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     

间接氦气透平循环高温堆紧急停堆动态仿真

通过对10 MW高温气冷堆氦气透平发电装置(HTR-10GT)的堆芯、热交换器和透平压气机组等主要设备的数学建模和程序编制,初步建立起了一套模拟该装置瞬态特性的仿真程序.通过对该装置于5s时刻堆内引入0.1$阶跃正反应性引发的紧急停堆事故的瞬态模拟,初步验证了该装置紧急停堆预案设置的安全性和合理性,证明了旁路快开阀的设...     

高温气冷堆氦气透平直接循环的Exergy分析

针对100MW电功率的氦气透平直接循环的设计，对循环各个部件分别进行了热力学第一和第二定律分析。给出了各个部件的输入和产出Exergy公式，计算了Exergy损失分布表，并和按照传统分析方法分析的结果进行了比较。结果表明，一半以上的Exergy损失发生在堆芯部分，而由预冷器、压气机和间冷器组成的压缩系统所占Exergy损失比重，比按照第一定律计算的能量损失份额结果小的多；循环Exergy损失主要原因是能量形式的转换和不可逆换热。系统Exergy效率略高于热效率。     

10MW高温气冷堆一回路氦气品质研究

10MW高温气冷堆以氦气作为冷却剂,氦气中含有H2O、CO2、H2、CO、CH4、N2、O2等7种影响氦气品质的杂质。分析反应堆在不同工况下的氦气品质数据的变化规律,可证明一回路氦气在反应堆功率运行过程中经氦气净化系统净化后,氦气品质能够满足技术规格书要求。但随一回路氦气平均温度的升高,氦气品质呈下降趋势,并可初步判断存在缓慢变化的杂质源项为水。     

高温气冷堆氦气轮机基本特性研究

高温气冷堆氦气轮机循环被认为是将来核能发电领域中最有潜力的方案之一。首先对高温堆氦气轮机循环进行分析和优化 ,然后着重从热力学和气体动力学角度研究氦气轮机的基本特性。结果表明 ,氦气轮机有两个主要设计特点不同于通常的燃气轮机 :一个是叶片级数多 ;另一个是叶片高度低 ,这些特性分别由氦气的物性和闭式循环的高压所导致。     

高温气冷堆启动过程的模拟与分析

本文利用工程模拟机可实时计算、多系统耦合求解的技术优势,对球床模块式高温气冷堆核电站(HTR-PM)的启动过程进行模拟。分析并掌握了HTR-PM主要运行参数的变化规律和调节手段,研究了模块式高温气冷堆在启动过程中的运行特性,特别是不同模块间所体现出的耦合效应对整个系统运行特性的影响,为电厂运行方式的确定和具体运行规程的制定提供了重要参考。     

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。     

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     

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。     

高温气冷堆氦气环境中电气设备绝缘设计研究

应用巴申定律研究了氦气的电气击穿特性,并与空气的绝缘特性进行比较。以高温气冷堆氦气透平发电系统电机腔室的设计参数为例,结合氦气的巴申曲线,对氦气条件下气体压力和极间距离的关系进行深入探讨,并提出氦气环境中电气设备绝缘设计需关注的问题。研究结果表明,氦气最小击穿电压为150~200V,绝缘特性较差,电气设备绝缘结构设计应考虑氦气环境压力的影响,现有针对压水堆电站电气设备绝缘结构的验收准则和试验方法并不完全适用于氦气环境。     

高温气冷堆主氦风机惰转特性研究

高温气冷堆主氦风机与压水堆主泵一样,均为反应堆一回路的关键设备.在反应堆正常工况下,两者具有相同的功能要求,但在事故工况时,因反应堆的运行特性不同,其功能要求各异.目前,对压水堆主泵的惰转特性已有大量的实验研究和实际运行结果,但有关主氦风机惰转特性的实验研究与理论研究还很缺乏.本文结合风机的气动特性与高温气冷堆一回路的阻力特性,从理论上研究高温气冷堆主氦风机的惰转特性,建立主氦风机惰转时的流量与转速的预测公式,并给出其数值预测结果,为高温气冷堆设计的初步安全分析提供依据.     

