[發明專利]一種利用液態金屬磁流體為工質的核能發電系統

無效

• 申請號: 201210034096.4
• 申請日: 2012-02-15
• 公開（公告）號: CN102592693A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 周濤;張蕾;洪德訓;李精精
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G21D7/02
• 分類號: G21D7/02;H02N3/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術領域

本發明屬于核能和磁流體發電技術領域，具體涉及一種利用液態金屬磁流體為工質的核能發電系統。

背景技術

磁流體發電機是二十世紀五十年代后期才開始研究的一種新型發電方法，磁流體發電機的原理與普通發電機原理相同，都是電磁感應定律，運動導體切割磁力線而產生感應電動勢和感生電流。

磁流體發電機主要有兩種形式，高溫等離子氣體磁流體發電機和液態金屬磁流體發電機(Liquid?metal?MHD簡稱LMMHD)。前者是以石油、煤、天然氣等為熱源，以高溫電離的導電氣體為工質來發電的，通常稱之為開環磁流體發電。由于其熱源溫度通常在3000K左右，它和蒸汽聯合循環的發電效率可達50％～60％。后者液態金屬相比高溫氣體，具有導電率高、比熱大、熱源溫度要求不高等優點，通常稱之為閉環磁流體發電。

以液態金屬為流動工質的磁流體發電系統有以下優點：

(1)省去了汽輪機內水蒸氣熱能到汽輪機葉片動能的這一做功過程，直接將液態金屬內能轉化為電能，提高了電站效率。

(2)磁流體發電通道沒有運動的機械部件，這可以使設計更加簡單，并且減少系統的成本，增加穩定性；

(3)可選擇的熱源范圍很大，可以是普通的煤、石油、天然氣等。

鑒于這些特點，許多國家對于液態金屬磁流體發電(LMMHD)這種新型發電方式給以高度的重視。最早進行磁流體發電技術研究的是美國，但美國早期以研究短時間軍用磁流體發電為主。20世紀60年代以發展軍用短時間發電，研制成電功率分別為18MW和32MW、工作時間約1min的機組，證實了大功率發電的可行性。前蘇聯是世界上對磁流體發電研究投入最多的國家，研究以科學院高溫研究所為中心，按照長期研究開發定制工作計劃。1971年建成了燒天然氣的半工業性試驗電站U-25，最高發電功率20.4MW。1983年開始設計建設功率500MW，燒天然氣的大型工業磁流體-蒸汽聯合電站Y-500，設計凈效率為48.3％。以色列建造了ETGAR1-7發電系統，其中ETGAR7是第一個商用液態金屬磁流體發電系統，它的設計功率是3.2MW(直流)，并且提供13.4MW_th、0.5MPa的蒸汽供應給用戶，它的建造資金和運行花費要比相應的汽輪機低。中國是世界上開始磁流體發電研究較早的國家之一。研究于1962年開始，主要從事燃油磁流體發電的研究，也就是開環磁流體發電。由于煤是中國的主要能源，1982年開始轉向燃煤磁流體發電的研究。整個工作分8方面進行研究：高溫燃煤燃燒室、磁流體發電通道、余熱鍋爐、逆變系統、超導磁體、電離種子回收、電離種子再生、已有電站磁流體發電改造的概念設計。

核能經過半個多世紀的發展，從最初的單臺機組幾兆瓦到目前的單臺機組一千多萬千瓦，技術已經取得了很大的進步。而且，核反應堆堆型經過壓水堆、沸水堆、重水堆、氣冷堆到快堆等的發展，使得反應堆冷卻劑從最開始的水發展為現在的重水、高溫氣體、鈉金屬等多種物質，這為核能發電與磁流體發電結合起來提供了條件。然而，這些堆型都保留了普通發電站的汽輪機-發電機部分，使得能量轉換要經過內能-機械能-電能的方式，這樣就會有大部分能量要消耗在轉換過程中，導致核電站的發電效率一直不高。所以采用液態金屬磁流體發電機可直接將流體的內能轉換為電能，可以大大提高核電站的發電效率，從而提高核電站的經濟性和核能與火電、風電等同行業的競爭性。

從上面觀察到，國際上對液態金屬磁流體發電已經進行了幾十年的研究，但進展比較緩慢，國內對這一領域還鮮有研究。而且，還未出現將核電站反應堆冷卻劑與液態金屬磁流體發電聯系起來共同研究，所以這種新型發電系統對上述兩者的深入研究提供了一條新的方向，可拓展成為一個新領域，必將引起更廣泛的關注。

發明內容

本發明的目的是將液態磁流體發電機與核反應堆結合起來，一種利用液態金屬磁流體為工質的核能發電系統。

一種利用液態金屬磁流體為工質的核能發電系統，核反應堆堆芯2置于安全殼1內，核反應堆堆芯2的冷卻劑進口處連接液態金屬磁流體循環泵3，液態金屬磁流體循環泵3連接冷凝器6，冷凝器6置于液態金屬磁流體發電機5出口處，冷凝器6外接冷卻流體循環泵7，液態金屬磁流體發電機5置于核反應堆2冷卻劑出口處，外加磁場9垂直通過磁流體發電機5，外負載8通過閉合回路10連接到液態金屬磁流體發電機5上，液態金屬磁流體4為核反應堆堆芯2的冷卻劑。