高温气冷堆多头螺旋管式蒸汽发生器的设计与计算开题报告

毕业设计(论文)开题报告学生姓名： 学 号： 专 业： 热能动力工程 设计(论文) 题目：高温气冷堆多头螺旋管式蒸汽 发生器的设计与计算 指导教师： 2013 年 2 月 23 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述” ）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3 “文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10 篇（不包括辞典、手册） ；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2002 年 4 月 26 日”或“2002-04-26”。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000 字左右的文献综述：文 献 综 述 当 今 世 界 ， 能 源 是 一 个 国 家 国 民 经 济 发 展 的 基 础 和 前 提 ， 在 自 然 资 源 开 采 日 趋减 少 的 今 天 ， 能 源 发 展 趋 向 多 元 化 。 其 中 核 能 作 为 一 种 潜 力 很 大 的 能 源 ， 在 当今 世 界 多 数 国 家 得 以 发 展 。 一 些 国 家 的 核 电 消 费 量 在 整 个 电 力 消 费 量 中 已 占 有相 当 大 的 比 重 。 1942 年 ， 意 大 利 科 学 家 费 米 亲 自 主 持 了 美 国 芝 加 哥 大 学 建 成的 世 界 上 第 一 座 核 反 应 堆 ,从 而 揭 开 了 原 子 核 能 时 代 的 序 幕 。 原 子 核 能 的 和 平月 利 用 在 二 战 后 底 50 年 代 开 始 ， 经 过 试 验 性 原 子 核 反 应 堆 到 20 世 纪 90年 代 ， 人 们 以 在 核 电 站 用 反 应 堆 方 面 形 成 了 一 个 高 技 术 工 业 部 门 。 可 见 ， 核 电发 展 的 脚 步 相 当 迅 速 ， 核 能 作 为 一 种 新 能 源 替 代 品 ， 将 受 到 越 来 越 多 国 家 的 重视 ， 正 由 发 达 国 家 向 发 展 国 家 扩 展 。核 能 是 一 种 潜 力 巨 大 的 能 源 ， 由 于 世 界 各 国 日 益 严 重 的 燃 料 供 应 和 环 境 问题 的 困 扰 。 首 先 化 石 能 源 逐 渐 耗 尽 ， 其 价 格 必 然 上 涨 ， 从 而 使 电 价 也 会 跟 着 上涨 。 其 次 ， 环 境 问 题 的 日 益 严 重 ， 尤 其 每 年 成 亿 吨 、 上 百 种 的 有 害 烟 尘 和 废 气排 入 大 气 层 及 全 球 性 的 气 温 变 暖 ， 都 会 导 致 人 类 的 生 存 条 件 的 降 低 ， 使 得 多 数国 家 的 目 光 集 中 在 核 电 发 展 上 ， 而 发 展 核 电 又 是 能 源 多 元 化 的 重 要 组 成 部 分 。然 而 当 今 不 少 人 对 核 电 本 身 存 在 着 或 多 或 少 的 顾 虑 ， 尤 其 经 历 了 历 史 上 两 次 事故 （ 即 1979 年 美 国 三 里 岛 事 故 和 1986 年 前 苏 联 切 尔 诺 贝 利 事 故 ） ， 使 得反 核 派 以 此 为 借 口 ， 大 唱 反 核 之 调 。 事 实 上 ， 经 调 查 ， 事 故 造 成 的 放射性影响是微不足道的，也无因放射性泄露而造成的人身伤亡。因此核电站是非常安全的，另外，在核电站经济性方面，起特点是基建投资高，但燃料费用低廉，完全可与火电竞争。以基建投资来说，在相同条件下，核电站的单位造价约为火电站的 1.5-2 倍，但由于核电的燃料便宜的多，是得起成本仅相当与火电成本的 50%-90%。