Чтобы атомный реактор и установку для газификации угля можно было объединить в один работоспособный агрегат, необходима конструктивная разработка обоих блоков. Атомный реактор можно использовать для газификации угля только в том случае, если условия позволяют получать теплоноситель с температурой выше 950 °С. Для этой цели в настоящее время могут подойти только высокотемпературные реакторы, охлаждаемые газом [7].

Это поколение аппаратов начинается с газо-графитовых реак­торов, работающих в области температур до 400 °С. Среди опыт­ных реакторов, из которых охлаждающий газ выходит при более высокой температуре, можно назвать реакторы Peach —Bottom, Dragon и AVR. Реактор Peach — Bottom с тепловой мощностью 115 МВт, эксплуатируемый в США с 1967 г., охлаждается гелием, выходящим при 750°С. По Европейскому объединенному проекту Dragon в 1966 г. начаты эксперименты в Англии на установке тепловой мощностью 20 МВт. Речь идет об охлаждаемом гелием реакторе, на выходе из которого достигается температура 750°С. Самая высокая температура на выходе (950°С) достигнута [23] в реакторе AVR, эксплуатируемом с 1966 г. и имеющем тепловую мощность 46 МВт. При эксплуатации опытных реакторов были установлены весьма малое радиоактивное заражение первичного циркуляционного контура и высокая безопасность в условиях экс­плуатации.

Сведения о выработке технологического тепла (для газифика­ции угля и для других процессов) в высокотемпературных атом­ных реакторах имеются в литературе [24—26], поэтому подробно­сти здесь не излагаются. Однако следует отметить разработанный в Германии предварительный вариант атомного реактора, запол­ненного графитовыми шарами (диаметром 6 см) с ядерным топ­ливом [27]. В активной зоне реактора шары находятся в состоя­нии беспорядочного движения под действием силы тяжести; выходят они из реактора через шлюзовый затвор. Скорость движения небольшая, так что физическое состояние «засыпки» можно оце­нивать как стационарный слой.

Конструкция первичного контура, спроектированного [28] для газификации угля водяным паром, — атомный реактор и промежу­точный теплообменник — показана на рис. 104. Первичный и вто­ричный контуры помещены в камеру из напряженного железобе­тона, имеющую много отсеков. Центральный отсек, используемый как активная зона, соединен с четырьмя побочными отсеками ка­налом для горячего газа, расположенным внизу, и трубопроводом охлажденного газа, находящимся вверху. В побочных отсеках ге­лий-гелиевые теплообменники расположены так, что первичный газ сначала движется внутри аппарата наверх и отдает тепло обратному потоку. Охлажденный газ при дальнейшем движении ох­лаждает установку и подводится к газодувкам, расположенным в крышке побочных отсеков, с помощью которых направляется на­зад в центральный отсек. Через сборник и потолочный отражатель охлажденный гелий попадает в слой шаров, проходит через него сверху вниз и при этом нагревается. Из сборника горячего газа, расположенного ниже донного отражателя, гелий снова распреде­ляется по отсекам.

В железобетонных перекрытиях над отсеками устроены каналы для стержней управления и для трубы, по которой подают шары. Днище активной зоны наклонено на 30°, чтобы сгоревшие топлив­ные элементы легче уходили через выводную трубу вниз, в транс­портную тележку.

Для отвода тепла из первичного контура имеются четыре тепло­обменника. От каждого из них поток горячего гелия направляют из защитного устройства реактора к установке газификации угля. Гелий из вторичного контура проходит газогенератор, парогенера­тор, пароперегреватель, а если нужно и другие ступени. Затем по трубопроводу охлажденного газа его подводят за защитное устрой­ство реактора к гелиевым газодувкам, разделяющим охлажденный поток по гелий-гелиевым теплообменникам. Гелиевые трубопро­воды промежуточного циркуляционного контура изготовлены в виде коаксиальных трубопроводов, у которых внутренняя труба, подающая горячий гелий, изолирована снаружи охлажденным ге­лием.

При объединении атомного реактора с установкой гидрогази­фикации угля вместо промежуточного теплообменника располагают трубчатую печь для конверсии газа или нагреватель газа, исполь­зуемого в процессах гидрогенизации.

По сведениям промышлен­ности, производящей атомные реакторы, можно будет за 10 последующих лет построить промышленный высокотемпе­ратурный реактор с темпера­турой на выходе 950 °С и продемонстрировать при этом применение получаемого тепла для газификации угля. Основная проблема будущих опытно-конструк­торских работ — управление высокими температурами при эксплу­атации крупных установок [28, 29].

Рис. 104. Высокотемпературный атомный   реактор   с  топливными элемен­тами  шарообразной   формы   из   графита:

1 — гелиевая газодувка; 2—камера из на­ пряженного железобетона; 3 — гелий-гелиевый теплообменник; 4—коаксиальный трубо­провод для гелия; 5 — установка газификации угля; 6—регулирующий стержень: 7—активная зона; 8 — шлюз для выгрузки топливных элементов.