CN116378794A - 反应堆熔盐储能发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例公开了一种反应堆熔盐储能发电系统。该系统包括：反应堆，反应堆内设置有钠冷却剂，反应堆包括堆芯和热交换器，钠冷却剂在堆芯和热交换器之间循环；熔盐循环回路，热交换器连接于熔盐循环回路中，熔盐循环回路中循环有熔盐，熔盐流经热交换器并吸收钠冷却剂的热量；水汽循环回路，水汽循环回路中设置有蒸汽发生器和汽轮发电组件，水汽循环回路中循环有水，蒸汽发生器被设置成加热水以形成蒸汽，汽轮发电组件被设置成将蒸汽的热能转化为电能进行发电；其中，蒸汽发生器还连接于熔盐循环回路中，熔盐在热交换器与蒸汽发生器之间循环，水在蒸汽发生器内吸收熔盐的热量以形成蒸汽。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及核反应堆技术领域，具体涉及一种反应堆熔盐储能发电系统。
背景技术
作为国家能源结构的重要组成部分，核反应堆能够为电网提供稳定的电力输出，而安全高效是其发展的目标。其中，钠冷快堆采用液态金属钠作为反应堆的冷却介质，带出反应堆堆芯的热量，这部分热量可通过换热器传递至与反应堆耦合的发电系统。然而，当前的钠冷快堆一般采用钠、钠、水/蒸汽回路设置，钠冷却介质通过换热器将热量传递至二回路中的钠，二回路再将热量传递给三回路的水/蒸汽。该设置中二、三回路间容易引起钠水反应以及导致钠火事故，是钠冷快堆工程应用面临的重大安全问题。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了一种反应堆熔盐储能发电系统。该系统包括：反应堆，反应堆内设置有钠冷却剂，反应堆包括堆芯和热交换器，钠冷却剂在堆芯和热交换器之间循环；熔盐循环回路，热交换器连接于熔盐循环回路中，熔盐循环回路中循环有熔盐，熔盐流经热交换器并吸收钠冷却剂的热量；水汽循环回路，水汽循环回路中设置有蒸汽发生器和汽轮发电组件，水汽循环回路中循环有水，水在蒸汽发生器和汽轮发电组件之间循环，蒸汽发生器被设置成加热水以形成蒸汽，汽轮发电组件被设置成将蒸汽的热能转化为电能进行发电；其中，蒸汽发生器还连接于熔盐循环回路中，熔盐在热交换器与蒸汽发生器之间循环，水在蒸汽发生器内吸收熔盐的热量以形成蒸汽。
本发明实施例中的储能发电系统，将钠冷快堆与熔盐储能发电模块耦合，利用熔盐与钠冷却剂进行传热以吸收钠冷却剂的热量，消除了二回路、三回路之间发生钠水反应以及钠火事故的可能性，在保证高传热效率的同时，提升了发电系统的安全性。此外，本实施例中的储能发电系统既可以作为独立电源，也可以接入多元融合电网以提供电能。并且，本系统中核级设备减少，增加了核能发电系统经济性。
附图说明
通过下文中参照附图对本发明的实施例所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
图1是根据本发明一个实施例的反应堆熔盐储能发电系统的结构示意图。
图2是根据本发明另一个实施例的反应堆熔盐储能发电系统的结构示意图。
需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。
附图标记说明：
100、反应堆；110、堆芯；120、热交换器；130、堆容器；140、钠冷池；150、钠热池；160、钠驱动器；170、余热排出装置；
200、熔盐循环回路；210、冷熔盐储存容器；220、冷熔盐驱动器；230、热熔盐储存容器；240、热熔盐驱动器；250、第一管道；260、第二管道；270；控制阀；
300、水汽循环回路；310、蒸汽发生器；311、预热器；312、蒸发器；313、过热器；320、汽轮发电组件；321、汽轮装置；322、发电装置；330、冷凝器；340、水驱动器；350、除氧器。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。此外，为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等，仅用来描述如图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系，应当理解为也包含除了图中所示的方位之外的在使用或操作中的不同方位。