从综合效益来讲，核电在经济上是合算的。尤其当燃料价格上涨时，核电在经济上的优越性便显现出来。随着核电本身安全性的提高，积累了 5000 堆年（一座堆运行一年为一堆年）的 运行经验以及新一代更为安全、经济的先进堆的推广使用和人类对核不扩散的共识，都将认为核电技术是成熟的，并且是一种可靠经济的能源。总之，核电的大力、迅速发展，使之会成为下个世纪的手选能源。我国于上个世纪 70 年代初才开始发展核电，1991 年 12 月自行建设的 300MW 秦山核电站投入运行。从而结束了中国大陆无核电的历史，接着从法国引进的 2X900MW大亚湾核电站于 1992 年投入运行，标志着我国核电由起步进入新的发展时期。1995年确定的 4 个核电项目 8 个堆的建设已于 2000 年完成，使得我国核电的装机总容量达到 9GW 左右。勿庸置疑，在本世纪，核电在我国必将有一个更大的发展。核反应堆，其主要类型：1、根据引起燃料核裂变的中子的能量，可分为快堆、中能堆、热堆。2、根据所用燃料的种类，又可分为铀堆、钚堆、钍堆和混合堆。3、根据用于慢化种子的材料，又分为轻水堆、重水堆、石墨堆及有机介质堆。根据目的和用途，又分为动力堆、生产放射性同位素堆。目前国外以使用的热中子转换堆有以清水作慢化剂和冷却剂的轻水堆，以石墨作慢化剂的石墨堆和以重水作慢化剂的重水堆。轻水堆是世界上应用最广的堆型。又分为压水堆（PWR） 、沸水堆（BWR）两种类型，这两种均采用普通轻水作慢化剂，低浓度二氧化铀制成芯块，装入锆包壳内作燃料。在以投入的轻水堆中，其中压水堆占到 65%，沸水堆占到 35%。石墨反应堆采用石墨作为慢化剂，其中投入运行的石墨堆中有 58%用二氧化碳作为冷却剂，其余 42%用轻水做冷却剂，仅前苏联采用此堆型，而其他国家均未采用。重水堆，由于重水价格昂贵，目前仅在加拿大建造即坎肚堆（CANDU）重水堆，以天然铀重水作慢化剂和冷却剂。高温气冷堆（HTGR）是美国开发的一种新型堆，采用氦作冷却剂，铀和、钍的氧化物作燃料。钠冷快中子增殖堆（FBR） ，1951 年开始创于美国，有关核专家预测，这种堆是取代目前正在广泛应用的压水堆的又一新型堆。目前只有法国、俄罗斯、美国、日本、德国等少数国家拥有此堆。高温气冷反应堆是在低温堆的基础上发展起来的，是改进型气冷堆的进一步发展。高温气冷反应堆内选择了在化学上呈惰性且热工性能好的氦气作冷却剂。燃料元件采用全陶瓷型的热解碳涂敷颗粒，这是高温气冷堆的一项技术突破，这样就允许燃料包壳在 1000C 以上的高温下运行。石墨被用作慢化剂兼堆芯结构材料。这样堆芯出口温度提高到 750C 以上甚至可达 900-1000C，堆芯功率密度达 6-8MW/m3，用于发电的热效率可达 40%左右，用于高温供热时总热效率可达 60%以上。高温气冷反应堆还具有一次回路放射性低，易于维护和检修，具有安全性高，事故安全性好，对环境放射排放量少等一系列优点，所以这种堆型越来越受到世界各国的高度重视。自高温气冷反应堆发展以来，作为高温气冷反应堆动力装置关键设备之一的蒸汽发生器也获得了很大的发展。其特点是一回路介质采用高温热工参数的氦气，入口温度高达 750C 左右，使之产生的高参数的蒸汽，压力为 17MWPA，温度为 540C 与火电站的参数基本相同，因此蒸汽循环的热效率与火电站基本相近，可达 49%左右。蒸汽发生器是高温气冷反应堆动力装置中的主要设备之一，它的作用是将一次回路冷却剂的热量传递到与之隔绝的二次回路的介质，进而产生蒸汽，它是并联分隔一、二次回路的关键设备，是一、二次回路的枢纽，它的工作可靠性及安全性直接影响到核动力装置的经济性，工作性能和安全可靠性。一旦蒸汽发生器发生暴管事故，将迫使核电站停运，电厂直接经济损失和社会效益损失可达数亿元人民币。同时反应堆一次回路中的放射性物质泄露的二次回路中，最终外逸到环境中，造成环境污染，直接威胁人类的生命安全。因此蒸汽发生器的结构设计、材料选择、制造工艺，运行操作和维护检修等必须十分重视。