王 杰，丁 銘，楊小勇，王 捷

（1.哈爾濱工程大學(xué) 核安全與仿真技術(shù)國防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150001；2.清華大學(xué) 核能與新能源技術(shù)研究院，北京 100084）

高溫氣冷堆復(fù)合聯(lián)合循環(huán)特性研究

王 杰1，丁 銘1，楊小勇2，王 捷2

（1.哈爾濱工程大學(xué) 核安全與仿真技術(shù)國防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150001；2.清華大學(xué) 核能與新能源技術(shù)研究院，北京 100084）

高溫氣冷堆具有900～1 000℃的出口溫度，其能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可采用回?zé)嵫h(huán)和聯(lián)合循環(huán)而具有較高的效率。然而，回?zé)嵫h(huán)對(duì)回?zé)崞骰責(zé)岫鹊囊筝^高，而聯(lián)合循環(huán)的反應(yīng)堆入口溫度較低，不利于循環(huán)效率的提高。為進(jìn)一步提高循環(huán)效率，本文提出了一種復(fù)合聯(lián)合循環(huán)方案，分析了預(yù)冷器和回?zé)崞鲗?duì)復(fù)合循環(huán)效率的影響，并與回?zé)岷吐?lián)合循環(huán)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，當(dāng)反應(yīng)堆出口溫度為950℃、回?zé)崞骰責(zé)岫葹?.95時(shí)，不設(shè)置預(yù)冷器的復(fù)合循環(huán)效率可達(dá)54.2%。隨回?zé)崞骰責(zé)岫鹊脑龃?，不設(shè)置預(yù)冷器時(shí)的復(fù)合循環(huán)與設(shè)置預(yù)冷器時(shí)的效率差由1.7%逐漸減小。比較回?zé)?、?lián)合和復(fù)合3種循環(huán)方案發(fā)現(xiàn)，提高透平總的做功能力較減小壓氣機(jī)功耗更有利于效率的提高。當(dāng)反應(yīng)堆出口溫度為900～1 200℃時(shí)，復(fù)合循環(huán)的最佳效率較回?zé)嵫h(huán)高3.6%～4.0%，較聯(lián)合循環(huán)高1.9%～2.7%；當(dāng)反應(yīng)堆入口溫度存在限值且高于500～550℃時(shí)，復(fù)合循環(huán)具有最高的效率。

復(fù)合聯(lián)合循環(huán)；回?zé)崞骰責(zé)岫?；預(yù)冷器；聯(lián)合循環(huán)；回?zé)嵫h(huán)；高溫氣冷堆

高溫氣冷堆具有良好的固有安全性，且其反應(yīng)堆出口溫度可達(dá)900～1 000℃。高溫氣冷堆直接氦氣透平循環(huán)的透平出口溫度可達(dá)400～500℃，有氦氣直接回?zé)嵫h(huán)和氦氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)兩種乏氣熱量回收方式。

目前，高溫氣冷堆氦氣直接回?zé)嵫h(huán)是本領(lǐng)域研究的重點(diǎn)方向［1］，鑒于燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)具有很高的效率［2］，國內(nèi)外對(duì)高溫氣冷堆的聯(lián)合循環(huán)方案也進(jìn)行了研究［3－9］。研究結(jié)果表明：聯(lián)合循環(huán)較氦氣直接回?zé)嵫h(huán)具有更高的效率；當(dāng)反應(yīng)堆出口溫度為950℃時(shí)，不設(shè)置預(yù)冷器的聯(lián)合循環(huán)效率可達(dá)52.2%，較回?zé)嵫h(huán)高約1.7%［9］。

