高温气冷堆的技术及装备
高温气冷堆技术
高温气冷堆技术高温气冷堆技术是一种新兴的核能技术，它能够解决传统核能技术中存在的安全和环境问题。
本文将介绍高温气冷堆技术的原理、特点、应用以及未来的发展前景。
高温气冷堆技术是一种以气体为冷却剂、使用固体燃料的核能系统。
相比于传统的水冷堆技术，高温气冷堆技术具有多项优势。
首先，由于采用气体作为冷却剂，不需要大量的水资源，可以解决传统核电厂面临的水资源短缺问题。
其次，高温气冷堆技术具有较高的热效率，能够将燃料的能量更充分地转化为电能，提高能源利用效率。
此外，高温气冷堆技术还具有更好的安全性能，因为气体冷却剂的温度较高，不易在事故情况下发生蒸汽爆炸等问题。
高温气冷堆技术的核心是燃料元件和冷却剂。
燃料元件采用固体燃料，一般是含有铀-铀化合物的球形燃料颗粒。
冷却剂则采用氦或者二氧化碳等惰性气体，通过循环冷却剂，将堆芯中产生的热量转移出去。
而后，冷却剂在高温下通过换热器将热量转化为蒸汽并驱动涡轮，最终产生电能。
由于气体冷却剂的温度较高，可达到900摄氏度以上，所以称之为高温气冷堆技术。
高温气冷堆技术具有广泛的应用前景。
首先，高温气冷堆技术可以用于电力产生，提供清洁、高效的电能。
其次，高温气冷堆技术还可以用于石油炼化和化工行业，利用其高温气体可以进行高效的反应过程。
此外，高温气冷堆技术还可以用于热力供暖等领域，提供可靠的高温热能。
高温气冷堆技术在全球范围内得到了广泛的关注和研究。
许多国家已经开始了高温气冷堆技术的研发和建设。
例如，中国的“华龙一号”核电技术就采用了高温气冷堆技术。
高温气冷堆技术还与其他新兴能源技术相结合，例如核聚变技术，可以实现更稳定、安全、高效的能源供应。
然而，高温气冷堆技术在实际应用中还存在一些挑战和问题。
首先，高温气冷堆技术的燃料元件和冷却剂的选择和研发，仍然需要进一步的研究。
其次，高温气冷堆技术的建设和运行成本相对较高，需要进一步降低成本，提高经济效益。
此外，高温气冷堆技术在废物处理和核安全等方面也需要进一步研究和完善。
高温气冷堆
高温气冷堆高温气冷堆来源：中国核电信息网发布日期：2009-07-06【英文名】：high temperature gas cooled reactor用氦气作冷却剂，出口温度高的核反应堆。
高温气冷堆采用涂敷颗粒燃料，以石墨作慢化剂。
堆芯出口温度为850~1000℃，甚至更高。
核燃料一般采用高浓二氧化铀，亦有采用低浓二氧化铀的。
根据堆芯形状，高温气冷堆分球床高温气冷堆和棱柱状高温气冷堆。
高温气冷堆具有热效率高(40%~41%)，燃耗深(最大高达20MWd/t铀)，转换比高(0.7~0.8)等优点。
由于氦气化学稳定性好，传热性能好，而且诱生放射性小，停堆后能将余热安全带出，安全性能好。
【实际应用】10兆瓦高温气冷实验堆：在国家"863"计划的支持下，自上世纪八十年代中期，我国开展了10MW高温气冷实验堆的研究、开发，于2000年12月建成临界，2003年1月实现满功率并网发电，我国对高温气冷堆技术的研发取得了突破性成果，基本掌握了核心技术和系统设计集成技术。
这一科技成果在国内外引起广泛的影响，使我国在高温气冷堆技术上处于国际先进行列。
2006年1月，国务院正式发布的"国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006--2020年)"中，将"大型先进压水堆和高温气冷堆核电站示范工程"列为国家重大专项。
第四代先进核能系统近年来，国际上提出了"第四代先进核能系统"的概念，这种核能系统具有良好的固有安全性，在事故下不会对公众造成损害，在经济上能够和其它发电方式竞争，并具有建设期短等优点，高温气冷堆是有希望成为第四代先进核能系统的技术之一。
我国高温气冷堆的研究发展工作始于70年代中期，主要研究单位是清华大学核研院。
值得一提的是，建成的首座高温气冷堆的压力壳直径4.7米，高12.6米，重150吨，是我国自己设计和制造的迄今体积最大的核安全级压力容器。
高温气冷堆技术特点
高温气冷堆技术特点高温气冷堆技术特点引言：高温气冷堆技术是近年来在核能领域的重要研究方向之一。
与传统的水冷堆相比，高温气冷堆具有许多独特的技术特点。
本文将从四个方面分析高温气冷堆技术的特点：燃料和冷却剂，耐腐蚀材料，热工性能，以及安全和环保。
一、燃料和冷却剂：高温气冷堆使用的燃料是球形的微制球，一般是由含有铀和三核化铀的氧化物颗粒组成。
这种独特的燃料形式可以提高燃料的热导率，从而提高堆芯的热工性能。
高温气冷堆常用的冷却剂是氦气，氦气具有良好的热导率和化学稳定性，可以用于有效地冷却燃料颗粒和提取热能。
二、耐腐蚀材料：高温气冷堆的结构材料需要具备良好的耐腐蚀性能，能够在高温和辐射环境中长期稳定工作。
一般采用的耐腐蚀材料有石墨、石墨复合材料和陶瓷材料等。
石墨在高温环境下具有较高的强度和稳定性，并且对气体和液体的腐蚀性能很好。
石墨复合材料因其综合性能优良而成为高温气冷堆中常用的结构材料。
三、热工性能：高温气冷堆具有出色的热工性能，主要表现在以下几个方面：1. 高温：高温气冷堆的工作温度通常在700-950摄氏度之间，相比传统的水冷堆，具有更高的工作温度，可以充分利用核燃料的热能。
2. 高效：高温气冷堆的热效率比传统水冷堆高，能够更有效地将核燃料的热能转化为电能或有用的热能。
3. 多用途：高温气冷堆不仅可以产生电能，还可以利用余热进行工业生产或其他领域的应用，提高能源利用效率。
四、安全和环保：高温气冷堆具有较高的安全性和环保性，主要体现在以下几个方面：1. 相对于传统的水冷堆，高温气冷堆使用的冷却剂是氦气，不存在冷却剂泄漏导致的放射性物质释放的问题。