钠冷快堆是用液态金属钠作为反应堆冷却剂的快中子谱反应堆。其中，钠具有较高的化学活性，在正常情况下其处于容器或者管道内，然而在发生设备或者管道失效破裂时，钠的泄漏会导致安全问题。传统的钠冷快堆发电系统中，一回路的钠通过换热器与二回路中的钠进行传热，二回路中的钠通过蒸汽发生器与三回路中的水/蒸汽进行传热。在蒸汽发生器发生泄漏时，二回路中钠和三回路中水/蒸汽容易直接接触，导致钠水反应以及钠火事故。为此，本发明的实施例提供了一种反应堆熔盐储能发电系统，以消除二回路、三回路之间发生钠水反应以及钠火反应的可能性。
图1示出了根据本发明一个实施例的反应堆熔盐储能发电系统的结构示意图。如图1所示，本实施例中的反应堆熔盐储能发电系统包括反应堆100、熔盐循环回路200和水汽循环回路300。
反应堆100内设置有钠冷却剂，反应堆100包括堆芯110和热交换器120，钠冷却剂在堆芯110和热交换器120之间循环。热交换器120还连接于熔盐循环回路200中，熔盐循环回路200中循环有熔盐，熔盐流经热交换器120并吸收钠冷却剂的热量。水汽循环回路300中设置有蒸汽发生器310和汽轮发电组件320，水汽循环回路300中循环有水，水在蒸汽发生器310和汽轮发电组件320之间循环。其中，蒸汽发生器310还连接于熔盐循环回路200中，熔盐在热交换器120与蒸汽发生器310之间循环，水在蒸汽发生器310内吸收熔盐的热量以形成蒸汽，形成的蒸汽进入汽轮发电组件320，汽轮发电组件320被设置成将蒸汽的热能转化为电能进行发电并同时排出乏汽。
在本实施例中，熔盐为无机盐在高温下熔化形成的液态盐，可以用作高温下的传热蓄热介质。本实施例中的熔盐包括氯化盐、氟化盐、硝酸盐、碳酸盐中的一种，或者熔盐也可以为上述几种熔盐的混合熔融盐。
需要说明的是，本发明实施例中的乏汽即为释放热能后的蒸汽。此外，在水汽循环回路300中循环的水在不同的位置具有不同的形态，例如，在水汽循环回路300中蒸汽发生器310的上游为液态水，蒸汽发生器310与汽轮发电组件320之间为气态的蒸汽。
在本实施例中，将采用钠作为冷却剂的反应堆100与熔盐发电模块耦合，通过热交换器120将反应堆100和熔盐循环回路200连接，使得反应堆100中钠冷却剂的热量传递至熔盐循环回路200中的熔盐，再将熔盐的热量传递至水汽循环回路300中的水，从而避免了钠冷快堆发电系统中钠水反应发生的可能，消除了钠火事故的可能性，在保证高传热效率的同时，提升了发电系统的安全性。此外，本实施例的系统中核级设备减少，提高了核能发电系统的经济性。
在一些实施例中，热交换器120为管壳式热交换器120，管壳式热交换器120包括壳体以及设置于壳体内的换热管，钠冷却剂和熔盐分别在管壳式热交换器120的换热管内(即，管侧)或者壳体内(即，壳侧)流动，从而实现钠冷却剂和熔盐之间的传热，以将钠冷却剂的热量传递给熔盐。具体地，反应堆100中的钠冷却剂流经热交换器120的管侧，而熔盐循环回路200中的熔盐流经热交换器120的壳侧。在本实施例中，温度较高的钠冷却剂在管侧流动，可避免壳体承受较高温度的流体进而避免设置较厚的壳体。
如图2所示，在一些实施例中，蒸汽发生器310包括预热器311、蒸发器312和过热器313。预热器311与热交换器120连接，预热器311被设置成对熔盐和水进行换热以预热水。蒸发器312，蒸发器312被设置成对熔盐和预热后的水进行换热以蒸发水形成蒸汽。过热器313分别与热交换器120、汽轮发电组件320连接，蒸发器312连接于预热器311和过热器313之间，过热器313被设置成对熔盐与蒸汽进行换热以形成过热蒸汽，汽轮发电组件320被设置成将过热蒸汽的热能转化为电能。其中，熔盐循环回路200中的熔盐依次流经热交换器120、过热器313、蒸发器312、预热器311，水汽循环回路300中的水或蒸汽依次流经预热器311、蒸发器312、过热器313和汽轮发电组件320。
