1.一种用于聚变堆的超临界二氧化碳功率循环系统,其特征在于,包括超临界二氧化碳(supercriticalcarbondioxide,以下简称s-co2)回路(1)、低温回热器(2)、控制阀(3)、流量计(4)、冷却器(5)、常温压缩机(6)、中温压缩机(7)、第一压力水/s-co2换热器(8)、偏滤器(9)、第一水冷回路(10)、真空室(11)、第二水冷回路(10’)、第二压力水/s-co2换热器(8’)、中温回热器(12)、高温回热器(13)、包层(14)、氦冷回路(15)、氦/s-co2换热器(16)、透平(17)和电网(18);其中,低温回热器(2)低压侧出口段经s-co2回路(1)通过t形管分为两条支路,一条支路联接于冷却器(5)入口,控制阀(3)和流量计(4)安装于冷却器(5)入口段,冷却器(5)出口端联接至常温压缩机(6),常温压缩机(6)出口段通过t形管分别联接于第一压力水/s-co2换热器(8)的s-co2侧入口和低温回热器(2)的高压侧入口,s-co2回路(1)t形管的另一条支路联接于中温压缩机(7)入口;偏滤器(9)压力水出口联接于第一水冷回路(10),第一水冷回路(10)出口联接于第一压力水/s-co2换热器(8)的压力水入口,第一压力水/s-co2换热器(8)压力水出口联接于偏滤器(9)的压力水入口;第一压力水/s-co2换热器(8)的s-co2高压侧出口联接于第二压力水/s-co2换热器(8’)的s-co2高压侧入口,第二压力水/s-co2换热器(8’)的s-co2高压侧出口段与低温回热器(2)高压侧出口段经t形管联接至中温回热器(12)的高压侧入口;真空室(11)压力水出口联接于第二水冷回路(10’),第二水冷回路(10’)压力水出口联接于第二压力水/s-co2换热器(8’)的压力水入口,第二压力水/s-co2换热器(8’)压力水出口联接于真空室(11)压力水入口;中温压缩机(7)出口段与中温回热器(12)高压侧出口段通过t形管联接于高温回热器(13)高压侧入口,高温回热器(13)高压侧出口段联接于氦/s-co2换热器(16)的s-co2入口,氦/s-co2换热器(16)的氦出口联接于氦冷回路(15),氦冷回路(15)的出口联接于包层(14)的氦气入口,包层(14)的氦气出口联接于氦/s-co2换热器(16)的氦气入口,氦/s-co2换热器(16)的s-co2出口段联接于透平(17)的入口端,透平(17)的出口端联接于高温回热器(13)低压侧入口,高温回热器(13)低压侧出口联接于中温回热器(12)的低压侧入口,中温回热器(12)的低压侧出口联接于低温回热器(2)低压侧入口,透平(17)产生的电输送至电网(18)。
2.根据权利要求1所述的一种用于聚变堆的超临界二氧化碳功率循环系统,其特征在于:所述低温回热器(2)低压侧流出的s-co2通过t形管分为两条支路,一条支路流入冷却器(5),冷却至33℃以满足常温压缩机(6)的要求,升温升压后用于低温回热器(2)高压侧换热和冷却偏滤器(9)和真空室(11)的核热,其质量流率仅占总质量流率的20%,从而大大降低了冷却全部s-co2工质所耗费的能量和对冷却设备的高需求,极大地提高了系统热效率。
3.根据权利要求1所述的一种用于聚变堆的超临界二氧化碳功率循环系统,其特征在于:所述低温回热器(2)低压侧s-co2的温度应高于高压侧,以免形成两侧负温差效应,即当高压侧温度大于低压侧时,由于传热方向相反损失能量而降低热效率,且两侧温差不宜过大,以免给回热壁面造成过高的热应力,经低温回热器(2)换热后,低压侧s-co2降温而高压侧s-co2升温,提高了热循环利用效率。
4.根据权利要求1所述的一种用于聚变堆的超临界二氧化碳功率循环系统,其特征在于:所述中温回热器(12)低压侧s-co2进一步加热了由偏滤器(9)和真空室(11)升温后的高压侧s-co2,且两侧温差满足非负温差和尽量低的热梯度要求,避免了回热壁面过高的热应力,经中温回热器(12)换热后,低压侧s-co2降温而高压侧s-co2升温,提高了热循环利用效率。
5.根据权利要求1所述的一种用于聚变堆的超临界二氧化碳功率循环系统,其特征在于:经中温压缩机(7)升温升压的s-co2与中温回热器(12)高压侧汇合,在高温回热器(13)内换热,低压侧s-co2降温而高压侧s-co2进一步升温,使流入包层(14)的冷却剂s-co2入口温度大于300℃,且两侧温差满足非负温差和尽量低的热梯度要求,避免了回热壁面过高的热应力,极大地提高了热循环利用效率。
6.一种用于聚变堆的超临界二氧化碳功率循环方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤s1:s-co2由低温回热器(2)降温后由低压侧流入s-co2回路(1),通过t形管分为两条支路,一条支路流入冷却器(5),由控制阀(3)和流量计(4)控制和显示质量流率,通过冷却器(5)进一步降温后流入常温压缩机(6),由其升高温度和压力至预定值后通过t形管分别流入低温回热器(2)高压侧和第一压力水/s-co2换热器(8),低温回热器(2)内高、低压两侧s-co2换热,第一压力水/s-co2换热器(8)内低温s-co2与经第一水冷回路(10)的冷却偏滤器(9)核热产生的高温压力水换热;
步骤s2:由第一压力水/s-co2换热器(8)升温后的s-co2流入第二压力水/s-co2换热器(8’),在其内s-co2与经第二水冷回路(10’)的冷却真空室(11)核热产生的高温压力水换热;
步骤s3:低温回热器(2)和第二压力水/s-co2换热器(8’)升温后的s-co2经t形管汇合后流入中温回热器(12)高压侧,在其内高、低压两侧s-co2换热;
步骤s4:s-co2回路(1)t形管的另一条支路中的s-co2流入中温压缩机(7),由其升高温度和压力至预定值后与中温回热器(12)升温后的s-co2通过t形管汇合后流入高温回热器(13),在其内高、低压两侧s-co2换热;
步骤s5:高温回热器(13)高压侧s-co2流入氦/s-co2换热器(16),在其内s-co2与经氦冷回路(15)的冷却包层(14)核热产生的高温氦气换热,氦/s-co2换热器(16)流出升至高温的s-co2进入透平(17)发电,产生的电力输送至电网(18);
步骤s6:通过透平(17)发电后的s-co2降温、降压后流入高温回热器(13)低压侧入口,换热降温后由高温回热器(13)低压侧出口流入中温回热器(12)的低压侧入口,再次换热降温后由中温回热器(12)的低压侧出口流入低温回热器(2)低压侧入口,第三次换热降温后由低温回热器(2)低压侧出口输出,形成s-co2循环。