CN205104245U - 采用超临界二氧化碳工质的钠冷快堆发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采用超临界二氧化碳工质的钠冷快堆发电系统，包括提供热源的钠冷快堆及将热能转换成电能的超临界二氧化碳工质的三回路，三回路包括与一第二换热器连通的第三管道，第三管道上设有第一发电机、带动第一发电机发电的第一透平、第一回热器、第二回热器、冷却器、压气机、第二发电机及带动第二发电机发电的第二透平，第二换热器二次侧出口经过第一透平、第一回热器高温侧、第二回热器高温侧、冷却器后与压气机连通，压气机的出口分别与第二换热器二次侧入口及第二回热器低温侧连通，第二回热器低温侧经过第一回热器低温侧、第二透平后与第二回热器的高温侧入口连通。本实用新型所述发电系统中的三回路能实现发电效率的最优化。

Description

采用超临界二氧化碳工质的钠冷快堆发电系统

技术领域

本实用新型涉及利用超临界二氧化碳发电领域，具体地，涉及一种采用超临界二氧化碳工质的钠冷快堆发电系统。

背景技术

核能是国家能源结构的重要组成部分，安全高效是核能技术发展的目标。作为追求安全高效可持续等目标而提出的第四代核能系统，钠冷快堆在我国得到了重点关注和持续研发，成为我国核能技术创新的重要方向。当前的钠冷快堆系统一般采用水/蒸汽动力装置发电，由此带来的钠水反应是钠冷快堆工程应用面临的重大安全问题之一。且蒸汽动力装置系统复杂，设备庞大，辅助系统多，高温条件下效率偏低，一定程度上削弱了钠冷快堆的经济性水平，降低了钠冷快堆的竞争力。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种采用超临界二氧化碳工质的钠冷快堆发电系统，一方面可提高效率，简化系统，降低成本，强化经济竞争力；另一方面可避免钠水反应，解决当前钠冷快堆存在的最大的安全问题。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：

采用超临界二氧化碳工质的钠冷快堆发电系统，包括提供热源的钠冷快堆以及用于将热能转换成电能的三回路，所述三回路通过一第二换热器进行热交换吸收热量，所述三回路内的工质为超临界二氧化碳，所述三回路包括与所述第二换热器的二次侧相连通且能形成闭合循环回路的第三管道，所述第三管道上设有第一透平、第一发电机、第一回热器、第二回热器、冷却器、压气机、第二透平以及第二发电机，所述第一透平的入口与所述第二换热器的二次侧出口相连通，所述第一透平的出口与所述第一回热器的高温侧入口相连通，所述第一透平的输出端与所述第一发电机的输入端相连，所述第一回热器的高温侧出口与所述第二回热器的高温侧入口相连通，所述第二回热器的高温侧出口与所述冷却器的入口相连通，所述冷却器的出口与所述压气机的入口相连通，所述压气机的出口分别与所述第二换热器的二次侧入口及所述第二回热器的低温侧入口相连通，所述第二回热器的低温侧出口与所述第一回热器的低温侧入口相连通，所述第一回热器的低温侧出口与所述第二透平的入口相连通，所述第二透平的出口与所述第二回热器的高温侧入口相连通，所述第二透平的输出端与所述第二发电机的输入端相连。如此，所述三回路形成一分级串联式的复合循环，更好地匹配钠冷快堆的进出口温度参数，实现发电效率的最优化。

进一步地，所述钠冷快堆发电系统还包括用于传递热量的二回路，所述二回路分别与所述钠冷快堆及所述三回路进行热交换，吸收钠冷快堆产生的热量并传递至三回路，所述二回路与所述三回路通过所述第二换热器进行热交换。

进一步地，所述钠冷快堆发电系统还包括一回路，所述一回路与所述二回路之间通过一第一换热器进行热交换，所述一回路包括与所述第一换热器的一次侧相连通并形成闭合循环回路的第一管道，所述第一管道上设有钠冷快堆，所述钠冷快堆的冷却剂为液态钠。

进一步地，所述二回路包括与所述第一换热器的二次侧及所述第二换热器的一次侧相连通的两第二管道，具体地，一第二管道分别与所述第一换热器的二次侧出口及所述第二换热器的一次侧入口相连通，另一第二管道分别与所述第一换热器的二次侧入口及所述第二换热器的一次侧出口相连通。

