氦冷固态陶瓷氚增殖剂示范堆(HCCB-DEMO)设计是由核工业西南物理研究院于2009年提出的一种商用聚变示范堆方案。其主要特点是：1)聚变功率为2550MW,电功率800MW;2)感应燃烧时间为8小时,等离子体运行模式为稳态反剪切模式：3)采用中性束注入作为电流驱动模式,包括16个TF线圈和6个PF线圈,超导导体采用NB3Sn;4)氚自持燃烧。包层是聚变示范堆中的关键部件,要求将聚变堆中的热导出以转换成电能,同时还需要在有限的空间内保证氚增殖。因此,聚变堆中的包层设计是一项具有挑战性的工作。氦冷固态陶瓷氚增殖剂(HCCB)包层是国际上较为成熟的一种包层方案,是HCCB-DEMO的首选包层,同时也是我国国际热核聚变实验堆(ITER)计划上唯一参试的测试包层模块(TBM)概念。基于HCCB-DEMO的堆芯方案以及我国近年来在ITER HCCB TBM研究与开发中积累的大量经验与成果,本论文提出了一种氚增殖性能更良好,满足聚变堆热电转换需求的氦冷固态氚增殖剂包层设计方案。其主要设计参数为：1)包层平均中子壁负载2.3MW/m2,平均表面热负载为0.43MW/m2;2)冷却剂为8MPa氦气,出入口温度为300/500℃,提氚气体为0.3MPa的氮气：3)结构材料采用中国低活化铁素体钢CLF-1,氚增殖剂采用单相正硅酸锂Li4SiO4小球,中子倍增剂采用双相铍Be小球,第一壁面向等离子体材料采用钨Wu合金。其基本结构为：由内嵌冷却剂流道的U型第一壁,上下盖板以及背板系统共同包围成盒状结构,内部由垂直以及水平的筋板提供结构支撑,筋板与盖板同样内嵌了冷却剂流道。筋板之间形成的空间插入增殖单元子模块,每个增殖单元子模块包括两块由正硅酸锂小球填充形成的U型球床区域,分别通过两块内嵌冷却剂流道的U型冷却板包围而成,冷却板外围填充铍小球,后端与增殖单元背板系统相连。增殖单元子模块的背板及大模块背板系统形成的腔体为冷却剂以及提氚气体提供分配与收集。包层的冷却剂流动方案为：首先,从大背板腔体1进入第一壁冷却管道,冷却完第一壁后进入大背板腔体2汇聚,再并行进入筋板以及上下盖板进行冷却,冷却完后进入大背板腔体3再分配到各个增殖单元,最后通过出口流出包层。采用5x5的包层内部设计方案,对包层中关键的模块结构及热工参数进行了探索,最终证明,单个增殖单元内部需要插入两块硅酸锂球床,同时将结构从5x5改变到6x5才能满足基本的热工以及中子学性能要求。采用6x5的最终设计方案,对全堆的氚增殖性能进行了分析,氚增殖比TBR达到1.15,满足聚变堆所需的氚增殖要求。并对中平面处典型包层的热工水力学性能进行了分析。通过对各子模块的单独分析,得到了各子模块的热工水力学参数,证明了各子模块内的温度均在材料的限值温度以内,包层满足热工设计要求。通过对子模块的集成分析,得到了互相之间的等效热边界条件。通过水力学方法对包层各冷却剂分流腔进行了分析以及相应的结构优化,大大提高了流量分配的均匀性。同时,基于优化后的结构,计算出了各分流腔的压降。对包层进行了结构应力分析,在不考虑电磁载荷的情况下,分别分析了包层及其模块在正常工况以及事故工况下的一次应力分布,以及正常工况下的二次应力分布。根据RCC-MR 2007,对计算出的应力进行了综合技术评定,证明这种包层设计方案能够满足结构设计要求。