2. 高温气冷堆的燃料颗粒稳定性好，不易产生放射性物质泄露，有助于减少核废料的产生和处理。
3. 高温气冷堆采用气体冷却方式，可以减少对水资源的消耗，降低对环境的影响。
结论：高温气冷堆技术具有独特的技术特点，包括燃料和冷却剂的选择，耐腐蚀材料的应用，出色的热工性能以及安全和环保等方面的优势。
高温气冷堆的技术及装备
高温气冷堆的技术及装备随着经济社会发展，人类对能源需求日渐增多。
但传统化石能源有着污染大，不可再生的缺陷，并且储量日益减少。
核能为人类提供了一个清洁，取之不尽用之不竭的能源宝库，到现在为止已有四代核电技术的历史，人们通常把五、六十年代建造的验证性核电站称为第一代；70、80年代标准化、系列化、批量建设的核电站称为第二代；第三代是指90年代开发研究成熟的先进轻水堆；第四代核电技术是指待开发的核电技术，其主要特征是防止核扩散，具有更好的经济性，安全性高和废物产生量少。
第四代核反应堆的六个构型中，就有高温气冷堆，高温气冷堆是国际公认的具有先进技术的新型核反应堆，我国的高温气冷堆研究技术处于国际领先地位。
其主要特点是固有安全性能好、热效率高、系统简单。
目前已成功地建设了10MW实验电站，并完成了多项安全性实验工作，在向商业化转化的过程中，得到国家有关部门的大力扶持。
项目已经列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要》和《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》。
传统核反应堆存在建造周期长，相对效率较低，安全性不高成本高的不足。
自从前苏联切尔诺贝利电站发生核泄漏事故以后，人类更希望有更安全的利用核能的方式。
高温气冷堆是在以天然铀为燃料、石墨为慢化剂、CO2为冷却剂的低温气冷堆的基础上发展起来的，具有固有的安全性，使得反应堆辅助系统减少，有效降低了成本并且拥有很高的效率。
高温气冷堆是现有堆型中工作温度最高的堆型，可以广泛应用于需要高温高热的工业部门。
高温气冷堆作为第四代核反应堆具有广阔的应用前景。
1.高温气冷堆的组成结构及其工作原理通俗地说，反应堆就是“原子锅炉”，是通过控制核燃料的反应来产生原子能的装置。
通常，反应堆的核燃料是铀235，在中子的作用下能够产生核裂变。
一个铀235原子核吸收一个中子以后，会分裂成两个较轻的原子核，以热的形式释放出能量，并产生两个或者三个新的中子。
在一定的条件下，新产生的中子会引发其它的铀235原子核裂变，这种反应延续下去，就是“链式裂变反应”。
高温气冷堆技术研究
高温气冷堆技术研究一、综述高温气冷堆（High Temperature Gas-Cooled Reactor，HTGR）是一种基于氦气作为冷却剂，球形燃料颗粒构成燃料元件，使用含有放射性210Pb和226Ra的天然矿石球团体作为反应堆壳的中子反射层的一种核反应堆。
由于其独特的设计和系统性能，HTGR 已经成为当前核电技术研究的热点之一，具有开发和推广的潜力。
本文将在深入分析HTGR技术原理的基础上，对不同类型的HTGR技术进行研究论述和探讨。
二、技术原理1.堆芯设计HTGR堆芯设计一般采用球形燃料颗粒构成燃料元件，燃料颗粒由内而外分布不同结构，包括燃料核心、内降温层、内热输出层、外降温层和外热输出层五个部分。
燃料元件都串联在控制棒组、反应堆内壳、中子反射层和球壳之间，构成了HTGR的正常燃料链。
2.冷却剂拥堵特性HTGR使用氦气作为冷却剂，其特性是高热传导、惰性和透明，对于核燃料具有优异的散热性和防护性能，在HTGR的设计和控制中发挥了重要的作用。
HTGR 氦气冷却系统的主要功能是通过散热管式燃料元件的外壳和头部将热量传递到冷却剂中，而氦气冷却通过各种机制保证在一定范围内的温度水平来有效地控制燃料和减轻设备运行过程中的冷却剂拥堵。
3.安全特性HTGR对安全性的关注已经在其设计和应用阶段中进行了鉴定和评价。
HTGR通过基础防线和二次防线两种符合原则和目的的安全机制来保证其安全性能。
基础防线工作原理是在堆芯内部设计足够的容量来保证对堆芯内部故障的快速响应和封堵，而二次防线的目的是在基础防线封闭之前保证超额保护能力。
三、技术类型1.复合型复合型气冷堆用于煤制气合成，采用下列动力学模拟方法，在反应器水平开堆模式下，达到化学品的高度稳定的水平：1) 分层模拟：通过解决运动方程和固定基本参数来进行模拟。
2) 长程热效应模拟：通过区分化学反应机理，通过 MATLAB 来进行模拟。
3) 质量传递模拟：通过分析气固反应的动力学过程，来达到气体的质量传递。
第四代核能系统——高温气冷堆技术介绍
100.0
10 50.0 5
0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39
0.0
Time(Month since January 2003)
Integrated power (MWD)
19
Days of operation
丧失冷却+不紧急停堆实验
燃料元件在俄罗斯的辐照燃耗已达 100000 MWd/t(U) ，受辐照的 4 个燃料元件中的 3 万多个包覆燃料颗粒没 有一个因为辐照破损
18
至2006年3月累计运行469天
35
Days of operation Integrated power
250.0
30 200.0 25
20
150.0
15
按照核安全局批准的程序，旁通反应堆紧急停堆系统。
关闭风机，关闭二回路隔离阀：丧失冷却。
控制棒不下落，反应堆堆芯温度缓慢上升由于堆芯燃料的负 温度系数（当温度升高，反应堆功率下降），反应堆功率自 动下降。。 最终堆芯剩余发热和通过反应堆压力壳表面散发的热量建立 平衡，反应堆温度开始下降。
11
10 MW 高温气冷堆外景
12
