高溫氣冷堆技術(shù)及堆芯中子動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算

1、報(bào)告內(nèi)容報(bào)告內(nèi)容一、背景及發(fā)展一、背景及發(fā)展二、主要特點(diǎn)二、主要特點(diǎn)三、燃料元件三、燃料元件四、堆體結(jié)構(gòu)四、堆體結(jié)構(gòu)五、熱工水力特性五、熱工水力特性六、堆芯中子動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算六、堆芯中子動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算一、背景及發(fā)展一、背景及發(fā)展 隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)能源的需求在持續(xù)增加，隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)能源的需求在持續(xù)增加，由于能源資源量的限制，核能的作用是不可替代的。由于能源資源量的限制，核能的作用是不可替代的。 和化石燃料相比，核能是一種和化石燃料相比，核能是一種清潔的能源清潔的能源，使用核能，使用核能可減少對(duì)化石燃料的依賴，減少可減少對(duì)化石燃料的依賴，減少CO2和和氮氧化物氮氧化物的排的排放，緩

2、解全球溫室效應(yīng)，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。放，緩解全球溫室效應(yīng)，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。 核反應(yīng)堆發(fā)展歷程和方向核反應(yīng)堆發(fā)展歷程和方向高溫氣冷堆發(fā)展歷史高溫氣冷堆發(fā)展歷史 第一階段第一階段早期氣冷堆（早期氣冷堆（Magnox） 石墨慢化，石墨慢化，CO2冷卻，天然鈾為燃料，鎂諾克斯合金作為包冷卻，天然鈾為燃料，鎂諾克斯合金作為包殼材料。殼材料。 第二階段第二階段改進(jìn)型氣冷堆（改進(jìn)型氣冷堆（AGR） 石墨慢化，石墨慢化，CO2冷卻，冷卻，2%左右的低加濃鈾為燃料，不銹鋼左右的低加濃鈾為燃料，不銹鋼作為包殼材料。作為包殼材料。 第三階段第三階段高溫氣冷堆（高溫氣冷堆（HTGR） 石墨慢化，氦氣冷卻，全陶瓷型

3、包覆顆粒燃料。石墨慢化，氦氣冷卻，全陶瓷型包覆顆粒燃料。 第四階段第四階段模塊式高溫氣冷堆模塊式高溫氣冷堆（MHTGR） 小型化小型化+ +固有安全性。固有安全性。第一階段第一階段 早期氣冷堆：早期氣冷堆：Magnox堆堆 石墨為慢化劑，石墨為慢化劑，CO2氣體為冷卻劑，金屬天然鈾為燃料，氣體為冷卻劑，金屬天然鈾為燃料， 鎂諾克斯鎂諾克斯(Magnox）合金為燃料棒的包殼材料。合金為燃料棒的包殼材料。 英國(guó)英國(guó)(1956年，年，45MW），后來(lái)在在英、法、意、日等建成），后來(lái)在在英、法、意、日等建成一大堆這樣的堆。一大堆這樣的堆。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 受限于金屬鈾和鎂合金包殼不能耐更高的溫度，受限于

4、金屬鈾和鎂合金包殼不能耐更高的溫度， Magnox堆的參數(shù)不能進(jìn)一步提高。堆的參數(shù)不能進(jìn)一步提高。 二氧化碳出口溫度：二氧化碳出口溫度：345400度；度； 冷卻氣體工作壓力：冷卻氣體工作壓力：820個(gè)大氣壓；個(gè)大氣壓； 熱效率：熱效率：19.1%30%第二階段第二階段 改進(jìn)型氣冷堆（改進(jìn)型氣冷堆（AGR）包殼：不銹鋼（代替鎂諾克斯）包殼：不銹鋼（代替鎂諾克斯） 燃料：燃料：2%鈾（代替天然鈾）鈾（代替天然鈾） CO2 溫度：溫度：670（400） 英國(guó)英國(guó) (1963年，年，34MW） 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 盡管盡管AGR在性能上比在性能上比Magnox堆有了很大改進(jìn)，但由于受堆有了很大改進(jìn)，但由于