高温气冷堆氦净化及氦辅助系统丝网气水分离器分离效率理论分析

氦净化及氦辅助系统是确保高温气冷堆安全运行的重要系统之一。该系统中,丝网气水分离器用于分离含氚废水及事故后除湿,是关键设备之一。本文基于理想流体流动模型和Carpenter的网垫级模型,建立丝网气水分离器分离效率计算模型,在此基础上编制了SEP-WMME计算程序,计算结果与实验结果吻合较好。利用SEP-WMME程序对球床模块式高温气冷堆（HTR-PM）氦净化系统工程验证试验回路中氦净化再生系统丝网气水分离器进行理论分析,结果表明：对于氦净化再生系统的丝网气水分离器,进气速度是一重要物理量,当进气速度达到3.0 m/s以上时,能获得较高的分离效率;丝网层数对分离效率有显著影响,但丝网层数达到一定程度后,效率提高不明显,需同时考虑压力损失,选择合适的层数;丝径也是影响分离效率的重要参数,丝径越小,分离效率越高。本文结果对氦净化及氦辅助系统中丝网气水分离器的结构设计、优化、安全运行具有重要作用。     

杂质硼在高温气冷堆中的燃耗特性

在球床式高温气冷堆的堆芯和石墨反射层中,不可避免地含有少量杂质硼。硼杂质的存在及其燃耗会对反应堆的反应性产生影响。对于多次通过的球床堆芯,根据燃料元件的运行历史计算所有元件的硼燃耗,对于中子注量率差别较大的反射层,分区计算了硼燃耗。再采用微扰理论,计算燃耗过程中硼反应性价值的变化。计算结果表明,硼杂质燃耗很快,因此,硼杂质对反应性的影响降低很快。     

可组装模块在高温气冷堆全范围仿真机中的应用

鉴于目前反应堆全范围仿真机的开发周期长、升级困难、适用范围窄这一状况，借鉴Linux操作系统内核所采用的可安装模块，研究提出可动态组装模块方案，并将其应用到仿真机系统的设计上，成功地开发出构成模块可组装的高温气冷堆全范围仿真机系统。仿真结果表明：采用可组装模块方案设计高温气冷堆全范围仿真机系统是完全可行的。      

高温气冷堆中子时空动力学实时仿真计算

本文研究开发了三维圆柱几何堆芯多群中子时空动力学改进准静态方法模拟计算程序。对给定的模块式高温气冷堆模型进行了模拟计算。在初始状态下,该程序的计算结果与中子扩散程序CITATION的计算结果吻合很好。在动态情况下,模拟了堆芯反应性、堆内各能群中子平均注量率和堆芯相对功率等物理量随时间的变化。计算结果与理论分析一致,在一定精度下,可达到实时仿真计算的要求。     

高温气冷堆备用停堆装置新型供料器分析与试验

吸收球停堆装置参与球床型高温气冷堆的堆芯反应性调节控制,实现反应堆冷停堆,供料器是数百万个6 mm吸收球从堆芯反射层被气力输送回到贮球罐的起点,吸收球在供料器中被气流悬浮、加速,需研究不同结构型式的供料器的输送性能及可靠性.利用Fluent软件对新型流化管式供料器进行了数值模拟分析,获得速度、压力分布场,同时进行了空气介质常温流动供料器试验研究.模拟计算得到供料器局部阻力系数约为5.1,试验测得供料器局部阻力系数为5.7,结果在工程应用可接受的范围内.     

高温气冷堆闭式布雷顿间接循环中氚的来源及其影响

氚是氢的放射性同位素,影响环境和人体健康.目前,全球自然界中的氚主要来自人类的核活动.因此,需研究核反应堆中氚的来源及其影响.在高温气冷堆中,氚是一回路放射性的主要来源之一.由于高温气冷堆堆芯温度较高,不能忽视一回路中氚向外界和二回路渗透造成的污染问题.文章阐述了氚的物理和化学特性,高温气冷堆闭式布雷顿间接循环中氚的生成来源和释放途径,分析了氚对设备材料力学性能的影响,介绍了氚向环境释放的限值、控制措施及防止氚渗透的方法.     

模块式高温气冷堆超临界循环一次再热方案研究

基于模块式高温气冷堆先进技术和超临界蒸汽动力循环先进技术,研究了高温气冷堆模块与超临界蒸汽动力循环耦合配置方案。结合超临界热力循环理论及模块化高温气冷堆的特性,研究了超临界热力循环方案及相应的循环参数。针对标准一次再热循环,研究了反应堆模块与汽轮机组匹配模式;计算了循环可能达到的效率,并与先进压水堆效率进行了比较。结果表明：模块化高温气冷堆超临界循环效率比压水堆电厂约高30%。本研究结果可作为高温气冷堆超临界循环电站概念设计的理论基础,为进一步的技术研究与方案设计提供依据。