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核能与燃气机组的结合
规则床模块式高温气冷堆是在柱状实验堆和球床实验堆多年实验运行的基础上,排除各自在实验中发现的问题而设计出的新堆型,是设计成熟的高温堆,可以通过原型堆示范建造来验证它的性能。
高温气冷堆的热电转换以前有两种方式,一种是将冷却堆芯的氦气,直接进入氦气轮机发电。这种直接氦气布雷顿循环,柱状堆转换效率可以达到47%,球床堆可以达到42%左右。不过氦气轮机发电技术先进但不成熟,尚处于小规模示范研究阶段。另一种是高温氦气经过热交换,与高参数蒸汽轮机配合,也能达到42%以上的热电转换效率。由于蒸汽压力高于氦回路压力,需要注意防止水蒸汽漏入氦回路的可能。
现在我们提出的能量转换方式是高温气冷堆与燃气蒸汽联合循环机组配合,技术成熟而且具有一系列优异性能。天然气燃气蒸汽联合循环是国际上商用成熟技术,已经具有一定规模的使用经验。这两项技术的结合,在工程上是可以实现的。
在核能与联合循环的工艺流程中,空气被压缩以后首先由核能加热,即通过氦气与压缩空气热交换,被加热至800℃(以后可能提高至950℃)后,再进入天然气燃烧室及燃气蒸汽联合循环系统。高温气冷堆与联合循环之间由气气换热器连接,该换热器有人建议选用微流道板式换热器,可能是一种较好的选择。联合循环的流量和压比等设计参数需要考虑与核能联合的新特点,其中压缩机最好有中间冷却,获得压比高和温度低的参数,将更有利于核能的应用。
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