高温气冷堆氦气轮机基本特性研究
高温气冷堆效率比压水堆
高温气冷堆效率比压水堆高温气冷堆效率比压水堆引言：在当今能源短缺和环境问题的背景下，高效利用和开发清洁能源已经成为社会的共识。
核能作为一种高效能源，被广泛应用于发电和其他领域。
在核能发电中，高温气冷堆和压水堆是两种常见的反应堆类型。
本文将比较这两种堆类型的效率，并讨论高温气冷堆在环保和经济方面的优势。
一、高温气冷堆的基本原理和特点高温气冷堆（HTGR）是一种利用高温气体作为冷却剂的核反应堆。
其核心是一种固体燃料球，燃料球通过气体流动的方式进行冷却。
这种结构使得高温气冷堆能够达到较高的温度，通常在800℃到1000℃之间。
高温气冷堆具有以下特点：1. 高效率：由于高温气冷堆可以达到较高温度，其热效率较高，可以达到40%以上。
这是因为高温气冷堆可以利用高温产生的热量用于发电、工业和其他领域。
2. 安全性高：高温气冷堆由于采用固体燃料，燃料更加稳定，不会发生水蒸气爆炸等事故。
同时，由于气体冷却，不需要用于冷却的大量水资源，可以减少对水资源的依赖。
3.环保：高温气冷堆不会产生二氧化碳等温室气体的排放，可有效减少对环境的影响。
同时，由于采用固体燃料，核废料产生量也较低，可以减少对废弃物处理的压力。
二、压水堆的基本原理和特点压水堆（PWR）是一种利用水作为冷却剂的核反应堆。
其核心是由燃料棒和水冷却剂组成。
燃料棒在核反应中产生的热量被水冷却剂吸收并转化为蒸汽，从而驱动涡轮发电机组发电。
压水堆具有以下特点：1. 成熟技术：压水堆是目前应用最广泛的反应堆类型之一，其技术已经非常成熟，具有较高的可靠性和稳定性。
2. 安全性：压水堆采用水冷却剂，水的热传导性能较好，可以有效地控制核反应产生的热量，从而保证堆的安全性。
3. 排放问题：压水堆的主要问题是产生的二氧化碳等温室气体的排放。
这些气体对环境造成了很大的压力，同时也增加了全球温室效应的风险。
三、高温气冷堆相对于压水堆的优势1. 高效能：由于高温气冷堆可以达到较高的温度，其热效率比压水堆更高。
燃气轮机的动态响应特性研究
燃气轮机的动态响应特性研究燃气轮机作为一种先进的动力装置，在能源、航空、工业等领域发挥着重要作用。
其动态响应特性直接关系到系统的稳定性、可靠性和性能优化。
本文将对燃气轮机的动态响应特性进行深入探讨。
一、燃气轮机的工作原理与基本结构要理解燃气轮机的动态响应特性，首先需要了解其工作原理和基本结构。
燃气轮机主要由压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成。
压气机负责吸入并压缩空气，增加空气的压力和温度。
燃烧室中，高压高温的空气与燃料混合燃烧，产生高温高压的燃气。
涡轮则利用燃气的膨胀做功，带动压气机和外部负载旋转。
这三个部件相互配合，形成一个连续的能量转换过程。
然而，在实际运行中，由于各种因素的影响，燃气轮机的工作状态会不断变化，其动态响应特性也就显得尤为重要。
二、影响燃气轮机动态响应的因素（一）燃料供应燃料的供应速度和供应量的变化会直接影响燃烧室内的燃烧过程，从而影响燃气轮机的输出功率和响应速度。
如果燃料供应不稳定或响应不及时，可能导致功率波动甚至停机。
（二）负载变化外部负载的突然增加或减少会对燃气轮机的运行产生巨大冲击。
例如，在电网中，当用电量突然增大时，燃气轮机需要迅速增加功率输出以满足需求；反之，用电量减少时则需要快速降低功率。
（三）部件性能压气机、燃烧室和涡轮等部件的性能变化也会影响燃气轮机的动态响应。
例如，压气机的喘振、涡轮叶片的磨损等，都可能导致整个系统的响应变慢或不稳定。
（四）控制系统一个高效、精确的控制系统对于燃气轮机的动态响应至关重要。
控制系统能够根据各种参数的变化，及时调整燃料供应、进气量等，以保证燃气轮机的稳定运行和快速响应。
三、燃气轮机动态响应的建模与分析方法为了深入研究燃气轮机的动态响应特性，需要建立相应的数学模型。
常见的建模方法包括机理建模和实验建模。
机理建模基于燃气轮机的工作原理和物理规律，通过建立一系列的微分方程和代数方程来描述系统的动态特性。
这种方法能够从本质上揭示系统的内在规律，但建模过程较为复杂，需要对燃气轮机的结构和工作过程有深入的了解。
