[发明专利]一种钠冷快堆超临界二氧化碳两级分流高效发电系统及方法

权利要求书

1.一种钠冷快堆超临界二氧化碳两级分流高效发电系统，其特征在于，包括一回路、二回路和三回路；所述一回路为反应堆(14)与钠-钠换热器(13)冷侧相连接构成的回路，二回路为钠-钠换热器(13)热侧与钠-超临界二氧化碳换热器(12)冷侧相连接构成的回路，所述三回路为含两级分流的超临界二氧化碳布雷顿循环动力系统；所述一回路和二回路通过钠-钠换热器(13)进行热量交换，将反应堆(14)产生高温热量传递给二回路的液态金属钠；二回路和三回路通过钠-超临界二氧化碳换热器(12)进行热量交换；将热量继续传递给三回路的超临界二氧化碳。

2.根据权利要求1所述的一种钠冷快堆超临界二氧化碳两级分流高效发电系统，其特征在于：所述含两级分流的超临界二氧化碳布雷顿循环动力系统包括主压缩机(1)、主压缩机拖动透平(2)、主压缩机辅助电动机(3)、再压缩机(4)、再压缩机拖动透平(5)、再压缩机辅助电动机(6)、发电透平(7)、发电机(8)、预冷器(9)、低温回热器(10)、高温回热器(11)和钠-超临界二氧化碳换热器(12)；

所述钠-超临界二氧化碳换热器(12)分为高温段(12-1)和低温段(12-2)；所述低温回热器(10)热侧超临界二氧化碳出口分为两路，一路经过预冷器(9)连通主压缩机(1)入口，主压缩机(1)出口连通低温回热器(10)冷侧入口，另一路连通再压缩机(4)入口；再压缩机(4)出口与低温回热器(10)冷侧出口汇合后，进行二级分流，一路连通高温回热器(11)冷侧入口，另一路连通钠-超临界二氧化碳换热器(12)的低温段(12-2)入口，高温回热器(11)冷侧出口与钠-超临界二氧化碳换热器(12)的低温段(12-2)汇合后连通钠-超临界二氧化碳换热器(12)的高温段(12-1)入口，钠-超临界二氧化碳换热器(12)的高温段(12-1)出口分成并联的三路，分别连通主压缩机拖动透平(2)、再压缩机拖动透平(5)和发电透平(7)后三路汇合为一路，再依次连通高温回热器(11)热侧和低温回热器(10)热侧。

3.根据权利要求2所述的一种钠冷快堆超临界二氧化碳两级分流高效发电系统，其特征在于：所述三回路中，主压缩机(1)、主压缩机拖动透平(2)和主压缩机辅助电动机(3)同轴布置，再压缩机(4)、再压缩机拖动透平(5)和再压缩机辅助电动机(6)同轴布置，发电透平(7)和发电机(8)同轴布置。

4.根据权利要求1所述的一种钠冷快堆超临界二氧化碳两级分流高效发电系统，其特征在于：所述低温回热器(10)、高温回热器(11)采用印刷电路板式换热器PCHE；所述主压缩机(1)工作在二氧化碳的临界点附近。

5.权利要求1至4任一项所述的一种钠冷快堆超临界二氧化碳两级分流高效发电系统的工作方法，其特征在于：反应堆14产生的热量将一回路液态金属钠加热，通过钠-钠换热器13将一回路液态金属钠的热量传递给二回路中的液态金属钠，随后通过钠-超临界二氧化碳换热器12再将二回路的热量传递给三回路的超临界二氧化碳；

在三回路中，低温回热器(10)热侧出口超临界二氧化碳进行一级分流并分为两路，一路超临界二氧化碳经过预冷器(9)冷却后由主压缩机(1)进行升压，升压后的超临界二氧化碳被送入低温回热器(10)冷侧进行加热，另一路超临界二氧化碳则直接进入再压缩机(4)升压；两路超临界二氧化碳在低温回热器(10)冷侧汇合后，进行二级分流，一路超临界二氧化碳进入高温回热器(11)冷侧进行加热，另一路超临界二氧化碳则进入钠-超临界二氧化碳换热器(12)的低温段(12-2)进行加热，两路超临界二氧化碳汇合后，进入钠-超临界二氧化碳换热器(12)的高温段(12-1)进行加热；产生的高温高压超临界二氧化碳分成并联的三路，分别进入主压缩机拖动透平(2)、再压缩机拖动透平(5)和发电透平(7)进行膨胀做功，三路排气汇合后，依次通过高温回热器(11)热侧和低温回热器(10)热侧进行降温；至此形成了含有两级分流的闭式动力循环。