一种高温气冷堆二氧化碳发电的系统的制作方法

1.本实用新型属于核电技术领域，具体涉及一种高温气冷堆二氧化碳发电的系统。


背景技术：

2.目前高温气冷堆示范电站利用直流蒸发器将反应堆产生的热量加热水，产生蒸汽，推动汽轮机发电的。
3.该系统存在以下一些问题：
4.(1)该系统结构复杂，特别是直流蒸发器制造、运行困难。
5.(2)目前在建的高温气冷堆核电站示范工程，蒸发器换热管内为14mpa、570℃的蒸汽，换热管外为7mpa、750℃的带有放射性石墨粉尘的氦气，换热管在运行中泄漏后危害很大。
6.(3)换热管故障后没有换管的手段，一根换热管在大负荷下的泄露将会损伤临近换热管，大量换热管的损伤将影响机组出力，甚至使得蒸发器报废。
7.(4)在启动停止阶段、干湿态转换阶段均存在蒸发器入口给水流量温度、流量难以控制，蒸发器出口压力波动大，主蒸汽温度变化剧烈，影响到蒸发器及汽轮机运行安全。
8.(5)在事故停堆后机组需要长时间冷却才能再次建立水循环启动，影响到机组的可用性及经济性。


技术实现要素：

9.本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供了一种高温气冷堆二氧化碳发电的系统。
10.为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案来实现的：
11.一种高温气冷堆二氧化碳发电的系统，包括氦
‑
二氧化碳换热器、透平机和压缩机；其中，
12.氦
‑
二氧化碳换热器的第一出口接在透平机的入口，透平机的出口接在压缩机的入口，压缩机的出口接在氦
‑
二氧化碳换热器的入口。
13.本实用新型进一步的改进在于，包括发电机、电动机和离合器；其中，
14.发电机与透平机的一端同轴设置，电动机通过离合器与压缩机的另一端同轴设置。
15.本实用新型进一步的改进在于，透平机的另一端轴和压缩机的另一端轴连接起来同轴设置。
16.本实用新型进一步的改进在于，包括压力容器；氦
‑
二氧化碳换热器的第二出口接在压力容器的入口，压力容器的出口接在氦
‑
二氧化碳换热器的第二入口。
17.本实用新型进一步的改进在于，氦气为氦
‑
二氧化碳换热器和压力容器组成的一回路的冷却剂。
18.本实用新型进一步的改进在于，二氧化碳为氦
‑
二氧化碳换热器、透平机和压缩机
组成的二回路的中间介质。
19.与现有技术相比，本实用新型至少具有如下有益的技术效果：
20.本实用新型提供的一种高温气冷堆二氧化碳发电的系统，该系统与目前通常使用的系统比起来有以下几方面明显的优点：
21.1)二氧化碳属于惰性气体，与一回路的氦气及石墨粉尘均不会发生化学反应，工质安全性有充分保障。
22.2)超临界二氧化碳发电循环全工况范围无相变，一、二回路换热器为气
‑
气(氦气
‑
超临界二氧化碳)换热器，避免了干湿态转化，避免了启停和运行过程的两相流流动不稳定性等问题，从机理上极大程度的规避了换热器流致振动的问题。
23.3)超临界二氧化碳发电循环在高温度参数条件下，效率优势更为显著，与高温气冷堆的定位更加契合。在600℃等级，净效率可以水工质循环提高3
‑
5个点，700℃等级，净效率可以水工质循环提高6
‑
8个点。
附图说明
24.图1为本实用新型一种高温气冷堆二氧化碳发电的系统的结构框图。
25.附图标记说明：
26.1、氦
‑
二氧化碳换热器，2、电动机，3、压缩机，4、离合器，5、透平机，6、发电机， 7、压力容器。
具体实施方式
27.以下结合附图和实施例对本实用新型做出进一步的说明。
28.如图1所示，本实用新型提供的一种高温气冷堆二氧化碳发电的系统，包括氦
‑
二氧化碳换热器1、电动机2、压缩机3、离合器4、透平机5、发电机6和压力容器7。其中，氦
‑
二氧化碳换热器1的第一出口接在透平机5的入口，透平机5的出口接在压缩机3的入口，压缩机3的出口接在氦
‑
二氧化碳换热器1的入口。发电机6与透平机5的一端同轴设置，电动机2通过离合器4与压缩机3的另一端同轴设置。透平机5的另一端轴和压缩机3的另一端轴连接起来同轴设置。氦
‑
二氧化碳换热器1的第二出口接在压力容器7的入口，压力容器7 的出口接在氦
‑
二氧化碳换热器1的第二入口。
29.优选的，氦气为氦
‑
二氧化碳换热器1和压力容器7组成的一回路的冷却剂。二氧化碳为氦
‑
二氧化碳换热器1、透平机5和压缩机3组成的二回路的中间介质。
30.本实用新型提供的一种高温气冷堆二氧化碳发电的方法，包括以下步骤：
31.在高温气冷堆二氧化碳发电的系统启动初期，电动机2通过离合器4带动压缩机3和透平机5，驱动二回路内的二氧化碳循环；
32.随着高温气冷堆临界及功率的提升，一回路内的氦气通过氦
‑
二氧化碳换热器1将热量传递给二回路的二氧化碳，氦
‑
二氧化碳换热器1第一出口二氧化碳温度提高，二氧化碳在透平机5做功，当透平机5做功大于电动机2的功率后，离合器4脱开，电动机停止；
33.氦
‑
二氧化碳换热器1第一出口二氧化碳在透平机5内做功后，温度、压力降低，通过压缩机3将气体压力提高，使系统内的循环能够持续进行。
34.优选的，通过控制高温气冷堆功率提升的速度，进而控制氦
‑
二氧化碳换热器1第
一出口二氧化碳的温度提升速度，进而控制透平机5转速，当透平机5转速稳定到3000rpm以后，发电机6发电并网。
35.优选的，提高反应堆功率，发电机6发电负荷增加，降低反应堆功率，发电机6发电负荷减小，发电负荷根据需要增加或减少。
36.优选的，当因任何原因，发电系统需要停止时，电动机2启动，为系统提供动力，满足机组停机的需要。
37.目前在建的高温气冷堆示范工程，反应堆一回路出口氦气温度为750℃，压力为7mpa，将该参数的氦气引入“氦
‑
二氧化碳”换热器，二氧化碳出口温度可以达到700℃以上。二氧化碳的压力一方面通过二氧化碳压缩机达到20mpa以上，另一方面通过提高温度提高压力，可以将二氧化碳提高到超临界压力以上。通过高温气冷堆与二氧化碳透平结合形成的发电机组，可以实现超超临界核能发电机组，机组效率达到50％以上，远高于现有的高温气冷堆水汽发电、压水堆发电。


