[發(fā)明專利]一種超臨界二氧化碳直接冷卻反應(yīng)堆系統(tǒng)用負(fù)荷跟蹤方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010791397.6
• 申請日: 2020-08-07
• 公開（公告）號: CN112071457B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳攀;高春天;單建強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G21C17/12
• 分類號: G21C17/12;G21C17/14;G21D1/02;G21D3/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 高博

1.一種超臨界二氧化碳直接冷卻反應(yīng)堆系統(tǒng)用負(fù)荷跟蹤方法，其特征在于，工質(zhì)在氣輪機(jī)內(nèi)做功，驅(qū)動轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)，帶動壓縮機(jī)為整個循環(huán)回路提供工質(zhì)流動的驅(qū)動力，發(fā)電機(jī)向外電網(wǎng)提供需要的負(fù)荷；滿負(fù)荷運(yùn)行時，CO₂工質(zhì)在反應(yīng)堆內(nèi)加熱升溫后，流入氣輪機(jī)內(nèi)膨脹做功，產(chǎn)生的氣輪機(jī)乏氣在回?zé)崞鲀?nèi)釋放部分熱量后，進(jìn)入預(yù)冷器經(jīng)冷卻水冷卻到目標(biāo)溫度，經(jīng)壓縮機(jī)入口進(jìn)入壓縮機(jī)增壓，再流入回?zé)崞魑諝廨啓C(jī)乏氣的能量，重新回到反應(yīng)堆，完成整個循環(huán)過程；當(dāng)部分負(fù)荷工況運(yùn)行時，通過發(fā)電機(jī)功率控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)功率同電網(wǎng)需求的匹配；通過壓縮機(jī)入口溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷運(yùn)行過程中壓縮機(jī)入口溫度的調(diào)控；通過壓縮機(jī)阻塞保護(hù)系統(tǒng)確保壓縮機(jī)遠(yuǎn)離阻塞運(yùn)行區(qū)域；反應(yīng)堆的功率通過堆芯功率控制系統(tǒng)依靠反應(yīng)性反饋?zhàn)詣诱{(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆功率跟隨發(fā)電機(jī)功率變化的自動調(diào)節(jié)，削弱瞬態(tài)過程對系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的擾動，實(shí)現(xiàn)超臨界二氧化碳直接冷卻反應(yīng)堆系統(tǒng)在全負(fù)荷范圍內(nèi)的負(fù)荷跟蹤能力；

發(fā)電機(jī)功率控制系統(tǒng)采用上回路旁通閥維持氣輪機(jī)軸轉(zhuǎn)速恒定，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)功率同電網(wǎng)需求的匹配，通過調(diào)節(jié)上回路旁通閥的開度，改變氣輪機(jī)的工質(zhì)流量和功率；

壓縮機(jī)阻塞控制系統(tǒng)采用旁通法作為負(fù)荷調(diào)節(jié)機(jī)制時，在壓縮機(jī)出口管線設(shè)置調(diào)節(jié)閥，以電網(wǎng)負(fù)荷需求作為輸入信號，確定壓縮機(jī)出口調(diào)節(jié)閥的開度實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)阻塞保護(hù)；

反應(yīng)堆(1)依次經(jīng)氣輪機(jī)(6)、回?zé)崞?2)、預(yù)冷器(3)、壓縮機(jī)(4)和回?zé)崞?2)后返回形成循環(huán)回路；回?zé)崞?2)的回?zé)崞鞯蛪簜?cè)出口管線(13)經(jīng)預(yù)冷器入口管線(14)與預(yù)冷器(3)連接，預(yù)冷器(3)用于對冷卻水(9)進(jìn)行處理，預(yù)冷器(3)的出口管線與壓縮機(jī)(4)的壓縮機(jī)入口(10)連接，壓縮機(jī)(4)、發(fā)電機(jī)(5)和氣輪機(jī)(6)設(shè)置在轉(zhuǎn)動軸(15)上；壓縮機(jī)(4)經(jīng)壓縮機(jī)阻力閥(7)連接壓縮機(jī)阻力閥后管線(11)，壓縮機(jī)阻力閥后管線(11)分兩路，一路與回?zé)崞?2)的回?zé)崞鞲邏簜?cè)入口管線(12)連接，另一路經(jīng)上回路旁通閥(8)與預(yù)冷器入口管線(14)連接；氣輪機(jī)(6)與回?zé)崞?2)連接，用于將氣輪機(jī)乏氣(16)傳輸至回?zé)崞?2)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳直接冷卻反應(yīng)堆系統(tǒng)用負(fù)荷跟蹤方法，其特征在于，以氣輪機(jī)轉(zhuǎn)速同額定轉(zhuǎn)速的偏差作為控制系統(tǒng)的輸入信號，根據(jù)發(fā)電機(jī)功率控制系統(tǒng)器的輸出信號，得到上回路旁通閥的開度f_opening(t)為：

f_opening(t)＝f_opening(0)+u(t)

其中，f_opening(0)為閥門初始開度；u(t)為發(fā)電機(jī)功率控制器輸出信號。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳直接冷卻反應(yīng)堆系統(tǒng)用負(fù)荷跟蹤方法，其特征在于，壓縮機(jī)入口溫度發(fā)生變化時，壓縮機(jī)入口溫度控制系統(tǒng)將壓縮機(jī)入口實(shí)際溫度同目標(biāo)值的偏差作為輸入信號送入到PI控制中，根據(jù)控制器輸出信號改變預(yù)冷器冷卻水的質(zhì)量流量，維持壓縮機(jī)入口溫度恒定。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超臨界二氧化碳直接冷卻反應(yīng)堆系統(tǒng)用負(fù)荷跟蹤方法，其特征在于，當(dāng)前時間的冷卻水質(zhì)量流量為：

其中，為當(dāng)前時間的冷卻水質(zhì)量流量；為冷卻水質(zhì)量流量的初始值；為預(yù)冷器冷卻水質(zhì)量流量的額定值；u(t)為壓縮機(jī)入口溫度控制系統(tǒng)器的輸出信號。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳直接冷卻反應(yīng)堆系統(tǒng)用負(fù)荷跟蹤方法，其特征在于，壓縮機(jī)出口節(jié)流閥的當(dāng)前開度f_opening(t)為：

f_opening(t)＝G(x(t))

其中，G(x)為壓縮機(jī)出口節(jié)流閥開度對應(yīng)電網(wǎng)需求的表函數(shù)；x(t)為當(dāng)前的電網(wǎng)負(fù)荷需求。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳直接冷卻反應(yīng)堆系統(tǒng)用負(fù)荷跟蹤方法，其特征在于，壓縮機(jī)阻塞控制系統(tǒng)的阻塞閾量f_choke為：

其中，為壓縮機(jī)質(zhì)量流量；為由設(shè)備廠商提供的壓縮機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速下的阻塞流量。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超臨界二氧化碳直接冷卻反應(yīng)堆系統(tǒng)用負(fù)荷跟蹤方法，其特征在于，反應(yīng)堆的堆芯功率控制系統(tǒng)能夠在發(fā)電機(jī)功率下降時，反應(yīng)堆功率下降；發(fā)電機(jī)功率上升時，反應(yīng)堆功率上升。