高溫氣冷堆氦氣直接回?zé)嵫h(huán)對(duì)回?zé)崞骰責(zé)岫鹊囊筝^高，而聯(lián)合循環(huán)雖已具有較高的循環(huán)效率，但壓氣機(jī)出口的冷氦氣直接進(jìn)入反應(yīng)堆致使反應(yīng)堆入口氦氣溫度較低。綜合考慮預(yù)冷器和回?zé)崞髟谘h(huán)中的作用，本文提出一種復(fù)合聯(lián)合循環(huán)方案，在此基礎(chǔ)上，分析在設(shè)置和不設(shè)置預(yù)冷器兩種系統(tǒng)布置情況下，回?zé)崞骰責(zé)岫葘?duì)復(fù)合聯(lián)合循環(huán)效率的影響，并在不同反應(yīng)堆出口溫度和入口溫度限值下，將復(fù)合聯(lián)合循環(huán)、聯(lián)合循環(huán)和回?zé)嵫h(huán)進(jìn)行對(duì)比分析。

1 復(fù)合聯(lián)合循環(huán)方案

高溫氣冷堆回?zé)嵫h(huán)對(duì)回?zé)崞骰責(zé)岫鹊囊筝^高，通常要求其達(dá)到0.95以上才能使系統(tǒng)具有較高的效率。但是，回?zé)岫鹊奶岣呤够責(zé)崞鞯捏w積和換熱量不斷增加，甚至超過了反應(yīng)堆的功率，如GTHTR300［10］。這不僅增加了回?zé)崞髦圃斓碾y度，且增加了回?zé)崞鞯膲簱p率，這兩個(gè)方面都限制了回?zé)崞鲗?duì)提高循環(huán)效率的作用。高溫氣冷堆聯(lián)合循環(huán)利用余熱鍋爐代替回?zé)崞髦率箟簹鈾C(jī)出口的350℃冷氦氣直接進(jìn)入反應(yīng)堆，這不僅限制了循環(huán)效率的進(jìn)一步提高，且擴(kuò)大了反應(yīng)堆進(jìn)出口溫差，給反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來了一定的挑戰(zhàn)。

綜合考慮回?zé)崞骱皖A(yù)冷器的作用，基于簡(jiǎn)單聯(lián)合循環(huán)，在氦氣透平和余熱鍋爐之間增加1臺(tái)回?zé)崞?，該布置使循環(huán)兼具聯(lián)合循環(huán)和回?zé)嵫h(huán)的特征，因而稱其為高溫氣冷堆復(fù)合聯(lián)合循環(huán)（簡(jiǎn)稱復(fù)合循環(huán)）。根據(jù)循環(huán)系統(tǒng)是否設(shè)置預(yù)冷器，復(fù)合循環(huán)又可分為有預(yù)冷器的復(fù)合循環(huán)和無預(yù)冷器的復(fù)合循環(huán)，其系統(tǒng)布置如圖1所示。對(duì)于上述系統(tǒng)，一方面可用回?zé)崞鱽碚{(diào)節(jié)余熱鍋爐入口溫度和反應(yīng)堆入口溫度，提高整個(gè)系統(tǒng)的循環(huán)效率；另一方面，氦氣透平出口的乏氣具有的能量經(jīng)回?zé)崞鞅晃找徊糠趾?，再?jīng)余熱鍋爐被進(jìn)一步回收，這不僅減小了回?zé)崞鞯墓β仕胶腕w積，而且降低了系統(tǒng)對(duì)回?zé)崞骰責(zé)岫鹊拿舾谐潭取?/p>

2 回?zé)崞骱皖A(yù)冷器的分析

回?zé)崞鞯某霈F(xiàn)使復(fù)合循環(huán)具備了一定的回?zé)嵫h(huán)的特性，本節(jié)分析回?zé)崞骰責(zé)岫纫约邦A(yù)冷器對(duì)復(fù)合循環(huán)系統(tǒng)特性的影響。

2.1 理論分析

參考圖1，復(fù)合循環(huán)系統(tǒng)可分為氦氣循環(huán)（布雷登循環(huán)）和蒸汽循環(huán)（朗肯循環(huán)）兩部分。其中，布雷登循環(huán)以反應(yīng)堆為熱源，而朗肯循環(huán)

圖1 高溫氣冷堆復(fù)合聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)布置Fig.1 System configuration of HTR compound combined cycle