在采用一体化布置的高温气冷反应堆中，为了使郁应力混凝土压力容器体积不致过大，蒸汽发生器应尽量紧凑，严格限制受热面空间布置，并要求其具有较高的功率密度。因此，一体化布置的高温气冷反应堆主要选用直流型多头螺旋管式换热器。换热器是工业生产中重要的单元设备，根据以往的统计，换热器的吨位约占整个工艺设备的 20%，有的甚至高达 30%，其重要性就可想而知。目前，应用最广泛的换热器为管壳式热交换器。此外，还有板式热交换器、板翅式热交换器、螺旋板式热交换器等。管壳式热交换器包括固定管板式、滑动管板式、填料函式热交换器等。管壳式热交换器虽然在热交换效率，紧凑性和金属消耗量等方面不及其他形式的换热器，但它具有结构坚固、可靠性高、适应性大、用材范围广等优点，仍得到广泛应用。为了适应温度和压力对介质的腐蚀要求，在上述基础上变形也很多，其中最具代表性的废热锅炉，这种利用工艺流程中产生的余热生产高压蒸汽的废热锅炉，就是个节能型热交换设备，在工业生产中应用很广。近年来，我国的高温高压热交换器，在材料、结构和制造工艺方面取得了一定的进展。板式热交换器近年来也获得了较为广泛的应用，板式热交换器有其独到的优点，如高传热系数、多股流、可拆卸、清洗方便等，在纯碱行业中板式热交换器取代了效率低下的套管式热交换器而被广泛应用。目前，板式热交换器的主要薄弱环节是受结构密封胶条所限，尚不适宜高压和高温场合。另外，结构类似于板式热交换器的“冰箱” 。即钎焊的铝合金板式热交换器，在国外已有压力为 8MPA 左右的冷箱产品，而国内只有低压级的，与国外上有一定的差距。为了改善热交换器的性能，提高设备的紧凑性等，在“五一” 、 “七五|、 ”八五“期间国内大专院校、科研、设计、制造、使用单位进行了许多研究开发工作。1传热管的强化研究工作。为了同时扩大管内、管外的有效传热面积或强化传热，将传热管的内外表面轧制成各种不同的表面形状，并使管内、管外流体同时产生湍流，提高了传热管的性能。另一方面为改良专热管的表面性能，使之既符合专热机理的要求，有能充分发挥其特点，将沸腾传热还表面制成多孔装，使气泡核心的数量大幅度增加，促进传热膜系数的提高，并且其还有良好的抗污垢能力。2.在管壳式热交换器内当板的改善上，为了提高管壳程的传热膜系数，增加截止的湍流行，防止介质走短路。华南理工大学、兰州石油机械研究所和中国石化局洛阳石化工程公司等开发了折流杆结构，取得了可喜的成果，以在生产中广泛应用。壳程的传热膜系数，对热交换器传热系数的提高，影响颇大。一般热交换器的壳程传热膜系数由于介质流速低，湍流形成困难等，其数值不高，折杆流结构可以减少热交换器的传热面积，降低热交换器的吨位。3近年了热管技术月有较大应用，它具有效率高、压降小、结构简单、紧凑的优点，用在热交换器上取得了较好的效果。南京化工大学等在这一领域做了很多工作。4.为了避免管内外表面污垢的生成，在传热管内外表面涂以涂料层，可以起到少结垢的作用，这样就可以使传热管内外表面维持较低的热阻。目前，涂料层的使用温度不高，南京第二化工机械厂在研究开发耐更高温度的涂料层做了不少工作。5为了减轻高温高压的气流冲刷和腐蚀的破坏作用，除了上面提到的在管板上堆焊合金层外，亦可在传热管头采用保护措施，以降低由于高温高压气流冲刷，导致热应力、热疲劳和高温腐蚀或金属脆化。在传热管的管头，即传热管与管板的连接处，有多种保护措施，在生产中已得到应用。参考文献1 安丰宝 王秀成 韩治林主编 山东大学出版社。2003-082美F。P。因克罗普拉。D。P 德威特著。宇航出版社 1987-073 陆易主 程林著 科学出版社 1997-124. 史美中 王中铮编 东南大学出版社 1988-045.换热器技术新进展.石油化工动态.赵淑芝 1996-046 炉内过程.西安交通大学出版社.19907.沸腾传热和气液两相流.原子能出版社.20008.新能源开发方案.庄耀民译 水利电力出版社 19899.我国板翅式换热器技术进展.低温与特气 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