反应堆系统
反应堆热功率,MW 一回路压力, MPa
10 3
氦气入口温度, ℃
氦气出口温度,℃ 燃料球数目
250/300
700/900 27000
13
反应堆和蒸汽发生器舱室
14
10 MW 高温气冷堆实现满功率运行
2003 年 1 月 29 日主控制室仪表显示达到 10 MW 满功率 核裂变产生的热量经发电后通过 冷凝器排出
高温气冷堆技术采用
高温气冷堆技术采用高温气冷堆技术采用引言高温气冷堆技术是一种新型的核能利用技术，它采用了气体作为热传输介质，将核能转化为电能或热能。
与传统的水冷堆技术相比，高温气冷堆技术具有诸多优势，包括安全性、高效性、环境友好等。
本文将详细介绍高温气冷堆技术的原理、应用及前景。
一、高温气冷堆技术的原理高温气冷堆技术是通过将核燃料（如铀、钚等）放置在燃料元件中，并在控制条件下进行核反应，产生大量热能。
燃料元件通常由燃料棒和包围燃料棒的燃料壳组成。
燃料元件中的热能通过与工质气体（通常是氦气）的热交换来实现转化，将热能转化为电能或热能。
高温气冷堆技术与传统的水冷堆技术相比，最大的区别在于热传输介质的差异。
传统的水冷堆技术使用水作为冷却剂，通过循环水来从反应堆中带走热量。
而高温气冷堆技术则使用气体（通常是氦气）作为热传输介质，利用气体的高热导性能，直接将热能传递给燃料元件外的供热系统。
二、高温气冷堆技术的应用1. 电力生成高温气冷堆技术可以转化核能为电能，并将其供给电网。
高温气冷堆可以提供高温高压的工质气体，这些气体可以直接驱动汽轮机或发电机，实现电力的生成。
相比传统的水冷堆技术，高温气冷堆技术的电力转化效率更高，能够更充分地利用核能资源。
2. 工业供热高温气冷堆技术的另一个应用是工业供热。
高温气冷堆可以提供高温的工质气体，这些气体可以直接供给工业生产中的加热炉、锅炉等设备，满足工业生产中对高温热能的需求。
相比传统的水冷堆技术，高温气冷堆技术的供热效率更高，能够更好地满足工业生产的需求。
3. 燃料制氢高温气冷堆技术还可以用于燃料制氢。
高温气冷堆中的工质气体（氦气）可以与水反应，产生氢气。
氢气被认为是一种清洁能源，可以用于替代传统的化石燃料。
利用高温气冷堆技术制氢，可以实现核能和可再生能源的结合，提高能源的可持续性和环境友好性。
三、高温气冷堆技术的前景目前，高温气冷堆技术仍处于发展初期，但已经在一些国家得到了重视和推广。
高温气冷堆 制氢
高温气冷堆制氢高温气冷堆制氢技术引言：随着能源需求的不断增长和环境污染的日益严重，人们对清洁能源的需求与日俱增。
氢能作为一种无污染、高能量密度的清洁能源，被广泛认为是未来的主要能源之一。
而高温气冷堆制氢技术正是一种可以实现高效、低成本生产氢能的新兴技术。
一、高温气冷堆的基本原理高温气冷堆是一种核能反应堆，通过核聚变或核裂变的方式产生高温，而后经由热交换器将热量转化为电能或热能。
其工作原理是通过将氢气从水中释放出来，从而实现制氢的目的。
高温气冷堆的工作温度通常在700°C至950°C之间，这使得气冷堆可以充分利用高温热能，以提高氢气的产量和能量转化效率。
二、高温气冷堆制氢的特点1. 高效能：高温气冷堆能够充分利用高温热能，将水分解为氢气和氧气。
相较于传统的制氢技术，高温气冷堆能够提供更高的制氢效率。
2. 低成本：与传统的电解水法相比，高温气冷堆制氢技术的成本更低，仅需很少的电能来驱动反应堆，降低了制氢过程的能源消耗。
3. 清洁环保：高温气冷堆制氢技术无二氧化碳等污染物的排放，没有二次污染的问题，对环境友好。
4. 应用广泛：高温气冷堆制氢技术不仅可以用于能源生产，还可以应用于工业、交通等领域，推动氢能在多个领域的应用。
三、高温气冷堆制氢的关键技术1. 材料技术：高温气冷堆所面临的高温和辐射环境对核燃料、热交换器和结构材料等提出了更高的要求，需要研发耐高温、辐射性能良好的材料。
2. 燃料循环技术：高温气冷堆一般使用氦气作为冷却剂，因此需要研发高温下的氦气循环系统，以提供足够的冷却能力。
3. 氢气提纯技术：高温气冷堆制氢产生的氢气中通常还包含着其他杂质，比如氮气、水蒸气等，需要通过合适的氢气提纯技术将这些杂质去除，以得到高纯度的氢气。
4. 安全技术：由于高温气冷堆使用核能，需要采取一系列严格的安全措施来确保堆的正常运行和人员的安全防护。
四、高温气冷堆制氢的应用前景高温气冷堆制氢技术在能源产业和其他行业中有着广泛的应用前景。
高温气冷堆的工作原理
高温气冷堆的工作原理
高温气冷堆（HTGR）是一种新型的核反应堆，其工作原理是利用高温气体作为冷却剂，将核能转化为热能，然后再将热能转化为电能或其他形式的能量。
首先，高温气冷堆的工作原理是基于核裂变反应。
在高温气冷堆中，燃料元素中的核燃料（如铀、钚等）经过裂变反应释放出大量的热能。
这些热能会使得燃料元素的温度升高，同时也会使得冷却气体（如氦气）的温度升高。
其次，高温气冷堆利用高温气体作为冷却剂。
在高温气冷堆中，燃料元素周围的高温气体被用来带走燃料元素释放的热能，同时也带走了裂变反应产生的中子。
这些高温气体在带走热能和中子后，会通过热交换器将热能传递给工质（如水蒸气），从而产生蒸汽驱动涡轮发电机产生电能。
最后，高温气冷堆将热能转化为电能或其他形式的能量。
通过热交换器，高温气体的热能被传递给工质，使得工质产生高温高压的蒸汽。
这些蒸汽驱动涡轮发电机转动，最终产生电能。
除了产生电能外，高温气冷堆还可以利用热能进行其他形式的能量转化，如用于工业生产、城市供热等。
综上所述，高温气冷堆的工作原理是利用核裂变反应产生的热能，通过高温气体作为冷却剂将热能转化为电能或其他形式的能量。
这种工作原理使得高温气冷堆成为一种高效、安全、清洁的能源转化方式，具有广阔的应用前景。
高温气冷堆球形燃料元件规模化制造关键技术研发及应用