以回?zé)崞鞯蛪撼隹谔幍暮夥鉃闊嵩础？傃h(huán)熱效率可表示為：

其中：Q為反應(yīng)堆功率，kW；WT為氦氣透平功率，kW；WC為壓氣機(jī)功耗，kW；Wst為蒸汽透平功率，kW。

布雷登循環(huán)的熱效率ηB及朗肯循環(huán)的熱效率ηR分別為：

QR為朗肯循環(huán)熱源的功率，其表達(dá)式為：

式中，Qprc為預(yù)冷器帶走的熱量。

聯(lián)立式（1）～（4），得復(fù)合循環(huán)的熱效率表達(dá)式為：

Q、WC以及WT的表達(dá)式分別為：

其中：cp為氦氣的比定壓熱容；T為氦氣溫度；下標(biāo)1、2、5、6、7和8分別為壓氣機(jī)入口和出口、反應(yīng)堆入口和出口、氦氣透平入口和出口。

壓氣機(jī)出口溫度T2和入口溫度T1的關(guān)系為：

其中：γ為壓氣機(jī)壓比；φ為表征氣體絕熱過程的參數(shù)，φ＝（k－1）／k＝0.4，k為氦氣的比熱容比；ηC為壓氣機(jī)內(nèi)效率。

氦氣透平出口溫度T8與入口溫度T7的關(guān)系為：

式中，ηT為氦氣透平內(nèi)效率?；?zé)崞鞲邏簜?cè)出口溫度T4可表示為：

其中，α為回?zé)崞鞯幕責(zé)岫?，可定義為：

式中：h為氦氣的比焓，J／kg；下標(biāo)3和4分別表示回?zé)崞鞲邏簜?cè)入口和出口。由能量守恒可知，在正常運(yùn)行條件下回?zé)崞鞲邏汉偷蛪簜?cè)的進(jìn)、出口溫度滿足如下關(guān)系式：

將式（11）代入式（13），可得回?zé)崞鞯蛪簜?cè)出口溫度T9：

若不考慮循環(huán)中各部件之間管道的散熱并忽略管道間壓損對(duì)溫度的影響，則有T2≈T3、T4≈T5、T6≈T7，并將式（9）、（11）代入式（14）可得T9表達(dá)式：

聯(lián)立式（2）、（6）～（11）和（15）可得：

其中，τ為溫比，τ＝T6／T1。

在布雷登循環(huán)中，當(dāng)反應(yīng)堆出口溫度一定時(shí)，對(duì)式（16）的分析可知，溫比越大循環(huán)效率越高，即T1越小則ηB越大。若去掉預(yù)冷器使T1升高則會(huì)使ηB降低；然而由式（15）可知，在其他條件不變時(shí)，T1升高會(huì)使T9升高，從而使余熱鍋爐中的蒸汽參數(shù)升高，ηR增大；又因去掉預(yù)冷器后，預(yù)冷器帶走的熱量Qprc為零，因而會(huì)使朗肯循環(huán)對(duì)系統(tǒng)整體循環(huán)熱效率的貢獻(xiàn)（1－ηB－Qprc／Q）ηR增大。在反應(yīng)堆出口溫度和循環(huán)壓比一定的條件下，當(dāng)壓氣機(jī)入口溫度升高時(shí)，整體循環(huán)熱效率能否提高取決于ηR的增大幅度與ηB的降低幅度，是兩者競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果，且這一結(jié)果受到回?zé)崞骰責(zé)岫圈恋挠绊?。由于ηR取決于余熱鍋爐的蒸汽參數(shù)，而水蒸氣的物性函數(shù)很復(fù)雜，難以直接分析出ηR隨T1的變化特性。因而在以下分析中采用文獻(xiàn)［11］所介紹的三壓再熱余熱鍋爐的計(jì)算和優(yōu)化方法對(duì)蒸汽循環(huán)部分進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，以研究回?zé)崞骰責(zé)岫群皖A(yù)冷器對(duì)復(fù)合循環(huán)效率的影響。

