[发明专利]一种高温气冷堆梯级利用的发电供热装置及方法

说明书

本发明提供的一种高温气冷堆梯级利用的发电供热装置及方法，包括高温气冷堆、高温取热器、二氧化碳透平、二氧化碳循环单元和低温工业热源驱动单元，本发明首先利用高品位的高温气冷堆热量进行二氧化碳循环发电，进一步提高了发电效率，实现了高品位高温气冷堆热量的有效利用；利用发电后的温度为400℃左右的氦气余热和回热器中的高温二氧化碳驱动吸收式热泵中的发生器，实现了对低温工业余热品位的提升，提高了低温工业余热的利用效率；本装置中的二氧化碳发电系统体积紧凑，占地空间小，降低了高温气冷堆利用系统的整体体积和成本。

技术领域

本发明属于发电领域，具体涉及一种高温气冷堆梯级利用的发电供热装置及方法。

背景技术

高温堆是具有固有安全性的第四代反应堆，相对于第三代核电技术有着布置灵活、热效率高、安全性好、系统简单等特点，是未来实现碳达峰碳中和的有效途径，尤其在热电联产、高温热利用方面具有广阔的应用前景。国内外均针对高温气冷堆的发展规划进行了相应部署，目前，高温气冷堆的并网发电示范已经在我国稳步开展并取得重要成果。

高温气冷堆一次回路出口的氦气温度达到750℃以上，目前对于高温气冷堆热量的利用一般为产生高温高压蒸汽。除了常规的基于蒸汽机组的热电联产应用之外，高温气冷堆出口的高温氦气也可以用于其他高温热利用场景，比如碘硫制氢、氦气透平发电以及超临界二氧化碳布雷顿循环发电。碘硫制氢循环主要包含本生反应及酸液分离、碘化氢浓缩与分解、硫酸浓缩与分解，其中第三步反应温度为800～900℃，因此需要高温气冷堆氦气温度达到950℃左右。氦气透平发电循环的研究主要集中在循环形式和循环效率上，包括整体布雷顿循环和联合循环、进出口温度参数影响等。

而目前高温气冷堆直接用于蒸汽热电联产有如下问题：

1、高温气冷堆一次介质出口温度750℃，可采用更高效率的循环方式。

2、高温气冷堆机组体积相对较小，相比而言蒸汽循环机组体积较大，配套建设成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温气冷堆梯级利用的发电供热装置及方法，解决了现有技术中存在的上述不足。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种高温气冷堆梯级利用的发电供热装置，包括高温气冷堆、高温取热器、二氧化碳透平、二氧化碳循环单元和低温工业热源驱动单元，其中，高温气冷堆的高温介质出口连接高温取热器上设置的高温介质入口；所述高温取热器上设置的超临界二氧化碳出口连接二氧化碳透平的超临界二氧化碳入口；

所述二氧化碳透平的低温二氧化碳出口连接二氧化碳循环单元的入口，所述二氧化碳循环单元上设置有热网回水入口、热网供水出口和二氧化碳出口，其中，所述二氧化碳出口连接高温取热器上设置的二氧化碳入口；所述热网供水出口连接热网供水设备；

所述高温取热器上设置的高温循环介质出口连接低温工业热源驱动单元上设置的高温循环介质入口，所述低温工业热源驱动单元上设置有热网回水入口和热网供水出口，其中，所述热网供水出口连接热网供水设备。

优选地，所述二氧化碳循环单元包括二氧化碳低温回热器、二氧化碳高温回热器、二氧化碳冷却器和二氧化碳压缩机，其中，所述二氧化碳透平的低温二氧化碳出口连接二氧化碳高温回热器上设置的低温侧入口，所述二氧化碳高温回热器上的低温侧出口分为两路，一路连接二氧化碳低温回热器的低温侧入口，另一路连接低温工业热源驱动单元的二氧化碳入口；所述二氧化碳低温回热器的低温侧出口连接二氧化碳冷却器的二氧化碳入口，所述二氧化碳冷却器的二氧化碳出口依次经过二氧化碳压缩机和二氧化碳低温回热器连接二氧化碳高温回热器；

所述二氧化碳冷却器上设置有热网回水入口和热网供水出口，所述热网供水出口连接热网供水设备。