5、受到到CO2與與不銹鋼元件不銹鋼元件包殼材料包殼材料化學(xué)相容性的限制化學(xué)相容性的限制(690 )，使出口溫度難以進(jìn)一步提高，再加上功率密度低、燃耗低使出口溫度難以進(jìn)一步提高，再加上功率密度低、燃耗低的限制，使其仍難以和壓水堆在經(jīng)濟(jì)上競(jìng)爭(zhēng)的限制，使其仍難以和壓水堆在經(jīng)濟(jì)上競(jìng)爭(zhēng) 。 二氧化碳進(jìn)出口溫度：二氧化碳進(jìn)出口溫度：290/675度；度；40個(gè)大氣壓；個(gè)大氣壓； 熱效率：熱效率：40%第三階段第三階段 高溫氣冷堆（高溫氣冷堆（HTGR） 采用采用氦氣氦氣作為冷卻氣體：化學(xué)性能惰性，熱工性能良好。作為冷卻氣體：化學(xué)性能惰性，熱工性能良好。 燃料元件：燃料元件：全陶瓷型包覆顆粒全陶瓷型包覆顆粒

6、慢化劑和堆芯結(jié)構(gòu)材料：耐高溫的慢化劑和堆芯結(jié)構(gòu)材料：耐高溫的石墨石墨 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 氦氣溫度提高到氦氣溫度提高到750度以上甚至可達(dá)度以上甚至可達(dá)950-1000度，堆芯功率度，堆芯功率密度達(dá)密度達(dá)6-8兆瓦立方米，用于發(fā)電的熱效率可達(dá)兆瓦立方米，用于發(fā)電的熱效率可達(dá)40左右，左右，而用于高溫供熱時(shí)總熱效率可達(dá)而用于高溫供熱時(shí)總熱效率可達(dá)60以上。以上。 高溫氣冷堆（高溫氣冷堆（HTGR） 英國(guó)英國(guó)1964年建造年建造20MWth試驗(yàn)堆試驗(yàn)堆“龍堆龍堆”（Dragon）。）。 美國(guó)美國(guó)1967年建成年建成40MWe桃花谷桃花谷（Peach Bottom）實(shí)驗(yàn)堆。實(shí)驗(yàn)堆。 德國(guó)德國(guó)1966年建成

7、年建成15MWe的球床高溫氣冷堆（的球床高溫氣冷堆（AVR），），并發(fā)并發(fā)展了具有自己特色的球形燃料元件和球床高溫堆。展了具有自己特色的球形燃料元件和球床高溫堆。龍堆龍堆,64年達(dá)到臨界，年達(dá)到臨界，66年滿功率運(yùn)行，年滿功率運(yùn)行，76年退役年退役桃花谷桃花谷,67年建成并運(yùn)年建成并運(yùn)行，行，74年退役年退役AVR,66年建成并運(yùn)行，年建成并運(yùn)行，74年將氦氣出口溫度提年將氦氣出口溫度提高到高到950度運(yùn)行，度運(yùn)行，88年年退役退役目前已建成的高溫氣冷堆目前已建成的高溫氣冷堆項(xiàng)目項(xiàng)目桃花谷桃花谷龍堆龍堆AVR圣圣.符倫符倫堡堡THTR-300HTTRHTR-10國(guó)家國(guó)家美國(guó)美國(guó)英國(guó)英國(guó)德國(guó)德國(guó)

8、美國(guó)美國(guó)德國(guó)德國(guó)日本日本中國(guó)中國(guó)開(kāi)建時(shí)間開(kāi)建時(shí)間1962196019611968197119911995臨界時(shí)間臨界時(shí)間1966196419661976198519982000退役時(shí)間退役時(shí)間19741976198819901997-熱功率（熱功率（MW）11520468407503010電功率（電功率（MW)40153303002.59功率密度功率密度（MW/m3）8.3142.66.362平均燃耗平均燃耗（MWd/t）6000030000700001000001140002200080000出出/入口溫度（度）入口溫度（度） 728/344750/350950/275785/406750/

