有低温回热器(13)，第三回路(3)与第四回路(4)通过低温回热器(13)进行热量交换并实现供热；所述的第一回路(1)是钠冷快堆内环供热系统回路，所述的第三回路(3)上设有透平(21)及与透平(21)连接的发电机(31)，所述的第四回路(4)上设有冷却器(15)和主压缩机(22)，钠-二氧化碳换热器(12)的热端出口与透平(21)的入口连接，透平(21)的出口连接低温回热器(13)的热端入口相连，低温回热器(13)的冷端出口与钠-二氧化碳换热器(12)的冷端入口相连，低温回热器(13)的热端出口与冷却器(15)的入口连通，冷却器(15)的出口与主压缩机(22)的入口相连，主压缩机(22)的出口与低温回热器(13)的冷端入口连通，冷却器(15)与供热管网接口(51)建立连接；所述的透平(21)、发电机(31)和主压缩机(22)同轴布置，透平(21)做功用于发电机(31)实现发电，透平(21)驱动主压缩机(22)运转...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢敏，张春伟，何一川，杨其国，戴博林，由岫，
申请(专利权)人：哈尔滨电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23