高温气冷堆球形燃料元件规模化制造关键技术研发及应
用
高温气冷堆球形燃料元件的制造涉及多个关键技术，其规模化制造更是对这些技术的研发和应用提出了更高的要求。
1. 燃料芯核制备：这是制造高温气冷堆燃料元件的第一步，主要是通过粉末冶金干法或化学湿法制造铀、铀-钍或钍氧化物，或碳化物燃料芯核（直径200\~600μm的陶瓷微球）。
湿法与干法相比，具有工序少、无粉尘、适于远距离操作、得到的微球质量好和尺寸分布窄等优点。
2. 燃料芯核包覆：这一步是为了保护燃料芯核，提高其稳定性和寿命。
包覆材料一般选择与芯核化学性质稳定、热物理性质良好的材料，如碳化硅、碳化硼等。
同时，包覆层需要有足够的厚度，能够有效地抵抗运行环境中的腐蚀和磨损。
3. 元件制造：在燃料芯核包覆完成后，需要进行元件的制造。
这一过程通常包括将包覆后的芯核进行组装、焊接、封装等工序，以形成完整的高温气冷堆球形燃料元件。
4. 质量检测：在元件制造完成后，需要进行严格的质量检测。
检测内容包括但不限于外观检查、尺寸测量、性能测试等。
只有通过严格的质量检测，才能保证高温气冷堆球形燃料元件的品质和可靠性。
5. 规模化制造：为了实现高温气冷堆球形燃料元件的规模化制造，需要研究和开发高效、稳定的制造工艺和设备。
同时，还需要制定严格的质量控制标准和生产管理体系，以确保大规模生产中的质量和效率。
总的来说，高温气冷堆球形燃料元件的规模化制造关键技术研发及应用是一个复杂且系统的工程，需要综合考虑工艺、设备、材料、检测等多个方面。
高温气冷堆技术阶段
高温气冷堆技术阶段高温气冷堆技术阶段引言：随着能源需求的不断增长和传统能源的有限性，人们对新型能源技术的研究和开发越来越重视。
高温气冷堆技术作为一种新型的核能技术，在解决能源供应和环境保护方面具有巨大的潜力。
本文将探讨高温气冷堆技术的定义、原理、发展阶段以及未来展望。
一、高温气冷堆技术的定义：高温气冷堆技术是指利用高温下的气冷冷却剂来驱动堆芯的一种核能技术。
相比传统的水冷堆技术，高温气冷堆技术具有更高的燃烧温度和更高的热效率，能够更好地利用核燃料的能量，同时减少对水资源的依赖。
二、高温气冷堆技术的原理：高温气冷堆技术通过将堆芯中的燃料棒放置在高温下，并使用气体（如氦气或氦-氖混合气体）作为冷却剂。
堆芯中的燃料棒在高温下发生裂变，产生大量的热能。
冷却剂通过流动循环来带走燃料棒释放的热能，并将其传递给工质，从而产生蒸汽驱动涡轮机发电。
三、高温气冷堆技术的发展阶段：1. 理论阶段：高温气冷堆技术的起源可以追溯到20世纪50年代末，当时科学家们开始研究在核反应堆中使用气体作为冷却剂的可能性。
在这一阶段，科学家们主要进行理论推演和计算模拟，探索高温气冷堆技术的可行性和优势。
2. 实验阶段：20世纪60年代，科学家们开始进行实验验证高温气冷堆技术的可行性。
他们利用实验堆进行模拟，研究不同气体冷却剂的特性和行为。
这阶段的研究结果为后期的工程应用提供了基础。
3. 工程应用阶段：20世纪70年代至今，高温气冷堆技术逐渐进入工程应用阶段。
研究人员在实验堆的基础上进行了一系列工程化设计，并成功建立了多个高温气冷堆示范项目。
这些示范项目在能源供应和环境保护方面取得了显著的效果，为高温气冷堆技术的发展奠定了基础。
四、高温气冷堆技术的未来展望：1. 提高安全性：虽然高温气冷堆技术的安全性相对较好，但在使用过程中仍存在一定的安全风险。
未来的研究将致力于提高高温气冷堆的安全性，减少潜在的事故风险，并进一步优化核材料的选择和堆芯设计。
高温气冷堆技术概述
⾼温⽓冷堆技术概述哈尔滨⼯程⼤学核科学与技术学院实习专题报告摘要近年来，国际上提出了“第四代先进核能系统”的概念，这种核能系统具有良好的固有安全性，在事故下不会对公众造成损害，在经济上能够和其它发电⽅式竞争，并具有建设期短等优点，⾼温⽓冷堆是有希望成为第四代先进核能系统的技术之⼀。
本⽂就⾼温⽓冷堆发展现状，回顾了其发展历程，介绍了⾼温⽓冷堆堆体结构和循环⽅案，阐述了其安全和经济性能，并针对发展过程中存在的主要技术问题进⾏分析。
最后，介绍了⾼温堆在核能制氢和海⽔淡化⽅⾯的应⽤。
本⽂因篇幅有限，未能对上述问题展开详细分析，且未讲述⾼温堆的设计⽅法、燃料系统等，但也是先关⼈员了解⾼温堆有⽤的材料。
关键词：⾼温⽓冷堆；HTR-10；结构；性能；技术问题1哈尔滨⼯程⼤学核科学与技术学院实习专题报告⽬录⼀、⾼温⽓冷堆概述 (1)1. ⾼温⽓冷堆的概念及类型 (1)2.⾼温⽓冷堆的发展历史 (1)3. 我国⾼温⽓冷堆的发展 (2)⼆、HTR-10堆体结构及特点 (3)1. HTR-10的主要参数及其结构 (3)2. HTR-10堆体结构及主要部件 (4)3. HTR-10堆结构设计特点 (8)三、⾼温⽓冷堆透平循环技术 (9)1. 直接循环 (9)2.间接循环 (9)3. 热⼒循环效率简单分析 (10)四、⾼温⽓冷堆的性能 (11)1. 安全性 (11)2.经济性 (15)五、⾼温⽓冷堆存在的技术问题 (17)1. ⽯墨粉尘 (17)2. ⽯墨氧化 (17)3. 氦⽓轮机 (19)六、⾼温⼯艺热的应⽤ (20)1. 海⽔淡化 (20)2. 核能制氢 (21)七、结语 (22)参考⽂献 (23)2哈尔滨⼯程⼤学核科学与技术学院实习专题报告⼀、⾼温⽓冷堆概述1、⾼温⽓冷堆的概念及类型⾼温⽓冷堆（high temperature gas-cooled reactor，HTGR）⽤化学惰性和热⼯性能良好的氦⽓作为冷却剂，⽯墨作为反射层、慢化剂和堆芯结构材料，采⽤包覆燃料颗粒弥散在机体中的全陶瓷型燃料元件，使堆芯氦⽓出⼝温度850—1000℃，甚⾄更⾼。
高温气冷堆技术概述
