低溫核供熱堆堆芯余熱非能動(dòng)排出系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種低溫核供熱堆堆芯余熱非能動(dòng)排出系統(tǒng)，包括堆芯余熱導(dǎo)出系統(tǒng)和換熱排出系統(tǒng)，所述堆芯余熱導(dǎo)出系統(tǒng)包括設(shè)置在換熱水箱內(nèi)的熱交換器，熱交換器進(jìn)口與出口分別連通蒸汽發(fā)生器的出口與進(jìn)口；換熱水箱內(nèi)還設(shè)有所述換熱排出系統(tǒng)的換熱器，換熱器的出口與進(jìn)口分別連通設(shè)置在保溫空冷塔內(nèi)的空冷器的進(jìn)口與出口；所述蒸汽發(fā)生器的進(jìn)口連通補(bǔ)水裝置。本實(shí)用新型具備非能動(dòng)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，有效地提高了安全系統(tǒng)可靠性，強(qiáng)化了安全系統(tǒng)在核電站事故工況下的應(yīng)對(duì)能力，能夠有效預(yù)防和緩解嚴(yán)重事故，降低堆芯融化概率和大規(guī)模放射性釋放的風(fēng)險(xiǎn)概率，大大提高核電站安全性能，確保核安全的最后屏障。
【專利說(shuō)明】
低溫核供熱堆堆芯余熱非能動(dòng)排出系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于低溫核供熱堆安全保護(hù)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種低溫核供熱堆堆芯余熱非能動(dòng)排出系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]核能作為安全、清潔、高效和唯一現(xiàn)實(shí)可行的工業(yè)化替代能源，過(guò)去的數(shù)十年中在滿足人類的電力需求和緩解溫室氣體帶來(lái)的環(huán)境壓力方面，發(fā)揮了重要的作用，作為核電的補(bǔ)充，核供熱堆以輸出顯熱為主，可用于城鎮(zhèn)居民供暖和綜合利用，它的推廣應(yīng)用有助于改善能源結(jié)構(gòu)，減排溫室氣體和改善城鎮(zhèn)環(huán)境。
[0003]目前，核能供熱存在的主要問(wèn)題:核反應(yīng)堆停堆后，由于堆芯內(nèi)的剩余裂變和裂變產(chǎn)物的衰變，產(chǎn)生的剩余發(fā)熱在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里還十分可觀，需要通過(guò)專門(mén)設(shè)置的安全級(jí)余熱排出系統(tǒng)將其載出至最終熱阱。否則，堆內(nèi)熱量積累和溫度升高可能導(dǎo)致燃料元件破損甚至熔化，從而引起嚴(yán)重的放射性外釋的核安全事故。這是核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中需要關(guān)注的最重要的安全問(wèn)題之一。
[0004]核電站中，安全殼是反應(yīng)堆的重要安全設(shè)施，是防止放射性產(chǎn)物釋放到大氣環(huán)境中的最后一道屏障。在現(xiàn)役的壓水堆核電站中，為保證反應(yīng)堆在發(fā)生設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故和超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故時(shí)，堆芯的衰變熱都能夠被持續(xù)排出，通常在一次側(cè)設(shè)計(jì)余熱排出系統(tǒng)，這種方式將冷卻水箱設(shè)置于安全殼內(nèi)，占用了安全殼的可用空間，而且還需要新增放置于換料水箱中的換熱器，從而使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建造費(fèi)用增加，一旦發(fā)生傳熱管破損，還會(huì)使一回路冷卻劑泄漏。此外，這種余熱排出系統(tǒng)在事故工況下，需要廠內(nèi)廠外的電源、應(yīng)急設(shè)備(例如昂貴的應(yīng)急柴油機(jī))及操縱員的干預(yù)，這一方面增大了操縱員人因失誤的風(fēng)險(xiǎn)，另一方面大大增加了設(shè)備數(shù)量，由此增加設(shè)備購(gòu)買(mǎi)、安裝、運(yùn)行和維修等的費(fèi)用，相應(yīng)增加核電廠的建造成本和運(yùn)維費(fèi)用。
