[发明专利]一种超高温气冷堆耦合碘硫循环的热电氢联产系统

说明书

本发明公开了一种超高温气冷堆耦合碘硫循环的热电氢联产系统，包括碘硫循环制氢模块、过程热提取模块、发电回路、超高温气冷堆和中间换热器，发电回路包括蒸汽发生器、高压缸、中压缸和低压缸，高压缸排汽为氢碘酸分解预热器供热，低压缸抽汽为硫酸纯化塔、硫酸浓缩塔、氢碘酸纯化塔、氢碘酸精馏塔供热。超高温气冷堆出口的高温氦气通过中间换热器将热量传递给二次侧氦气，二次侧氦气为硫酸分解器、氢碘酸分解器和蒸汽发生器供热。该热电氢联产系统中超高温气冷堆与碘硫循环耦合，可同时生产热、电、氢，实现了超高温气冷堆能量的梯级利用，满足多层次能源需求，提高了系统整体的能源利用率，为超高温气冷堆的工艺热利用系统设计提供基础。

技术领域

本发明涉及核反应堆工程以及工艺热利用技术领域，尤其涉及一种超高温气冷堆耦合碘硫循环的热电氢联产系统。

背景技术

氢气是一种具有高热值的清洁能源载体，有望在未来的能源供应中发挥日益重要的作用。氢气的广泛应用不仅能够助推我国实现碳达峰、碳中和的目标，而且有助于缓解全球的温室效应和能源危机。要实现氢气的广泛应用，需要寻求清洁、高效的大规模制氢方法。化石燃料制氢不仅会消耗化石能源，而且还会排放大量温室气体和污染物质，电解水制氢效率较低且成本高。相比之下，利用核能可以实现清洁、高效、大规模制氢，因此核能制氢有着广阔的应用前景。

超高温气冷堆是具有固有安全性的第四代先进核反应堆型，极高的反应堆出口温度可以为制氢工艺提供持续可靠的高温工艺热。碘硫循环是一种热化学制氢循环，制氢效率高且适合与超高温气冷堆耦合。目前，超高温气冷堆与碘硫循环的耦合尚处于概念设计阶段，针对耦合总体方案的研究较少，因此，有必要提出一种超高温气冷堆耦合碘硫循环的系统设计方案，以更好地实现超高温气冷堆的工艺热利用以及核能制氢。

发明内容

针对上述技术存在的化石燃料制氢不仅会消耗化石能源，而且还会排放大量温室气体和污染物质，电解水制氢效率较低且成本高的技术问题，本发明提出了一种超高温气冷堆耦合碘硫循环的热电氢联产系统。

本发明提出了一种超高温气冷堆耦合碘硫循环的热电氢联产系统，包括：

碘硫循环制氢模块，所述碘硫循环制氢模块包括Bunsen反应器，所述Bunsen反应器的输出端分别连接硫酸纯化塔和氢碘酸纯化塔，所述硫酸纯化塔下游依次设置硫酸浓缩塔和硫酸分解器，所述氢碘酸纯化塔下游依次设置电渗析装置、氢碘酸精馏塔、氢碘酸分解预热器和氢碘酸分解器；

过程热提取模块，所述过程热提取模块包括汽汽锅炉、设置在所述汽汽锅炉下游的换热器以及设置在所述换热器下游的输送泵；

发电回路，所述发电回路包括蒸汽发生器、高压缸、中压缸和低压缸，所述蒸汽发生器产生的主蒸汽用于所述过程热提取模块和所述发电回路，所述高压缸的排汽为所述氢碘酸分解预热器供热；

超高温气冷堆和中间换热器，所述超高温气冷堆出口的高温氦气通过所述的中间换热器将热量传递给二次侧氦气，所述中间换热器的所述二次侧氦气为所述硫酸分解器、所述氢碘酸分解器和所述蒸汽发生器供热。

在一些实施例中，用于所述发电回路的所述主蒸汽先进入所述高压缸膨胀做功，然后进入所述蒸汽发生器再热形成再热蒸汽，所述再热蒸汽进入所述中压缸膨胀做功，所述中压缸的排汽进入所述低压缸膨胀做功；用于所述过程热提取模块的所述主蒸汽进入所述汽汽锅炉中加热给水产生用于过程热用户的高品质蒸汽，所述汽汽锅炉的乏汽经所述换热器换热和所述输送泵加压后成为给水进入所述蒸汽发生器循环。

在一些实施例中，所述主蒸汽的压强为24-24.5MPa，所述主蒸汽和所述再热蒸汽的温度为550℃-600℃。

在一些实施例中，所述发电回路还包括除氧器、给水泵和高压给水加热器，流经所述除氧器的水经所述给水泵加压和所述高压给水加热器加热后重新进入所述蒸汽发生器进行循环。