哈尔滨工程大学核科学与技术学院实习专题报告摘要近年来，国际上提出了“第四代先进核能系统”的概念，这种核能系统具有良好的固有安全性，在事故下不会对公众造成损害，在经济上能够和其它发电方式竞争，并具有建设期短等优点，高温气冷堆是有希望成为第四代先进核能系统的技术之一。
本文就高温气冷堆发展现状，回顾了其发展历程，介绍了高温气冷堆堆体结构和循环方案，阐述了其安全和经济性能，并针对发展过程中存在的主要技术问题进行分析。
最后，介绍了高温堆在核能制氢和海水淡化方面的应用。
本文因篇幅有限，未能对上述问题展开详细分析，且未讲述高温堆的设计方法、燃料系统等，但也是先关人员了解高温堆有用的材料。
关键词：高温气冷堆；HTR-10；结构；性能；技术问题1哈尔滨工程大学核科学与技术学院实习专题报告目录一、高温气冷堆概述 (1)1. 高温气冷堆的概念及类型 (1)2.高温气冷堆的发展历史 (1)3. 我国高温气冷堆的发展 (2)二、HTR-10堆体结构及特点 (3)1. HTR-10的主要参数及其结构 (3)2. HTR-10堆体结构及主要部件 (4)3. HTR-10堆结构设计特点 (8)三、高温气冷堆透平循环技术 (9)1. 直接循环 (9)2.间接循环 (9)3. 热力循环效率简单分析 (10)四、高温气冷堆的性能 (11)1. 安全性 (11)2.经济性 (15)五、高温气冷堆存在的技术问题 (17)1. 石墨粉尘 (17)2. 石墨氧化 (17)3. 氦气轮机 (19)六、高温工艺热的应用 (20)1. 海水淡化 (20)2. 核能制氢 (21)七、结语 (22)参考文献 (23)2哈尔滨工程大学核科学与技术学院实习专题报告一、高温气冷堆概述1、高温气冷堆的概念及类型高温气冷堆（high temperature gas-cooled reactor，HTGR）用化学惰性和热工性能良好的氦气作为冷却剂，石墨作为反射层、慢化剂和堆芯结构材料，采用包覆燃料颗粒弥散在机体中的全陶瓷型燃料元件，使堆芯氦气出口温度850—1000℃，甚至更高。
高温气冷堆技术特点包括
高温气冷堆技术特点包括高温气冷堆（High Temperature Gas-cooled Reactor，HTGR）是一种高效、安全、环保的新型核能技术，其技术特点包括以下几个方面。
首先，高温气冷堆具有高效能的特点。
传统的压水堆和沸水堆采用的是低温冷却剂，限制了核反应堆的热效率。
而高温气冷堆采用氦气作为冷却剂，使得工作温度可以达到800℃以上，相对于传统堆芯的温度提高了几倍。
高温气冷堆可以利用高温热能，提高热效率，提供更多的电力输出，实现核能的高效利用。
其次，高温气冷堆具有更高的安全性。
高温气冷堆采用了三次裂变转变概念，核反应堆芯与冷却循环系统之间的辐射屏蔽层完全隔离，有效避免了裂变产品的泄漏，降低了放射性污染的风险。
此外，高温气冷堆还采用了几何具有安全特性的芯块形状，使其具有良好的自稳定性和应对冲击负荷的能力。
同时，高温气冷堆采用了固体燃料，避免了液体燃料在高温下破裂的可能性，大大降低了核反应堆事故的风险。
另外，高温气冷堆还具有较强的灵活性和适应性。
高温气冷堆采用了球堆的设计形式，模块化程度高，堆芯单节点可拆卸，堆芯构件可根据实际需求进行灵活调整，方便维护和更新。
高温气冷堆还可以根据实际需求提供多种不同形式的热能输出，如发电、煤炭转化、水化制氢等，具有多功能的适用性。
此外，高温气冷堆具有较低的燃料消耗和核废料产生。
高温气冷堆采用了高浓缩程度的燃料球形颗粒，可实现燃料的长周期使用，燃料利用率高达90%以上。
同时，由于反应堆芯温度高于传统堆芯，核废料的销售期相对较长，对于核废料的处理和排放也相对较少，减少了对环境的负面影响。
最后，高温气冷堆具有经济性和可持续性。
高温气冷堆具有较长的寿命和高可靠性，核电经济性指标较高。
由于核反应堆芯温度高，可以与多种工业生产过程进行热耦合，实现齐氏动力系统。
同时，高温气冷堆还具有低碳排放的特点，与新能源和智能电网相结合，能够提供带有较少温室气体排放的能源需求。
综上所述，高温气冷堆具有高效能、高安全性、较强的灵活性和适应性、低燃料消耗和核废料产生、经济性和可持续性等一系列技术特点。
高温气冷堆碳中和制氢
高温气冷堆碳中和制氢高温气冷堆碳中和制氢技术是一种创新型的能源生产方法，其在排放减少和二氧化碳减排方面具有巨大潜力。
本文将从背景分析、技术原理、应用前景和挑战等方面探讨高温气冷堆碳中和制氢技术。
一、背景分析随着全球工业化和城市化的快速发展，化石能源的使用不断增加，导致严重的环境问题，尤其是温室气体排放引发的气候变化。
因此，急需发展清洁、低碳的能源替代方案。
氢能作为一种清洁的能源，被认为是未来能源的重要选择。
然而，当前主要的氢气生产方法仍依赖化石燃料，其排放问题无法解决。
二、技术原理高温气冷堆碳中和制氢技术主要通过以下步骤实现：首先，使用高温气冷堆技术将核能转化为高温热能。
然后，利用此高温热能对碳中和燃料进行催化气化反应，将其转化为氢气和固体残渣。
最后，将产生的氢气进行捕获和提纯，以供给各种用途。
该技术的核心是高温气冷堆，它利用先进的核反应器技术将核能转化为高温热能。
高温热能可用于碳中和催化气化反应，将燃料转化为氢气和固体产物。
这一反应过程同时可以将大量二氧化碳进行转化和固定，从而实现碳排放的减少。
三、应用前景高温气冷堆碳中和制氢技术具有广泛的应用前景。
首先，作为一种清洁的能源替代方案，氢能可以广泛应用于交通运输、能源储存和工业生产等领域，从而降低对化石燃料的依赖，并减少温室气体的排放。
其次，高温气冷堆碳中和制氢技术还可以为工业过程提供高温热能。
传统工业过程通常使用化石燃料提供高温热能，而该技术可通过核能转化高温热能，从而降低对化石燃料的需求，并减少二氧化碳的排放。