本实施例中熔盐和水在蒸汽发生器310中逆流传热，充分利用熔盐的热量实现了水以及蒸汽的加热，且提高了传热效率。在过热器313中，吸收钠冷却剂热量后的高温的熔盐将热量传递至饱和蒸汽，使得饱和蒸汽被加热形成过热蒸汽，以便于汽轮发电组件320进行发电。在蒸发器312中，熔盐将剩余部分热量传递至预热后得到的饱和水，以使饱和水被加热形成饱和蒸汽，便于后续生产过热蒸汽。在预热器311中，熔盐将剩余热量传递至水以预热得到饱和水，从而缩小蒸发器312内水与熔盐之间的温差，提高传热效率，以高效地将水加热形成蒸汽。
在一些实施例中，预热器311、蒸发器312和过热器313均为管壳式换热器，管壳式换热器包括壳体以及设置于壳体内的换热管，熔盐和水分别在管壳式换热器的换热管内(简称为管侧)或者壳体内(简称为壳侧)流动，从而实现熔盐和水之间的传热，以将水逐渐加热形成过热蒸汽。
具体地，在熔盐循环回路200中，吸收钠冷却剂热量后的高温的熔盐依次流经过热器313的壳侧、蒸发器312的管侧和预热器311的管侧，而在水汽循环回路300中，水流经预热器311的壳侧、蒸发器312的壳侧形成饱和蒸汽，饱和蒸汽流经过热器313的管侧形成过热蒸汽。在本实施例中，饱和蒸汽在过热器313的管侧流动，避免蒸汽压力较高而影响壳体的结构。此外，在蒸发器312和预热器311中，相当于水温度较高的熔盐在管侧流动，可避免壳体承受较高温度的流体进而避免设置较厚的壳体。
如图1和图2所示，本实施例中的反应堆100为池式钠冷却反应堆100，其包括堆容器130、堆芯110、钠热池150、钠冷池140以及钠驱动器160。其中，钠热池150、钠冷池140设置于堆容器130内，在本实施例中钠热池150位于钠冷池140的上方。在其他一些实施例中，钠热池150和钠冷池140也可以采用其他方式布置。
钠驱动器160设置于钠冷池140内，堆芯110位于钠冷池140内，且堆芯110的出口与钠热池150连通。钠驱动器160被设置成驱动钠冷池140内的钠冷却剂流至堆芯110内，堆芯110被设置成加热钠冷却剂，且加热后的钠冷却剂从堆芯110的出口流至钠热池150内，从而将堆芯110的热量传递至钠冷却剂，实现堆芯110的冷却。
在一些实施例中，钠冷池140内设置有多个钠驱动器160，以快速高效地驱动钠冷池140内的钠冷却剂进入堆芯110，对堆芯110进行冷却降温。此外，多个钠驱动器160可以设置于钠冷池140内的不同位置，从而驱动不同位置的钠冷却剂进行循环。示例地，钠驱动器160的数量为两个。在一些实施例中，钠驱动器160为循环泵。
在本实施例中，热交换器120设置于钠热池150内，且热交换器120的出口与钠冷池140连通，热交换器120被设置成对钠热池150中的钠冷却剂与熔盐进行换热并将换热后的钠冷却剂送至钠冷池140内，从而将堆芯110的热量传递至熔盐循环回路200。
具体地，钠冷池140内的钠冷却剂从堆芯110的底部进入堆芯110，钠冷却剂从堆芯110底部流至堆芯110顶部并吸收堆芯110热量，吸热后的钠冷却剂从堆芯110顶部流入钠热池150内。钠热池150内的钠冷却剂流入热交换器120并将热量传递至热交换器120内的熔盐，以实现钠冷却剂的冷却降温。从热交换器120流出的钠冷却剂流入钠冷池140内，钠冷池140内的钠冷却剂被钠驱动器160输送至堆芯110的底部并进入堆芯110，实现钠冷却剂的循环。
在一些实施例中，反应堆100内设置有多个热交换器120，多个热交换器120位于钠热池150的不同位置，以高效地将钠冷却剂的热量传递给熔盐，实现钠冷却剂与熔盐之间的热交换。示例地，热交换器120的数量为两个。
如图1和2所示，本实施例中的反应堆100还包括余热排出装置170，余热排出装置170设置于钠热池150内，余热排出装置170被设置成排出钠热池150内钠冷却剂的余热。在一些实施例中，余热排出装置170为换热器。在反应堆100发生事故时，钠热池150内的钠冷却剂流入余热排出装置170内，与余热排出装置170内流动的冷流体进行换热，冷流体吸收钠冷却剂的热量后流出，从而将热量带出反应堆100，而从余热排出装置170流出的钠冷却剂从堆芯110顶部下沉，实现堆芯110的冷却。