9、260950/395700/250燃料形狀燃料形狀棱柱塊棱柱塊棱柱塊棱柱塊球床球床棱柱塊棱柱塊球床球床棱柱塊棱柱塊球床球床清華大學(xué)清華大學(xué)1010兆瓦高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆兆瓦高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆 （HTR-10HTR-10）HTR-10反應(yīng)堆壓力容器頂部反應(yīng)堆壓力容器頂部HTR-10反應(yīng)堆頂部反應(yīng)堆頂部HTR-10反應(yīng)堆容器和蒸汽發(fā)生器容器頂部反應(yīng)堆容器和蒸汽發(fā)生器容器頂部(“肩并肩肩并肩”布置布置) HTR-10堆芯底部氦氣出口熱氣聯(lián)箱堆芯底部氦氣出口熱氣聯(lián)箱HTR-10主控室主控室第四階段第四階段 模塊式高溫氣冷堆（模塊式高溫氣冷堆（ MHTGR ） 背景：美國(guó)三里島事故發(fā)生后，人們?cè)O(shè)法實(shí)現(xiàn)核反應(yīng)堆的

10、背景：美國(guó)三里島事故發(fā)生后，人們?cè)O(shè)法實(shí)現(xiàn)核反應(yīng)堆的“絕對(duì)安全絕對(duì)安全”。希望在任何事故情況下都不會(huì)發(fā)生大的核。希望在任何事故情況下都不會(huì)發(fā)生大的核泄漏，不會(huì)危及公眾與周圍環(huán)境的安全，也就是人們常說(shuō)泄漏，不會(huì)危及公眾與周圍環(huán)境的安全，也就是人們常說(shuō)的實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆的的實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆的固有安全性固有安全性。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 小型化小型化 固有安全性固有安全性 目前在建：目前在建： 我國(guó)的我國(guó)的HTR-PM 南非的南非的PBMR（已暫停）（已暫停）小型化：以保證在任何事故條件下堆芯熱量都可小型化：以保證在任何事故條件下堆芯熱量都可以通過(guò)自然對(duì)流、熱傳導(dǎo)和熱輻射傳出堆外。以通過(guò)自然對(duì)流、熱傳導(dǎo)和熱輻射傳出堆外。

11、國(guó)家重大專項(xiàng)國(guó)家重大專項(xiàng)中國(guó)核電技術(shù)路線中國(guó)核電技術(shù)路線二、主要特點(diǎn)二、主要特點(diǎn)安全性好安全性好發(fā)電效率高發(fā)電效率高用途廣泛用途廣泛燃耗較深，核燃料利用率高燃耗較深，核燃料利用率高廠址選址靈活廠址選址靈活1、安全性好、安全性好 在技術(shù)上能夠保證在任何情況下都不會(huì)發(fā)生堆芯熔毀、放在技術(shù)上能夠保證在任何情況下都不會(huì)發(fā)生堆芯熔毀、放射性外泄等危害公眾和環(huán)境安全或必須廠外應(yīng)急的嚴(yán)重事射性外泄等危害公眾和環(huán)境安全或必須廠外應(yīng)急的嚴(yán)重事故。故。 （1）采用全陶瓷包覆顆粒燃料元件）采用全陶瓷包覆顆粒燃料元件 采用全陶瓷包覆燃料元件，其破損外溢放射性的可能性極采用全陶瓷包覆燃料元件，其破損外溢放射性的可能性極

12、低。低。 （2）采用全陶瓷堆芯結(jié)構(gòu)材料）采用全陶瓷堆芯結(jié)構(gòu)材料 石墨和碳?jí)K的熔點(diǎn)都在石墨和碳?jí)K的熔點(diǎn)都在3000以上，絕不會(huì)發(fā)生堆芯熔毀以上，絕不會(huì)發(fā)生堆芯熔毀 的嚴(yán)重事故。的嚴(yán)重事故。（3）采用氦氣作冷卻劑）采用氦氣作冷卻劑 惰性氣體，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，與反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料相容性好，惰性氣體，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，與反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料相容性好，避免了以水作冷卻劑與慢化劑的反應(yīng)堆中的各種腐蝕問(wèn)題。避免了以水作冷卻劑與慢化劑的反應(yīng)堆中的各種腐蝕問(wèn)題。（4）阻止放射性的多重屏障）阻止放射性的多重屏障 縱深防御，縱深防御，4道屏障。道屏障。 第第1道屏障：全陶瓷的包覆顆粒燃料的熱解碳和碳化硅包覆；道屏障：全陶瓷

