高温气冷堆浅析.ppt

/ 第七章 高温气冷堆 HTGR 第四代先进核能系统－六个入选堆型： 超高温气冷堆 气冷快堆 钠冷快堆 超临界水堆 铅/鉍冷快堆 熔盐堆 第四代先进核能系统－高温气冷堆 模块式高温气冷堆：日本、中国领先 高温堆＋氦气透平＝未来高温堆 南非、美国、法国、俄罗斯、韩国等 都开 始投入研究，准备建堆。 中国的领先地位将受到挑战。 高温气冷堆发展历史 气冷堆是反应堆发展史上最早的堆型 第一代气冷堆－Magnox型气冷堆： 石墨为慢化剂，CO2气体为冷却剂，金属天然铀为燃料，镁诺克斯(Magnox）合金为燃料棒的包壳材料。 1956年英国建成50MWe气冷堆电站，商用化。 70年代初期，在英、法、意、日和西班牙等国建造36座，总装机容量达到8.2 GW（电）。 第二代气冷堆－改进型AGR 高温气冷堆－设计概念的提出 高温气冷堆－关键技术的突破 TRISO 燃料元件 高温气冷堆－实验堆 英国1960年建造20MWth试验堆“龙堆”（Dragon）。 美国1967年建成40MWe桃花谷（Peach Bottom）实验堆。 德国1967年建成15MWe的球床高温气冷堆（AVR），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。 证明了全陶瓷性元件堆芯的现实性和可靠性 1000度时堆芯仍能安全可靠的运行 证明了 氦气技术的现实性， 证明了堆芯结构的可靠性 高温气冷堆－原型堆 美国1968年建造330MWe圣?符伦堡（Fort Stvrain）电站，1976年并网。 德国1971年 建造300MWe 钍高温球床堆THTR-300， 1985年并网运行。 高温气冷堆在设计、燃料和材料的发展、建造和运行方面都积累了成功的经验，开始进入发电和工业应用的商用化阶段。 高温气冷堆－模块式 客观要求 美国三里岛事故发生后，人们设法实现核反应堆的“绝对安全”。 希望在任何事故情况下都不会发生大的核泄漏，不会危及公众与周围环境的安全，也就是人们常说的实现反应堆的固有安全性。 概念提出 模块式高温气冷堆就是在这样的背景下发展起来的一种新堆型。1981年德国电站联盟（KWU）首先提出球床模块式高温气冷堆的概念。 高温气冷堆－模块式 小型化＋具有固有安全特性 技术上：安全停堆，燃料温度1600℃以下； 经济上：以模块式组合、标准化生产、建造时 间短、投资风险小。 可与其他堆型核电站相竞争。 近20年来，模块式高温气冷堆由于安全性好，能够适应广大能源市场（供电、供热）的需要，已成为国际高温气冷堆技术发展的主要方向，重新引起国际核能界和工业界的重视。 两个模块式高温堆－柱状 球形 高温堆－基本特点 氦气作冷却剂 石墨作慢化材料 球形燃料元件 全陶瓷堆芯结构 连续装卸燃料 非能动余热排出 无应急冷却系统 模块化建造 高温堆－固有安全性 负温度系数大；在任何情况下能自动停堆。 功率密度低（5-10 kW/L),热容量大，热稳定性高。但堆芯相对大。 失冷时，余热可靠导热、辐射及自然对流排出。 元件低于1600 ?C的限值。在任何运行和事故情况下不会发生严重事故。 高温堆－用途 模块式高温堆建造周期2—3年，建造成本和电价：1300美元/千瓦，3.3美分/度。 出口950℃，发电效率高，蒸汽循环40%左右，氦气循环48%左右。 高温堆安全、经济好，广泛用途： 开采稠油和炼制石油， 生产各类化工产品， 煤气化、液化， 制氢、甲醇等等。 高温气冷堆结构特点 燃料颗粒特点： 燃料核心＋涂敷层 1 BISO 颗粒 燃料核心 ＋ 两种涂敷层 2 TRISO颗粒 燃料核心 ＋ 三种涂敷层 燃料元件结构特点 将涂敷颗粒分散在石墨基体中压制成燃料密实体，再将密实体装入有石墨包壳组成的各种几何形状的燃料元件。 1球形元件： 2 柱形元件 柱形元件 棱柱块上开有燃料孔和冷却剂孔，控制棒孔，控制毒物孔，装卸孔。 HTGR堆芯结构特点 按照石墨燃料元件的结构形式分为： 1 球床堆 2 棱柱堆 堆芯一般为圆柱形，四周为石墨反射层，反射层外为金属热屏，整个堆芯装在预应力混凝土压力壳内。 HTGR慢化剂 HTGR采用石墨作为慢化剂和主要的结构材料主要原因： 1 热中子吸收截面小 2 高温下有较好的机械性能和稳定性 3 抗热震性能好 HTGR冷却剂系统 两个循环回路： 二次侧微放射性， 冷却剂选择 氦气的原因： 1 化学惰性 2 核物理性能 3 容易净化 4 传热性能和载热性能好 5 其它优点