进一步地，所述钠冷快堆的出口温度为500-550℃，入口温度为300-400℃。

综上，本实用新型的有益效果是：本实用新型所述的钠冷快堆发电系统根据热源——钠冷快堆的特点，设计所述分级串联式的复合循环回路，能够较好地匹配钠冷快堆的进出口温度参数，实现发电效率的最优化，同时还能简化系统、缩小体积、降低成本，大幅度提高钠冷快堆的经济竞争力，避免传统钠冷快堆的钠水反应问题，提高钠冷快堆的安全性。

附图说明

图1是本实用新型较佳实施例所示的钠冷快堆发电系统的结构示意图；

附图中标记及相应的零部件名称：钠冷快堆发电系统100、第一换热器40、第二换热器50、钠冷快堆11、第二管道21、第三管道39、第一透平31、第一发电机32、第一回热器33、第二回热器34、冷却器35、压气机36、第二透平37、第二发电机38。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

请参阅图1，本实用新型较佳实施例所示的钠冷快堆发电系统100，包括用于提供热源的一回路、传递热量的二回路以及将热能转换成电能的三回路，所述一回路与所述二回路之间通过一第一换热器40进行热交换，所述二回路与所述三回路之间通过一第二换热器50进行热交换。

所述一回路包括与所述第一换热器40的一次侧相连通并形成闭合循环回路的第一管道，所述第一管道上设有钠冷快堆11，为所述二回路与所述三回路提供热源。所述钠冷快堆11的冷却剂为液态钠。

所述二回路吸收所述一回路的热量并将其传送给所述三回路。所述二回路设置的主要目的是为了保证核反应堆的运行安全，使所述三回路内的工质不存在与用于冷却堆芯的所述一回路内的钠工质相接触的可能性，确保所述三回路出现的任何非预期工况或事故不会影响核反应堆，从而确保核安全。所述二回路包括与所述第一换热器40的二次侧及所述第二换热器50的一次侧相连通的两第二管道21，具体地，一第二管道21分别与所述第一换热器40的二次侧出口及所述第二换热器50的一次侧入口相连通，另一第二管道21分别与所述第一换热器40的二次侧入口及所述第二换热器50的一次侧出口相连通，如此，所述两第二管道21、所述第一换热器40的二次侧通道以及所述第二换热器50的一次侧通道相连通形成供流体流动的闭合循环回路。所述二回路的传热介质采用与所述一回路中的冷却剂相同的物质。

所述三回路包括第三管道39，所述第三管道39一端与所述第二换热器50的二次侧入口相连通，另一端与所述第二换热器50的二次侧出口相连通，如此，所述第三管道39与所述第二换热器50的二次侧通道相连通形成供流体流动的闭合循环回路。所述三回路内的工质为超临界二氧化碳。所述第三管道39上设有第一透平31、第一发电机32、第一回热器33、第二回热器34、冷却器35、压气机36、第二透平37以及第二发电机38。

所述第一透平31的入口与所述第二换热器50的二次侧出口相连通，所述第一透平31的出口与所述第一回热器33的高温侧入口相连通，所述第一透平31的输出端与所述第一发电机32的输入端相连。所述第一回热器33的高温侧出口与所述第二回热器34的高温侧入口相连通，所述第二回热器34的高温侧出口与所述冷却器35的入口相连通，所述冷却器35的出口与所述压气机36的入口相连通，所述压气机36的出口与所述第二换热器50的二次侧入口相连通，如此，形成一闭合的循环回路。而针对提供热源的钠冷快堆11的特性，为更好地匹配钠冷快堆的进出口温度参数，提高能量转换效率，从所述压气机36的出口管道连一分支管道至所述第二回热器34的低温侧入口，所述第二回热器34的低温侧出口与所述第一回热器33的低温侧入口相连通，所述第一回热器33的低温侧出口与所述第二透平37的入口相连通，所述第二透平37的出口与所述第二回热器34的高温侧入口相连通，所述第二透平37的输出端与所述第二发电机38的输入端相连。如此，所述三回路形成一分级串联式的复合循环回路。可在钠冷快堆500-550℃的出口温度和300-400℃的入口温度范围内，发电效率达到45%-48%，比当前蒸汽发电系统效率高3%-6%。本实施例中，所述冷却器35的冷却介质为水或空气。

钠冷快堆发生核反应产生热量后，通过流动循环经所述第一换热器40将热量传递给所述二回路，所述二回路再通过所述第二换热器50将热量传递给所述三回路的超临界二氧化碳工质，吸收热量后的超临界二氧化碳进入所述第一透平31内，推动所述第一透平31转动，从而带动所述第一发电机32发电，为外界系统提供清洁的电力。做功后仍处于超临界状态的二氧化碳依次通过所述第一回热器33和第二回热器34的高温侧，进入冷却器35排放废热后，再经压气机36升压后分为两路，一路进入第二换热器50，另一路分别流经第一回热器33和第二回热器34的低温侧，被第一回热器33和第二回热器34的高温侧介质加热后，进入第二透平37，推动第二透平37转动，带动第二发电机38进行发电，做功后的二氧化碳进入第二回热器34的高温侧再循环流通。