10MW高温气冷堆氦气透平循环的泄漏特性分析
10MW高温气冷堆氦气透平循环的泄漏特性分析蒋慧静;杨小勇;丁铭;王捷【摘要】为了分析高温气冷堆氦气透平循环中的气体泄漏对循环特性和循环部件的影响,通过理论推导建立了考虑泄漏情况的闭式布雷登循环的数学模型,并对不同泄漏模型进行了分析比较.分析表明,闭式布雷登循环的泄漏主要发生在高压压气机出口到透平入口处.而且,泄漏的发生改变了循环系统的质量流量和系统压力分布,使循环效率降低.以10MW高温气冷堆闭式氦气透平循环发电系统(HTR_10GT)为例,充装量调节时,实际泄漏模型下的泄漏量高于定泄漏系数模型,因此循环效率稍低于定泄漏系数模型.与不考虑泄漏时相比较,循环效率有2％左右幅度的降低;循环的总压比下降1％左右;而且压气机的压比和透平的膨胀比分别有0.5％和1％幅度的降低.【期刊名称】《高技术通讯》【年(卷),期】2015(025)004【总页数】6页(P411-416)【关键词】高温气冷堆;氦气透平循环;泄漏;循环效率【作者】蒋慧静;杨小勇;丁铭;王捷【作者单位】清华大学核能与新能源技术研究院,先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084;清华大学核能与新能源技术研究院,先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084;清华大学核能与新能源技术研究院,先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084;清华大学核能与新能源技术研究院,先进反应堆工程与安全教育部重点实验室北京100084【正文语种】中文高温气冷堆以氦气为冷却工质，石墨为慢化剂，具有固有安全性的优势，而且耐高温的全陶瓷型堆芯结构使反应堆堆芯出口温度可以高达950℃[1]。
与布雷登循环的联合使得高温氦气得到充分利用。
目前，国内外已对高温气冷堆氦气透平联合循环做了一些理论研究。
清华大学核能与新能源技术研究院(INET)研发的10MW模块式球床高温气冷堆(HTR-10)于2000年12月达到临界[2]，2003年1月满功率运行，验证了模块式球床高温气冷堆的固有安全性。
高温气冷堆参数
高温气冷堆参数高温气冷堆是一种新型的核能发电技术，具有高效、安全、环保等特点。
其参数的设计和调整对于保证高温气冷堆的正常运行和提高电能产出至关重要。
本文将对高温气冷堆的参数进行详细介绍。
首先，高温气冷堆的参数设计需要考虑堆芯功率密度、燃料循环速率、燃料丰度、增殖比等因素。
堆芯功率密度是指单位体积的堆芯功率，一般要求高温气冷堆堆芯功率密度较高，以提高堆芯热功率密度，从而增加电能产出。
燃料循环速率是指单位时间内通过燃料元件的流量，其大小直接影响到燃料燃尽程度以及燃料寿命。
燃料丰度是指燃料元件中的铀含量，不同的燃料丰度对高温气冷堆的特性和性能有较大影响，需根据实际情况进行选择。
增殖比是指燃料中铀-235与铀-238的摩尔比值，增殖比较大可以实现铀的有效利用，提高堆芯燃尽程度。
其次，高温气冷堆的参数调整需要考虑冷却剂压力、冷却剂温度、冷却剂流量等因素。
冷却剂压力是指冷却剂通过堆芯时的压力，一般要求高温气冷堆有较高的冷却剂压力以提高冷却剂的流动速度和传热能力。
冷却剂温度是指冷却剂通过堆芯时的温度，其大小会影响堆芯温度，需要根据安全性、经济性等因素进行调整。
冷却剂流量是指单位时间内通过堆芯的冷却剂质量，其大小直接影响到堆芯的热功率以及燃料温度。
此外，高温气冷堆还有一些其他的参数，如堆心的气体粘度、燃料堆列的结构、传热面积等。
气体粘度是指堆芯中的气体流动黏性，需要保证堆芯气体的流动性和传热性。
燃料堆列的结构是指燃料元件在堆芯中的排列方式，直接影响到堆芯的热功率分布和流体流动。
传热面积是指燃料元件的外表面积和冷却剂通过燃料元件时的流动面积，其大小直接影响到传热效果和堆芯温度。
总之，高温气冷堆的参数设计和调整对于保证高温气冷堆的正常运行和提高电能产出至关重要。
通过合理的参数设计和调整，可以提高高温气冷堆的热功率密度、燃料燃尽程度、堆芯温度等指标，进而提高高温气冷堆的经济性和安全性。
