模块化多用途小型氟盐冷却高温堆能量系统技术方案

本发明专利技术公开了模块化多用途小型氟盐冷却高温堆能量系统：包括反应堆本体系统、非能动余热排出系统、紧凑型超临界二氧化碳布雷顿循环系统、二回路系统和综合利用型超临界二氧化碳布雷顿循环系统；反应堆核燃料采用TRISO+石墨基体材料和螺旋十字型式，可以提高传热性能及固有安全性；紧凑型超临界二氧化碳布雷顿循环系统热效率超过48％，可以应用于空间有限的场所；综合利用型超临界二氧化碳布雷顿循环热效率超过54％，可以应用于资源丰富的场所；本发明专利技术既能实现能量的高效紧凑利用，也能满足能源多用途、一体化的生产、储存和转化需求。储存和转化需求。储存和转化需求。

【技术实现步骤摘要】
模块化多用途小型氟盐冷却高温堆能量系统


[0001]本专利技术涉及先进核能开发与能源综合利用
，具体涉及一种模块化多用途小型氟盐冷却高温堆能量系统。

技术介绍

[0002]我国西部地区特别是新丝路沿线地区深处内陆、地域辽阔、资源丰富，并提供了充足的战略回旋空间和纵深的国防安全屏障；然而该地区位置偏远、气候条件复杂，其能源需求呈现多元化、散点式的特征。因此，提供一套安全高效的多用途、一体化能源供给方案，是推动西部地区经济发展和国防建设的迫切需求。
[0003]氟盐冷却高温堆融合了熔盐堆、高温气冷堆和钠冷快堆等第四代先进核反应堆的优点，具有高温低压运行、无水冷却、固有安全和结构紧凑等特点，适合建成体积小、轻量化、低成本的模块化小型氟盐冷却高温堆，可在缺水地区实现高效发电；同时其适宜建于地下，具有良好的隐蔽性，可为国防基地提供一体化能源解决方案，提高其生命力和战斗力。另外，反应堆可输出700℃以上高温工艺热，用于高温制氢、盐水淡化、矿藏开采等。
[0004]近年来，国内对模块化小型氟盐冷却高温堆的预研工作正在稳步进行，然而考虑到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.模块化多用途小型氟盐冷却高温堆能量系统，其特征在于：包括反应堆本体系统(1)、非能动余热排出系统(2)、紧凑型超临界二氧化碳布雷顿循环系统(3)、二回路系统(4)和综合利用型超临界二氧化碳布雷顿循环系统(5)；所述反应堆本体系统(1)作为模块化多用途小型氟盐冷却高温堆能量系统的热源，包括反应堆容器(1
‑
1)，反应堆容器(1
‑
1)中设置堆芯活性区(1
‑
2)、反应堆控制棒及其驱动机构(1
‑
3)、FLiBe
‑
CO2主换热器(1
‑
4)、FLiBe
‑
FLiNaK主换热器(1
‑
5)、第一FLiBe
‑
FLiNaK余热排出换热器(1
‑
6)、第二FLiBe
‑
FLiNaK余热排出换热器(1
‑
7)、第一轴流主泵(1
‑
8)、第二轴流主泵(1
‑
9)、堆芯围筒(1
‑
10)、径向反射层(1
‑
11)和轴向反射层(1
‑
12)；FLiBe
‑
CO2主换热器(1
‑
4)、FLiBe
‑
FLiNaK主换热器(1
‑
5)、第一FLiBe
‑
FLiNaK余热排出换热器(1
‑
6)和第二FLiBe
‑
FLiNaK余热排出换热器(1
‑
7)位于反应堆容器(1
‑
1)内上部，在FLiBe
‑
CO2主换热器(1
‑
4)和FLiBe
‑
FLiNaK主换热器(1
‑
5)下部分别设置第一轴流泵(1
‑
8)和第一轴流泵(1
‑
9)；控制棒及驱动机构(1
‑
3)设置在堆芯活性区(1
‑
2)上部；堆芯围筒(1
‑
10)设置在径向反射层外，堆芯活性区周向设置径向反射层(1
‑
11)、堆芯活性区上部和下部设置轴向反射层(1
‑
12)；所述反应堆本体系统(1)工作流程如下：堆本体系统(1)正常运行时，冷却剂经第一轴流泵(1
‑
8)和第二轴流泵(1
‑
9)驱动，从反应堆容器(1
‑
1)底部进入堆芯活性区(1
‑
2)，向上流经堆芯活性区(1
‑
2)吸热后，向下折流并经过第一FLiBe
‑
FLiNaK余热排出换热器(1
‑
6)和第二FLiBe
‑
FLiNaK余热排出换热器(1
‑
7)放热，最后进入第一轴流泵(1
‑
8)和第二轴流泵(1
‑
9)增压完成堆芯内冷却剂循环；所述非能动余热排出系统(2)作为模块化多用途小型氟盐冷却高温堆能量系统的专设安全设施，与反应堆本体系统(1)共用第一FLiBe
‑
FLiNaK余热排出换热器(1
‑
6)和第二FLiBe
‑
FLiNaK余热排出换热器(1
‑
7)，还包括空冷塔(2
‑
3)、置于空冷塔(2
‑
3)内的第一空气换热器(2
‑
1)、第二空气换热器(2
‑