13、的包覆顆粒燃料的熱解碳和碳化硅包覆； 第第2道屏障：燃料元件外層的石墨包殼。道屏障：燃料元件外層的石墨包殼。 第第3道屏障：由反應(yīng)堆和蒸汽發(fā)生器壓力殼道屏障：由反應(yīng)堆和蒸汽發(fā)生器壓力殼 和連接這和連接這2個(gè)壓力殼個(gè)壓力殼 的熱氣導(dǎo)管壓力的熱氣導(dǎo)管壓力 殼組成的一回路壓力邊界。殼組成的一回路壓力邊界。 第第4道屏障：包容體（一回路艙室等）。道屏障：包容體（一回路艙室等）。（5）非能動(dòng)的余熱排出系統(tǒng)）非能動(dòng)的余熱排出系統(tǒng)（6）反應(yīng)性瞬變的固有安全性）反應(yīng)性瞬變的固有安全性高溫氣冷堆引入正反應(yīng)性的事故主高溫氣冷堆引入正反應(yīng)性的事故主要有要有3種：種： 在功率運(yùn)行條件下全部控制棒誤抽出事故；在功率運(yùn)行

14、條件下全部控制棒誤抽出事故； 當(dāng)蒸汽發(fā)生器出現(xiàn)斷路事故時(shí)，二回路的水蒸當(dāng)蒸汽發(fā)生器出現(xiàn)斷路事故時(shí)，二回路的水蒸汽進(jìn)入一回路氦氣冷卻劑及堆芯燃料元件之間的汽進(jìn)入一回路氦氣冷卻劑及堆芯燃料元件之間的空隙中，造成水進(jìn)入堆芯的事故；空隙中，造成水進(jìn)入堆芯的事故； 吸收小球瞬時(shí)排出的事故吸收小球瞬時(shí)排出的事故700700度的裕度，負(fù)反應(yīng)溫度系數(shù)度的裕度，負(fù)反應(yīng)溫度系數(shù)空空冷冷器器反反應(yīng)應(yīng)堆堆水冷壁水冷壁 非能動(dòng)非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)余熱排出系統(tǒng)石墨材料石墨材料中子吸收截面較少，中子經(jīng)濟(jì)性好，較多的中子吸收截面較少，中子經(jīng)濟(jì)性好，較多的剩余中子可以用來(lái)將剩余中子可以用來(lái)將232232ThTh和和238238U

15、 U轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)化成233233U U和和239239PuPu，核燃料，核燃料的轉(zhuǎn)化比可達(dá)的轉(zhuǎn)化比可達(dá)0.850.85?？梢詫?shí)現(xiàn)?？梢詫?shí)現(xiàn)釷釷鈾循環(huán)鈾循環(huán)2 2、燃耗較深，核燃料利用率高、燃耗較深，核燃料利用率高包覆顆粒的燃耗可以達(dá)到包覆顆粒的燃耗可以達(dá)到150000MW.d/t，甚至更高。提高乏，甚至更高。提高乏燃料的燃耗深度可以降低燃料元件的成本。但是，隨著燃耗燃料的燃耗深度可以降低燃料元件的成本。但是，隨著燃耗的加深，裂變產(chǎn)物的累積也增加，增加了裂變產(chǎn)物的反應(yīng)性的加深，裂變產(chǎn)物的累積也增加，增加了裂變產(chǎn)物的反應(yīng)性損失。損失。3 3、發(fā)電效率高、發(fā)電效率高5 5、用途廣泛、用途廣泛可以提供可以

16、提供950950度的高溫氦氣度的高溫氦氣, , 可以獲得更高的發(fā)電功率；氦可以獲得更高的發(fā)電功率；氦氣透平直接循環(huán)方式是高溫氣冷堆高效發(fā)電的主要發(fā)展方氣透平直接循環(huán)方式是高溫氣冷堆高效發(fā)電的主要發(fā)展方向。向。發(fā)電；發(fā)電；工藝熱利用：制氫、海水淡化、煤氣化液化等工藝熱利用：制氫、海水淡化、煤氣化液化等4 4、廠址選址靈活、廠址選址靈活由于單堆功率小，可以采用空氣冷卻塔散熱，可以建在冷由于單堆功率小，可以采用空氣冷卻塔散熱，可以建在冷水水源不足的地方。水水源不足的地方。三、燃料元件三、燃料元件 燃料顆粒組成：燃料顆粒組成：核芯、緩沖層、核芯、緩沖層、SiC層、熱解碳層層、熱解碳層（內(nèi)、外）（內(nèi)、外

