一种核电联合循环系统的制作方法

1.本实用新型属于高温气冷堆领域，涉及一种核电联合循环系统。


背景技术：

2.高温气冷堆具有固有安全、模块化设计与建造和多用途等特性，被认为是最有前途的第四代反应堆堆型。技术上，高温气冷堆可以取消场外应急，具备替代关停退役中小火电厂老旧机组能力。但目前高温气冷堆大部分是通过透平单循环的形式进行发电，发电效率差。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种核电联合循环系统，提出核能驱动的联合循环发电系统，有效提高核电站发电效率。
4.为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
5.一种核电联合循环系统，包括核反应堆单元、超临界二氧化碳发电单元和朗肯循环发电单元；
6.核反应堆单元包括反应堆和第一换热器，反应堆的气体出口与第一换热器热端入口连接，第一换热器热端出口与反应堆的气体入口连接；第一换热器的冷端连接超临界二氧化碳发电单元的输入热源端；超临界二氧化碳发电单元的输出热源端连接朗肯循环发电单元输入热源端。
7.优选的，超临界二氧化碳发电单元包括二氧化碳透平、第二换热器和第一换冷器，第一换热器的冷端出口依次连接二氧化碳透平、第二换热器热端、第一换冷器热端和第一换热器的冷端入口，第二换热器冷端连接朗肯循环发电单元输入热源端。
8.进一步，第一换冷器热端和第一换热器的冷端入口之间设置有增压装置。
9.进一步，第一换冷器热端和第一换热器的冷端入口之间设置有第三换热器，第一换冷器热端和第一换热器的冷端入口分别连接第三换热器的冷端入口和冷端出口。
10.再进一步，朗肯循环发电单元包括透平和第二换冷器，透平的入口连接第二换热器冷端出口，透平的出口连接第二换冷器入口，第二换冷器的出口连接第二换热器冷端入口。
11.再进一步，透平的出口与第三换热器的热端入口相连，第三换热器的热端出口与第二换冷器的入口相连。
12.再进一步，第二换冷器的出口连接第二换热器冷端之间设置有加压泵。
13.优选的，朗肯循环发电单元内的发电工质为水。
14.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
15.本实用新型提出核能驱动的超临界二氧化碳循环与朗肯循环构建的联合循环发电系统，很大程度上提升了高温气冷堆的发电效率；并且有效利用超临界二氧化碳布雷顿循环的排汽余热，作为朗肯循环的热源，提高能量利率。
16.进一步朗肯循环的排汽余热为超临界二氧化碳循环第三换热器提供热源，提高能量利用效率。
附图说明
17.图1为本实用新型的系统结构示意图。
18.其中：1-反应堆；2-第一换热器；3-二氧化碳透平；4-第二换热器；5-第一换冷器；6-增压装置；7-第三换热器；8-透平；9-第二换冷器；10-加压泵。
具体实施方式
19.下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
20.如图1所示，为本实用新型所述的核电联合循环系统，包括核反应堆单元、超临界二氧化碳发电单元、朗肯循环发电单元。
21.核反应堆单元：从反应堆1出来的高温氦气进入第一换热器2，对超临界二氧化碳进行加热，将核能转化为高温热能，然后将超临界二氧化碳工质输送给超临界二氧化碳发电单元。
22.超临界二氧化碳发电单元用于将核反应堆单元的高温热能加热工质超临界二氧化碳，通过透平与发电机组将接收的热能转化为电能并输出。超临界二氧化碳发电单元包括：二氧化碳透平3、第二换热器4、第一换冷器5、增压装置6、第三换热器7。第一换热器2的二氧化碳出口与二氧化碳透平3的入口相连，二氧化碳透平3的出口与第二换热器4的热端入口相连，第二换热器4的热端出口与第一换冷器5的入口相连，第一换冷器5的出口与增压装置6的入口相连，增压装置6的出口与第三换热器7的二氧化碳入口相连，第三换热器7的二氧化碳出口与第一换热器2的二氧化碳入口相连。
23.流程描述：超临界二氧化碳工质进入第一换热器2冷端被氦气加热，然后高温高压工质超临界二氧化碳进入二氧化碳透平3做功发电，出口超临界二氧化碳进入第二换热器4热端加热朗肯循环的工质水，然后进入第一换冷器5中冷凝，然后在增压装置6中被加压，出口的二氧化碳在第三换热器7冷端中被朗肯循环发电单元的排汽预热，然后进入第一换热器2冷端中继续循环。
24.朗肯循环发电单元包括：透平8、第二换冷器9和加压泵10。第二换热器4的冷端出口与透平8的入口相连，透平8的出口与第三换热器7的热端入口相连，第三换热器7的热端出口与第二换冷器9的入口相连，第二换冷器9的出口与加压泵10的入口相连，加压泵10的出口与第二换热器4的冷端入口相连。
25.流程描述：朗肯循环发电单元以超临界二氧化碳发电单元的二氧化碳透平3排汽为热源，在第二换热器4冷端被二氧化碳透平3排汽加热的水工质进入透平8做功发电，透平8的排汽进入第三换热器7热端，作为第三换热器7的热源，随后进入第二换冷器9冷凝，然后在加压泵10中升压输送至第二换热器4冷端中继续循环。
26.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。