2.2 優(yōu)化計(jì)算結(jié)果

采用表1所列的輸入?yún)?shù)對(duì)復(fù)合循環(huán)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。當(dāng)反應(yīng)堆出口溫度為950℃時(shí)，在設(shè)置預(yù)冷器和不設(shè)置預(yù)冷器兩種系統(tǒng)布置下，回?zé)崞骰責(zé)岫葘?duì)預(yù)冷器循環(huán)效率、T5和T9以及η1和η2的影響如圖2所示。其中，η1＝ηBηm，η2＝（1－ηB－Qprc／Q）ηRηm，η＝ηtηm，ηm為相對(duì)發(fā)電效率。

由圖2a可知，當(dāng)反應(yīng)堆出口溫度為950℃時(shí)，隨α的增大，有預(yù)冷器時(shí)和無預(yù)冷器時(shí)復(fù)合循環(huán)的效率均增大，但兩者效率差逐漸減小。當(dāng)α＝0.95時(shí)，有預(yù)冷器時(shí)效率為54.1%，無預(yù)冷器時(shí)效率為54.2%；當(dāng)α＝0.98時(shí)兩者效率均可達(dá)54.9%。

表1 優(yōu)化計(jì)算的基本輸入?yún)?shù)Table 1 Input parameter of optimization calculation

對(duì)于不設(shè)置預(yù)冷器的復(fù)合循環(huán)，當(dāng)α＜0.7時(shí)，復(fù)合循環(huán)的循環(huán)效率在0.515與0.520之間，與同等工況下的聯(lián)合循環(huán)效率相當(dāng)，系統(tǒng)更具有聯(lián)合循環(huán)的特性。在此范圍內(nèi)，α的增加并未使系統(tǒng)的效率有明顯提高，但可使反應(yīng)堆入口溫度由345℃提高到483℃，如圖2b所示，減小了反應(yīng)堆進(jìn)、出口的溫差。隨α的增加，相應(yīng)地余熱鍋爐的入口溫度就會(huì)減小，從而使余熱鍋爐中的蒸汽參數(shù)降低，朗肯循環(huán)對(duì)循環(huán)效率的貢獻(xiàn)減小，布雷登循環(huán)對(duì)循環(huán)效率的貢獻(xiàn)增加，如圖2c所示，因而會(huì)使復(fù)合循環(huán)更具有回?zé)嵫h(huán)的特性。當(dāng)α＞0.7時(shí)，復(fù)合循環(huán)的循環(huán)效率隨α的增大有較大的提高，與回?zé)嵫h(huán)中效率隨α的變化趨勢(shì)［13］一致，復(fù)合循環(huán)系統(tǒng)更具有回?zé)嵫h(huán)的特性。

由上述分析可知，對(duì)于復(fù)合循環(huán)，α須高于0.7，否則回?zé)崞髟谔岣咝噬系淖饔貌⒉淮?，但它能提高反?yīng)堆的入口溫度以減小反應(yīng)堆進(jìn)、出口溫差。與有預(yù)冷器的復(fù)合循環(huán)相比，無預(yù)冷器的方案效率更高，且具有更加簡(jiǎn)單的系統(tǒng)布置，是復(fù)合循環(huán)中較好的系統(tǒng)布置方案。

圖2 回?zé)崞骰責(zé)岫葘?duì)預(yù)冷器循環(huán)效率、T5和T9以及η1和η2的影響Fig.2 Effect of regenerator effectiveness on system efficiency，T5，T9，η1andη2

3 復(fù)合循環(huán)、聯(lián)合循環(huán)與回?zé)嵫h(huán)的比較

表2列出了回?zé)嵫h(huán)、聯(lián)合循環(huán)和復(fù)合循環(huán)在反應(yīng)堆出口溫度為900～1 200℃范圍內(nèi)的循環(huán)效率。其中，聯(lián)合循環(huán)是簡(jiǎn)化型聯(lián)合循環(huán)［9］，與普通的聯(lián)合循環(huán)相比，它不僅具有更加簡(jiǎn)單的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且具有更高的循環(huán)效率；復(fù)合循環(huán)采用α為0.95、不設(shè)置預(yù)冷器的循環(huán)方案。表中左側(cè)空白部分是由于反應(yīng)堆入口溫度限值較低，導(dǎo)致氦氣透平的出口溫度低于或略高于（小于50℃）壓氣機(jī)的出口溫度，乏氣的熱量得不到或只能很少的回收利用，因而沒有必要設(shè)置回?zé)崞鳎瑥?fù)合循環(huán)退化為聯(lián)合循環(huán)。右側(cè)空白部分表示3種循環(huán)在最佳效率點(diǎn)的反應(yīng)堆入口溫度低于對(duì)應(yīng)的反應(yīng)堆入口溫度限值，因而在此之前3種循環(huán)已達(dá)到了最佳效率，反應(yīng)堆入口溫度限值問題不再存在。