在一些实施例中，余热排出装置170的数量为多个，多个余热排出装置170设置于钠热池150内的不同位置，以在发生事故时高效地排出反应堆100堆芯110余热，保证反应堆100安全。此外，余热排出装置170的冗余设计，在其中一个余热排出装置170故障时，其他余热排出装置170还能够正常运行，进一步保证反应堆100安全。示例地，余热排出装置170的数量为两个。在一些实施例中，余热排出装置170为换热器。
如图1所示，在一些实施例中，熔盐循环回路200中设置有冷熔盐储存容器210和冷熔盐驱动器220。其中，冷熔盐储存容器210连接于蒸汽发生器310和热交换器120之间，冷熔盐储存容器210被设置成储存蒸汽发生器310流出的与水换热后的熔盐。冷熔盐驱动器220连接于冷熔盐储存容器210与热交换器120之间，被设置成将冷熔盐储存容器210内的熔盐输送至热交换器120。
本实施例通过冷熔盐储存容器210储存温度较低的熔盐，同时在冷熔盐储存容器210的出口处设置冷熔盐驱动器220，来驱动熔盐向热交换器120流动，以利用熔盐吸收钠冷却剂的热量。
如图1所示，在一些实施例中，熔盐循环回路200中还设置有热熔盐储存容器230和热熔盐驱动器240。其中，热熔盐储存容器230连接于蒸汽发生器310和热交换器120之间，冷熔盐储存容器210被设置成储存热交换器120流出的吸收钠冷却剂热量后的熔盐。热熔盐驱动器240连接于热熔盐储存容器230与蒸汽发生器310之间，被设置成将热熔盐储存容器230内的熔盐输送至蒸汽发生器310。
本实施例通过热熔盐储存容器230储存吸收钠冷却剂热量后温度较高的熔盐，从而在外界负荷较小的情况下，将由于反应堆100功率大于外界负荷而产生的多余热量，通过加热冷熔盐储存容器210内的熔盐而储存在热熔盐储存容器230内，实现储能。同时，在热熔盐储存容器230的出口处设置热熔盐驱动器240，来驱动熔盐向蒸汽发生器310流动，从而利用熔盐加热蒸汽发生器310内的水或蒸汽，为汽轮发电组件320提供过热蒸汽，以实现发电。
此外，本实施例中设置冷熔盐储存容器210和热熔盐储存容器230，且冷熔盐储存容器210与热熔盐储存容器230之间的温差较大，避免了冷熔盐储存容器210的温度较高而导致熔盐量较大的问题，减少了熔盐的使用量，提升了系统的经济性。
在一些实施例中，冷熔盐储存容器210的出口连接有多个冷熔盐驱动器220，从而为熔盐提供较大的驱动力。示例地，冷熔盐驱动器220的数量为三个。同样地，热熔盐储存容器230的出口连接有多个热熔盐驱动器240。示例地，热熔盐驱动器240的数量为三个。此外，在一些实施例中，冷熔盐驱动器220和热熔盐驱动器240为熔盐驱动泵。
具体地，如图1所示，冷熔盐储存容器210的出口与冷熔盐驱动器220连接，冷熔盐驱动器220的出口与热交换器120的熔盐入口连接，从而将熔盐输送至热交换器120内以带走钠冷却剂的热量，实现熔盐的加热。可选的，热交换器120的熔盐入口为壳侧入口。此外，冷熔盐驱动器220位于冷熔盐储存容器210的上方，以便于吸入冷熔盐储存容器210内的熔盐进行输送。
进一步地，热交换器120的熔盐出口与热熔盐储存容器230的入口连接，从而储存吸收热量后的高温熔盐，实现储能。热熔盐储存容器230的出口与热熔盐驱动器240连接，热熔盐驱动器240的出口与蒸汽发生器310的熔盐入口连接，从而将高温的熔盐输送至蒸汽发生器310内以将热量传递至水，以利用储存的热量进行发电。在一些实施例中，热熔盐驱动器240位于热熔盐储存容器230的上方，以便于吸入热熔盐储存容器230内的熔盐进行输送。
进一步地，蒸汽发生器310的熔盐出口与冷熔盐储存容器210的入口连接，从而将与水换热后温度降低的熔盐储存于冷熔盐储存容器210内，实现熔盐的重复循环。
在一些实施例中，如图2所示，预热器311连接于冷熔盐储存容器210和蒸发器312之间，熔盐循环回路200中的熔盐在预热器311内与水换热后流至冷熔盐储存容器210内，以实现熔盐的循环与重复利用。具体地，冷熔盐储存容器210的入口与预热器311的熔盐出口连接，可选的，预热器311的熔盐出口为壳侧出口。
