核-气联合循环发电系统性能仿真分析

针对压水堆核电机组循环热效率较低及电网对核电调峰能力的需求，基于Ebsilon软件，在大亚湾核电站二回路热力系统模型基础上，建立核-气联合循环发电热力系统。以燃气轮机循环效率、联合循环效率作为热经济性指标，评价联合循环系统的性能，并分析环境温度、压力及燃气轮机负荷变化对系统性能的影响。结果表明:核-气联合循环系统热效率相比原核电机组提高13.15%，汽轮机输出功率增加75.49%，工作环境得到明显改善；环境温度降低或压力升高会提高燃气轮机效率及联合循环功率；燃气轮机降负荷时，通过补燃天然气可维持核蒸汽发生器进口温度不变，汽轮机仍有较高的输出功率，负荷可调节范围为56.57%~100%。      

固体氧化物电解池尺寸对其性能的影响

固体氧化物电解池(Solid Oxide Electrolysis Cell,SOEC)电堆是高温水蒸气电解(High Temperature Electrolysis System,HTSE)制氢系统的核心反应器,由多片单电池串联组装而成。单电池的尺寸制约着单位有效面积上SOEC电堆的电化学制氢性能,进而影响着HTSE制氢装置的系统复杂程度和成本。基于计算流体力学软件建立了平板式SOEC电解池三维模型,采用平面尺寸为4 cm×4 cm、8 cm×8 cm和16 cm×16 cm的电解池,研究其尺寸对电解反应特性的影响。结果表明:工作电压低于热中性电压时,电解池尺寸对电解性能影响不大。当工作电压高于热中性电压时,电解池尺寸越大时电解电流密度越大;然而电解池中温度和电流密度分布的均匀性也会随着电解池的尺寸增大而变差,即产生明显的梯度分布。通过适当增大所通入的H_2O/H_2混合气体量即减小H_2O的整体反应比可以缓解由电解池尺寸的增大引起的温度和电流密度梯度分布。经过计算分析可知,对于有效面积为16 cm×16 cm的电解池,当反应物中水蒸气整体反应比为70%时,在1.34 V的电解电压下,电解电流密度可以达到8 033 A·m~(-2),且电解池中的温度和电流密度分布均匀性均有所改善。     

再热蒸汽温度变化对核电汽轮机运行经济性的影响

对再热蒸汽温度降低的原因进行了分析,分别给出再热蒸汽温度变化对核电汽轮机相对内效率和理想循环热效率影响的计算方法,并分析核电汽轮机相对内效率与理想循环热效率之间的独立性.最后给出再热蒸汽温度变化对汽轮机热耗率影响的计算方法.以900 MW核电汽轮机为例的计算结果表明,再热蒸汽温度每降低10℃,理想循环热效率降低0.04...     

耦合高温堆的氦加热无机膜重整器的数值研究

基于拟均相一维模型,对耦合高温堆的氦加热无机膜重整器建立了一个稳态的数学模型,开发了相应的计算程序.结果表明:氦加热无机膜重整器的平均热流密度比常规的氦加热重整器高约25%,这样可实现紧凑的重整器结构,对于整个系统的安全性和经济性具有很重要的意义.利用氦加热无机膜重整器能获得高达95%的甲烷转化率,而压力损失只是略有增加. 当膜厚度比较小和吹扫比比较大时,甲烷转化率随着重整压力的增加而增大,这样高温堆甲烷蒸汽重整制氢系统的高压将由不利条件变为有利条件.     

高温气冷堆氦气透平直接循环发电技术进展

模块式高温气冷堆是一种先进的、具有固有安全性的新型反应堆，其冷却剂氦气的出口温度可高达９５０℃，可以采用气体透平发电技术，以提高发电效率。美国和南非分别提出了两种高温气冷堆氦气透平直接循环发电方案。他们所使用的氦气透平技术主要基于现在的重工业燃气透平技术和航空发动机技术。本文介绍了这两种技术的区别及氦气透平机设计制造中存在的问题。同时认为由于气体透平的效率比蒸汽透平高得多，所以氦气透平直接循环发电     

高温气冷堆间接联合循环热力学分析

高温气冷堆的堆芯出口温度能达到 950℃ ,可以耦合各种动力转换系统。间接蒸汽 /气体透平联合循环是一个技术发展方向。基于现有的高温堆和动力转换部件技术发展水平 ,提出了四种循环方案 ,分析比较了循环效率。同时 ,对影响循环效率的重要因素做了分析。由蒸汽循环和带有预冷器的氮气透平循环构成的间接联合循环可以作为首选方案。堆芯出口温度为 950℃时 ,循环效率可以达到 4 7%以上。     

