石墨

反应堆简介高温气冷堆

发布时间:2023/6/28 15:50:49   
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高温气冷堆属于热中子堆,采用石墨作化剂,氦气作冷却剂,使用涂敷颗粒燃料。根据堆芯形状的不同,可分为使用球状燃料元的球床型高温气冷堆和使用棱柱状燃料元件的柱床型高温气冷堆。我国清华大学的气冷堆是球床型高温气冷堆。

球床型高温气冷堆使用的燃料球

由于氦气具有化学惰性和良好的化学稳定性,不会与其他材料发生反应,因此可与反应堆结构材料直接接触。由于不像液体那样受沸点的限制,因而在较低运行压力下使出口温度到达~℃或更高的高温,能够提高装置的热效率。如果采用氦气轮机,可实现直接循环,简化系统并减少设备。另外,气体的中子吸收截面较小,泄漏时也不会像液体那样对堆芯反应性造成过大影响。

目前,我国已经在石岛湾建设了世界上首座模块化高温气冷堆示范工程。

石岛湾高温气冷堆示意图

该模块化反应堆堆芯中大约有数十万个燃料球,直径为3m,高为11m。堆芯周边的反射层是耐高温的石墨。冷却剂氦气从反应堆顶部流过堆芯,然后通过一个内衬保温材料的同轴双层连接结构,流到一个与反应堆并肩布置的蒸汽发生器。冷却后的氦气由布置在蒸汽发生器壳顶部的氦气循环风机加压后通过同轴连接结构的外层流回反应堆,形成一个封闭的反应堆—回路循环。新燃料元件由顶部装入堆芯,从底部卸料管卸出。卸出的燃料元件如果未达到预定的燃耗深度,则再送回堆内使用。具有很强的经济性。

年12月20日,全球首座球床模块式高温气冷堆核电站——华能石岛湾核电高温气冷堆示范工程送电成功,这是全球首个并网发电的第四代高温气冷堆核电项目,标志着我国成为世界少数几个掌握第四代核电技术的国家之一。根据计划,石岛湾高温气冷堆核岛站将在年实现投产商运。投产后,预计每年可减少二氧化碳排放90万吨,相当于每年减少燃煤25万吨,为实现碳达峰、碳中和做出贡献。

高温气冷堆示范工程

虽然高温气冷堆具有效率高、安全性好等突出优点。但也存在不足之处。

1、气体冷却剂的密度和比热很小,功率密度较小,堆芯体积较大。

2、对管道、设备材料的耐高温性和密封性有很高要求。

3、气体工质的高温热物性还需研究。

正是由于以上不足,尤其是功率密度低,体积大的缺点,使气冷堆在空间有限、寸土寸金的舰船上一直没有装备,而且在短期能估计可没有装备的可能。



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