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1、高温气冷堆氦气轮机技术,目录,1 绪论,2 数据库检索报告,3 研究现状,4 问题及研究方向,1 绪论,“,”,1.1概念,高温气冷堆工作原理,“,高温气冷堆氦气轮机工作原理,“,”,1.1概念,氦气的物性,标准状态(latm,0)下几种工质热物性的比较,从上表中可以看出，与其他工质相比，氦气有下列的物理性质:导热性强、原子量小、气体常数大、比热大、气体密度小、等嫡指数大。,氦气的这些特殊的热物性对气体透平循环的影响,气体密度小，因此需要很高的循环压力，以增加其密度;,等嫡指数大，因此在相同的温差下，其压比较小，也就难于压缩;,比热大，因此在相同的温差下，循环比功大，透平的膨胀功和压气机的压缩
2、功都比其他气体大。,1.2 背景,就我国而言，当前发电、取暖、交通和工业生产所消耗能源的90%来自煤炭、石油、天然气等化石燃料，也就是说，我国的能源消耗主要依赖于化石燃料。随着经济的发展和人们生活水平的提高，能源消耗的需求量越来越大。对于我国来说，预计到2050年能源的消耗量为35.641.2亿吨标煤，而供应量预计为32.4亿吨标煤，缺口达3.28.8亿吨标煤，形式十分严峻。,2 数据库检索报告,2.1 引文报告,检索式：TS=(high temperature gas-cooled reactor OR“HTGR”OR“high temperature gas cooled reactor”
3、OR“high-temperature gas-cooled reactor”OR“high temperature gas cooled reactors”)AND TS=(helium turbine OR“helium gas turbine”OR”helium turbomachine”OR“helium turbine incorporated”),每年发表的论文数,每年的引文数,2.2 结果分析,2.3 TOP10 文献,1 Forsberg C W,Peterson P F,Pickard P S.Study on characteristic of helium turbine
4、 with the high temperature gas-cooled reacterJ.Nuclear Technology,2003,144(3):289-302.(被引157次)2 Fujikawa S,Hayashi H,Nakazawa T,et al.Achievement of reactor-outlet coolant temperature of 950 C in HTTRJ.Journal of Nuclear Science and Technology,2004,41(12):1245-1254.（被引145次)3 Yari M,Mahmoudi S M S.Ut
5、ilization of waste heat from GT-MHR for power generation in organic Rankine cyclesJ.Applied Thermal Engineering,2010,30(4):366-375.(被引128次)4 Kunitomi K,Yan X,Nishihara T,et al.JAEAs VHTR for hydrogen and electricity cogeneration:GTHTR300CJ.Nuclear Engineering and Technology,2007,39(1):9-20.(被引104次)5
6、 Meyer M K,Fielding R,Gan J.Fuel development for gas-cooled fast reactorsJ.Journal of Nuclear Materials,2007,371(1):281-287.(被引93次),6 Kissane M P.A review of radionuclide behaviour in the primary system of a very-high-temperature reactorJ.Nuclear Engineering and Design,2009,239(12):3076-3091.(被引77次)
7、7 El-Genk M S,Tournier J M.Noble gas binary mixtures for gas-cooled reactor power plantsJ.Nuclear Engineering and Design,2008,238(6):1353-1372.(被引54次)8 Talamo A,Gudowski W,Venneri F.The burnup capabilities of the deep burn modular helium reactor analyzed by the Monte Carlo continuous energy code MCB
8、J.Annals of Nuclear Energy,2004,31(2):173-196.(被引43次)9 R&D on the power conversion system for gas turbine high temperature reactors(被引40次)10 Verfondern K,Nabielek H,Kendall J M.Coated particle fuel for high temperature gas cooled reactorsJ.Nuclear Engineering and Technology,2007,39(5):603-616.(被引32次
9、),2.4 文献翻译,The modular high temperature gas-cooled reactor(HTGR)incorporated with helium turbine is considered as one of the leading candidates for future nuclear power plants.Nowadays,HTGR can provide the heat source at the temperature of 900.Limited by the temperature of the working fluid,steam tu
