[发明专利]模块化多用途小型氟盐冷却高温堆能量系统

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及先进核能开发与能源综合利用技术领域，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。

背景技术

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。

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。

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，然而考虑到其多用途能源供给方式、能量储存/转换与综合利用系统、专设非能动余热排出系统等一系列系统的设计和配置，目前尚没有详细的总体规划和技术路线。因此从模块化小型氟盐冷却高温堆的产能、储能、转换与利用的应用层面，细化到堆本体、储能系统和能量转换系统的设计与协同运行层面，均需要一套完整的系统配置和技术方案，来支持多用途、一体化能源方案系统的设计和建设，进而助力新丝路战略，促进西部偏远地区经济发展和国防建设。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供模块化多用途小型氟盐冷却高温堆能量系统，包括高紧凑方案和综合利用方案。两种方案都能够实现反应堆小型化、模块化、无水冷却、高效发电，其中综合利用方案可以输出700℃以上高温工艺热，既可实现能量多级利用和储存，也能用于高温制氢和矿藏开采等。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

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；