摘要：随着反应堆出口温度的提高,高效的动力转换技术已经成为(超)高温气冷堆的一个趋势。该文在HTR-10、HTR-10GT和HTR-PM研究的基础上,针对更高的堆芯出口温度,对高温气冷堆氦气透平循环的热力学参数进行分析、优化和设计。通过建立高温气冷堆的数学模型和优化模型,结合更符合工程经验的约束条件,确定了高温气冷堆氦气透平循环的2个设计工况点:1)接近目前工程经验的工况点,堆芯出口温度为850℃,继承HTR-10GT氦气压气机和透平的设计经验,循环压比为2.47,循环效率为47.60%;2)略带前瞻性的工况点,堆芯出口温度为900℃,堆芯入口温度为550℃,压气机压比为2.75,此时循环效率为48.92%。该文还基于这2个工况点对高温气冷堆氦气透平循环参数进行设计,将会对未来开发高温气冷堆闭式Brayton循环提供帮助。

摘要：借助ANSYS FLUENT软件,使用Realizable k-ε湍流模型对U型布置的动量恢复型并联管组模型进行数值计算,并从联箱内压力变化的角度分析推导得出最佳联箱截面比(OARH)的计算公式。结果表明,分配联箱和汇流联箱截面比对并联管组流量分配有很大影响,使用数值计算和分析方法得出的OARH均在0.6左右。本文提出的联箱尺寸匹配方法可增强并联管组换热器流量分配均匀性,并为换热器的联箱设计提供理论指导。

摘要：本文针对高温气冷堆动力转换单元设计了3种联合循环方案,并将3种循环方案在反应堆出口温度900℃的情况下与闭式Brayton循环进行比较。结果表明:闭式Brayton循环在反应堆出口温度较高时,相应反应堆入口温度也较高,这受到反应堆压力壳材料限制,且所需压气机压比较大;联合循环方案的反应堆入口温度低于370℃,反应堆压力壳可使用SA533钢材,无需内壁冷却,且所需压气机压比较小。方案比较显示,提高联合循环效率需增加下位循环出力。方案3的上位循环是简单Brayton循环,下位循环是再热Rankine循环,循环效率可达50.1%。

摘要：小型核电站具有规模小、投资成本低、功率可调节灵活等特点,用途比较广泛。核电站二回路系统变工况分析对优化核电机组运行模式和提升核电站经济效益具有重要意义。首先,该文针对某小型模块化反应堆核电站二回路系统,使用EBSILON软件搭建了系统模型;其次,在完成模型精确性验证后,使用该模型开展了变工况分析;最后,计算了不同功率水平、汽轮机背压、回热加热器切除方式下二回路系统的关键热力性能参数。结果表明:功率水平会对发电效率、热耗率、回热抽汽系数、高/低压缸出力份额等多项参数造成影响;对该影响的定量分析显示,适当降低汽轮机背压有利于提升机组性能,当功率水平为100%热耗率验收工况(turbine heat acceptance,THA)时,若背压设计值下调2.0 kPa,则二回路系统热耗率降低272.338 kJ·(kW·h)^(-1)。此外,回热加热器切除方式会影响二回路系统热力性能,但不同切除方式产生的影响不同。以主给水温度为例,高压回热加热器部分或全部切除将导致主给水温度降低30℃以上,但仅切除低压回热加热器L1基本不影响主给水温度。

摘要：超高温气冷堆耦合碘硫循环制氢是一种极具发展前景的核能制氢技术。本文提出了一种基于超高温气冷堆的新型氢电联产系统,采用碘硫循环和氦气透平循环来制氢和发电,建立了能量分析的热力学模型,分析了氦气透平循环总压比和反应堆出口温度对系统性能的影响。然后本文以系统氢电效率最大为目标,在总压比、反应堆入口温度、系统净输出功等参数的约束条件下,对系统进行关键参数优化,并分析了反应堆出口温度对优化结果的影响。结果表明:950℃、1000℃、1050℃三种反应堆出口温度下,建议的氦气分流比控制范围分别为0.031~0.750、0.112~0.750、0.181~0.750,对应的产氢率变化范围分别为17.4~295.6 mol·s^(-1)、61.4~298.0 mol·s^(-1)和96.5~299.8 mol·s^(-1)。

摘要：具有固有安全特性的模块式高温气冷堆(high temperature gas-cooled reactor,HTGR)具有反应堆出口温度高的特点,可与闭式Brayton循环或Rankine循环耦合,实现高效率的发电。氦气透平压气机和主氦风机分别是与这2种循环耦合的高温气冷堆系统中的关键动力部件,该文针对氦气闭式Brayton循环,分别从稳态与动态特性2个方面揭示其内部循环机理;同时针对循环内核心部件氦气透平压气机,开展2.2 MW样机研制与120 MW商用氦气透平压气机设计。在主氦风机研制方面,顺利完成了10 MW高温气冷堆(HTR-10)主氦风机研制与高温气冷堆示范电站(HTR-PM)主氦风机研制,获得了主氦风机完整的性能数据。为进一步确保HTR-PM项目的顺利推进,搭建了主氦风机综合试验平台,同时测试了2种主氦风机(电磁轴承主氦风机和干气密封主氦风机)的性能。取得的研究成果体现了清华大学核能与新能源技术研究院在自主研发先进核能核心装备技术上取得了重大突破。

摘要：高温气冷堆(high temperature gas-cooled reactor,HTGR)因其具有固有安全性和反应堆出口温度高的特点,在环境和能源领域拥有广阔的应用前景。HTGR不仅可以用于发电,还可以实现大规模制氢,而氢气可作为钢铁冶炼过程中的直接还原剂,有助于钢铁工业减少碳排放。该文提出了基于HTGR制氢的炼钢系统方案,包括反应堆、反应堆中间回路、制氢、发电和炼钢共5个子模块,并开展了多联产能源系统研究。其中,HTGR为制氢模块和发电模块提供热量,制氢模块产生的氢气作为还原剂和燃料进入竖炉(shaft furnace,SF)直接还原炼铁,制氢模块产生的氧气和发电模块产生的电供给电弧炉(electric arc furnace,EAF)炼钢。该文分析了碘硫循环效率、发电模块和制氢模块的功率比、直接还原铁(direct reduced iron,DRI)比例对系统产能的影响,以及系统的碳排放情况。结果表明:在发电模块与制氢模块功率比为1∶1,EAF直接还原铁占比为90%,碘硫循环制氢效率为37.8%的情况下,系统产钢率为45.6 t/h,每t钢可向电网输出1381.5 kW·h电能,同时CO_(2)的排放量仅为17.2 Nm^(3)。