技术特征：
1.一种高温气冷堆二氧化碳发电的系统，其特征在于，包括氦
‑
二氧化碳换热器(1)、透平机(5)和压缩机(3)；其中，氦
‑
二氧化碳换热器(1)的第一出口接在透平机(5)的入口，透平机(5)的出口接在压缩机(3)的入口，压缩机(3)的出口接在氦
‑
二氧化碳换热器(1)的入口。2.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆二氧化碳发电的系统，其特征在于，包括发电机(6)、电动机(2)和离合器(4)；其中，发电机(6)与透平机(5)的一端同轴设置，电动机(2)通过离合器(4)与压缩机(3)的另一端同轴设置。3.根据权利要求2所述的一种高温气冷堆二氧化碳发电的系统，其特征在于，透平机(5)的另一端轴和压缩机(3)的另一端轴连接起来同轴设置。4.根据权利要求2所述的一种高温气冷堆二氧化碳发电的系统，其特征在于，包括压力容器(7)；氦
‑
二氧化碳换热器(1)的第二出口接在压力容器(7)的入口，压力容器(7)的出口接在氦
‑
二氧化碳换热器(1)的第二入口。5.根据权利要求4所述的一种高温气冷堆二氧化碳发电的系统，其特征在于，氦气为氦
‑
二氧化碳换热器(1)和压力容器(7)组成的一回路的冷却剂。6.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆二氧化碳发电的系统，其特征在于，二氧化碳为氦
‑
二氧化碳换热器(1)、透平机(5)和压缩机(3)组成的二回路的中间介质。

技术总结
本实用新型公开了一种高温气冷堆二氧化碳发电的系统，该系统包括氦


技术研发人员：马晓珑 李红智 梁法光 韩传高 姚明宇 张瑞祥 姚尧 刘俊峰 李康 余俨 常重喜 叶林 彭伟超 徐校飞 于德
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：2021.02.07
技术公布日：2021/11/9