高温堆甲烷蒸汽重整制氢系统性能热力学分析

从热力学的角度分析高温堆甲烷蒸汽重整制氢系统的性能，为进一步研究实际的制氢系统提供框架。建立了完全反应模型和平衡反应模型，研究系统效率，产氢量随过程参数的变化关系，得到各性能指标的极限值以及过程参数的最优值。通过与实验数据的比较，采用平衡反应模型对系统进行初步分析是合适的。     

高温气冷堆简化型联合循环特性研究

高温气冷堆具有900~1000℃的出口温度而使其具备采用联合循环发电的潜力。在典型高温气冷堆氦气 蒸汽联合循环中,氦气回路多采用预冷器等设备以降低压气机入口温度和压缩功,但这也使反应堆的入口温度过低而影响联合循环效率的进一步提高。为提高循环效率,对联合循环中的预冷器对循环效率的影响进行了热力学分析,提出了联合循环中是否需设置预冷器的判据,并根据这一判据提出了一种简化型联合循环,即无预冷器的联合循环。简化型联合循环的优化结果表明,在950 ℃的反应堆出口温度下,其循环效率可达52.2%,较典型联合循环的效率提高了1.4%,较回热循环的效率提高了1.7%。与回热循环相比,在反应堆出口温度较高而其入口温度要求较低的工况下,简化型联合循环更具有优势。     

高温气冷堆联合循环技术潜力研究

模块式高温气冷堆与燃气联合循环发电分别代表着当今核能界和常规发电界的最先进技术,两者的结合为提高核电的安全性和经济性提供了一条新的思路,是一个极具竞争优势的选择方案。本文通过分析高温气冷堆和联合循环的现状及发展趋势,着重从今后10～20年技术潜力的角度研究高温气冷堆联合循环技术,并给出各种堆芯出口温度条件下的循环方案。例如,堆芯出口温度为1050℃,循环效率可达51.4%。     

10MW高温气冷堆蒸汽发生器稳定性实验研究

介绍了１０ＭＷ高温气冷堆盘管式直流蒸汽发生器双管工程模拟实验回路的技术特征和主要技术指标。实验系统用高温氦气作为热源，采用１：１全尺寸模拟，进行卫３０％负荷工况两相流稳定性验证实验、入口过冷度、蒸汽出口压力、流量及入口阻力对两相流稳定性影响的研究。结果表明，蒸汽发生器３０％负荷设计工况下，蒸汽出口压力２．５￣４．０ＭＰａ、给水温度７５￣１８０℃、入口节流阻力大于４０ｋＰａ时系统能稳定运行；蒸汽发生     

核能制氢技术的发展

氢是清洁能源,有非常好的应用前景.但氢是二次能源,需要利用一次能源来生产.以可持续的方式(原料来源丰富、无温室气体排放)实现氢的大规模生产是实现氢广泛利用的前提.核能是清洁的一次能源,核电已经成为世界电力生产的主要方式之一.正在研发的第四代核能系统除了要使核电生产更经济和更安全之外,还要为实现核能在发电之外的领域的应用...     

联合电解催化交换系统的动态模型及理论计算

为探求联合电解催化交换系统各单元中氚浓度空间分布和动态变化的内在规律，建立了D／T体系的气-液两元模型。根据不同的催化剂传质性能，计算了为达到特定脱氚率和电解池浓缩倍数所要求的交换床总高度和进液位置。理论计算得到的氚在交换床上的空间分布趋势与文献报道的中试结果一致，电解池中的氚浓度随时间呈线性增长。     

中国实验快堆反应性温度系数理论分析和试验研究

利用CITATION程序对中国实验快堆（CEFR）反应性温度系数进行计算,同时与其他程序计算结果和实验测量值进行比较。CEFR反应性温度系数约为-4 pcm/℃,计算结果与实验值吻合较好。升温和降温过程的反应性温度系数测量误差约为11%,满足试验验收准则。测量结果可校核理论计算结果,同时为CEFR的安全运行和在换料情况下的反应性平衡分析提供参考数据。     

Study on the tritium behaviors in the VHTR system. Part 2: Analyses on the tritium behaviors in the VHTR/HTSE system

Tritium behaviors in the very high temperature gas reactor (VHTR)/high temperature steam electrolysis (HTSE) system have been analyzed by the TPAC developed by Idaho National Laboratory (INL). The reference system design and conditions were based on the indirect parallel configuration between a VHTR and a HTSE. The analyses were based on the SOBOL method, a modern uncertainty and sensitivity analyses method using variance decomposition and Monte Carlo method. A total of 14 parameters have been taken into account associated with tritium sources, heat exchangers, purification systems, and temperatures. Two sensitivity indices (first order index and total index) were considered, and 15,360 samples were totally used for solution convergence. As a result, important parameters that affect tritium concentration in the hydrogen product have been identified and quantified with the rankings. Several guidelines and recommendations for reducing modeling uncertainties have been also provided throughout the discussions along with some useful ideas for mitigating tritium contaminations in the hydrogen product.     