17、） 核芯：燃料，如核芯：燃料，如UO2、PuO2、ThO2 緩沖層：低密度的熱解碳，密度約緩沖層：低密度的熱解碳，密度約 為為1.1g/cm3，其中有很多的，其中有很多的 空隙，可以容納氣態(tài)裂變產(chǎn)物?？障叮梢匀菁{氣態(tài)裂變產(chǎn)物。 熱解碳層：致密熱解碳，密度約為熱解碳層：致密熱解碳，密度約為 1.9g/cm3，承壓，阻止裂變，承壓，阻止裂變 產(chǎn)物的擴(kuò)散遷移。產(chǎn)物的擴(kuò)散遷移。 SiC層層：碳化硅具有更好的機(jī)械性能。承：碳化硅具有更好的機(jī)械性能。承壓，阻留裂變產(chǎn)物。用以防止金屬裂變壓，阻留裂變產(chǎn)物。用以防止金屬裂變碎片銫、鍶、鋇等的擴(kuò)散遷移。碎片銫、鍶、鋇等的擴(kuò)散遷移。核芯核芯緩沖層緩沖層SiC層層

18、熱解碳層熱解碳層60mm1mm0.5mm 每個(gè)燃料球中含有每個(gè)燃料球中含有約約2萬(wàn)顆包覆燃料顆萬(wàn)顆包覆燃料顆粒粒核芯：核芯： UO2包覆顆粒包覆顆粒石墨球石墨球u燃料元件的溫度限制：燃料元件的溫度限制：1600度度二氧化鈾芯塊多孔碳(緩沖層)碳化硅熱解碳PARTICLESCOMPACTSFUEL ELEMENTS棱形燃料元件棱形燃料元件u燃料元件的溫度限制：燃料元件的溫度限制：1600度度u主要受限于主要受限于SiC層材料溫度性能層材料溫度性能的限制。的限制。 燃料溫度超過(guò)燃料溫度超過(guò)1250度，將度，將出現(xiàn)金屬裂變產(chǎn)物從包覆出現(xiàn)金屬裂變產(chǎn)物從包覆顆粒向外遷移。顆粒向外遷移。 燃料溫度超過(guò)燃料

19、溫度超過(guò)1600-1650度，度，開(kāi)始出現(xiàn)裂變產(chǎn)物對(duì)開(kāi)始出現(xiàn)裂變產(chǎn)物對(duì)SiC層層的侵蝕。的侵蝕。 燃料溫度超過(guò)燃料溫度超過(guò)2100度，出度，出現(xiàn)現(xiàn)SiC層熱穩(wěn)定性問(wèn)題。層熱穩(wěn)定性問(wèn)題。 u SiC層發(fā)生破損時(shí)，鈾燃耗后產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物將擴(kuò)散出來(lái)，層發(fā)生破損時(shí)，鈾燃耗后產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物將擴(kuò)散出來(lái)，進(jìn)入一回路中，一部分固體裂變產(chǎn)物沉積在石墨粉塵上，一進(jìn)入一回路中，一部分固體裂變產(chǎn)物沉積在石墨粉塵上，一部分沉積在蒸發(fā)器傳熱管上。部分沉積在蒸發(fā)器傳熱管上。uSiC層破損：層破損：制造過(guò)程破損、輻照破損制造過(guò)程破損、輻照破損 制造過(guò)程破損：包覆工藝中或者球形燃料元件壓制過(guò)程制造過(guò)程破損：包覆工藝中或者球形燃

20、料元件壓制過(guò)程 輻照破損：包覆顆粒受到各種輻照破損機(jī)制的影響出現(xiàn)破輻照破損：包覆顆粒受到各種輻照破損機(jī)制的影響出現(xiàn)破損，與燃耗深度和運(yùn)行溫度密切相關(guān)。損，與燃耗深度和運(yùn)行溫度密切相關(guān)。u一旦發(fā)生一回路系統(tǒng)失壓事故，這些放射性將釋放到周圍環(huán)一旦發(fā)生一回路系統(tǒng)失壓事故，這些放射性將釋放到周圍環(huán)境中。境中。u氦氣透平直接循環(huán)，裂變產(chǎn)物還可能沉積在氦氣透平發(fā)電機(jī)氦氣透平直接循環(huán)，裂變產(chǎn)物還可能沉積在氦氣透平發(fā)電機(jī)組上。組上。四、堆體結(jié)構(gòu)四、堆體結(jié)構(gòu)堆芯由球形燃料元件和石墨反射層堆芯由球形燃料元件和石墨反射層組成。組成。球形燃料元件球形燃料元件: 堆頂部連續(xù)裝入，堆頂部連續(xù)裝入，堆芯底部卸料管連續(xù)卸出。

