球式热风炉球床结构的热工讨论

球式热风炉作为低成本、高效率的冶金炉已被越来越多的钢铁企业所采用,广钢新3号高炉首次采用球式热风炉,炉子的球床结构,球径大小,材质的选择都将对球式热风炉的热工性能产生重要的影响。本文主要从热工理论方面探讨了球床结构的合理性。

1250m^3高炉球式热风炉球床结构一段式改造

分析柳钢1 250 m3高炉球式热风炉球床结构由三段式改为一段式的可行性,改造后实际使用效果表明,热风炉球床阻损变小,拱顶温度和废气温度提高,风温略差。并提出了下步改进建议。

球床结构对PB-FHR中子物理特性的影响研究

氟盐冷却高温球床堆(PB-FHR)中燃料球的装卸依靠浮力完成。球床结构受堆芯几何、装卸料速度、熔盐密度、熔盐流动等诸多因素的影响,其不确定性是反应堆物理设计和安全分析中重点考虑的内容。参考装卸料实验台架(PRED)的实验结果,采用蒙特卡罗程序(MCNP)完成了固态燃料钍基熔盐实验堆(TMSR-SF1)球床堆积密度、球床底部形状、冷却剂泄漏导致的液位下降等因素对中子物理关键参数的影响分析。结果表明,堆积密度的增加(50%～64%)导致燃料球装载量的增加、有效增殖因数的增加、温度系数的增加和控制棒价值的减小;相对于平坦型球床底部结构,外锥型结构会随着锥角的增加导致反应性先增加后减小,内锥型和斜面型结构则会引入负反应性;冷却剂泄漏事故引起的堆芯冷却剂液位大幅降低会导致堆积密实幵引入负反应性。

结构化小球填充床内小球层流流动的周期性特征

采用CFD(计算流体动力学)方法全尺寸介观尺度下研究结构化小球填充床内的小球流动特性。重点是成列排列的小球填充床内流体流动的周期性特征。结果表明,小球填充床内时流体流动具有周期性特征,当颗粒Re(雷诺数)小于28.88时,整个填充床内表现出很好的对称性。当Re继续增大时,入口效应对孔隙内的流速分布的影响逐渐增大,周期性特征不断衰减。当Re增大到204.7时,入口效应对孔隙速度的影响扩展到上游入口段的2~3个单元。数值计算的有效性通过实验结果进行了验证,数值预测的速度分布与实验结果是一致的。

高温气冷堆不确定性分析的新进展

球床高温气冷堆由于采用流动球床堆芯和燃料多次通过的运行方式,不能直接套用轻水堆中一般采用的“系统分解,逐级传递”的分析思路,其不确定性的传播和分析具有特殊性。清华大学核能与新能源技术研究院基于高温气冷堆的设计分析经验,开展了高温堆的不确定性研究,并取得了一些进展。目前高温气冷堆已建立起完整的不确定性分析计算框架。在此框架内,基于VSOP程序,开发能反映球床高温气冷堆实际运行特点的不确定性分析程序VSOP-UAM,实现了核数据不确定性隐式效应和显式效应的完整分析。然后使用SCALE/TSUNAMI-3D和VSOP-UAM程序,建立燃料球、堆芯单元、初装堆芯和平衡堆芯的分析模型,量化了核数据的不确定性对各种模型关键参数的影响。此外,还量化了球流混流效应、燃料富集度、燃料孔隙率这些球床堆芯参数的不确定性对堆芯有效增殖因数 keff 和功率分布的影响。从计算结果可看出,高温气冷堆的不确定性分析显示出了有别于传统轻水堆的结果。