基于积分分析方法对聚变堆启动氚量与所需氚增殖比的评估

托卡马克聚变堆的主要发展方式包括混合堆、纯聚变堆。关于托卡马克聚变堆氚自持的研究,国内外主要采用平均滞留时间方法进行研究,并且针对聚变功率较低的混合堆的氚自持研究较少。本工作采用更符合实际的积分分析方法分析了混合堆、纯聚变堆氚自持的启动氚量、氚增殖比(TBR)要求。研究结果表明:启动氚量、备用氚量与聚变功率具有线性关系,所需TBR与聚变功率呈反比例关系;混合堆聚变功率较低,所需TBR较高,工程实现所需TBR挑战较大,需要通过限制长期氚滞留量以降低所需TBR要求;纯聚变堆聚变功率高,所需TBR较低,工程实现所需TBR挑战较小,但备用氚需求达数十千克,应考虑氚系统的冗余设计或提高氚系统的可靠性、可维护性,以降低备用氚的使用规模;运行因子是聚变堆的一个重要设计指标,在此着重分析了运行因子对所需TBR的影响,并重新定义了一个聚变堆氚自持的关系式,以突出运行因子对氚自持的重要影响。

一种简化的高温热管启动模型

热管堆具有体积小、结构紧凑、功率密度高和固有安全性好等优点,被认为是深空和深海任务中最有前途的候选之一。为了研究其启动特性,建立兼顾计算精度及求解效率的热管启动模型至关重要。本文在充分考虑吸液芯区工质的熔化及气液界面处的蒸发和冷凝现象的基础上,建立了基于二维导热的热管壁和吸液芯区热阻网络模型。对于蒸汽区,基于尘气模型(DGM),研究分析了两种不同模拟方式的求解精度和计算效率。通过对不同碱金属热管实验的模拟,验证了模型的准确性。结果表明,模型能较好地模拟高温热管的启动特性,简化的等效热阻模型具有更高的计算效率,其更适合于热管堆系统的启动特性模拟。

非能动安全壳冷却系统启动策略试验研究

为研究非能动安全壳热量导出系统(passive containment heat removal system,PCS)启动策略,支撑电厂故障应对策略的制定,本文结合“华龙一号”PCS系统配置,提出了4种系统启动策略并开展详细研究,根据分析结果优选出2种方案进行试验研究。试验结果表明:PCS系统采用双阀开启方案或冷管段隔离阀关闭方案时能够获得较优的启动性能;采用双阀开启方案,系统启动过程较为平稳;采用冷管段隔离阀关闭方案,为避免在启动过程中发生故障,建议系统启动时换热器传热管内液体温度不要超过120℃。试验结果对“华龙一号”PCS系统启动规程的制定具有指导意义。

IC反应器处理维生素制药废水的启动试验研究

采用IC反应器处理维生素制药废水,废水水质COD为9000mg·L-1,BOD为3500mg·L-1,pH为3～4。通过中试启动研究,结果表明,当IC反应器接种污泥浓度为17g·L-1时,启动试验成功,启动周期为91d,COD去除率达到90%以上,运行稳定。

生物制氢反应系统的启动负荷与乙醇型发酵

采用连续流搅拌槽式反应器(CSTR),以糖蜜废水为底物,研究了COD容积负荷对生物制氢反应系统启动过程中形成的乙醇型发酵产氢能力的影响。研究表明,在污泥接种量不小于6.24 gVSS/L、启动负荷为7.0 kgCOD/m3.d、水力停留时间(HRT)为6 h、系统pH、氧化还原电位(ORP)分别在4.0~4.3、-440^-470mV之间等条件下,可在30 d内完成乙醇型发酵菌群的驯化,实现生物制氢反应系统的快速启动。由不同启动负荷(3.0、7.0、10.0 kgCOD/m3.d)条件下形成的乙醇型发酵菌群,在相同的运行条件下其产氢能力存在着差异。当系统容积负荷为30 kgCOD/m3.d时,由启动负荷为7.0 kgCOD/m3.d条件下驯化形成的乙醇型发酵菌群比由启动负荷为3.0 kgCOD/m3.d条件下驯化形成的乙醇型发酵菌群产氢能力高56%。

附加外循环IC反应器启动试验

在启动期,IC反应器产气量很小,尚不能形成对颗粒污泥的有效搅动,传质过程主要受水力上升流速的控制。由于启动期的IC反应器只能以较低的容积负荷运行,进水流量受到限制,水力上升流速很难达到传质作用的要求,因此IC反应器也像其他类型厌氧装置一样,同样存在着启动周期较长,启动期运行不够稳定的问题。为改善启动期IC反应器的传质作用,本研究对IC反应器进行了改造,增加了外循环装置。通过处理啤酒配水的比较试验,发现在启动期附加外循环可有效强化传质过程,提高IC反应器内的泥水混合程度,大大缩短启动周期。附加外循环IC反应器的整个启动过程只用了26天,比未附加外循环装置的IC反应器缩短了32天。