随着技术的不断进步，高温气冷堆的参数也将不断优化和改进，以满足社会对清洁、高效能源的需求。
高温气冷堆
高温气冷堆高温气冷堆来源：中国核电信息网发布日期：2009-07-06【英文名】：high temperature gas cooled reactor用氦气作冷却剂，出口温度高的核反应堆。
高温气冷堆采用涂敷颗粒燃料，以石墨作慢化剂。
堆芯出口温度为850~1000℃，甚至更高。
核燃料一般采用高浓二氧化铀，亦有采用低浓二氧化铀的。
根据堆芯形状，高温气冷堆分球床高温气冷堆和棱柱状高温气冷堆。
高温气冷堆具有热效率高(40%~41%)，燃耗深(最大高达20MWd/t铀)，转换比高(0.7~0.8)等优点。
由于氦气化学稳定性好，传热性能好，而且诱生放射性小，停堆后能将余热安全带出，安全性能好。
【实际应用】10兆瓦高温气冷实验堆：在国家"863"计划的支持下，自上世纪八十年代中期，我国开展了10MW高温气冷实验堆的研究、开发，于2000年12月建成临界，2003年1月实现满功率并网发电，我国对高温气冷堆技术的研发取得了突破性成果，基本掌握了核心技术和系统设计集成技术。
这一科技成果在国内外引起广泛的影响，使我国在高温气冷堆技术上处于国际先进行列。
2006年1月，国务院正式发布的"国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006--2020年)"中，将"大型先进压水堆和高温气冷堆核电站示范工程"列为国家重大专项。
第四代先进核能系统近年来，国际上提出了"第四代先进核能系统"的概念，这种核能系统具有良好的固有安全性，在事故下不会对公众造成损害，在经济上能够和其它发电方式竞争，并具有建设期短等优点，高温气冷堆是有希望成为第四代先进核能系统的技术之一。
我国高温气冷堆的研究发展工作始于70年代中期，主要研究单位是清华大学核研院。
值得一提的是，建成的首座高温气冷堆的压力壳直径4.7米，高12.6米，重150吨，是我国自己设计和制造的迄今体积最大的核安全级压力容器。
超高温气冷堆介绍
超高温气冷堆（VHTR）调研报告目录0．引言 (3)1．发展历史 (3)1.1 高温气冷堆—实验堆 (3)1.2 高温气冷堆—原型堆 (3)1.3 高温气冷堆-模块式 (4)2．目前各个国家的发展状况 (4)3．VHTR反应堆结构 (5)4．VHTR堆型的优缺点 (8)5．VHTR发展趋势 (9)5.1 前景展望 (9)5.2 VHTR需要填补的技术缺口 (10)6．总结 (11)参考文献 (12)0．引言未来十几年，全世界都需要能源和优化能源基础建设来满足日益增长的电力和运输用燃料的需要。
第四代国际核能论坛（GIF）确定的6种核能系统概念具有满足良好的经济性、安全性、可持续性、防核扩散和防恐怖袭击等目标的绝对优势。
在第四代核能系统概念中，超高温气冷反应堆VHTR（Very High Temperature Reactor）作为高温气冷反应堆渐进式开发过程中下一阶段的重点对象，第四代国际核能论坛(GIF)已将VHTR列入研发计划。
VHTR将反应堆出口温度比HTGR提高100℃，达到1000℃或以上，对所用燃料和材料提出了更高要求，实现制氢的工艺设计也需要研发创新。
目前，多个国家和组织投入力量，正给予重点研发。
我国也将高温气玲堆电站列入中长期科学和技术发展重大专项规划，希望近期取得重大技术突破。
1．发展历史VHTR（Very High Temperature Reactor）是高温气冷反应堆渐进式开发过程中下一阶段的重点对象，而高温气冷堆的发展主要经历了以下阶段[1]。
1.1 高温气冷堆—实验堆英国1960年建造20MW实验堆“龙堆”（Dragon）。
美国1967年建成40MW的桃花谷（Peach Bottom）实验堆。
德国1967年建成15MW的球床高温气冷堆（A VR），并发展了具有自己特色的球形燃料元件和球床高温堆。
这三座实验堆的成功运行，证明了高温气冷堆在技术上是可行的。
1.2 高温气冷堆—原型堆美国1968年建造330MW圣·符伦堡（Fort Stvrain）电站，1976年并网发电。
