[发明专利]一种闭式空气布雷顿-有机朗肯联合循环系统

说明书

本发明公开了一种闭式空气布雷顿‑有机朗肯联合循环系统，主要应用于可移动小型核电源动力循环发电领域中。该系统包含低压压缩机、中间冷却器、高压压缩机、空气回热器、高温热源、高压透平、再热热源、低压透平、发电机、分流阀、ORC换热器、ORC透平、ORC回热器、冷却器和泵。本发明系统通过调整分流阀开度，匹配两种发电子系统的输出功率，使系统在不同负荷要求下灵活分配联合循环子系统之间的功率分配，提高了系统的安全可靠性和变负荷灵活性。

技术领域

本发明涉及一种布雷顿联合循环系统，特别涉及一种闭式空气布雷顿循环及有机朗肯联合循环系统。

背景技术

可移动堆作为一种小型核电源，具有模块化设计、可灵活机动部署和离网长期独立运行的特点，适合用作边远地区、极地科考站和孤岛供电，也可在紧急情况下作为备用电源对局部电网提供电力保障。现有的闭式超临界二氧化碳和氦气布雷顿循环系统，具有比空气循环更高的效率，但是在供应极端紧缺的时期或地区，动力系统可能会因工质泄露而导致工质紧缺，影响机组长期稳定运行。开式空气循环具有结构简单，透平技术成熟等优点，但是相比之下闭式空气循环具有循环效率更高，设备尺寸更小，整体系统更加紧凑的优点。单纯采用布雷顿循环动力系统，循环效率较低，冷端损失大，同等功率水平发电核燃料消耗量更大，不利于延长反应堆寿命。因此本发明提出采用闭式空气布雷顿循环配合有机朗肯循环作为小型堆核动力系统的热电转换系统。

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出一种闭式空气布雷顿-有机朗肯联合循环系统，能够保障可移动堆核电源长期安全稳定高效灵活运行。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种闭式空气布雷顿-有机朗肯联合循环系统，包含两个子系统：闭式空气布雷顿循环子系统和有机朗肯循环子系统；所述闭式空气布雷顿循环子系统包括：低压压缩机1、中间冷却器2、高压压缩机3、空气回热器4、高温热源5、高压透平6、再热热源7、低压透平8、发电机9、ORC换热器10、分流阀16和第二冷却器17；所述有机朗肯循环子系统包括：ORC换热器10、ORC透平11、ORC回热器12、第一冷却器13、泵14和发电机15；

在闭式空气布雷顿循环子系统中：低压空气在低压压缩机1中被压缩，低压压缩机1出口与中间冷却器2进口相连，中压空气在中间冷却器2中被冷却，中间冷却器2的出口与高压压缩机3入口相连，中压空气在高压压缩机3中被压缩成高压空气，高压压缩机3出口与空气回热器4的冷侧进口4.1相连，空气回热器4为间壁式逆流换热器，在空气回热器4中高压空气被低压透平8排出的低压空气加热，高压空气由冷侧出口4.2排出并进入高温热源5进一步加热，高温热源5出口与高压透平6进口相连，高温高压空气推动高压透平6做功，高压透平6通过轴与低压压缩机1和高压压缩机3相连，并驱动两者压缩空气，高压透平出口与再热热源7进口相连，再热热源7出口与低压透平8进口相连，高温中压空气推动低压透平8做功，低压透平8通过轴与发电机9相连，并驱动发电机9运转，低压透平8的排气由热侧进口4.3进入空气回热器4，在空气回热器4中低压空气被高压压缩机3排出的高压空气冷却，空气回热器4的热侧出口4.4和分流阀16进口相连，分流阀16用于控制进入ORC换热器10和第二冷却器17中余热空气流量，分流阀16的第一出口16.1与ORC换热器10的热侧进口10.1相连，ORC换热器10采用间壁式逆流换热器，在ORC换热器10中低压空气被ORC工质进一步冷却，ORC换热器10的热侧出口10.2与低压压缩机1进口相连，分流阀16的第二出口16.2与冷却器17进口相连，空气在第二冷却器17中被冷却，第二冷却器17出口与低压压缩机1进口相连；