[发明专利]适应氟盐高温堆温度调控的超临界二氧化碳循环系统及方法

说明书

本发明公开了适应氟盐高温堆温度调控的超临界二氧化碳循环系统及方法，该系统包含池式结构的氟盐冷却高温堆以及高温再热与高低温换热器串联的超临界二氧化碳能量转换系统，利用池式结构的空间特点，布置多级加热器和再热器在氟盐堆内，高度匹配该高温热源的温度区间，实现熔盐热量的充分利用，提高循环效率；还可以通过改变二氧化碳侧流量实现对氟盐温度的智能控制，大大降低堆侧调控难度。本发明系统及方法，有助于推动我国小型化新型能量转换系统的发展。

技术领域

本发明属于新型能量转换系统设计领域，具体涉及适应氟盐高温堆温度调控的超临界二氧化碳循环系统及方法。

背景技术

氟盐冷却高温堆具有高温低压运行、无水冷却、固有安全、结构紧凑等特点，适合建成体积小、轻量化、低成本的模块化热源，用于高效发电及其他高温工艺，满足我国西部干旱偏远地区多用途、多层次能源供给的需求。而超临界二氧化碳循环因其效率高，紧凑性好，适用性广，环境友好等优点成为极具潜力的新型能量转换系统，可以耦合光热、核反应堆、化石燃料等多种热源，能够在复杂环境和场景下实现高效能量转换。

氟盐冷却高温堆和超临界二氧化碳能量转换系统特点契合，但目前针对这二者的研究都相对独立，氟盐冷却高温堆耦合超临界二氧化碳能量转换系统以及通过调整二氧化碳侧去调控堆侧温度方面的研究还尚处于空白。

发明内容

为了克服上述现有研究的空缺，本发明的目的在于提供适应氟盐高温堆温度调控的超临界二氧化碳循环系统及方法，该系统以包含池式结构的氟盐冷却高温堆作为循环系统的热源，利用池式结构的空间特点，布置多级加热器和再热器在氟盐堆内，高度匹配该高温热源的温度区间，实现熔盐热量的充分利用，提高循环效率；另外，通过调整分流阀开度改变进入不同换热器的二氧化碳侧流量实现对氟盐温度的智能控制，大大降低了回流温度的控制难度。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

适应氟盐高温堆温度调控的超临界二氧化碳循环系统，包括池式结构的氟盐冷却高温堆以及高温再热与高低温换热器串联的超临界二氧化碳能量转换系统，利用池式结构的空间特点，将多个换热器即高温加热器1-2、再热器1-3和低温加热器1-4布置在氟盐冷却高温堆内以实现熔盐热量的充分利用，同时通过调节分流阀16的开度实现对熔盐回流温度的适度控制，保证氟盐冷却高温堆本体的安全稳定；

所述池式结构的氟盐冷却高温堆包括氟盐冷却高温堆堆芯1-1，高温加热器 1-2、再热器1-3和低温加热器1-4；

所述高温再热与高低温换热器串联的超临界二氧化碳能量转换系统包括依次相连的预冷器8、第一级主压缩机10、级间冷却器9、第二级主压缩机12、低温回热器7、中温回热器6、高温回热器5、高温高压透平15、高温低压透平14；还包括低温透平13和再压缩机11；

所述对熔盐回流温度的适度调控运行方式：调整分流阀16开度能够改变进入高温回热器5冷侧和低温加热器1-4冷侧的二氧化碳流量比例，进入高温回热器5的二氧化碳依次通过高温加热器1-2、高温高压透平15和再热器1-3，因此通过调整分流阀16开度能够改变进入低温加热器1-4、高温加热器1-2和再热器 1-3的二氧化碳流量比例，实现氟盐出口温度的调控；当进入低温加热器1-4的流量更大时，氟盐出口温度会升高，当进去高温加热器1-2和再热器1-3的流量更大时，氟盐出口温度会降低。

所述氟盐冷却高温堆堆芯1-1工质入口与多个换热器热侧工质出口相连通，氟盐冷却高温堆堆芯1-1工质出口与多个换热器热侧工质入口相连通，高温加热器1-2冷侧工质出口与高温高压透平15入口相连通，高温加热器1-2热侧工质出口与再热器1-3热侧工质入口相连通，再热器1-3热侧工质出口与低温加热器 1-4热侧工质入口相连通；低温加热器1-4冷侧工质出口与低温透平13入口相连，再热器1-3冷侧工质出口与高温低压透平14入口相连，再热器1-3冷侧工质入口与高温高压透平15出口相连通；