高温气冷堆在设计、燃料和材料的发展、建造和运行方 面都积累了成功的经验，开始进入发电和工业应用的商 用化阶段。
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高温气冷堆－模块式
客观要求
美国三里岛事故发生后，人们设法实现核反应堆的“绝 对安全”。
希望在任何事故情况下都不会发生大的核泄漏，不会危 及公众与周围环境的安全，也就是人们常说的实现反应 堆的固有安全性。
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TRISO 燃料元件
不易破损
耐高温
核心
包覆颗粒 燃料元件
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高温气冷堆－实验堆
英 国 1960 年 建 造 20MWth 试 验 堆 “ 龙 堆 ” （Dragon）。 美国1967年建成40MWe桃花谷（Peach Bottom） 实验堆。 德 国 1967 年 建 成 15MWe 的 球 床 高 温 气 冷 堆 （AVR），并发展了具有自己特色的球形燃料 元件和球床高温堆。 这三座实验堆的成功运行，证明了高温气冷堆在
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第二代气冷堆－改进型AGR
包壳：镁铍合金
不锈钢 ，
燃料：天然
2%UO2，
CO2温度400℃
670℃。
1963年英国建造32MWe原型堆，
1976-1988年，运行的AGR共有14座，8.9GW。
尽管AGR在性能上比Magnox堆有了很大改进，但 由于受到CO2与不锈钢元件包壳材料化学相容性的限 制(690 ℃ )，使出口温度难以进一步提高，再加上功 率密度低、燃耗低的限制，使其仍难以和压水堆在经 济上竞争 。
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高温堆－用途
模块式高温堆建造周期2—3年，建造成本和电 价：1300美元/千瓦，3.3美分/度。 出口950℃，发电效率高，蒸汽循环40%左右， 氦气循环48%左右。 高温堆安全、经济好，广泛用途： 开采稠油和炼制石油， 生产各类化工产品， 煤气化、液化， 制氢、甲醇等等。
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高温气冷堆结构特点
近20年来，模块式高温气冷堆由于安全性好，能够适应 广大能源市场（供电、供热）的需要，已成为国际高温 气冷堆技术发展的主要方向，重新引起国际核能界和工 业界的重视。
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两个模块式高温堆－柱状 &球形
中国－HTR10 日本－HTTR30
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高温堆－基本特点 氦气作冷却剂 石墨作慢化材料 球形燃料元件 全陶瓷堆芯结构 连续装卸燃料 非能动余热排出 无应急冷却系统 模块化建造
燃料颗粒特点： 燃料核心＋涂敷层
1 BISO 颗粒 燃料核心 ＋ 两种涂敷层
2 TRISO颗粒 燃料核心 ＋ 三种涂敷层
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燃料元件结构特点
将涂敷颗粒分散在石 墨基体中压制成燃料 密实体，再将密实体 装入有石墨包壳组成 的各种几何形状的燃 料元件。 1球形元件： 2 柱形元件
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Hale Waihona Puke 21柱形元件 棱柱块上 开有燃料 孔和冷却 剂孔，控 制棒孔， 控制毒物 孔，装卸 孔。
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HTGR堆芯结构特点
按照石墨燃料元件的结构形式分为： 1 球床堆 2 棱柱堆
堆芯一般为圆柱形，四周为石墨反射层，反射层 外为金属热屏，整个堆芯装在预应力混凝土压 力壳内。
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HTGR慢化剂
HTGR采用石墨作为慢化剂和主要的结构材料主要 原因：
1 热中子吸收截面小 2 高温下有较好的机械性能和稳定性 3 抗热震性能好
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高温堆－固有安全性
负温度系数大；在任何 情况下能自动停堆。 功率密度低（5-10 kW/L),热容量大，热稳 定性高。但堆芯相对大。 失冷时，余热可靠导热、 辐射及自然对流排出。 元件低于1600 ⁰C的限 值。在任何运行和事故 情况下不会发生严重事 故。
堆芯 表面冷却系统
烟囱 空冷器 水箱
腔室混凝土
概念提出
模块式高温气冷堆就是在这样的背景下发展起来的一种 新堆型。1981年德国电站联盟（KWU）首先提出球床 模块式高温气冷堆的概念。
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高温气冷堆－模块式
小型化＋具有固有安全特性 技术上：安全停堆，燃料温度1600℃以下； 经济上：以模块式组合、标准化生产、建造时
间短、投资风险小。 可与其他堆型核电站相竞争。
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HTGR冷却剂系统
两个循环回路： 二次侧微放射性， 冷却剂选择 氦气的原因：
1 化学惰性 2 核物理性能 3 容易净化 4 传热性能和载热性能好 5 其它优点
缺点：
密封系统
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HTGR特点
1 高温高效 2 高转换比 3 安全性高 a b c d 4 对环境污染小 可以建设在人口密集区 5 应用前景广阔
第七章 高温气冷堆 HTGR
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世界各种堆型核电机组一览表
堆型
压水堆 沸水堆 各种气冷堆 各种重水堆 水冷却石墨堆 快中子增殖堆
总计
机组
256 92 32 43 13 2
438
功率（GW）
228 80 11 22 13
0.8 354
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第四代先进核能系统－六个入选堆型：
– 超高温气冷堆 – 气冷快堆 – 钠冷快堆 – 超临界水堆 – 铅/鉍冷快堆 – 熔盐堆
技术上是可行的。
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证明了全陶瓷性元件堆芯的现实性和可靠性 >1000度时堆芯仍能安全可靠的运行 证明了 氦气技术的现实性，
证明了堆芯结构的可靠性
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高温气冷堆－原型堆
美国1968年建造330MWe圣•符伦堡（Fort Stvrain）电 站，1976年并网。 德国1971年 建造300MWe 钍高温球床堆THTR-300， 1985年并网运行。
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高温气冷堆－设计概念的提出
1944 / USA
Daniels‘
SECRET REPORT
on an
HTR PEBBLE PILE
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高温气冷堆－关键技术的突破
氦气－冷却剂 全陶瓷型的热解炭涂敷颗 粒作燃料（技术突破）
1960 / UK HUDDLE PATENT:
TRISO COATED PARTICLE
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第四代先进核能系统－高温气冷堆
模块式高温气冷堆：日本、中国领先 高温堆＋氦气透平＝未来高温堆 南非、美国、法国、俄罗斯、韩国等
都开 始投入研究，准备建堆。
中国的领先地位将受到挑战。
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高温气冷堆发展历史
气冷堆是反应堆发展史上最早的堆型
第一代气冷堆－Magnox型气冷堆： 石墨为慢化 剂，CO2气体为冷却剂，金属天然铀为燃料，镁 诺克斯(Magnox）合金为燃料棒的包壳材料。 1956年英国建成50MWe气冷堆电站，商用化。 70年代初期，在英、法、意、日和西班牙等国建 造36座，总装机容量达到8.2 GW（电）。