复合厌氧工艺处理生活污水的快速启动研究

采用两段式UASB＋AF复合厌氧反应器处理生活污水，着重研究了其快速启动的条件。结果表明，水解酸化段无需调节pH，运行20d后对COD的去除率即可达60％左右且保持稳定；甲烷化段受pH的影响较大，利用Na2CO3和NaHCO3的混合液调节该段进水的pH值在6．8～7．2之间，6d后对COD的去除率即可稳定地保持在30％左右。启动期内，温度对水解酸化段的影响不大，但显著影响甲烷化段，在试验条件下，甲烷化反应的最佳温度为30℃；在水解酸化段不设混合液回流、甲烷化段设置混合液回流的条件下，最佳的回流方式为：间隔2h回流10S。采取上述优化措施后，系统的启动时间可缩短到30d以内，仅为常规厌氧工艺启动时间（3～6个月）的1／3～1／6，反应器的运行效率得到了大幅度提高。

UASB反应器处理啤酒废水启动运行研究

以UASB反应器处理啤酒废水的工程实践为研究对象,探讨分析了UASB的初次启动过程。结果表明,用城市污水处理厂的厌氧消化污泥作为接种污泥,初始进水COD容积负荷为0.5kg·m-·3d-1,启动成功,启动周期为46d,且COD去除率达到85%左右,运行稳定;当反应器酸化时,投入厌氧污泥可使反应器迅速得到恢复;当出水COD、出水VFA等指标正常时,厌氧反应器跑泥为正常现象。

热管冷却空间反应堆系统启动特性研究

为研究热管冷却空间堆系统从冷态零功率到满功率的启动特性,以典型热管冷却空间反应堆电源系统SAIRS为对象,开发了热管冷却空间反应堆系统瞬态程序TAPIRS。该程序的模型主要包括中子动力学模型、堆芯传热模型、热管模型、碱金属热电转换装置(AMTEC)能量转换模型和散热板模型。将TAPIRS程序各模块和系统稳态计算结果与参考文献计算值比较分析,验证了本文模型和求解方法的合理性。启动特性研究表明,通过控制控制鼓的转动速率,可实现反应堆从次临界到满功率、热管和AMTEC从固态到正常运行状态的启动过程。热管冷却空间堆依靠核热启动具有可行性,热管最高温度不超过1 250K,满功率参数与相关文献的最大相对误差不超过6%。

中国实验快堆首次临界装料方案研究

本文对中国实验快堆的首次临界装料方案进行研究。分别给出首次临界装料方案的理论计算和试验结果,通过对比分析,对所采用的装料方案进行评价,同时对计算程序进行验证。研究结果表明,中国实验快堆物理启动过程中所采用的装料方案能顺利完成整个装料过程,满足试验要求,且理论计算结果与试验结果符合较好,说明选用的计算程序可用于中国实验快堆临界装料方案研究。

膨胀颗粒污泥床厌氧反应器的快速启动研究

以膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器生产实践为基础进行的处理模拟生活污水的试验发现:在启动过程中,接种污泥含有厌氧颗粒污泥菌种和适量的絮状厌氧污泥可以加快反应器启动;采用添加微量金属营养元素和进水COD负荷基本不变及稳定后增加负荷的三段式进水操作方式,有助于颗粒污泥的形成和加快反应器的启动;在培养过程中出现的反应器壁膜对颗粒污泥的生成可起到促进和辅助作用,并能提高反应器的抗冲击负荷能力。研究结果对EGSB反应器的生产实践具有重要的指导作用,可作为反应器实际运行的参考依据。

ABR启动期运行效能及互营产甲烷菌群的分布特征

为探讨厌氧折流板反应器(ABR)启动期运行效能和互营产甲烷菌群的空间分布特征,考察了ABR反应器处理制糖废水启动期的运行特征,并采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术分析了互营产甲烷菌群在ABR各格室的分布规律.结果表明,在污泥驯化阶段,ABR的COD去除率为61.5%,出水挥发酸总量高达1808mg/L.经过2个阶段的调控运行后,ABR出水挥发酸明显降低,甲烷含量增加至55%以上,COD去除率达到了94.8%.而且ABR第2～4格室形成了沉降性能良好的颗粒污泥.PCR-DGGE检测结果表明,该ABR系统中的主要产氢产乙酸菌为Syntrophobacter和Pelotomaculum,主要分布在ABR系统第3,4格室.ABR第1,2格室的产甲烷菌主要为耐酸的氢营养型产甲烷菌(Methanoregula和Methanosphaerula),而乙酸营养型产甲烷菌(Methanosaeta和Methanothrix)主要分布在第3,4格室.ABR系统中产甲烷菌的多样性要明显高于产氢产乙酸菌,说明当系统受到冲击时,产氢产乙酸作用比产甲烷作用更易成为限速步骤.