10、rbine cycle cannot maximize the economic potential of HTGR.The helium is an ideal cooling fluid for the reactor due to its chemical characteristics.Helium turbine cycle has no such limitation,and such kind of nuclear power plant is of higher efficiency compared with conventional nuclear power plant
11、because of the higher helium turbine inlet temperature.Consequently,it is expected to be a competing candidate for future concepts of high efficiency power generation.The performance of closed-cycle helium turbine incorporated with HTGR which coupled with recuperating,intercooling and precooling pro
12、cesses is studied in this paper.The main purpose of this article is to study the fundamental features of HTGR coupled with gas turbine cycle(HTGR-GT).Based on theresults of the cycle study,fundamental aerodynamic features of helium turbine design for HTGR-GT cycle are analyzed.,Abstract,A review of
13、radionuclide behaviour in the primary system of a very-high-temperature reactor,高温气冷堆氦气轮机是将氦气轮机与模块式高温气冷堆相结合，利用高温气冷堆产生的高温氦气直接推动涡轮做功进行高效率发电。目前，高温气冷堆能提供900的高温热源，蒸汽循环难以充分发挥高温氦气的优势，循环效率得不到提高。因此，高温气冷堆氦气轮机成为发展的主要方向。高温气冷堆和氦气轮机分别代表着当今核能和常规发电的先进技术。它是核电领域中的全新概念，为提高核电安全性和经济性能提供了新思路，有很强的竞争优势。常规蒸汽透平由于受工质温度的限制，不能有
14、效地利用高温气冷堆的高温潜力。氦气轮机循环可以突破蒸汽动力循环的温度限制，从而成为研究高温气冷堆高效率发电的一个重要方向。本文以带有回热器、中冷器、预冷器的高温气冷堆氮气轮机循环为研究对象，研究高温气冷堆氦气轮机循环的基本特性;在循环研究的基础上，研究适用于高温气冷堆氦气轮机循环中的透平在气体动力学方面的基本特性。,摘要,高温气冷堆氦气轮机基本特性的研究,3 研究现状,1,2,3,20世纪60年代末期,20世纪70年代末80年代初,20世纪90年代至今,南非和美俄,3.1 基于时间的研究现状,1975年,广泛开展国际合作来研究开发高温对气体透平循环南非：球床模块高温气冷堆(PMBR)美俄：气透
15、平-模块氦冷反应堆（GT-MHR）,德国专家提出模块式高温气冷堆概念,高温气冷堆与氦气轮机联合的动力装置开始发展,3.2 基于机构的研究现状,于利希研究中心（FZJ）开展HTR with Helium-Turbine(HHT)的研究，另外，在高温气冷堆工艺热应用(PNP)计划中，德国也对氦一氦热交换器、热气导管、氦气净化等做了大量研究,美国,美俄,南非,德国,MIT开展了模块化高温气冷堆(MGR)氦气透平循环电厂的研究，提出了两种技术方案，即直接氦气透平循环方案(MGR-GT)和间接氦气透平循环方案(MGR-GTI)，发电效率可达45%，费用明显低于HTGR蒸汽电厂,南非NECSA进行球床模块
16、高温气冷堆（PMBR)的研究。PBMR采用的是标准的布雷登循环，并带有闭式水冷的预冷器和间冷器。,美国GA公司和俄罗斯OKBM研究院合作完成GT-MHR(Gas Turbine-Modular Helium Reactor)，其是在原MHGTR基础上结合闭式布雷顿循环能量转换系统而形成的.,周湘文，王洪涛等人；压应力对各向同性细颗粒石墨热膨胀系数的影响,E Fermi和 R Moormann等人；对球床式高温气冷堆堆内使用的石墨材料如结构石墨和球形燃料元件基体石墨进行了较为详细的介绍,雏晓卫，喻新利等人；对高温气冷堆用石墨材料的氧化性能进行了研究,刘超，刘兵等人；SiC涂层不能满足包覆燃料颗粒
17、性能，对高温气冷堆包覆燃料颗粒ZrC涂层的研究,Kunitomi K,Yan X,Nishihara T等；对高温气冷堆氦气流动及燃料球冷却过程进行了数值模拟研究,3.3基于问题的研究现状,3.3.1球床式高温气冷堆石墨材料的研究,Talamo A,Gudowski W,Venneri F等；介绍了高温气冷堆氦气透平发电磁力轴承的设计原理及技术特点,给出了磁力轴承的详细结构设计及关键设计参数。氦气轮机转子采用立式一体化布置的结构方式,由两个径向磁力轴承和一个轴向磁力轴承支撑。,Meyer M K,Fielding R,Gan J等；应用发动机热力计算方法导出循环有效效率表达式和最佳增压比解析式，然后对高温气冷堆氦气轮机循环的热力过程进行分析，揭示了各参数之间的关系。,王旭，徐莉华等；验证组合弹性环的密封效果,设计了密封试验器和与机组上的组合弹性环完全一致的密封试验件,并在密封试验台上分别采用氦气工质和空气工质进行了试验对比,3.3.2氦气轮机性能优化的研究,4 存在问题及研究方向,4.1 存在问题,观念方面 氦气轮机装置的材料建设成本问题 堆芯入口温度太高放射性产物在透平叶片上沉积问题,4.2 研究方向,氦气轮机装置材料的研究；高温气冷堆安全问题的研究；放射性产物在透平叶片上沉积问题的研究；一体化布置的研究；,Thanks!,
