氦氣在高溫氣冷堆中有什么作用？

  高溫氣冷堆新近的發(fā)展已引起廣泛的關(guān)注。除了中國(guó)和日本正在建造高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆之外，南非、美國(guó)、俄羅斯、法國(guó)等國(guó)都在積極開展高溫氣冷堆的發(fā)展工作，一些發(fā)展中國(guó)家對(duì)高溫氣冷堆表示了極大的興趣。

  高溫氣冷堆具有安全性好、發(fā)電效率高、小容量模塊化建造等特點(diǎn)，正好適應(yīng)了全球正在興起的電力系統(tǒng)非管制化發(fā)展趨勢(shì)對(duì)發(fā)電廠的要求。

  那么氦氣在高溫氣冷堆中有什么作用？高溫氣冷堆用氦氣作冷卻劑，石墨作慢化材料，采用包覆顆粒燃料和全陶瓷的堆芯結(jié)構(gòu)材料。親們需要采購(gòu)作為冷凍劑的氦氣就來紐瑞德氣體。99.999氦氣，5N高純氦氣批發(fā)，批量氦氣充裝。享氦氣批發(fā)價(jià)哦！

  高溫氣冷堆特點(diǎn)

  1.安全性好

  高溫氣冷堆采用優(yōu)異的包覆顆粒燃料是獲得其良好安全性的基礎(chǔ)。鈾燃料被分成為許多小的燃料顆粒，每個(gè)顆粒外包覆了一層低密度熱介碳，兩層高密度熱介碳和一層碳化硅。包覆顆粒直徑小于1mm，包覆顆粒燃料均勻彌散在石墨慢化材料的基體中，制造成直徑為6cm的球形燃料元件(見圖3)。包覆層將包覆顆粒中產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物充分地阻留在包覆顆粒內(nèi)，實(shí)驗(yàn)表明，在1600℃的高溫下加熱幾百小時(shí)，包覆顆粒燃料仍保持其完整性，裂變氣體的釋放率仍低于10－4。

  2.發(fā)電效率可提高

  模塊式球床型高溫氣冷堆采用了余熱非能動(dòng)載出的特性，雖大大地增強(qiáng)了安全性，但是其單堆的功率受到了很大的限制。由于球床型高溫氣冷堆可以提供950℃的高溫氦氣，充分利用其高溫氦氣的潛力獲得更高的發(fā)電功率是提高其經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力的主要發(fā)展方向。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)展方向。

  南非ESKOM公司設(shè)計(jì)的高溫氣冷堆核電廠即采用了氦氣透平直接循環(huán)方式[1，2]，由一回路出口的高溫氦氣冷卻劑直接驅(qū)動(dòng)氦氣透平發(fā)電，反應(yīng)堆壓力為7MPa，氦氣出口溫度為900℃，高溫氦氣首先驅(qū)動(dòng)高壓氦氣透平，帶動(dòng)同軸的壓縮機(jī)，再驅(qū)動(dòng)低壓氦氣透平，帶動(dòng)另一臺(tái)同軸的壓縮機(jī)，最后驅(qū)動(dòng)主氦氣透平，輸出電力。經(jīng)過整個(gè)循環(huán)，氦氣的壓力將降到2.9MPa，溫度降為571℃。為了將氦氣加壓到反應(yīng)堆一回路的入口壓力，需先經(jīng)過回?zé)崞骱皖A(yù)熱器冷卻到27℃后，再經(jīng)兩級(jí)壓縮機(jī)后升壓到7MPa，而后回到加熱器的另一側(cè)加熱到558℃，回到堆芯的入口。該循環(huán)方式發(fā)電效率可達(dá)到47％。

  該循環(huán)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)為：系統(tǒng)簡(jiǎn)單，全部電力系統(tǒng)都集成在同軸相連的三個(gè)壓力容器內(nèi)，造價(jià)低；避免了堆芯進(jìn)水事故的可能性；熱力循環(huán)效率高。

  3.熱循環(huán)方式

  氦氣透平直接循環(huán)方式是高溫氣冷堆高效發(fā)電的發(fā)展方向。但是，目前這項(xiàng)技術(shù)需要研究開發(fā)的項(xiàng)目較多，主要有：
①研制高質(zhì)量、低釋放率的燃料元件(以保證進(jìn)入透平發(fā)電系統(tǒng)的放射性水平很低 )；
②研制立式氦氣透平技術(shù)，包括：磁力懸浮軸承、停機(jī)擎動(dòng)軸承以及在高溫氦氣 氛下相接觸金屬表面的處理等相關(guān)技術(shù)；
③研制高效(98％)的板翅式回?zé)崞骷夹g(shù)等。
從技術(shù)可行性角度，目前考慮的替代氦氣熱力循環(huán)方式還有以下兩種方式：

  3.1 直接聯(lián)合循環(huán)方式
  循環(huán)流程為：6.9MPa的900℃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)，再驅(qū)動(dòng)主發(fā)電氦氣透平，向外輸出電力。出口的氦氣再通過一直流蒸氣發(fā)生器，加熱另一側(cè)的水，使之產(chǎn)生蒸汽。產(chǎn)生的蒸汽推動(dòng)蒸汽透平發(fā)電機(jī)，向外輸出功率。氦氣經(jīng)直流蒸氣發(fā)生器后由壓縮機(jī)加壓到7.0MPa，183℃，回到堆芯入口。該系統(tǒng)的氦氣透平和蒸汽透平聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率可達(dá)48％。
  這個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)：不需要采用高效回?zé)崞�，避開了一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。但是，由于采用氦氣�舱羝�聯(lián)合循環(huán)，增加了系統(tǒng)的投資成本，故不能排除堆芯進(jìn)水事故的可能性。

  3.2 間接聯(lián)合循環(huán)
  間接聯(lián)合循環(huán)流程為：反應(yīng)堆出口的900℃高溫氦氣經(jīng)過中間熱交換器(加熱二次側(cè)的氮?dú)?，冷卻到300℃，再經(jīng)過氦風(fēng)機(jī)回送到堆芯的入口。二次側(cè)的氮?dú)饨?jīng)中間熱交換器加熱到850℃，實(shí)現(xiàn)氣體透平和蒸汽透平的聯(lián)合循環(huán)。該循環(huán)的發(fā)電效率為43.7％。
  由于采用氮?dú)庾鞴べ|(zhì)，可以采用成熟的氣體透平技術(shù)，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)條件下具有更好的可行性。但是投資成本增加，也不能排除堆芯進(jìn)水事故的可能性。
  從上述循環(huán)流程的比較可以看出，氦氣熱力循環(huán)方式都可以得到很高的發(fā)電效率，根據(jù)技術(shù)的發(fā)展水平，可以選擇合適的循環(huán)流程。

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