高温气冷堆氦气透平直接循环启动参数分析计算

开发了包括堆芯、蒸汽发生器、透平、压气机及换热器等模块在内的高温气冷堆氦气透平直接循环系统的稳态计算程序。对系统的启动过程进行了模拟分析,并对压气机的喘振问题进行了分析,考虑了换热能力、温度和压力的影响。结果表明:在变负荷过程中压气机有足够的安全裕度。

10MW高温堆热启动时蒸汽发生器管板焊缝处疲劳分析

10MW高温气冷堆事故停堆后短时间内热启动能使反应堆快速提升功率,从而节省大量的启动时间。但是热启动时,蒸汽发生器联箱仍保持较高温度,大约在430℃左右,而二回路给水温度只有100℃。如此大的温差必将在蒸汽发生器的传热管与管板的焊接处产生很大的热应力,容易引起疲劳损伤。通过合理保守的简化,分析10MW蒸汽发生器管板和传热管的温差,从而进行应力计算和疲劳评价。

先进空间快堆运行特性和启动特性

针对先进空间快堆RAPID(refuelled by all pins integrated design)-L(Lunar)建立瞬态分析模型,描述其运行特性和启动过程。计算表明RAPID-L具有下列特点:反应堆的换料周期可达10 a;能够通过流量变化调节功率;在锂释放模块LRM和锂膨胀模块LEM的共同作用下自动完成启动。因此,RAPID-L运行寿期长,可完全脱离操纵员的操作而实现自动运行,满足空间运行的要求。

A2N双污泥反硝化除磷系统微生物的先间歇后连续培养及快速启动

以实际生活污水为对象,研究了反硝化聚磷菌(DPB)的驯化培养以及A2N双污泥反硝化除磷系统的快速启动.采用先独立培养反硝化聚磷菌和好氧硝化生物膜再连续运行的方式成功地快速启动了A2N系统.采用污水处理厂除磷工艺中的活性污泥为种泥,在SBR系统中以先A/O(厌氧/好氧)后A/A(厌氧/缺氧)的方式运行,32 d成功地使反硝化聚磷菌成为优势菌属.在SBR反应器中,采用硝化效果较好的活性污泥为种泥,好氧硝化生物膜30 d挂膜成功,氨氮去除率稳定在99%以上.然后,A2N系统连续运行,11 d后系统反硝化除磷效果进入稳定状态,出水氨氮和正磷酸盐浓度均为0,硝态氮为10.26 mg/L,出水COD为19.56 mg/L,COD、氨氮、总氮和磷去除率分别为91%、100%、77%和100%,说明A2N系统具有很好的脱氮除磷效果,认为系统启动成功.

中国实验快堆压力和流量反应性效应测量实验研究

在中国实验快堆(CEFR)物理启动过程中,对CEFR压力反应性和流量反应性效应进行了测量研究,并进行初步的误差分析。实验中堆芯反应性测量分别使用周期法和逆动态法。实验结果表明:CEFR压力反应性为正反馈,主容器覆盖气体压力从5kPa升高至50kPa过程中引入约+20pcm反应性,升、降压力过程测量结果的相对偏差小于10%;CEFR流量反应性为负反馈,一回路泵转速从150r/min升高至989r/min过程中引入约-49pcm反应性,升、降流量过程测量结果的相对偏差小于10%。周期法和逆动态法的测量结果符合较好。初步误差分析的结果表明,实验结果的测量精度主要由冷却剂温度测量的精度决定。

近临界系统中子倍增时间行为的实验测量

为确定近临界系统内中子倍增因子随时间的变化与系统的反应性的关系,为反应堆启动提供参考,实验测量了中心中子在1个快中子临界装置3个次临界状态的中子倍增的时间行为,在反应性ρ=-2.27×10-3和-4.79×10-4的两个次临界状态下,阶跃加入反应性,分别等待180和450s后,中子密度(正比于中子倍增因子)才达到稳定值。与单群缓发中子假设计算的变化曲线比较表明,实验测量的中子倍增因子的变化比理论预估的变化快。即使如此,在反应堆启动中,仍需考虑中子倍增的延迟,以便推算正确的反应性。

EGSB反应器实验装置及启动实验设计研究

EGSB反应器被认为是最有前途的厌氧反应器,目前的研究还比较有限。为了开展EGSB反应器相关实验研究,本文设计了一种可实际操作的EGSB反应器实验装置,同时结合该实验装置,设计了行之有效的启动实验方案。实验表明,该实验装置及实验方案是切实可行的,反应器运行2个月,污泥颗粒化进展顺利,EGSB反应器初期启动成功,为后续相关实验研究奠定了良好的基础。

负荷对ABR的启动和处理效果研究

采用小试规模的厌氧折流板反应器(Anaerobic Baffled Reactor,ABR)在常温下处理人工模拟废水,初始CODCr浓度为300 mg/L,依次递增300 mg/L以增加容积负荷,直至CODCr浓度为3 000 mg/L研究其运行状况。结果表明:好氧污泥与厌氧污泥颗粒混合接种可以使ABR反应器成功启动;处理CODCr浓度为300～600 mg/L的废水时,出水可达到国家综合排放二级标准,处理CODCr浓度为2100～2700 mg/L废水时,最高去除率可稳定在90%左右,接近二级排放标准。因此,利用ABR处理低浓度城市生活废水或作为较高浓度城市生活废水的前处理工艺,具有一定的可行性。