此外，该技术还能够进行碳中和，将大量的二氧化碳转化为固体产物。
这对于解决二氧化碳排放问题具有重要意义，有助于实现可持续发展。
四、挑战和展望高温气冷堆碳中和制氢技术虽然具有巨大的潜力，但仍然面临一些挑战。
首先，高温气冷堆技术的成本较高，需要进行进一步的研发和技术改进，以降低其成本并提高效率。
其次，碳中和制氢过程中的催化气化反应对反应条件和催化剂的选择具有较高的要求，需要进一步的研究和开发。
高温气冷堆核电站技术
高温气冷堆核电站技术高温气冷堆核电站技术随着全球对可再生能源的需求日益增加，核能作为一种清洁、高效的能源形式备受关注。
高温气冷堆核电站技术作为一种先进的核能发电方式，受到了广泛关注和研究。
本文将介绍高温气冷堆核电站技术的原理、特点及其在未来能源发展中的潜力。
一、高温气冷堆核电站技术原理高温气冷堆核电站技术是一种基于高温透平发电的核能发电方式。
与传统的水冷堆核电站不同，高温气冷堆核电站采用气体作为冷却剂，能够实现高温下的热电转换。
具体而言，该技术使用含有U-235等放射性核物质的核燃料，通过核裂变反应释放出大量的热能。
在高温气冷堆核电站中，核燃料经过控制，使裂变反应在恰当的速率下进行。
燃料棒的热量通过气体冷却剂被带走，并在高温下经过透平机组转化为电能。
冷却剂通常采用氦气，在高温下具有优良的传热性能和较低的热损失。
通过循环系统将冷却后的氦气再次引入反应堆，形成一个连续的循环过程。
二、高温气冷堆核电站技术特点1. 高效能源转化：高温气冷堆核电站能够实现更高的热电转换效率。
相较于水冷堆核电站，气冷堆核电站能够在高温下进行燃料燃烧和电力转化，有效提高能源利用率。
2. 安全性能优越：高温气冷堆核电站在设计上具有更高的安全性能。
由于使用气体作为冷却剂，在设计上能够更好地适应突发事故，减小事故发生的概率，并降低核辐射对环境的影响。
3. 适应性强：高温气冷堆核电站技术具有较强的适应性，能够适应不同类型的核燃料以及各种条件下的运行环境。
这使得该技术能够广泛应用于不同的地区和发展阶段。
4. 兼顾经济性与环保性：高温气冷堆核电站技术既能够实现高效能源转化，提高核燃料利用率，又能够有效降低温室气体排放和人类对环境的影响。
与传统能源发电方式相比，其经济性和环保性优势更加明显。
三、高温气冷堆核电站技术的潜力高温气冷堆核电站技术具有巨大的发展潜力，对能源发展和环境保护具有重要意义。
首先，高温气冷堆核电站技术能够为能源转型提供可靠的解决方案。
高温气冷堆核电站技术规范
高温气冷堆核电站技术规范高温气冷堆核电站技术规范一、概述高温气冷堆核电站是一种新型的核电技术，具有很高的效率和安全性。
为了确保高温气冷堆核电站的正常运行和安全稳定，制定适当的技术规范非常重要。
本文旨在提供一份关于“高温气冷堆核电站技术规范”的详细指南。
二、技术要求1. 设计要求：核电站的设计应满足相关国家和地区的法规和标准，并且考虑到可持续、高效、安全和环保等因素。
2. 安全要求：核电站应符合国际核安全标准，包括核应急预案、放射性废物的处理和储存等方面的要求。
3. 运行要求：核电站应具备可靠的运行能力，具备足够的冷却能力和控制系统，以确保核燃料的正常运行及事故情况下的应急处理能力。
4. 节能要求：核电站应设计合理的节能系统，最大程度上减少能源浪费并提高能源利用率。
5. 环保要求：核电站的建设和运营应符合环保法规，减少对环境的影响，包括废气排放、废水处理、废物处置等方面。
三、设计与建设1. 系统设计：核电站的系统设计应根据具体情况，包括尺寸、布局和设备容量等方面的要求。
2. 安全措施：核电站应设有多重安全措施，如放射性物质的封闭、泄漏和事故的防护等。
3. 冷却系统：核电站的冷却系统应设计合理，确保核燃料的正常运行并保持合适的温度。
4. 控制系统：核电站的控制系统应具备自动化和远程监控的能力，及时处理异常情况并采取相应措施。
5. 建设要求：核电站的建设应符合相关安全规定，且应对施工人员进行必要的培训和安全意识教育。
四、运行与维护1. 运行控制：核电站的运行应由专业人员负责，确保设备正常运转，并及时处理运行中的问题和异常情况。
2. 安全检查与维护：核电站应定期进行安全检查和维护，包括设备检修、泄漏防护和放射性废物处理等。
3. 应急预案：核电站应制定完善的应急预案，培训人员并定期演练，以应对可能发生的事故和灾难情况。
4. 数据监测与汇报：核电站应设立自动化的数据监测系统，并及时向相关部门汇报运行情况和核安全等级。
高温气冷堆功率
高温气冷堆功率高温气冷堆（HTGR）是一种新型的核能技术，它采用氦气作为冷却剂，具有高温、高效率和安全可靠的特点。
高温气冷堆功率是评估该技术的重要指标之一。
本文将对高温气冷堆功率进行详细介绍。
高温气冷堆功率是指高温气冷堆在单位时间内产生的热能或电能的大小。
由于高温气冷堆的工作温度较高，可以达到700至1000摄氏度，因此其热效率和电效率都相对较高。
高温气冷堆可以通过核裂变将燃料中的核能转化为热能，然后利用热能驱动发电机产生电能。
根据燃料的不同，高温气冷堆可以使用铀、钍等元素作为燃料，并将其装入微孔球形燃料颗粒中。
高温气冷堆在核能技术领域具有许多优势。
首先，高温气冷堆具有较高的热效率，可以将燃料中的核能充分转化为热能，提高了能源利用率。
其次，高温气冷堆产生的热能可以用于工业和城市供热，实现热电联供，进一步提高能源利用效率。
此外，高温气冷堆还具有安全性好的特点。
由于采用氦气作为冷却剂，不需要高压循环和使冷却剂沸腾，从而降低了核能系统的复杂性，提高了安全性。
高温气冷堆功率的大小与多个因素有关。
首先，燃料的选择和寿命会对高温气冷堆的功率产生影响。
不同的燃料在衰变过程中会释放出不同数量的能量，因此会影响高温气冷堆的功率。
