清华大学学报(自然科学版)

作者：曲新鹤, 胡庆祥, 倪航, 彭威, 赵钢, 王捷

单位：清华大学 核能与新能源技术研究院, 先进反应堆工程与安全教育部重点实验室, 北京 100084

关键词：核能制氢,高温气冷堆,碘硫循环,炼钢

基金：国家重点研发计划资助项目（2018YFB1900500）\r\n

高温气冷堆（high temperature gas-cooled reactor，HTGR）因其具有固有安全性和反应堆出口温度高的特点，在环境和能源领域拥有广阔的应用前景。HTGR不仅可以用于发电，还可以实现大规模制氢，而氢气可作为钢铁冶炼过程中的直接还原剂，有助于钢铁工业减少碳排放。该文提出了基于HTGR制氢的炼钢系统方案，包括反应堆、反应堆中间回路、制氢、发电和炼钢共5个子模块，并开展了多联产能源系统研究。其中，HTGR为制氢模块和发电模块提供热量，制氢模块产生的氢气作为还原剂和燃料进入竖炉（shaft furnace，SF）直接还原炼铁，制氢模块产生的氧气和发电模块产生的电供给电弧炉（electric arc furnace，EAF）炼钢。该文分析了碘硫循环效率、发电模块和制氢模块的功率比、直接还原铁（direct reduced iron，DRI）比例对系统产能的影响，以及系统的碳排放情况。结果表明：在发电模块与制氢模块功率比为1∶1，EAF直接还原铁占比为90%，碘硫循环制氢效率为37.8%的情况下，系统产钢率为45.6 t/h，每t钢可向电网输出1 381.5 kW·h电能，同时CO2的排放量仅为17.2 Nm3。

来源：2023年第8期

《清华大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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