表2 回?zé)嵫h(huán)、聯(lián)合循環(huán)和復(fù)合循環(huán)的比較Table 2 Comparison of regenerative cycle，combined cycle and compound cycle

3.1 最佳效率的比較

若反應(yīng)堆入口溫度不存在限值，3類循環(huán)均能達(dá)到其最佳效率點(diǎn)。由此可知，復(fù)合循環(huán)的循環(huán)效率較回?zé)嵫h(huán)高3.6%～4.0%，較聯(lián)合循環(huán)高1.9%～2.7%。而且，當(dāng)反應(yīng)堆出口溫度在900～1 200℃時(shí)，回?zé)嵫h(huán)、聯(lián)合循環(huán)和復(fù)合循環(huán)的最佳效率與反應(yīng)堆出口溫度近似呈線性關(guān)系，其斜率分別為0.014／50℃，0.012／50℃和0.013／50℃。

對(duì)于回?zé)嵫h(huán)，循環(huán)效率的提高是通過降低壓氣機(jī)的功耗來實(shí)現(xiàn)的［13］。當(dāng)反應(yīng)堆出口溫度和循環(huán)壓比一定時(shí)，氦氣透平的進(jìn)出口溫度不變，透平做功不變。預(yù)冷器和間冷器的設(shè)置大幅降低了壓氣機(jī)的進(jìn)口溫度，因而大幅降低了壓氣機(jī)的功耗。又由于回?zé)嵫h(huán)中回?zé)崞鞯幕責(zé)岫群芨?，反?yīng)堆入口溫度接近于透平出口溫度，受壓氣機(jī)出口溫度的影響較小，故壓氣機(jī)出口溫度的大幅降低并不會(huì)使反應(yīng)堆熱功率有很大的變化。因而，預(yù)冷器的設(shè)置提高了回?zé)嵫h(huán)的循環(huán)效率。

對(duì)于聯(lián)合循環(huán)，循環(huán)效率的提高是通過提高系統(tǒng)總的做功能力來實(shí)現(xiàn)的［9］。聯(lián)合循環(huán)利用透平出口的氦氣乏氣帶動(dòng)余熱鍋爐的蒸汽回路做功，使總的做功能力增強(qiáng)。在相同的反應(yīng)堆出口溫度下，與回?zé)嵫h(huán)相比，由于聯(lián)合循環(huán)未設(shè)置預(yù)冷器、間冷器并增設(shè)了余熱鍋爐，使得反應(yīng)堆熱功率、壓氣機(jī)的壓縮功和總的有用功均較回?zé)嵫h(huán)中的相應(yīng)值要高，其綜合結(jié)果是使循環(huán)效率較回?zé)嵫h(huán)的高。