在一些实施例中，如图2所示，过热器313连接于热熔盐储存容器230与蒸发器312之间，热熔盐储存容器230内的熔盐可以被输送至过热器313，以将热量传递至饱和蒸汽，进而为汽轮发电组件320提供过热蒸汽。具体地，过热器313的熔盐入口与热熔盐驱动器240的出口连接。可选的，过热器313的熔盐入口为壳侧入口。
在熔盐循环回路200中，过热器313的壳侧入口与热熔盐驱动器240的出口连接，过热器313的壳侧出口与蒸发器312的管侧入口连接，蒸发器312的管侧出口与预热器311的管侧入口连接，预热器311的管侧出口与冷熔盐储存容器210的入口连接。在本实施例中，冷熔盐驱动器220将冷熔盐储存容器210内的熔盐输送至热交换器120，熔盐在热交换器120中吸收钠冷却剂的热量，从热交换器120流出的熔盐可以流入热熔盐储存容器230内进行储存，以实现储能。热熔盐驱动器240将热熔盐储存容器230内的高温熔盐输送至过热器313的壳侧入口，并依次流经蒸发器312管侧、预热器311管侧以将热量传递至水，最终流入冷熔盐储存容器210内，实现熔盐的循环。
在一些实施例中，如图1和图2所示，反应堆100熔盐储能发电系统还包括第一管道250。第一管道250连接于热交换器120的出口与冷熔盐驱动器220的出口之间，第一管道250被设置成将热交换器120流出的部分熔盐输送至热交换器120的入口。在本实施例中，从热交换器120流出的高温熔盐一部分流入热熔盐储存容器230内进行储存，而较小的一部分可以经由第一管道250流入热交换器120的入口处，与冷熔盐储存容器210输送过来的低温的熔盐混合后，再输送至热交换器120，从而提升热交换器120入口的熔盐温度，减少热交换器120壳侧与管侧之间的温差。
进一步地，第一管道250上还设置有控制阀270，控制阀270用于控制第一管道250的通断。当热交换器120入口处的熔盐温度较低时，可以打开第一管道250上的控制阀270，使一部分高温的熔盐从第一管道250流入热交换器120的入口，以提升其入口处熔盐温度。此外，控制阀270还可以控制第一管道250中熔盐的流量。
如图1和图2所示，在一些实施例中，反应堆100熔盐储能发电系统还包括第二管道260。第二管道260并联于热熔盐储存容器230和热熔盐驱动器240，第二管道260被设置成将热交换器120流出的部分熔盐输送至蒸汽发生器310。进一步地，第二管道260上还设置有控制阀270，控制阀270用于控制第二管道260的通断以及第二管道260中熔盐的流量。
在本实施中，从热交换器120流出的高温熔盐一部分可以直接流入蒸汽发生器310，从而加热蒸汽发生器310内的水以产生过热蒸汽，为汽轮发电组件320提供满足负荷要求的高温蒸汽。
具体地，如图2所示，蒸汽发生器310包括预热器311、蒸发器312和过热器313。过热器313分别与第二管道260和热熔盐驱动器240连接，热交换器120输出的熔盐或者热熔盐储存容器230内储存的熔盐被输送至过热器313以与蒸汽换热，以满足不同的供电负荷需求。
在供电负荷较小的情况下，热交换器120流出的一部分熔盐流入热熔盐储存容器230内进行储能，一部分熔盐流入经由第二管道260输送至过热器313以加热蒸汽；此外，还有较小的一部分可以经由第一管道250输送至热交换器120的入口处，以提升入口的熔盐温度。
在供电负荷达到峰值时，热交换器120流出的熔盐大部分经由第二管道260输送至过热器313，同时，热熔盐储存容器230内储存的熔盐也被输送至过热器313，以为汽轮发电组件320提供满足供电需求的高温蒸汽。此外，还有热交换器120流出的较小的一部分经由第一管道250输送至热交换器120的入口处，以提升入口的熔盐温度。
在本实施例中，通过在热交换器120的出口和蒸汽发生器310的入口之间设置第二管道260，避免了热熔盐必须通过热熔盐储存容器230及热熔盐驱动器240才能输送给蒸汽发生器310的问题，进而避免了蓄热阶段热熔盐驱动器240仍然工作而增加能耗的问题，降低了系统的能耗。
