高溫堆

高溫堆是使用石墨慢化氦氣冷卻的反應堆。高溫反應堆也稱為高溫氣冷堆（HTGR），它是改進型氣冷堆的進一步發展，也可稱之為氣冷堆的第三代。

基本介紹

• 中文名：高溫堆
• 外文名：HTGR
• 作用：使用石墨慢化氦氣冷卻
• 屬於：反應堆
• 溫度：高溫
• 也稱：高溫氣冷堆

主要特點

①具有高度的固定安全性：由於堆芯功率密度低，熱容量大，並具有負反應性溫度係數，因此即使在反應堆冷卻劑流失事故的情況下，堆芯餘熱也可依靠自然對流、熱傳導和輻射傳出。同時冷卻劑氦氣是惰性氣體，與結構材料相容性好，氦氣中子吸收截面小，難於活化，因此在正常運行時，氦氣的放射性水平很低，有利於運行和維修。

②燃料循環靈活，轉換比高和燃耗深，不僅可以使用低濃鈾燃料，也可以使用高濃鈾和釷燃料，實現釷--鈾燃料循環。燃料的燃耗深度可高達100000 MW·d/tU，提高了燃料的經濟性。

③熱效率高：由於高溫氣冷堆出口溫度高，可以產生19.0 MPa，535℃的高溫高壓過熱蒸汽，配以常規汽輪機組，熱效率可達40%，如果採用高溫氦氣輪機的直接循環，熱效率更可提高到50%～60%。

④用途廣泛：高溫氣冷堆還可提高900～950℃以下的高溫工藝氣體，用於煉鋼、黑色金屬生產、煤的氣化和液化、氨和甲醇的生產以及輕紡、海水淡化等工業。

結構設計

高溫氣冷堆採用塗敷顆粒型燃料，用石墨做減速劑和結構材料。

按照燃料元件形狀和堆芯結構布置特點，迄今世界上高溫氣冷堆可分為兩類，一類是球床堆，另一類是柱狀堆。兩種不同的堆芯結構，各有一些設計特點。球床堆採用不停堆裝卸燃料元件，它是通過堆芯上方的裝卸料機構不斷向堆芯裝料，而在堆芯下部的卸料機構卸料。柱狀堆採用停堆換料。換料間隔時間以及每次換料量，不同的設計有所差異。

從設計結構方面看，球床堆或柱狀堆，它們的共同點是堆芯減速劑與燃料元件屬一體化，燃料與減速劑石墨構成一個整體。只是球床堆的球形燃料元件沒有規則的冷卻劑通道，氦冷卻劑是在燃料球的間隙中自上而下的流動，去冷卻堆芯；而柱狀堆的柱狀燃料元件留有垂直的冷卻劑流道，冷卻劑沿流道自上向下流動。另外球形堆的控制棒可直接插進球形燃料元件中，不需控制棒孔道。而柱狀堆設有控制棒孔道。上述兩種高溫氣冷堆的堆芯結構各有優缺點。

主要優點

球床堆芯的優點

①球形燃料元件的設計和製造較為簡單；②堆芯內可方便地混合裝載適當比例的石墨元件和少量的吸收元件，並可採用不停堆裝卸料和實現多次再循環，因而功率分布和燃料的燃耗深度都較均勻；③採用不停堆換料有利於提高堆的可利用率；④燃耗較深。其缺點是：①為實現燃料多次循環而設定的裝卸料系統比較複雜，其可靠性不如常規的停堆換料裝置；②反射層更換較難，需用壽命長、耐輻照的高品質石墨。

柱床堆芯的優點

①易做成環狀堆芯，有利於傳熱，因而在堆芯尺寸相同的情況下，環狀堆芯功率輸出約可比圓柱堆芯提高40%；②柱狀堆芯有固定的冷卻劑流道，因此氦冷卻在堆芯內的壓力降較小，可減少循環風機的功率；③柱狀堆芯的所有部件易於更換，因而對石墨品質的要求(尤其是抗輻照性能)比球床堆芯的石墨要求低；④停堆安全裕度大。其缺點是為了降低堆芯軸向功率峰值因子，需沿軸向裝載不同含鈾量的燃料元件，為此需採用富集度為19.9%的加濃鈾加上釷的燃料，這對一次通過式燃料循環來說，經濟性較差。

據資料報導七十年代國外主要開發設計大功率(1000 MW)級的高溫氣冷堆。八十年代之後改變了設計方向，重點設計採用低濃鈾-釷燃料的模組式高溫氣冷堆。這種堆與已建成的高溫堆相對比，在燃料、減速劑、冷卻劑等方面基本相同只是電功率較小一般在200 MWe以下。模組堆是一個堆為一個模組不同數目的模組可以組成不同功率的高溫氣冷堆電站。