其次，高温气冷堆的设计和运行参数也会影响功率的大小。
比如，反应堆的尺寸和结构、冷却剂的流速和温度等都会对功率产生影响。
此外，燃料的循环方式和功率调整方式也会影响高温气冷堆的功率。
高温气冷堆的功率大小对于核能的开发和利用具有重要意义。
首先，高温气冷堆可以作为一种新型的核能技术，为国内能源结构调整提供了新的选择。
高温气冷堆可以实现多能联供，既可以产生电能，又可以提供热能，满足工业和城市的能源需求。
其次，高温气冷堆可以作为一种安全可靠的核能技术，为核能的发展提供了更可行的方案。
高温气冷堆通过采用氦气作为冷却剂，避免了核能系统中的复杂性，提高了核能的安全性。
总的来说，高温气冷堆功率是评估该技术的重要指标之一。
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高温气冷堆的技术及装备随着经济社会发展，人类对能源需求日渐增多。
但传统化石能源有着污染大，不可再生的缺陷，并且储量日益减少。
核能为人类提供了一个清洁，取之不尽用之不竭的能源宝库，到现在为止已有四代核电技术的历史，人们通常把五、六十年代建造的验证性核电站称为第一代；70、80年代标准化、系列化、批量建设的核电站称为第二代；第三代是指90年代开发研究成熟的先进轻水堆；第四代核电技术是指待开发的核电技术，其主要特征是防止核扩散，具有更好的经济性，安全性高和废物产生量少。
第四代核反应堆的六个构型中，就有高温气冷堆，高温气冷堆是国际公认的具有先进技术的新型核反应堆，我国的高温气冷堆研究技术处于国际领先地位。
其主要特点是固有安全性能好、热效率高、系统简单。
目前已成功地建设了10MW实验电站，并完成了多项安全性实验工作，在向商业化转化的过程中，得到国家有关部门的大力扶持。
项目已经列入《国家中长期科学和技术发展规划纲要》和《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》。
传统核反应堆存在建造周期长，相对效率较低，安全性不高成本高的不足。
自从前苏联切尔诺贝利电站发生核泄漏事故以后，人类更希望有更安全的利用核能的方式。
高温气冷堆是在以天然铀为燃料、石墨为慢化剂、CO2为冷却剂的低温气冷堆的基础上发展起来的，具有固有的安全性，使得反应堆辅助系统减少，有效降低了成本并且拥有很高的效率。
高温气冷堆是现有堆型中工作温度最高的堆型，可以广泛应用于需要高温高热的工业部门。
高温气冷堆作为第四代核反应堆具有广阔的应用前景。
1.高温气冷堆的组成结构及其工作原理通俗地说，反应堆就是“原子锅炉”，是通过控制核燃料的反应来产生原子能的装置。
通常，反应堆的核燃料是铀235，在中子的作用下能够产生核裂变。
一个铀235原子核吸收一个中子以后，会分裂成两个较轻的原子核，以热的形式释放出能量，并产生两个或者三个新的中子。
在一定的条件下，新产生的中子会引发其它的铀235原子核裂变，这种反应延续下去，就是“链式裂变反应”。
要形成“链式裂变反应”，不仅铀235要达到一定数量，还必须用慢化剂把高能量的中子减慢为“热”中子。
控制反应堆中核燃料的反应使核能缓慢释放，并用载热剂从反应堆中导出热量，就能对核能加以利用。
高温气冷堆是一种用氦气作冷却剂的先进核反应堆，采用全陶瓷型球形燃料元件（核燃料经20多道工序加工成直径为6cm的球状物），冷却剂即为氦气，慢化剂和结构材料采用石墨，堆芯最高温度达到1600摄氏度。
反应堆可采用模块化方式制造，建造时就像搭积木般，能随时连续地装卸核燃料和不定期停堆拆卸更换，因而和其它反应堆相比，可用率约高达45％以上。
高温气冷堆的堆芯核燃料由低富集铀或高富集铀加钍的氧化物（或碳化物）制成直径约200微米的陶瓷型颗粒核心，外面涂上2－3层热解碳和碳化硅，涂层厚度约150－200微米，构成直径约为1毫米左右的核燃料颗粒。
然后将颗粒弥散在石墨基体中压制成球形或柱形燃料实体。
堆芯通常由球形燃料和石墨反射层组成。
直径60mm的球形燃料由堆顶部连续装入堆芯，同时从堆芯底部卸料管连续卸出乏燃料球。
卸料的燃料球经过燃耗测量后，将尚未达到预定燃耗深度的燃料球再次送回堆内使用。
反应堆堆芯内装有约360000个燃料球，燃料球在堆内平均经过10余次循环。
反应堆有两套控制和停堆系统，均设置在侧向反射层内。
第一套控制系统用于功率调节和反应堆热停堆。
第二套是小球停堆系统，吸收体小球直径为10毫米的含碳化硼的石墨球，用于长期冷停堆。
图为球床高温气冷堆。
氦气冷却剂由循环鼓风机输送，从反应堆底部进入堆芯，通过燃料石墨球的间隙，冷却燃料球氦气沿高度方向被加热，出口温度可大于750℃。
高温氦气进入蒸汽发生器，将热量传给二回路给水，使二回路变成为蒸汽。
高温蒸汽送汽轮机做功发电。
另一种方式是将从堆芯出来750度的高温氮气作为工质直接送入氦气轮机做功发电。
2.我国高温气冷堆的现状以及优点现行的高温气冷堆有两个流派：石墨球床和柱状燃料的，前者的使用者是中国和南非，后者是美、俄和日本喜欢的，这里着重说一下我国的石墨球床堆电厂的技术特点。
石墨球床堆也叫卵石堆，最早是德国在本世纪60年代建成了原理堆，由于技术和需求的限制，30年没有大的发展，直到上个世纪90年代，国际能源危机的压力日趋严重，南非和中国先后开始了对这一技术的现代化研究和实用化探索，分别是南非国营电力设计的PBMR(400MW热功率)和中国原子能技术研究院设计的HTR-PM(460MW)。
两者的设计都已经基本完成，其间中国完成了清华大学10Mw原理堆(HTR-10)的建造和运行工作，HTR-10已经并网多时了。
我们知道，所有的核电站都由几个部分组成：1：堆芯，核燃料在此低速燃烧，产生热量2：冷却回路，堆芯产生的热量通过回路里的介质传导出去，使得堆芯保持一个稳定的反应温度，持续工作。