如图1和图2所示，在一些实施例中，汽轮发电组件320包括汽轮装置321和发电装置322。汽轮装置321连接于水汽循环回路300中，蒸汽发生器310被设置成为汽轮装置321提供蒸汽，汽轮装置321被设置成将蒸汽的热能转化为机械能并排出乏汽。发电装置322与汽轮装置321连接，发电装置322被设置成将汽轮装置321的机械能转化为电能。
具体地，汽轮装置321与过热器313的蒸汽出口连接，同时汽轮装置321与预热器311的入口连接。从过热器313的蒸汽出口流出的过热蒸汽进入汽轮装置321，汽轮装置321将过热蒸汽的热能转化为机械能后排出乏汽，乏汽冷凝形成水后进入预热器311，实现水的重复循环。
如图1和图2所示，在一些实施例中，水汽循环回路300中还设置有冷凝器330和水驱动器340。冷凝器330连接于汽轮装置321和蒸汽发生器310之间，冷凝器330被设置成将汽轮装置321排出的乏汽冷凝形成水，使其重新被提供至蒸汽发生器310中，实现水的循环。水驱动器340连接于冷凝器330与蒸汽发生器310之间，水驱动器340被设置成驱动冷凝器330输出的水至蒸汽发生器310，为水在水汽循环回路300中的流动提供动力。
示例地，冷凝器330可以为空冷器，利用空气作为冷却介质来冷却乏汽，具有风量大、效率高、振动小、噪声低等优点。在一些实施例中，可以在汽轮装置321和蒸汽发生器310之间设置多个空冷器，例如，六个，从而高效地将乏汽完全冷凝，避免残留蒸汽影响后续在蒸汽发生器310内的传热。进一步地，空冷器为管壳式，蒸汽在空冷器的壳侧流动。
示例地，水驱动器340可以为给水泵，给水泵可以提供水的压力并将水输送至蒸汽发生器310内，实现水的循环流动。在一些实施例中，可以在水汽循环回路300中设置多个水驱动器340，例如，两个，从而为水的输送提供充分的动力。
如图2所示，水汽循环回路300中还设置有除氧器350，除氧器350连接于冷凝器330与蒸汽发生器310之间，被设置成除去乏汽冷凝形成的水中的氧气，避免氧气进入蒸汽发生器310内并占据蒸汽发生器310的换热面积，进而影响传热，避免传热效率降低。
在一些实施例中，蒸汽发生器310的蒸汽出口与汽轮装置321的入口连接，汽轮装置321的出口与冷凝器330的入口连接，除氧器350的入口与冷凝器330的出口连接，除氧器350的出口与水驱动器340的入口连接，水驱动器340的出口与蒸汽发生器310的水入口连接，实现水的重复循环。
具体地，预热器311的壳侧入口与水驱动器340的出口连接，预热器311的壳侧出口与蒸发器312的壳侧入口连接，蒸发器312的壳侧出口与过热器313的管侧入口连接。过热器313的管侧出口与汽轮装置321的入口连接。在水汽循环回路300中，水依次流经预热器311、蒸发器312和过热器313变为过热蒸汽，过热蒸汽流入汽轮装置321，汽轮装置321利用过热蒸汽做功后排出乏汽，乏汽流入冷凝器330被冷凝为液态的水，水从冷凝器330流出并流经除氧器350，再通过水驱动器340输送至预热器311，从而实现水的循环和重复利用。
此外，过热器313和汽轮装置321之间的管道上设置有调节阀，调节阀用于调节过热器313输送至汽轮装置321的过热蒸汽的流量，从而满足不同供电负荷的需求。
在一些实施例中，反应堆100熔盐储存发电系统有多种运行模式，例如，储能模式和峰值功率模式，从而适应不同的供电负荷需求。
在外界供电负荷较小的情况下，系统在储能模式下运行。其中，反应堆100保持满功率运行，由于反应堆100的功率大于外界供电负荷而产生的多余热量，可以通过加热冷熔盐储存容器210内的熔盐而储存到热熔盐储存容器230内。
具体地，冷熔盐驱动器220从冷熔盐储存容器210的底部吸入熔盐并输送至热交换器120的壳侧，在热交换器120中被钠冷却剂加热后，从热交换器120的壳侧出口流出。热交换器120流出的一部分热熔盐流入热熔盐储存容器230，较小的一部分热熔盐经由第一管道250输送至热交换器120的壳侧入口处，还有一部分热熔盐经由第二管道260输送至过热器313的壳侧入口，在过热器313、蒸发器312、预热器311内加热水以产生过热蒸汽，为汽轮装置321提供满足负荷需求的高温高压蒸汽。此外，热熔盐驱动器240低转速运行，不将热熔盐储存容器230内储存的热熔盐输送至蒸汽发生器310，热熔盐储存容器230仅储存热能。