超临界二氧化碳循环发电系统是一种高回热度的系统。申请号为CN201210103985.1及CN201110108849.7的中国专利申请文献所公开的均是采用简单循环的发电系统，使得系统的回热量不足，大量的热量没有利用而直接从冷却器作为废热排掉，使得效率偏低，一般仅能达到20%-35%的效率，比当前蒸汽发电系统低，不具有实际推广应用的意义。而目前已提出的各类超临界二氧化碳复合循环发电系统，每一类方案都对应有一个最佳的热源温度范围，如目前应用较广的再压缩循环，就必需要将热源进出口温度控制在100-150℃才能达到高的效率。因而，本申请针对钠冷快堆500-550℃的出口温度和300-400℃的入口温度特点，设计以上所示的分级串联式复合循环，能够在钠冷快堆的进出口温度范围内，达到最高的效率，因此是具有真正推广应用前景的方案。

综上，本实用新型所述的钠冷快堆发电系统100根据热源——钠冷快堆的特点，设计所述分级串联式的复合循环回路，能够较好地匹配钠冷快堆11的进出口温度参数，实现发电效率的最优化，同时还能简化系统、缩小体积、降低成本，大幅度提高钠冷快堆的经济竞争力，避免传统钠冷快堆的钠水反应问题，提高钠冷快堆的安全性。

如上所述，可较好的实现本实用新型。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，依据本实用新型的技术实质，在本实用新型的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围之内。

Claims (5)

1.采用超临界二氧化碳工质的钠冷快堆发电系统，其特征在于，包括提供热源的钠冷快堆以及用于将热能转换成电能的三回路，所述三回路通过一第二换热器进行热交换吸收热量，所述三回路内的工质为超临界二氧化碳，所述三回路包括与所述第二换热器的二次侧相连通且能形成闭合循环回路的第三管道，所述第三管道上设有第一透平、第一发电机、第一回热器、第二回热器、冷却器、压气机、第二透平以及第二发电机，所述第一透平的入口与所述第二换热器的二次侧出口相连通，所述第一透平的出口与所述第一回热器的高温侧入口相连通，所述第一透平的输出端与所述第一发电机的输入端相连，所述第一回热器的高温侧出口与所述第二回热器的高温侧入口相连通，所述第二回热器的高温侧出口与所述冷却器的入口相连通，所述冷却器的出口与所述压气机的入口相连通，所述压气机的出口分别与所述第二换热器的二次侧入口及所述第二回热器的低温侧入口相连通，所述第二回热器的低温侧出口与所述第一回热器的低温侧入口相连通，所述第一回热器的低温侧出口与所述第二透平的入口相连通，所述第二透平的出口与所述第二回热器的高温侧入口相连通，所述第二透平的输出端与所述第二发电机的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的采用超临界二氧化碳工质的钠冷快堆发电系统，其特征在于，所述钠冷快堆发电系统还包括用于传递热量的二回路，所述二回路分别与所述钠冷快堆及所述三回路进行热交换，所述二回路与所述三回路通过所述第二换热器进行热交换。

3.根据权利要求2所述的采用超临界二氧化碳工质的钠冷快堆发电系统，其特征在于，所述钠冷快堆发电系统还包括一回路，所述一回路与所述二回路之间通过一第一换热器进行热交换，所述一回路包括与所述第一换热器的一次侧相连通并形成闭合循环回路的第一管道，所述第一管道上设有钠冷快堆，所述钠冷快堆的冷却剂为液态钠。

4.根据权利要求3所述的采用超临界二氧化碳工质的钠冷快堆发电系统，其特征在于，所述二回路包括与所述第一换热器的二次侧及所述第二换热器的一次侧相连通的两第二管道，具体地，一第二管道分别与所述第一换热器的二次侧出口及所述第二换热器的一次侧入口相连通，另一第二管道分别与所述第一换热器的二次侧入口及所述第二换热器的一次侧出口相连通。

5.根据权利要求1所述的采用超临界二氧化碳工质的钠冷快堆发电系统，其特征在于，所述钠冷快堆的出口温度为500-550℃，入口温度为300-400℃。