21、卸出的堆芯底部卸料管連續(xù)卸出。卸出的乏燃料經(jīng)過(guò)燃耗測(cè)量后決定是否再乏燃料經(jīng)過(guò)燃耗測(cè)量后決定是否再次送回堆內(nèi)使用次送回堆內(nèi)使用兩套控制和停堆系統(tǒng)兩套控制和停堆系統(tǒng)(側(cè)向反射層內(nèi)側(cè)向反射層內(nèi))?？刂瓢粝到y(tǒng)控制棒系統(tǒng):用于功率調(diào)節(jié)和反應(yīng)堆熱停用于功率調(diào)節(jié)和反應(yīng)堆熱停堆；堆；小球停堆系統(tǒng)小球停堆系統(tǒng):吸收體小球直徑為吸收體小球直徑為10 mm的含碳化硼的石墨球，用于長(zhǎng)期冷停堆。的含碳化硼的石墨球，用于長(zhǎng)期冷停堆。內(nèi)壁面凹坑：防止內(nèi)壁面凹坑：防止“結(jié)晶化結(jié)晶化”現(xiàn)象現(xiàn)象球床堆芯的球床堆芯的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是：是： 采用采用不停堆換料不停堆換料有利于提高堆的可用率；有利于提高堆的可用率； 功率分布和燃料的燃耗深度

22、都較均勻；功率分布和燃料的燃耗深度都較均勻； 球形燃料元件的設(shè)計(jì)和制造較為簡(jiǎn)單；球形燃料元件的設(shè)計(jì)和制造較為簡(jiǎn)單； 其其缺點(diǎn)缺點(diǎn)是：是： 為實(shí)現(xiàn)燃料多次循環(huán)而設(shè)置的裝卸料系統(tǒng)比較復(fù)雜，為實(shí)現(xiàn)燃料多次循環(huán)而設(shè)置的裝卸料系統(tǒng)比較復(fù)雜， 其可靠性不如常規(guī)的停堆換料裝置；其可靠性不如常規(guī)的停堆換料裝置； 反射層更換較難，需采用壽命長(zhǎng)、耐輻照的高品質(zhì)石反射層更換較難，需采用壽命長(zhǎng)、耐輻照的高品質(zhì)石 墨。墨。主氦風(fēng)主氦風(fēng)機(jī)機(jī)蒸汽發(fā)生蒸汽發(fā)生器器熱氣導(dǎo)熱氣導(dǎo)管管控制棒控制棒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)27000個(gè)燃個(gè)燃料元件堆料元件堆積的堆芯積的堆芯反應(yīng)堆反應(yīng)堆壓力殼壓力殼 由于高溫氣冷堆的多層屏障保證，因而不需要設(shè)置

23、安全由于高溫氣冷堆的多層屏障保證，因而不需要設(shè)置安全殼，而是設(shè)計(jì)一回路艙室起到阻力放射性物質(zhì)向周圍釋殼，而是設(shè)計(jì)一回路艙室起到阻力放射性物質(zhì)向周圍釋放的作用。無(wú)氣密性和承全壓的要求。放的作用。無(wú)氣密性和承全壓的要求。 1 1、正常工況，由排風(fēng)系統(tǒng)保、正常工況，由排風(fēng)系統(tǒng)保持一回路艙室的負(fù)壓，并且排持一回路艙室的負(fù)壓，并且排風(fēng)需過(guò)濾由煙倉(cāng)排出。風(fēng)需過(guò)濾由煙倉(cāng)排出。 2 2、當(dāng)發(fā)生一回路壓力邊界破、當(dāng)發(fā)生一回路壓力邊界破壞的冷卻劑失壓事故，一回路壞的冷卻劑失壓事故，一回路艙室內(nèi)壓力超過(guò)大氣壓艙室內(nèi)壓力超過(guò)大氣壓0.1bar0.1bar時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)事故排氣管道的時(shí)，自動(dòng)打開(kāi)事故排氣管道的爆破膜，一回