2)、及相连管道与阀门；第一FLiBe
‑
FLiNaK余热排出换热器(1
‑
6)出口与第一空气换热器(2
‑
1)入口相连，第一空气换热器(2
‑
1)出口与第一FLiBe
‑
FLiNaK余热排出换热器(1
‑
6)入口连接；第二FLiBe
‑
FLiNaK余热排出换热器(1
‑
7)出口与第二空气换热器(2
‑
2)入口相连，第二空气换热器(2
‑
2)出口与第二FLiBe
‑
FLiNaK余热排出换热器(1
‑
7)入口连接；所述非能动余热排出系统(2)工作流程如下：在反应堆停堆和事故工况下，FLiNaK盐被第一FLiBe
‑
FLiNaK余热排出换热器(1
‑
6)加热后依靠浮力驱动进入第一空气换热器(2
‑
1)，而后FLiNaK盐被空气冷却流出第一空气换热器(2
‑
1)，进入第一FLiBe
‑
FLiNaK余热排出换热器(1
‑
6)，完成自然循环；第二FLiBe
‑
FLiNaK余热排出换热器(1
‑
7)和第二空气换热器(2
‑
2)，与第一FLiBe
‑
FLiNaK余热排出换热器(1
‑
6)和第一空气换热器(2
‑
1)的工作流程相同；所述紧凑型超临界二氧化碳布雷顿循环系统(3)作为模块化多用途小型氟盐冷却高温堆能量系统的能量转换模块，与反应堆本体系统(1)共用FLiBe
‑
CO2主换热器(1
‑
4)，还包括第一透平(3
‑
1)、第一高温回热器(3
‑
2)、第一低温回热器(3
‑
3)、第一分流阀(3
‑
4)、第一冷端换热器(3
‑
5)、第一主压缩机(3
‑
6)、第一辅压缩机(3
‑
7)、第一合流阀(3
‑
8)及相连管道与阀门；第一FLiNaK
‑
CO2换热器(1
‑
4)出口与第一透平(3
‑
1)入口相连，第一透平(3
‑
1)出口与第一高温回热器(3
‑
2)热侧入口相连，第一高温回热器(3
‑
2)热侧出口与第一低温回热器(3
‑
3)热侧入口相连，第一低温回热器(3
‑
3)热侧出口与第一分流阀入口(3.1)相连，第一分
流阀第一出口(3.2)与第一辅压缩机(3
‑
7)入口相连，第一辅压缩机(3
‑
7)出口与第一合流阀第一入口(3.4)相连；第一分流阀第二出口(3.3)与第一冷端换热器(3
‑
5)入口相连，第一冷端换热器(3
‑
5)出口与第一主压缩机(3
‑
6)入口相连，第一主压缩机(3
‑
6)出口与第一低温回热器(3
‑
3)冷侧入口相连，第一低温回热器(3
‑
3)冷侧出口与第一合流阀第二入口(3.5)相连；第一合流阀出口(3.6)与第一高温回热器(3
‑
2)冷侧入口相连，第一高温回热器(3
‑
2)冷侧出口与第一FLiBe
‑
CO2主换热器(1
‑
4)入口相连；所述紧凑型超临界二氧化碳布雷顿循环系统(3)工作流程如下：在第一FLiNaK
‑
CO2换热器(1
‑
4)中，CO2被主冷却剂盐加热后进入第一透平(3
‑
1)做功，随后进入第一高温回热器(3
‑
2)热侧放热，离开第一高温回热器(3
‑
2)热侧的CO2进入第一低温回热器(3
‑
3)热侧继续放热，经过第一分流阀(3
‑
4)分流：一部分CO2进入第一辅压缩机(3
‑
7)被压缩后进入第一合流阀(3
‑
8)；另一部分CO2经第一冷端换热器(3
‑
5)冷却后，被第一主压缩机(3
‑
6)压缩，随后在第一低温回热器(3
‑
3)吸热后进入第一合流阀(3
‑
8)，来自第一低温回热器(3
‑
3)和第一辅压缩机(3
‑
7)的CO2在第一合流阀(3
‑
8)汇流，经第一高温回热器(3
‑
2)吸热后进入第一FLiBe
‑
CO2主换热器(1
‑
4)再次被加热，形成循环；所述二回路系统(4)作为模块化多用途小型氟盐冷却高温堆能量系统的中间换热和储能系统，为综合利用型超临界二氧化碳布雷顿循环系统(5)提供热能，二回路系统(4)与反应堆本体系统(1)共用FLiBe
‑
FLiNaK主换热器(1
‑
5)，还包括二回路熔盐泵(4
‑
1)和熔盐池(4
‑
2)，熔盐池(4
‑
2)中设置高温工艺热接口(4
‑
3)、第一FLiNaK
‑
CO2换热器(5
‑
1)、第二FLiNaK
‑
CO2换热器(5
‑
2)、第三FLiNaK
‑
CO2换热器(5
‑
3)及相连管道与阀门；FLiBe
‑
FLiNaK主换热器(1
‑
5)出口与熔盐池(4
‑
2)入口相连，熔盐池(4
‑
2)出口与二回路...

【专利技术属性】
技术研发人员：张大林，姜殿强，李新宇，闵鑫，王成龙，田文喜，秋穗正，苏光辉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：