技术特征：
1.一种核电联合循环系统，其特征在于，包括核反应堆单元、超临界二氧化碳发电单元和朗肯循环发电单元；核反应堆单元包括反应堆(1)和第一换热器(2)，反应堆(1)的气体出口与第一换热器(2)热端入口连接，第一换热器(2)热端出口与反应堆(1)的气体入口连接；第一换热器(2)的冷端连接超临界二氧化碳发电单元的输入热源端；超临界二氧化碳发电单元的输出热源端连接朗肯循环发电单元输入热源端。2.根据权利要求1所述的核电联合循环系统，其特征在于，超临界二氧化碳发电单元包括二氧化碳透平(3)、第二换热器(4)和第一换冷器(5)，第一换热器(2)的冷端出口依次连接二氧化碳透平(3)、第二换热器(4)热端、第一换冷器(5)热端和第一换热器(2)的冷端入口，第二换热器(4)冷端连接朗肯循环发电单元输入热源端。3.根据权利要求2所述的核电联合循环系统，其特征在于，第一换冷器(5)热端和第一换热器(2)的冷端入口之间设置有增压装置(6)。4.根据权利要求2所述的核电联合循环系统，其特征在于，第一换冷器(5)热端和第一换热器(2)的冷端入口之间设置有第三换热器(7)，第一换冷器(5)热端和第一换热器(2)的冷端入口分别连接第三换热器(7)的冷端入口和冷端出口。5.根据权利要求4所述的核电联合循环系统，其特征在于，朗肯循环发电单元包括透平(8)和第二换冷器(9)，透平(8)的入口连接第二换热器(4)冷端出口，透平(8)的出口连接第二换冷器(9)入口，第二换冷器(9)的出口连接第二换热器(4)冷端入口。6.根据权利要求5所述的核电联合循环系统，其特征在于，透平(8)的出口与第三换热器(7)的热端入口相连，第三换热器(7)的热端出口与第二换冷器(9)的入口相连。7.根据权利要求5所述的核电联合循环系统，其特征在于，第二换冷器(9)的出口连接第二换热器(4)冷端之间设置有加压泵(10)。8.根据权利要求1所述的核电联合循环系统，其特征在于，朗肯循环发电单元内的发电工质为水。

技术总结
本实用新型公开了一种核电联合循环系统，包括核反应堆单元、超临界二氧化碳发电单元和朗肯循环发电单元；核反应堆单元包括反应堆和第一换热器，反应堆的气体出口与第一换热器热端入口连接，第一换热器热端出口与反应堆的气体入口连接；第一换热器的冷端连接超临界二氧化碳发电单元的输入热源端；超临界二氧化碳发电单元的输出热源端连接朗肯循环发电单元输入热源端。提出核能驱动的超临界二氧化碳循环与朗肯循环构建的联合循环发电系统，有效提高核电站发电效率。核电站发电效率。核电站发电效率。


技术研发人员：彭烁 周贤 钟迪 姚国鹏 黄永琪 安航 白烨 蔡浩飞 王会
受保护的技术使用者：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2022/4/13