24、路艙室內(nèi)氣體直爆破膜，一回路艙室內(nèi)氣體直接排入大氣。接排入大氣。五、熱工水力特性五、熱工水力特性 氦氣：與其他氣體相比，氦氣的傳熱能力優(yōu)越。但是氦氦氣：與其他氣體相比，氦氣的傳熱能力優(yōu)越。但是氦氣的密度低，載熱能力有限，因而需要通過(guò)提高一回路氣的密度低，載熱能力有限，因而需要通過(guò)提高一回路中的壓力。但過(guò)高的壓力使壓力殼成本增加，因而一般中的壓力。但過(guò)高的壓力使壓力殼成本增加，因而一般為為4-7MPa。 堆芯氦氣流向：堆芯氦氣流向：自上而下自上而下。主要由于氦氣出口溫度很高，主要由于氦氣出口溫度很高，如果選擇自下而上的流向，如果選擇自下而上的流向，堆芯的上部溫度將很高，會(huì)堆芯的上部溫度將很高，會(huì)

25、給設(shè)置在堆頂壓力殼的控制給設(shè)置在堆頂壓力殼的控制棒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶來(lái)極大的影響。棒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶來(lái)極大的影響。 提高堆芯氦氣進(jìn)口溫度提高堆芯氦氣進(jìn)口溫度： 蒸汽循環(huán)：可以提高蒸發(fā)器的傳熱效率。蒸汽循環(huán)：可以提高蒸發(fā)器的傳熱效率。 氦氣透平直接循環(huán)：有利于提高循環(huán)效率。氦氣透平直接循環(huán)：有利于提高循環(huán)效率。 受限于鋼制壓力殼允許工作溫度的限制，氦氣進(jìn)口設(shè)計(jì)溫受限于鋼制壓力殼允許工作溫度的限制，氦氣進(jìn)口設(shè)計(jì)溫 度一般不高于度一般不高于300300度。采用耐高溫的合金鋼，氦氣進(jìn)口溫度度。采用耐高溫的合金鋼，氦氣進(jìn)口溫度可以達(dá)到可以達(dá)到500500度。度。 流動(dòng)阻力：與流量有關(guān)，通過(guò)設(shè)計(jì)氦氣大的進(jìn)流動(dòng)阻力：與流

26、量有關(guān)，通過(guò)設(shè)計(jì)氦氣大的進(jìn)/ /出口溫差出口溫差達(dá)到降低流量的目的，從而減少壓損。達(dá)到降低流量的目的，從而減少壓損。熱力循環(huán)方式熱力循環(huán)方式1 1、蒸汽循環(huán)方式、蒸汽循環(huán)方式 由氦氣冷卻劑載出的核能經(jīng)過(guò)直流蒸發(fā)器加熱二次側(cè)的水，產(chǎn)生由氦氣冷卻劑載出的核能經(jīng)過(guò)直流蒸發(fā)器加熱二次側(cè)的水，產(chǎn)生530的高溫蒸汽，推動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電，發(fā)電效率可達(dá)的高溫蒸汽，推動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電，發(fā)電效率可達(dá)40左右。左右。問(wèn)題問(wèn)題: :蒸發(fā)器中水側(cè)的壓力蒸發(fā)器中水側(cè)的壓力18MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一回路中，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一回路中氦氣側(cè)的壓力，一旦蒸發(fā)器傳熱管破管，大量水氦氣側(cè)的壓力，一旦蒸發(fā)器傳熱管破管，大量水/蒸氣蒸氣進(jìn)入一回路，進(jìn)入

