[发明专利]一种核能蒸汽-布雷顿联合循环发电系统

摘要

本发明公开了一种核能蒸汽‑布雷顿联合循环发电系统，包括核反应堆子系统、空气布雷顿循环子系统、燃气子系统和余热蒸汽循环子系统；其能量可由反应堆单独提供或由反应堆和燃气联合提供，其动力循环为由布雷顿顶循环和蒸汽底循环构成的联合循环；燃气子系统可以根据主系统功率需求开启，通过控制阀门并接入空气布雷顿循环，以满足用电高峰时功率增长的需要；空气布雷顿循环中具有排气阀，可以将高温空气直接排向蒸汽底循环，以满足用电低谷时功率降低的需要。蒸汽底循环采用余热蒸汽发生器，可以进一步回收布雷顿循环排气的余热产生蒸汽，从而提高整体系统的能量利用效率。

主权项

1.一种核能蒸汽‑布雷顿联合循环发电系统，由核反应堆子系统、空气布雷顿循环子系统、燃气子系统和余热蒸汽循环子系统组成；其特征在于：所述的核反应堆子系统(1)包括至少一个反应堆堆芯和反应堆压力容器，以及初级空气换热器(2)和次级空气换热器(3)；反应堆冷却剂出口(1.1)分别与初级空气换热器一次侧入口(2.1)和次级空气换热器一次侧入口(3.1)相连，冷却剂在空气换热器中释放热量对空气进行加热和再热；初级空气换热器一次侧出口(2.2)和次级空气换热器一次侧出口(3.2)与反应堆冷却剂入口(1.2)相连，经过释热的冷却剂回到反应堆再次被加热，形成循环；所述的空气布雷顿循环子系统包括布雷顿循环压气机(7)、高压透平(8)、低压透平(9)、初级空气换热器(2)、次级空气换热器(3)、排气阀(11)及发电机组(10)；布雷顿循环压气机出口(7.2)与初级空气换热器空气侧入口(2.3)相连，布雷顿循环过滤空气(7.1)进入布雷顿循环压气机(7)，经过加压进入初级空气换热器(2)，在初级空气换热器(2)中，高压空气与来自核反应堆子系统出口的高温冷却剂换热获得能量，温度上升；初级空气换热器空气侧出口(2.4)与高压透平入口(8.1)相连，高温空气进入高压透平(8)，经过膨胀推动汽轮机做功；高压透平出口(8.2)与次级空气换热器空气侧入口(3.3)相连，经过做功的空气进入次级空气换热器(3)再热；次级空气换热器空气侧出口(3.4)与低压透平入口(9.1)相连，再热空气进入低压透平(9)膨胀做功；高压透平(8)和低压透平(9)与布雷顿循环压气机(7)之间传动连接，同时与发电机组(10)传动连接；次级空气换热器空气侧出口(3.4)同时设置了排气阀(11)，在功率需要降低时将多余再热空气直接排入余热蒸汽循环子系统；所述的燃气子系统包括燃气子系统压气机(4)、燃烧室(5)以及燃烧室出口与低压透平(9)之间的控制阀门(6)；燃气子系统压气机出口(4.2)与燃烧室入口相连，燃气子系统过滤空气(4.1)进入燃气子系统压气机(4)，经过加压进入燃烧室(5)，同时与进入燃烧室(5)的燃料(5.1)混合燃烧，生成高温燃气；燃烧室出口(5.2)与空气布雷顿循环子系统的低压透平入口(9.1)通过控制阀门(6)连接，控制阀门(6)使燃气灵活接入空气布雷顿循环；所述的余热蒸汽循环子系统包括余热蒸汽发生器(12)、蒸汽利用装置(13)和冷却塔(14)；余热蒸汽发生器入口(12.1)接入来自空气布雷顿循环子系统排放的高温气体，包括低压透平出口(9.2)的低压空气或燃气和次级空气换热器空气侧出口(3.4)排出的再热空气，这些高温气体将余热蒸汽发生器(12)管道内的水加热至饱和或过热蒸汽(12.4)，然后进入冷却塔(14)排入大气；产生的饱和或过热蒸汽进入蒸汽利用装置(13)，然后冷凝为单相水回到余热蒸汽发生器内部管道(12.3)。