在外界负荷增加达到峰值时，系统在峰值功率模式下运行。其中，反应堆100以满功率运行，储存在热熔盐储存容器230内的热熔盐和从热交换器120流出的热熔盐共同为发电提供所需热量。
具体地，热交换器120流出的大部分热熔盐经由第二管道260输送至过热器313的壳侧入口，较小的一部分热熔盐经由第一管道250输送至热交换器120的壳侧入口处。同时，储存在热熔盐储存容器230内的热熔盐被热熔盐驱动器240输送至过热器313的壳侧入口，在过热器313内加热管侧的饱和蒸汽以产生过热蒸汽，为汽轮装置321提供满足峰值负荷需求的高温高压蒸汽。从过热器313壳侧出口流出的熔盐依次流经蒸发器312的管侧和预热器311的管侧，再流回冷熔盐储存容器210内，储存在冷熔盐储存容器210内的大部分熔盐继续被冷熔盐驱动器220输送至热交换器120的壳侧，以吸收钠冷却剂的热量。
本发明的实施例中的反应堆100熔盐储能发电系统，具有蓄热温差大、低能耗、热效率高、灵活输出、高燃耗和堆芯110寿命长的特点，且核级材料少、成本低，有利于节能环保。本发明实施例中的反应堆100全寿期满功率运行，水汽循环回路300作为发电模块，熔盐循环回路200作为储能模块，发电模块可以通过储能模块快速进行负荷跟踪，以为外界提供灵活的电力输出。在蓄热阶段，热熔盐驱动器240低转速工作，降低了能耗。此外，本发明实施例中的系统可以作为独立电源，也可接入多元融合电网。
需要说明的是，本发明实施例中的反应堆100不限于采用池式钠冷却反应堆，在其他实施例中，反应堆100也可以为回路式钠冷却反应堆、铅铋反应堆等。此外，本实施例中的系统并不限于上述实施例中的两罐直接储能方式，可以根据实际需求而进行的适应性改变。本发明实施例中的系统并不限于提供电能，其他需要热源驱动的终端均可直接应用本系统所能够提供的热源，比如海水淡化、工业用热等。
对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (13)
1.一种反应堆熔盐储能发电系统，其特征在于，包括：
反应堆，所述反应堆内设置有钠冷却剂，所述反应堆包括堆芯和热交换器，所述钠冷却剂在所述堆芯和所述热交换器之间循环；
熔盐循环回路，所述热交换器连接于所述熔盐循环回路中，所述熔盐循环回路中循环有熔盐，所述熔盐流经所述热交换器并吸收所述钠冷却剂的热量；
水汽循环回路，所述水汽循环回路中设置有蒸汽发生器和汽轮发电组件，所述水汽循环回路中循环有水，水在所述蒸汽发生器和汽轮发电组件之间循环，所述蒸汽发生器被设置成加热水以形成蒸汽，所述汽轮发电组件被设置成将所述蒸汽的热能转化为电能进行发电；
其中，所述蒸汽发生器还连接于所述熔盐循环回路中，所述熔盐在所述热交换器与所述蒸汽发生器之间循环，所述水在所述蒸汽发生器内吸收所述熔盐的热量以形成所述蒸汽。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸汽发生器包括：
预热器，与热交换器连接，所述预热器被设置成对所述熔盐和水进行换热以预热水；
蒸发器，所述蒸发器被设置成对所述熔盐和预热后的所述水进行换热以蒸发水形成蒸汽；
过热器，分别与所述热交换器、汽轮发电组件连接，所述蒸发器连接于所述预热器和过热器之间，所述过热器被设置成对所述熔盐与所述蒸汽进行换热以形成过热蒸汽，所述汽轮发电组件被设置成将所述过热蒸汽的热能转化为电能；
其中，
所述熔盐循环回路中的熔盐依次流经所述热交换器、过热器、蒸发器、预热器，所述水汽循环回路中的水或蒸汽依次流经所述预热器、蒸发器、过热器和汽轮发电组件。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述熔盐循环回路中设置有冷熔盐储存容器和冷熔盐驱动器；其中，
所述冷熔盐储存容器连接于所述蒸汽发生器和热交换器之间，所述冷熔盐储存容器被设置成储存所述蒸汽发生器流出的与水换热后的熔盐；
