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%。     

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。     

高温和超高温气冷堆动力转换方案研究

动力转换单元是高温和超高温气冷堆的重要组成部分。本文对高温和超高温气冷堆的动力转换单元进行研究。从4个关键参数（反应堆出口温度、反应堆入口温度、压缩比和主蒸汽参数）入手，对5个循环方案进行比较分析。综合考虑各种工程因素，上位循环为简单氦气透平循环、下位循环为有再热的蒸汽轮机循环的联合循环方案是具有竞争力的，其中下位循环在高温气冷堆范围是亚临界参数循环，在超高温气冷堆范围是超临界参数循环。联合循环可实现高温和超高温气冷堆热量的高效率转化，且反应堆入口温度在反应堆压力壳材料允许的范围内，具有足够的安全性。     

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     

高温和超高温气冷堆动力转换方案研究

动力转换单元是高温和超高温气冷堆的重要组成部分。本文对高温和超高温气冷堆的动力转换单元进行研究。从4个关键参数(反应堆出口温度、反应堆入口温度、压缩比和主蒸汽参数)入手,对5个循环方案进行比较分析。综合考虑各种工程因素,上位循环为简单氦气透平循环、下位循环为有再热的蒸汽轮机循环的联合循环方案是具有竞争力的,其中下位循环在高温气冷堆范围是亚临界参数循环,在超高温气冷堆范围是超临界参数循环。联合循环可实现高温和超高温气冷堆热量的高效率转化,且反应堆入口温度在反应堆压力壳材料允许的范围内,具有足够的安全性。     

阿海珐的高温气冷堆被选为下一代核电站的最优设计

【世界核新闻网站2012年2月15日报道】美国下一代核电站(NGNP)产业联盟已经选取阿海珐集团(Areva)的棱柱形模块化蒸汽循环高温气冷堆(SC-HTGR)概念作为下一代核电站的最优设计方案。这种模块化反应堆以阿海珐的安塔尔(Antares)高温气冷     

高温气冷堆示范电站一回路舱室区域模块化设计研究

一回路舱室是高温气冷堆示范电站建造的关键区域和难点之一。为提升该区域的建造质量和效率,针对一回路舱室区域开展模块化设计研究。通过方案比选,确定了支架模块方案的总体技术方案,提出模块化划分与设计的原则,完成该区域的模块化设计方案,利用三维设计软件CATIA构建各模块的三维模型,并对模块支承结构的强度和热应力进行设计校验,最后对设计方案的施工可行性与应用效果进行分析。结果表明,该方案可行,压缩工期效果明显。本研究结果在高温气冷堆示范电站工程上得到实际应用,有效提高了一回路舱室的建造效率,经济效益显著。     

高温气冷堆联合循环发电的初步分析

对模块式高温气冷堆的氦气轮机与汽轮机联合循环方案以及氦气轮机进行初步的分析 ,揭示高温堆联合循环发电的一些基本设计特点     

模块式高温气冷堆超临界蒸汽发生器设计

介绍了用于模块式高温气冷堆的超临界蒸汽发生器的设计参数，给出了传热管束的螺旋管结构设计方案和结构尺寸，并分析了其在超临界压力下的传热特性。经过热工水力分析计算，证明能够满足传热和水动力要求，且在设计工况下，不会发生传热恶化。     

高温气冷堆和轻水堆超铀元素管理特性研究

乏燃料中长寿命锕系元素对环境造成长期潜在危害,本文研究球床高温气冷堆不同燃料循环中超铀元素的产生和焚烧特性。在250 MW球床模块式高温气冷堆示范电站HTR-PM铀钚循环的乏燃料中提取铀和钚作为核燃料,设计了PuO₂和MOX燃料元件,将新设计的燃料元件重新装入与HTR-PM相同结构和尺寸的堆芯,分别形成纯钚燃料循环和MOX燃料循环。采用高温气冷堆物理设计程序VSOP,研究了高温气冷堆一次通过燃料循环和不同闭式燃料循环的超铀元素焚烧特性,并与轻水堆燃料循环结果进行比较和分析。结果表明：高温气冷堆一次通过燃料循环超铀元素生成率约为轻水堆的1/2;高温气冷堆闭式燃料循环能有效嬗变超铀元素。     

Design aspects of the Chinese modular high-temperature gas-cooled reactor HTR-PM

The modular high-temperature gas-cooled reactor (MHTGR) has distinct advantages in terms of inherent safety, economics potential, high efficiency, potential usage for hydrogen production, etc. The Chinese design of the MHTGR, named as high-temperature gas-cooled reactor-pebble bed module (HTR-PM), based on the technology and experience of the HTR-10, is currently in the conceptual phase. The HTR-PM demonstration plant is planned to be finished by 2012. The main philosophy of the HTR-PM project can be pinned down as: (1) safety, (2) standardization, (3) economy, and (4) proven technology. The work in the categories of marketing, organization, project and technology is done in predefined order. The biggest challenge for the HTR-PM is to ensure its economical viability while maintaining its inherent safety. A design of a 450 MWth annular pebble bed core connected with steam turbine is aimed for and presented in this paper.     