高温气冷堆示范工程为
高温气冷堆示范工程为高温气冷堆示范工程为（The Demonstration Project ofHigh-Temperature Gas-Cooled Reactor）一、引言高温气冷堆示范工程是中国国家能源局于2012年启动的一项重大科技研发项目，旨在研究和推广高温气冷堆技术。
该项目以建设2×250MW标准堆型高温气冷堆系统为主体，结合相关辅助系统，打造全尺寸、全过程运行的工程化示范平台。
二、高温气冷堆的基本原理和特点高温气冷堆是一种新型的核能装置，采用高温气体作为工质和冷却剂。
其核反应堆采用球化燃料形式，碳化硅复合材料作为燃料颗粒包裹层，能够耐受高温和辐照，具有出色的安全性能和耐久性。
高温气冷堆相比传统水冷堆有以下几个特点：1. 高温和高效：高温气冷堆的设计温度可达1000℃以上，较传统水冷堆更高。
高温气冷堆在高温下工作，能够提供高温热源，广泛应用于石化、冶金、工业生产等领域。
2. 安全性高：高温气冷堆采用固体燃料，没有液态冷却剂，可以避免核燃料和冷却剂相互作用产生的危险。
堆芯材料能够耐受高温和辐照，具有较好的自重复性和耐久性。
3. 多用途性：高温气冷堆既可用于发电，也可用于热供应。
其高温气体可以用于燃料制氢、合成天然气、工业热解等多种应用。
三、高温气冷堆示范工程的建设进展高温气冷堆示范工程于2012年正式启动建设，分为两个阶段进行。
第一阶段是工程建设阶段，主要包括设计、材料研发、核岛设备制造等工作。
第二阶段是全过程运行阶段，主要进行高温气冷堆的运行和经济性分析。
1. 工程建设阶段高温气冷堆示范工程在2013年完成了正式设计，并开始了核岛设备的制造。
项目选择了内蒙古通辽市作为建设地点，其中一块用于核岛设备，另一块用于辅助设备。
核岛设备主要包括堆芯、反应堆压力容器、冷却塔等。
堆芯是高温气冷堆的核心部件，负责反应堆的核能产生。
反应堆压力容器是核岛设备的重要组成部分，用于容纳核燃料和冷却剂，并保证堆安全运行。
10MW高温气冷实验堆的堆体结构特点
刘俊杰等：!6*8 高温气冷实验堆的堆体结构特点
11
部通至蒸汽发生器；冷氦气则由堆芯容器下底 板进入石墨反射层的冷氦气环道内。堆芯容器 的工作温度 016C ，试验工况的最高温度不超过 :66C E 位置在堆芯环带处 F 。堆芯容器的材料选 用 !1"#*2，总重量约为 >! 吨。 !" # 反应堆压力容器 .(,=!6 反应堆压力容器按照 3<*G 规范一 级设备进行设计、制造、检验和试验。由于 .(,=!6 反 应 堆 压 力 容 器 的 快 中 子 辐 照 水 平 较 低，寿期末 E .(,=!6 堆寿期为 06 年 F 中子注量 低于 ! ; !6 @ HD E !I! *JK F ，对材料的损伤很 小。故 .(,=!6 反应堆压力容器的材料选用早期
!> 0
而要求材料耐热。其它部位均为常用材料。热 气导管所用主要材料见表 1。
#
#" )
%&’()* 堆结构设计特点
固有安全性
.(,=!6 堆结构的设计满足了固有安全性对 结构设计的要求，最重要的是反应堆的剩余发 热能够有效地、可靠地导出堆外，为此，用反 应堆压力容器侧面的表面冷却器带走剩余发 热。堆芯剩余发热经石墨反射层、碳砖和堆芯 容器传至反应堆压力容器，再由压力容器以辐 射和自然对流换热方式把剩余发热传递至表面 冷却器，其内被加热的水再以自然对流方式， 通过空气冷却器把热量散发到大气中去。 #" + 可维护性 在 .(,=!6 堆的设计中，其可维护性主要表 现在：!反应堆压力容器采用全直径的大顶 盖。不仅便于堆内结构的安装，也便于堆内部 件的维护或更换； " 反应堆压力容器与蒸汽发 生器压力容器之间的热气导管采用法兰连接， 允许对热气导管进行更换； # 反应堆压力容器 和热气导管的活化水平较低，在需要时，操作 人员可以接近，以便进行部件维护。 #" ! 抗震性能 在 .(,=!6 堆结构设计中，由于陶瓷堆芯结 构采用砌体的结构形式，石墨块以及碳砖之间 采用销、键的连接与定位方式，其抗震性能必 须在设计当中给予充分的重视。 为此， 对结构部 件在地震荷载作用下的完整性进行了计算， 表明 .(,=!6 堆结构的抗震性能有足够的安全裕度。 #" # 克服热应力与热变形 为克服 .(,=!6 堆结构的热应力与热变形， 陶瓷堆芯砌体的外层采用较厚的碳砖隔热层。 不仅减少了向堆外的传热量，也降低了堆芯容 器及反应堆压力容器的温度和温差，减少了堆 结构的热应力与热变形。另外，在活性区下方 高温氦气出口的高温区，石墨砌体在垂直方向 的热膨胀量允许与外侧结构有些差别，以克服 热变形对堆体陶瓷结构性能的影响。 #" $ 氦气旁流 由于陶瓷堆芯结构采用砌体的结构形式， 石墨块及碳砖块之间采用销、键的连接与定位
