高温气冷堆螺旋管式超临界蒸汽发生器热工水力程序开发及分析

高温气冷堆采用超临界蒸汽发生器可以进一步提高发电效率.结合目前高温气冷堆示范工程亚临界直流蒸汽发生器的设计经验及高温气冷堆的发展规划,本文提出了超临界蒸汽发生器设计方案.基于高温气冷堆示范工程亚临界螺旋管式直流蒸汽发生器热工水力程序,开发了针对螺旋管式超临界蒸汽发生器的一维稳态热工水力程序,并对比了不同超临界流体对流换热的经验关联式.结果表明,不同经验关联式对热工水力计算结果影响很小,这是因为一次侧氦气对流换热热阻对总热阻的贡献最大.然后采用该程序对超临界蒸汽发生器100％负荷工况和部分负荷工况进行了计算,得到了不同工况下一二次侧温度、速度、对流换热系数等参数的分布,并分析了这些参数的变化规律.二次侧对流换热系数在拟临界点附近达到最高值;由于氦气导热系数随温度的增加而增加,一次侧对流换热系数随温度的增加而增大.在传热管材料为T22的低温段,一次侧对流换热热阻占比超过65％;在传热管材料为800H的高温段,一次侧热阻与管壁导热热阻相当,二次侧对流换热热阻占比较小.由于密度变化较大,二次侧流速变化很剧烈,一次侧流速变化则较缓.针对100％负荷工况和部分负荷工况的水动力特性曲线的计算结果表明,当传热管入口不施加节流时,即使100％负荷工况的水动力特性曲线也具有负斜率区,且工作点处的正斜率较小,不利于流量分配及流动稳定性.需要在传热管入口设置合理的节流阻力系数来消除水动力特性曲线的负斜率区.保证高温气冷堆超临界蒸汽发生器在100％～30％负荷的水动力特性曲线不出现负斜率区的临界节流阻力系数为850～1600,并随功率的增加而减小.