压水堆核电站二回路蒸汽循环及其改进

本文分析了压水堆核电站二回路饱和蒸汽循环的系统热效率及汽轮机高、低压缸排汽湿度与新蒸汽初参数、汽轮机分缸压力比之间的关系．在与他和蒸汽循环比较的基础上，分析了微过热蒸汽循环的系统热效率和高、低压缸排汽湿度受新蒸汽初压、初温及汽轮机分缸压力比的影响。在此基础上，给出了两种循环的比较结果及循环的最佳运行参数范围。     

Study of steam, helium and supercritical CO2 turbine power generations in prototype fusion power reactor

Power generation systems such as steam turbine cycle, helium turbine cycle and supercritical CO₂ (S-CO₂) turbine cycle are examined for the prototype nuclear fusion reactor. Their achievable cycle thermal efficiencies are revealed to be 40%, 34% and 42% levels for the heat source outlet coolant temperature of 480 °C, respectively, if no other restriction is imposed. In the current technology, however, low temperature divertor heat source is included. In this actual case, the steam turbine system and the S-CO₂ turbine system were compared in the light of cycle efficiency and plant cost. The values of cycle efficiency were 37.7% and 36.4% for the steam cycle and S-CO₂ cycle, respectively. The construction cost was estimated by means of component volume. The volume became 16,590 m³ and 7240 m³ for the steam turbine system and S-CO₂ turbine system, respectively. In addition, separation of permeated tritium from the coolant is much easier in S-CO₂ than in H₂O. Therefore, the S-CO₂ turbine system is recommended to the fusion reactor system than the steam turbine system.     

模块式高温气冷堆电站在我国的发展前景

本文简要地介绍了模块式高温气冷堆(MHTGR)的发展情况和特点,并依据重庆MHTGR电站独立可行性研究结果,对我国建设该种核电站的必要性、技术能力和经济性作了评价,分析了困难及其解决途径,阐明了中外合资方式的重要性、可能性及已取得的进展。     

HTR-10一体化换热装置和联合循环

10MW高温气冷实验堆 (HTR 10 )有两个突出的特点 :(1)采用气体轮机和汽轮机联合循环 ,可以提高其发电效率 ,并且能保持较低的堆芯入口温度 (30 0℃ )。 (2 )中间换热器和蒸汽发生器一体化设计 ,减少了一个壳体和一个热气导管 ,提高了安全性和经济性。描述了一体化的中间换热器和蒸汽发生器以及气体轮机和蒸汽轮机联合循环的设计特点。     

高温气冷堆氦气透平直接循环的实际特性研究

清华大学高温气冷堆氦气透平直接循环系统(HTR-10GT)的特性研究已经进行了很多,但大多是针对理论上的布雷登循环作特性研究,没有考虑系统中其他实际因素,如工质泄漏、管道摩擦等。工程中,泄漏是不可避免的问题,泄漏及泄漏位置的不同都会引起系统中参数的变化。主要工作是研究HTR-10GT氦气透平直接循环系统在泄漏条件下的实际布雷登循环特性。研究目的就是在建立泄漏的物理和数学模型的基础上,研究泄漏对工质的热力参数及其效率的影响,对比在考虑有无泄漏时系统循环特性曲线的不同,找出提高系统效率的途径。     

高温气冷堆气体透平循环方式的技术评价

气体透平循环被认为是高温气冷堆发电的发展方向。循环方式包括直接循环，开式间接循环和闭式间接循环，工质包括氦气，空气和氮气，对于每一种循环都进行了热力学分析和优化计算，并对透平压气机进行了气动设计，研究结果表明，氦气直接循环是一个理想的选择，但是基于现有技术水平难度较大，氦气和氮气闭式间接循环是目前比较现实的方案，可以实现气体透平循环的设想并为将来的直接循环做技术积累。     

Data reconciliation and fault detection by means of plant-wide mass and energy balances

A plant-wide mass and heat balance model was fitted to 39 values of temperature, pressure and flow for a turbine cycle supplied by steam from a BWR. The calculated results were in good agreement with the measurements. For example, deviations between calculated and measured feedwater flow were usually in the order of 2 kg/s. The quality of the fitted results may be expressed as an overall assesment index Q stating directly the probability that the process is free of faults. The results are discussed with respect to the inclusion v. exclusion of the turbines' flow passing characteristics in the plant model.     

超临界水堆全系统启动特性研究

为研究超临界水堆（SCWR）全系统启动特性，以SCTRAN程序为计算工具，基于中国超临界水堆（CSR1000）堆芯参数、高性能轻水反应堆（HPLWR）热力循环回路和日本SCWR再循环启动回路，建立了SCWR完整再循环启动系统模型。通过与HPLWR热力循环回路的稳态参数对比，验证了完整回路模型的正确性。分析在控制系统控制下的CSR1000再循环启动过程，得到了启动过程中堆芯、汽鼓、汽轮机、各级抽汽、再热器、各级回热器的瞬态响应曲线。计算结果表明，启动序列和启动过程各热工参数的变化符合预期，系统稳定启动；堆芯始终处于单相状态；汽轮机入口为超临界蒸汽；经过高压和低压回热器后堆芯入口温度能够达到280℃；高压缸入口压力维持恒定；在启动的过程中最大燃料包壳表面温度低于限值温度650℃，整个启动过程安全可靠。      

Control of a High Temperature Supercritical Pressure Light Water Cooled and Moderated Reactor with Water Rods

The plant system of a supercritical pressure light water reactor (SCR) is once-through direct cycle. The whole coolant from the feedwater pumps is driven to the turbines. The core flow rate is less than 1/7 of that of a boiling water reactor. In the present design of the high temperature thermal reactor (SCLWR-H), the fuel assemblies contain many water rods in which the coolant flows downward. The stepwise responses of the SCLWR-H are analyzed against perturbations without a control system. Based on these analyses, a control system of the SCLWR-H is designed. The pressure is controlled by the turbine control valves. The main steam temperature is controlled by the feedwater pumps. The reactor power is controlled by the control rods. The control parameters are optimized by the test calculations to satisfy the criteria of both fast convergence and stability. The reactor is controlled stably with the designed control systems against various perturbations, such as setpoint change of the pressure, the main steam temperature and the core power, decrease in the feedwater temperature, and decrease in the feedwater flow rate.