27、堆芯。進(jìn)入一回路，進(jìn)入堆芯。2 2、氦氣循環(huán)方式、氦氣循環(huán)方式 由氦氣冷卻劑直接推動(dòng)氣輪機(jī)發(fā)電，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是由氦氣冷卻劑直接推動(dòng)氣輪機(jī)發(fā)電，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是十分明顯的，其效率可達(dá)十分明顯的，其效率可達(dá)50%50%。壓氣機(jī)進(jìn)口溫度越低壓氣機(jī)進(jìn)口溫度越低, ,循環(huán)效率越高循環(huán)效率越高透平進(jìn)口溫度越高透平進(jìn)口溫度越高, ,循環(huán)效率越高循環(huán)效率越高3 3、直接聯(lián)合循環(huán)方式、直接聯(lián)合循環(huán)方式 高溫氦氣先驅(qū)動(dòng)一個(gè)氦氣壓縮機(jī)透平高溫氦氣先驅(qū)動(dòng)一個(gè)氦氣壓縮機(jī)透平, 帶動(dòng)同軸的壓縮機(jī)帶動(dòng)同軸的壓縮機(jī), 再再驅(qū)動(dòng)主發(fā)電氦氣透平。出口的氦氣再通過(guò)直流蒸氣發(fā)生器驅(qū)動(dòng)主發(fā)電氦氣透平。出口的氦氣再通過(guò)直流蒸氣發(fā)生器,

28、 產(chǎn)生的蒸汽推動(dòng)蒸汽透平發(fā)電機(jī)。發(fā)電效率可達(dá)產(chǎn)生的蒸汽推動(dòng)蒸汽透平發(fā)電機(jī)。發(fā)電效率可達(dá)48%。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :不需要采用高效回?zé)崞鞑恍枰捎酶咝Щ責(zé)崞? , 避開(kāi)了一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)避開(kāi)了一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn): :增加了系統(tǒng)的投資成本，不能排除堆芯進(jìn)水事故增加了系統(tǒng)的投資成本，不能排除堆芯進(jìn)水事故4 4、間接聯(lián)合循環(huán)方式、間接聯(lián)合循環(huán)方式 高溫氦氣經(jīng)過(guò)中間熱交換器，高溫氦氣經(jīng)過(guò)中間熱交換器， 加熱二次側(cè)的氮?dú)猓枚訜岫蝹?cè)的氮?dú)猓枚蝹?cè)的氮?dú)鈱?shí)現(xiàn)氣體透平和蒸汽透平的聯(lián)合循環(huán)。發(fā)電效率次側(cè)的氮?dú)鈱?shí)現(xiàn)氣體透平和蒸汽透平的聯(lián)合循環(huán)。發(fā)電效率可達(dá)可達(dá)43.7%。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :采用氮?dú)庾鞴べ|(zhì)采用氮?dú)庾鞴?/p>

29、質(zhì), , 可以采用成熟的氣體透平技術(shù)可以采用成熟的氣體透平技術(shù)缺點(diǎn)缺點(diǎn): :增加了系統(tǒng)的投資成本，高溫的中間熱交換器有增加了系統(tǒng)的投資成本，高溫的中間熱交換器有一定難度。一定難度。 GgzrkzrzrzrDGgggfggGgggggtgg2 , 1),()(1),(),(),(11,GgzrQkzrzrzrDgggggggRggg2 , 1),(1),(),(),(11kjigkjigfGggkjigkjiggggkjigkjigkkjigkkkjigkkjigkkkjigjkjigjjikjigjkjigjjikjigikjigiiiikjigikjigiiiiRkjigkjigkjigkk

30、jigkkkjigkjigkkjigkkkjigkjigjkjigjjikjigkjigjkjigjjikjigkjigikjigiiiikjigkjigikjigiiiikDzDzzDzDzzDDrDDrDrDrrrrDrDrrrrDzDzzDzDzzDDrDDrDrDrrrrDrDrrrr, , 1, ,11,1,1,1,1,1,1,2,1,1,2,1,1,21,1,1,21,1,1,1,1,1,1,1,1,1,2,1,1,1,2,1,1,1,21,1,1,1,21)(1)2211221122112211221221(2211221122112211221221 KJIKJIkjiKJIgKJIgkjigggKJIKJIKJIKJIKJIKJIKJIKJIKJIkjikjikjikjikjikjikjissssshacebhacefdbhacefdbhafdbh,1,1 , 1 , 21 , 1 , 1,1,1 , 1 , 2,1 , 1 , 1 ,1,1,1,1,1,1 , 1 , 21 , 1 , 21 , 1 , 21 , 1 , 21 , 1 , 21 , 1 , 11 , 1 , 11 , 1 , 11 , 1 , 1.0.0.0.0. ttntnVtzrtzrCtntzrtzrtzrtzrDttzrVggIdiiiggGggfgggggggRggggg)(