3：发电机组，把冷却回路中的热量通过汽轮机的方式转换成电能。
先说说燃料组件，石墨球床气冷堆的燃料组件大大不同于传统的核燃料组件，你可以把它看成一个西瓜，外壳是硬化的石墨材料，相当于西瓜皮，里面是稍微松散的石墨填料，相当于西瓜瓤，在西瓜瓤里均匀分布着一些以UO2为主要成分的西瓜子，这就是真正的核燃料颗粒，顺便说一下，这个瓜子有个用陶瓷做的瓜子壳，而UO2则相当于瓜子仁。
这个西瓜结构的燃料组件直径是6厘米——无论颜色还是尺寸都很像我国北方常见的煤球。
我们就暂时把它称作“煤球”好了。
在反应堆的堆芯里面（多是一个环形的圆柱体），这些煤球就真的和煤球炉子里一样，直接填充进去就好了，在一定的温度下，瓜子仁里面的核燃料开始裂变反应，产生热量，煤球里面的石墨起到慢化作用，保持链式反应的稳定运行，正常情况下，这些煤球的温度是900摄氏度左右。
几何知识告诉我们，一堆球球堆在一起，他们的周围就自然而然的形成了均匀的空隙，这些空隙就是堆芯内部的冷却空间，我们在堆芯的一端注入高压氦气，另一端让高压氦气流出，快速流过煤球空隙的氦气带走了多余的热量，就构成了堆芯冷却的第一回路。
900摄氏度的高压氦气从反应堆中出来之后，有两个途径，一是继续经过一个水冷回路，把水加热成蒸汽，推动汽轮机带动发电机发电，更先进一些的就是直接用氦气透平机组把热能转换成机械能，带动发电机。
冷却后的氦气继续打回堆芯，就构成了完整的换能循环过程下面我就说说它为什么巧妙：首先，他的燃料组件尺寸很小，精度要求也不高，制造起来就容易得多。
其次，堆芯的结构很简单，简直就是一个高精度的煤球炉子，只要容纳燃料球就好了。
第三，他的冷却热质是氦气，好处有三：惰性气体，不用担心污染的传递，即使泄露也没事；单一的气体工质，不用复杂的流体控制理论；气体温度很高，高达900度，而压水堆则只有300-400度，未来的超临界堆也不过500多度，所以效率不比压水堆低。
这就大大简化了冷却回路的复杂性，甚至只要氦气透平机过关，一个回路就可以了，而压水堆由于必须隔离污染的一次循环水，必须设计成两个回路。
由于工质是“干净”的，不必考虑管路中子脆化的问题，高温气冷堆的回路造价和使用期限以及维护成本都低得多。
第四，球床气冷堆简直就是一个烧核燃料的煤球炉子，换燃料的方式很简单：把烧完的煤球从炉子下面放出去，新的煤球从上面倒进去就完了，不用停堆换组件。
不仅如此，气冷堆还有先天的安全性，几乎是“绝对安全”的，核电事故说白了就一种，那就是堆芯因为温度过高而融化，进而破坏安全设施，造成核泄露。
由于球床燃料的结构特点，这是不会发生的。
前面我们说了，燃料煤球里面的瓜子壳是陶瓷材料，瓜子仁是UO2燃料，这个壳可以承受1600度的温度，正常情况下，外面的石墨“瓜瓤”的温度是900度左右，一旦作为冷却的氦气停止供应了，煤球的温度就会升高，“瓜瓤”的温度也会升高，由于瓜瓤比瓜子多得多，会迅速带走瓜子表面的温度，向外界辐射出去，保证“瓜子壳”不会超过极限的1600度。
所以堆芯是不可能融化的。
清华的示范堆就曾经不止一次表演过在不插入控制棒的情况下停止冷却的氦气泵，整个堆芯迅速达到热平衡，进而安全停堆。
如果说第三代压水堆AP-1000的非能动安全设计还依赖于一套需要维护的安全设备的话，高温气冷堆连这套设备也省了。
所以说，这种设计不再需要能耐压的安全壳，不再需要冗余的安全设备，甚至可以简化成一回路设计，大大降低了成本。
做成模块化的电站，由于其独有的安全性，甚至可以在大城市周边直接安装使用。
球床气冷堆的造价优势和安全优势说过了，此外还有他的效率优势，就是电效率超过40%，大大高于哪怕是三代的压水堆，甚至四代的超临界堆，这就进一步降低了发电成本。
此外，由于热效率高，气冷堆的供热优势也十分明显，未来无论是高温裂解天然气制取氢气还是高温电解水制取氢气，900度的高温热源都是必不可少的。
此外，球床气冷堆的优势还在于它的燃料燃烧十分充分，后处理成本低，模块化的气冷球床电站你可以给任何人用，而不必担心核废料被做成脏弹搞恐怖袭击。
3.高温气冷堆技术的发展气冷堆是国际上反应堆发展中最早的一种堆型，这种反应堆初期被用来生产军用钚，20世纪50年代中期以后发展成为商用核电站的堆型之一。
气冷堆的发展大致可以分为四个阶段：即早期气冷堆（Magnox）、改进型气冷堆（AGR）、高温气冷堆（HTGR）和模块式高温气冷堆（MHTGR）。
1.早期气冷堆（Magnox）英国在1956年建成单堆电功率50 MW、总电功率200 MW的卡德霍尔（Galder Hall）气冷堆核电站，标志着这种堆型进入了商业化。
早期气冷堆采用石墨做慢化剂，CO2气体为冷却剂，天然铀燃料和镁合金包壳燃料元件。
主要优点是采用天然铀作为燃料，运行比较安全可靠，钚的产量也较高；主要缺点是燃料装量大，燃耗浅，大型鼓风机耗功多，堆的体积很大，所以建造费用和发电成本都比较高。
另外，堆冷却剂二氧化碳气体的温度只能达到400℃左右，限制了反应堆热工性能的进一步提高，加之当时美国大力推销压水堆技术，迫使气冷堆的发展进入了第二阶段。
2. 改进型气冷堆（AGR）为了提高气冷堆冷却剂的出口温度、加深燃耗，英国发展了改进型气冷堆，反应堆仍采用石墨为慢化剂，CO2气体作冷却剂，但采用低浓铀和不锈钢包壳燃料元件，以提高功率密度，使其具有体积小，效率高的特点。
这种新燃料元件允许堆芯出口CO2温度达到670℃，通过蒸汽发生器产生高参数过热蒸汽，并可以配置标准汽轮发电机组，从而使核电站热效率提高到近 40%。
3.高温气冷堆（HTGR）高温气冷堆是改进型气冷堆的进一步发展，它以低浓铀或高浓铀加钍作核燃料，石墨作为慢化剂，氦气作为冷却剂，全陶瓷型包覆颗粒燃料元件，使堆芯出口氦气温度可达到950℃甚至更高。
反应堆燃料装量少。