第四代核能系统——高温气冷堆技术介绍
100.0
10 50.0 5
0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39
0.0
Time(Month since January 2003)
Integrated power (MWD)
19
Days of operation
丧失冷却+不紧急停堆实验
燃料元件在俄罗斯的辐照燃耗已达 100000 MWd/t(U) ，受辐照的 4 个燃料元件中的 3 万多个包覆燃料颗粒没 有一个因为辐照破损
18
至2006年3月累计运行469天
35
Days of operation Integrated power
250.0
30 200.0 25
20
150.0
15
按照核安全局批准的程序，旁通反应堆紧急停堆系统。
关闭风机，关闭二回路隔离阀：丧失冷却。
控制棒不下落，反应堆堆芯温度缓慢上升由于堆芯燃料的负 温度系数（当温度升高，反应堆功率下降），反应堆功率自 动下降。。 最终堆芯剩余发热和通过反应堆压力壳表面散发的热量建立 平衡，反应堆温度开始下降。
11
10 MW 高温气冷堆外景
12
反应堆系统
反应堆热功率,MW 一回路压力, MPa
10 3
氦气入口温度, ℃
氦气出口温度,℃ 燃料球数目
250/300
700/900 27000
13
反应堆和蒸汽发生器舱室
14
10 MW 高温气冷堆实现满功率运行
2003 年 1 月 29 日主控制室仪表显示达到 10 MW 满功率 核裂变产生的热量经发电后通过 冷凝器排出
高温气冷堆技术采用
高温气冷堆技术采用高温气冷堆技术采用引言高温气冷堆技术是一种新型的核能利用技术，它采用了气体作为热传输介质，将核能转化为电能或热能。
与传统的水冷堆技术相比，高温气冷堆技术具有诸多优势，包括安全性、高效性、环境友好等。
本文将详细介绍高温气冷堆技术的原理、应用及前景。
一、高温气冷堆技术的原理高温气冷堆技术是通过将核燃料（如铀、钚等）放置在燃料元件中，并在控制条件下进行核反应，产生大量热能。
燃料元件通常由燃料棒和包围燃料棒的燃料壳组成。
燃料元件中的热能通过与工质气体（通常是氦气）的热交换来实现转化，将热能转化为电能或热能。
高温气冷堆技术与传统的水冷堆技术相比，最大的区别在于热传输介质的差异。
传统的水冷堆技术使用水作为冷却剂，通过循环水来从反应堆中带走热量。
而高温气冷堆技术则使用气体（通常是氦气）作为热传输介质，利用气体的高热导性能，直接将热能传递给燃料元件外的供热系统。
二、高温气冷堆技术的应用1. 电力生成高温气冷堆技术可以转化核能为电能，并将其供给电网。
高温气冷堆可以提供高温高压的工质气体，这些气体可以直接驱动汽轮机或发电机，实现电力的生成。
相比传统的水冷堆技术，高温气冷堆技术的电力转化效率更高，能够更充分地利用核能资源。
2. 工业供热高温气冷堆技术的另一个应用是工业供热。
高温气冷堆可以提供高温的工质气体，这些气体可以直接供给工业生产中的加热炉、锅炉等设备，满足工业生产中对高温热能的需求。
相比传统的水冷堆技术，高温气冷堆技术的供热效率更高，能够更好地满足工业生产的需求。
3. 燃料制氢高温气冷堆技术还可以用于燃料制氢。
高温气冷堆中的工质气体（氦气）可以与水反应，产生氢气。
氢气被认为是一种清洁能源，可以用于替代传统的化石燃料。
利用高温气冷堆技术制氢，可以实现核能和可再生能源的结合，提高能源的可持续性和环境友好性。
三、高温气冷堆技术的前景目前，高温气冷堆技术仍处于发展初期，但已经在一些国家得到了重视和推广。