對(duì)于復(fù)合循環(huán)，循環(huán)效率的提高也是通過提高系統(tǒng)總的做功能力來實(shí)現(xiàn)的。由于復(fù)合循環(huán)要求α在0.7甚至0.9以上，復(fù)合循環(huán)具有較高的回?zé)嵫h(huán)特性。與回?zé)嵫h(huán)相比，復(fù)合循環(huán)無預(yù)冷器和間冷器，在壓氣機(jī)和回?zé)崞髦g設(shè)置了余熱鍋爐以對(duì)回?zé)崞鞯蛪撼隹诘暮夥膺M(jìn)行回收，提高系統(tǒng)總的做功能力進(jìn)而提高效率。這樣的系統(tǒng)布置雖增大了壓氣機(jī)的功耗，但由于余熱鍋爐的設(shè)置而增加的功率更為顯著，且由式（11）可知，壓氣機(jī)入口溫度的升高可提高反應(yīng)堆入口溫度，從而減少了反應(yīng)堆功率，有利于循環(huán)效率的提高。例如，當(dāng)反應(yīng)堆出口溫度為950℃、復(fù)合循環(huán)和回?zé)嵫h(huán)的壓比均為2.4時(shí)，兩者的單位質(zhì)量流量氦氣的透平功率均為1 580kW，復(fù)合循環(huán)的壓氣機(jī)功率為872kW，較回?zé)嵫h(huán)高191kW，但余熱鍋爐產(chǎn)生的功率為229kW，系統(tǒng)總的有用功增加了229－191＝38kW，復(fù)合循環(huán)的反應(yīng)堆功率為1 694kW，較回?zé)嵫h(huán)低47kW，最終結(jié)果是復(fù)合循環(huán)的發(fā)電效率較回?zé)嵫h(huán)高3.6%。這說明了增設(shè)余熱鍋爐以提高總的做功能力較設(shè)置預(yù)冷器和間冷器以減少壓氣機(jī)功耗更有利于循環(huán)效率的提高，這也解釋了在復(fù)合循環(huán)回?zé)崞骰責(zé)岫鹊姆治鲋胁辉O(shè)置預(yù)冷器較設(shè)置預(yù)冷器時(shí)效率更高的現(xiàn)象。

3.2 不同反應(yīng)堆入口溫度限值下的比較

若反應(yīng)堆入口溫度存在限值，按列比較表2中的數(shù)據(jù)可知，當(dāng)反應(yīng)堆出口溫度在900～1 200℃時(shí)，復(fù)合循環(huán)的效率較回?zé)嵫h(huán)高3.0%～4.0%，聯(lián)合循環(huán)較回?zé)嵫h(huán)高1.3%～4.3%。而且，當(dāng)反應(yīng)堆入口溫度限值低于500～550℃時(shí)，復(fù)合循環(huán)和聯(lián)合循環(huán)的效率相當(dāng)；當(dāng)入口溫度限值大于500～550℃時(shí)，復(fù)合循環(huán)的效率較聯(lián)合循環(huán)有較大的提高。

當(dāng)反應(yīng)堆出口溫度在900～1 200℃時(shí)，聯(lián)合循環(huán)在最佳效率點(diǎn)的反應(yīng)堆入口溫度為461～561℃，而復(fù)合循環(huán)為588～749℃，較聯(lián)合循環(huán)高127～188℃，因而當(dāng)反應(yīng)堆入口溫度限值為500～550℃時(shí)，聯(lián)合循環(huán)已基本達(dá)到最佳效率，而復(fù)合循環(huán)需增大壓比以使反應(yīng)堆入口溫度小于限值，從而偏離最佳運(yùn)行工況，使循環(huán)效率大幅降低，與聯(lián)合循環(huán)相比并無明顯優(yōu)勢(shì)。隨入口溫度限值的升高，復(fù)合循環(huán)逐漸達(dá)到最佳效率點(diǎn)，循環(huán)效率也逐漸增大，與聯(lián)合循環(huán)相比體現(xiàn)出了明顯的效率優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)論

綜合考慮了高溫氣冷堆回?zé)嵫h(huán)和聯(lián)合循環(huán)各自的特點(diǎn)，本文提出了1種復(fù)合循環(huán)方案。它的特點(diǎn)是以聯(lián)合循環(huán)為基礎(chǔ)，在氦氣透平和余熱鍋爐之間增設(shè)1臺(tái)回?zé)崞饕蕴岣叻磻?yīng)堆入口溫度和循環(huán)效率。

