高溫氣冷堆核電廠余熱利用的熱力學(xué)研究.pdf

1、高溫氣冷堆是一種具有固有安全性的堆型，合理的熱力循環(huán)是保證其實(shí)現(xiàn)高效率的前提。在核能閉式 Brayton循環(huán)或氦氣/蒸汽聯(lián)合循環(huán)中，預(yù)冷器中有大量余熱可回收利用，且進(jìn)入此設(shè)備的氦氣溫度約125℃，在此溫度范圍內(nèi)，利用水作為工質(zhì)回收利用余熱的效率低，而低溫發(fā)電技術(shù)正好提供了可行的手段。本課題以高溫氣冷堆閉式 Brayton循環(huán)中預(yù)冷器處排放的低溫余熱為研究對象，以熱力學(xué)第一、第二定律為基礎(chǔ)，構(gòu)建用于回收核能閉式 Brayton循環(huán)低溫余熱

2、的新型熱力學(xué)循環(huán)，以研究高溫氣冷堆電廠排放余熱的深度利用。
　　本文首先構(gòu)建了核能閉式 Brayton/ORC聯(lián)合循環(huán)，計(jì)算結(jié)果表明：在最優(yōu)的ORC情況下，此聯(lián)合循環(huán)的凈輸出功、熱效率分別為3.1×105kW、52.14％，分別比閉式Brayton循環(huán)高1.16×104kW、2.45%；其中，本文以Brayton循環(huán)中預(yù)冷器的入口溫度（398.8K）為熱源基礎(chǔ)，針對 ORC，以三種不同的優(yōu)化方式進(jìn)行優(yōu)化：一，ORC的單目標(biāo)優(yōu)化，以

3、蒸發(fā)溫度及冷凝溫度分別變化的情況下，分析了不同目標(biāo)函數(shù)的性能，結(jié)果表明：當(dāng)冷凝溫度不變時(shí)，熱源出口溫度、熱效率隨著蒸發(fā)溫度的增加而提高，總不可逆損失則相應(yīng)減少，而除 R227ea外，其余工質(zhì)的?效率及輸出凈功則先增加后降低。當(dāng)蒸發(fā)溫度不變時(shí)，熱源出口溫度、熱效率、?效率、輸出凈功以及總不可逆損失都隨著冷凝溫度的增加而減少。二，ORC的多目標(biāo)優(yōu)化，論文針對 R245fa等8種工質(zhì)，以熱效率與?效率組成多目標(biāo)函數(shù)，對于多目標(biāo)優(yōu)化能更好的協(xié)調(diào)

4、各性能指標(biāo)間的關(guān)系，在對蒸發(fā)溫度及冷凝溫度同時(shí)優(yōu)化后發(fā)現(xiàn)：存在最佳蒸發(fā)溫度和冷凝溫度。三，ORC的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化，分析了蒸發(fā)壓力和冷凝壓力對循環(huán)性能的影響，更全面的對循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行分析，在研究工質(zhì)中，R123的綜合目標(biāo)函數(shù)值最小，存在最佳蒸發(fā)壓力和冷凝壓力，且發(fā)電成本最低，投資回收期最短，為最佳工質(zhì)。
　　本文還構(gòu)建了核能閉式 Brayton/Kalina聯(lián)合循環(huán)，并對此聯(lián)合循環(huán)進(jìn)行了熱力學(xué)分析。計(jì)算結(jié)果表明：在最優(yōu)的 Kalina