P92钢高温低周疲劳的实验研究

由于高的热效率和简单的系统组成,超临界水堆(SCWR)被认为是第四代核反应堆的一种选择。超临界水堆的关键问题之一是核心部件尤其是燃料组件包壳的材料。这些材料在高温下的力学性能、腐蚀和应力腐蚀开裂敏感性以及抗辐射性能等对核电厂的安全运行至关重要。本文对SCWR包壳候选材料的F/M类材料P92钢进行了高温低周疲劳实验研究。实验温度为600和650℃,控制方式为总应变控制,应变范围均为±0.2%～±0.6%。实验结果表明,在两种温度下,P92钢均为循环软化材料,但未出现循环稳定现象。由于温度升高,塑性增强,P92钢在650℃下的宏观裂纹出现周次比率随应变范围的增加,下降比较平缓,且650℃下的失效寿命显著高于600℃下的失效寿命。并得到了两种温度下的稳定循环应力-塑性应变的关系以及循环失效寿命和应变的关系。     

高温气冷堆复合联合循环特性研究

高温气冷堆具有900~1 000℃的出口温度,其能量转换系统可采用回热循环和联合循环而具有较高的效率。然而,回热循环对回热器回热度的要求较高,而联合循环的反应堆入口温度较低,不利于循环效率的提高。为进一步提高循环效率,本文提出了一种复合联合循环方案,分析了预冷器和回热器对复合循环效率的影响,并与回热和联合循环进行了比较。结果表明,当反应堆出口温度为950℃、回热器回热度为0.95时,不设置预冷器的复合循环效率可达54.2%。随回热器回热度的增大,不设置预冷器时的复合循环与设置预冷器时的效率差由1.7%逐渐减小。比较回热、联合和复合3种循环方案发现,提高透平总的做功能力较减小压气机功耗更有利于效率的提高。当反应堆出口温度为900~1 200℃时,复合循环的最佳效率较回热循环高3.6%~4.0%,较联合循环高1.9%~2.7%;当反应堆入口温度存在限值且高于500~550℃时,复合循环具有最高的效率。     

动态膜电解制备四价铀Ⅰ.装置建立及性能测试

以钛涂钌铱网为阳极、钛网为阴极,建立了动态膜电解制备四价铀装置,测试了该装置的性能,比较了使用国产膜和进口膜时的电解性能,同时还探讨了制备过程中各参数的变化。研究结果表明:该装置能在电流密度高达120mA/cm2的情况下稳定运行;隔膜采用贝斯特Nepem-417膜或旭化成Aciplex-F4112膜,对电解结果无显著差异;对于500mL铀质量浓度为199g/L的料液,仅采用72cm2的钛涂钌铱网为阳极、钛网作为阴极,电解180min,四价铀产率可达到93.1%;电解前后阴极料液中肼浓度从0.52mol/L下降为0.30mol/L,酸浓度从2.20mol/L下降为0.70mol/L,槽压在3～3.6V内变动,阴极电解液温度低于45℃(室温28℃)。     

联合电解催化交换系统HD/H2O和HT/H2O体系模拟

计入蒸汽的影响，研究建立基于两步传质的联合电解催化交换系统模型，计算HD/H₂O和HT/H₂O两个体系的分离性能。传质系数的提高能显著改善交换系统的整体性能，电解池浓缩倍数与电解池滞液量有关。电解池中氘浓度的增长最终将引起交换系统脱氘率的下降，这一现象表明，在交换系统操作模式选择以及与后级浓缩系统的级联匹配中，对交换系统的动态行为必须予以特别关注，并应在交换床设计中考虑此因素。     

熔盐电解后处理工艺中的在线监测技术

干法后处理技术是我国核燃料循环体系的重要发展方向,其中有发展前景的熔盐电解法在工业化过程中需要对元素进行准确地监测以保障安全运行。传统离线检测方法程序复杂、数据分析延迟,而在线监测方法因可以获得实时数据而备受瞩目。本文对近几年国内外熔盐电解法中不同元素的在线监测技术进行了总结,重点调研分析了电化学法中的循环伏安法、安培法、脉冲法以及光谱法中的荧光光谱法和紫外光谱法在各种元素的在线监测中的原理、特点和应用前景,以期对熔盐电解中在线监测技术的研发和实际应用提供理论支撑和技术参考。