所述冷熔盐驱动器连接于所述冷熔盐储存容器与所述热交换器之间，被设置成将所述冷熔盐储存容器内的熔盐输送至所述热交换器。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述熔盐循环回路中还设置有热熔盐储存容器和热熔盐驱动器；其中，
所述热熔盐储存容器连接于所述蒸汽发生器和热交换器之间，所述冷熔盐储存容器被设置成储存所述热交换器流出的吸收所述钠冷却剂热量后的熔盐；
所述热熔盐驱动器连接于所述热熔盐储存容器与所述蒸汽发生器之间，被设置成将所述热熔盐储存容器内的熔盐输送至所述蒸汽发生器。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：
第一管道，所述第一管道连接于所述热交换器的出口与所述冷熔盐驱动器的出口之间，所述第一管道被设置成将所述热交换器流出的部分熔盐输送至所述热交换器的入口。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：
第二管道，所述第二管道并联于所述热熔盐储存容器和热熔盐驱动器，所述第二管道被设置成将所述热交换器流出的部分熔盐输送至所述蒸汽发生器。
7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述预热器连接于所述冷熔盐储存容器和所述蒸发器之间，所述熔盐循环回路中的熔盐在所述预热器内与水换热后流至所述冷熔盐储存容器内。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述过热器分别与所述第二管道和热熔盐驱动器连接，所述热交换器输出的熔盐或者所述热熔盐储存容器内储存的熔盐被输送至所述过热器以与所述蒸汽换热。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述汽轮发电组件包括：
汽轮装置，连接于所述水汽循环回路中，所述蒸汽发生器被设置成为所述汽轮装置提供蒸汽，所述汽轮装置被设置成将所述蒸汽的热能转化为机械能并排出乏汽；
发电装置，与所述汽轮装置连接，所述发电装置被设置成将所述汽轮装置的机械能转化为电能。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述水汽循环回路中设置有冷凝器和水驱动器；
所述冷凝器连接于所述汽轮装置和所述蒸汽发生器之间，被设置成将所述汽轮装置排出的乏汽冷凝形成水；
所述水驱动器连接于所述冷凝器与所述蒸汽发生器之间，被设置成驱动所述冷凝器输出的水至所述蒸汽发生器。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述水汽循环回路中还设置有除氧器，所述除氧器连接于所述冷凝器与所述蒸汽发生器之间，被设置成除去所述乏汽冷凝形成的水中的氧气。
12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反应堆还包括：
堆容器；
钠热池，所述钠热池设置于所述堆容器内；
钠冷池，所述钠冷池设置于所述堆容器内；
钠驱动器，设置于所述钠冷池内，所述堆芯位于所述钠冷池内，且所述堆芯的出口与所述钠热池连通；所述钠驱动器被设置成驱动所述钠冷池内的钠冷却剂流至所述堆芯内；所述堆芯被设置成加热所述钠冷却剂，且加热后的所述钠冷却剂从所述堆芯的出口流至所述钠热池内；
其中，所述热交换器设置于所述钠热池内，且所述热交换器的出口与所述钠冷池连通；所述热交换器被设置成对所述钠热池中的钠冷却剂与所述熔盐进行换热并将换热后的钠冷却剂送至所述钠冷池内。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述反应堆还包括：
余热排出装置，设置于所述钠热池内，所述余热排出装置被设置成排出所述钠热池内钠冷却剂的余热。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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