對(duì)回?zé)崞骰責(zé)岫燃邦A(yù)冷器的分析表明，不設(shè)置預(yù)冷器的復(fù)合循環(huán)具有更高的效率。在一定的反應(yīng)堆出口溫度下，當(dāng)回?zé)崞骰責(zé)岫鹊陀谙拗禃r(shí)，復(fù)合循環(huán)仍表現(xiàn)為聯(lián)合循環(huán)的特點(diǎn)。例如，在反應(yīng)堆出口溫度為950℃的條件下，當(dāng)回?zé)崞骰責(zé)岫刃∮?.7時(shí)，復(fù)合循環(huán)的效率在0.515～0.520之間，與同工況下聯(lián)合循環(huán)的效率相當(dāng)；當(dāng)回?zé)崞骰責(zé)岫却笥?.7時(shí)，復(fù)合循環(huán)的效率有明顯的提升，回?zé)崞骰責(zé)岫葹?.95時(shí)其循環(huán)效率可達(dá)0.542。

當(dāng)反應(yīng)堆出口溫度為900～1 200℃時(shí)，在不同的反應(yīng)堆入口溫度限值下，復(fù)合循環(huán)、聯(lián)合循環(huán)和回?zé)嵫h(huán)的對(duì)比表明：1）在復(fù)合循環(huán)和聯(lián)合循環(huán)中提高系統(tǒng)總的做功能力較在回?zé)嵫h(huán)中降低壓氣機(jī)功耗更有利于循環(huán)效率的提高；2）在最佳效率點(diǎn)時(shí)，復(fù)合循環(huán)的循環(huán)效率較回?zé)嵫h(huán)高3.6%～4.0%，較聯(lián)合循環(huán)高1.9%～2.7%；3）復(fù)合循環(huán)和聯(lián)合循環(huán)的循環(huán)效率較回?zé)嵫h(huán)高1.3%以上。當(dāng)反應(yīng)堆入口溫度限值低于500～550℃時(shí)，聯(lián)合循環(huán)具有較高的效率；當(dāng)反應(yīng)堆入口溫度限值高于500～550℃時(shí)，回?zé)崞髂馨l(fā)揮提高反應(yīng)堆入口溫度的作用而使復(fù)合循環(huán)效率較高，但它以系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加為代價(jià)。

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Study on Compound Combined Cycle of High Temperature Gas-cooled Reactor

WANG Jie1，DING Ming1，YANG Xiao-yong2，WANG Jie2
（1.Fundamental Science on Nuclear Safety and Simulation Technology Laboratory，Harbin Engineering University，Harbin150001，China；2.Institute of Nuclear and New Energy Technology，Tsinghua University，Beijing100084，China）

The high temperature gas-cooled reactor（HTR）has high reactor outlet temperature of 900-1 000℃and high cycle efficiency when combined with energy conversion systems of regenerative cycle and combined cycle.However，the regenerative cycle requires a high regenerator effectiveness.In the combined cycle，the reactor inlet temperature is so low that it hinders the further improvement of cycle efficiency.To further improve cycle efficiency，a compound cycle of HTR was proposed.The effects of precooler and regenerator on the compound cycle efficiency were analyzed.The results show that when the reactor outlet temperature is 950℃and the regenerator effective-ness is 0.95，the efficiency of the compound cycle without precooler reaches 54.2%.The efficiency difference between the compound cycles without precooler and with precooler drops from 1.7%with the increase of the regenerator effectiveness.The comparison of the regenerative，the combined and the compound cycles suggests that it is a more effective way to improve efficiency by increasing the total work production of the turbines than by decreasing the compression work of the compressor.When the reactor outlet temperature ranges from 900℃to 1 200℃，the optimum efficiency of the compound cycle is 3.6%-4.0%higher than that of the regenerative cycle and 1.9%-2.7% higher than that of the combined cycle.When the limit of the reactor inlet temperature is higher than 500-550℃，the compound cycle has the highest efficiency.

compound combined cycle；regenerator effectiveness；precooler；combined cycle；regenerative cycle；high temperature gas-cooled reactor

TL424

：A

：1000-6931（2015）04-0616-07

10.7538／yzk.2015.49.04.0616

2013-12-23；

2014-03-25

國家科技重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目（ZX06901）

王 杰（1989—），男，河北邯鄲人，碩士研究生，核科學(xué)與技術(shù)專業(yè)