[0005]因此，有必要提供一種完全非能動(dòng)地實(shí)現(xiàn)事故下堆芯衰變熱的導(dǎo)出、降低建造及運(yùn)維成本的二次側(cè)非能動(dòng)余熱導(dǎo)出系統(tǒng)，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0006]有鑒于此，特提出本實(shí)用新型。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種低溫核供熱堆堆芯余熱非能動(dòng)排出系統(tǒng)，提高停堆安全性。
[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用技術(shù)方案的基本構(gòu)思是:
[0009]—種低溫核供熱堆堆芯余熱非能動(dòng)排出系統(tǒng)，包括堆芯余熱導(dǎo)出系統(tǒng)和換熱排出系統(tǒng)，所述堆芯余熱導(dǎo)出系統(tǒng)包括設(shè)置在換熱水箱內(nèi)的熱交換器，熱交換器進(jìn)口與出口分別連通蒸汽發(fā)生器的出口與進(jìn)口；換熱水箱內(nèi)還設(shè)有所述換熱排出系統(tǒng)的換熱器，換熱器的出口與進(jìn)口分別連通設(shè)置在保溫空冷塔內(nèi)的空冷器的進(jìn)口與出口；所述蒸汽發(fā)生器的進(jìn)口連通補(bǔ)水裝置。
[0010]優(yōu)選的，所述熱交換器的進(jìn)口通過(guò)蒸汽管連接蒸汽發(fā)生器的主蒸汽管路，熱交換器的出口通過(guò)冷凝管連接蒸汽發(fā)生器的主給水管路，所述熱交換器設(shè)置在安全殼外的換熱水箱內(nèi)下部位置。
[0011]優(yōu)選的，所述換熱器為水水換熱器，水水換熱器設(shè)置在換熱水箱的中部或上部;水水換熱器的進(jìn)口通過(guò)下降管連接空冷器的出口，水水換熱器的出口通過(guò)上升管連接空冷器的進(jìn)口。
[0012]優(yōu)選的，所述保溫空冷塔的上部設(shè)有熱空氣出口，保溫空冷塔的下部設(shè)有冷空氣進(jìn)口。
[0013]優(yōu)選的，冷凝管上設(shè)有兩個(gè)并聯(lián)的常閉隔離閥，其中第一隔離閥為能動(dòng)隔離閥，第二隔離閥為非能動(dòng)隔離閥，隔離閥下游設(shè)有一個(gè)止回閥。
[0014]更進(jìn)一步的，還包括定壓水箱，定壓水箱底部中央位置的膨脹管連通至上升管，定壓水箱底部一側(cè)設(shè)有循環(huán)管，循環(huán)管連通至上升管;定壓水箱位于換熱排出系統(tǒng)的最高點(diǎn)。
[0015]優(yōu)選的，所述補(bǔ)水裝置包括第一補(bǔ)水箱，第一補(bǔ)水箱通過(guò)管道連通至蒸汽發(fā)生器的主給水管路上，管道上并聯(lián)設(shè)有汽動(dòng)給水栗和電動(dòng)給水栗。
[0016]優(yōu)選的，管道上并聯(lián)的汽動(dòng)給水栗和電動(dòng)給水栗均至少為2臺(tái)。[〇〇17]優(yōu)選的，所述補(bǔ)水裝置包括第二補(bǔ)水箱，所述定壓水箱內(nèi)通過(guò)浮球閥管路連通所述第二補(bǔ)水箱。
[0018]優(yōu)選的，換熱水箱內(nèi)、堆芯余熱導(dǎo)出系統(tǒng)的連接管路上以及換熱排出系統(tǒng)的連接管路上均設(shè)有溫度檢測(cè)儀，蒸汽發(fā)生器、換熱水箱以及定壓水箱內(nèi)均設(shè)有水位檢測(cè)儀，溫度檢測(cè)儀和水位檢測(cè)儀均無(wú)線或有線連接到遠(yuǎn)傳控制器。
[0019]采用上述技術(shù)方案后，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
[0020]本實(shí)用新型具備非能動(dòng)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)二次側(cè)對(duì)一回路的冷卻功能，使一回路順利降溫降壓，將供熱堆堆芯余熱導(dǎo)出，從而最終使核電站進(jìn)入冷停堆的安全狀態(tài)，有效地提高了安全系統(tǒng)可靠性，強(qiáng)化了安全系統(tǒng)在核電站事故工況下的應(yīng)對(duì)能力，能夠有效預(yù)防和緩解嚴(yán)重事故，降低堆芯融化概率和大規(guī)模放射性釋放的風(fēng)險(xiǎn)概率，大大提高核電站安全性能，確保核安全的最后屏障?！靖綀D說(shuō)明】[0021 ]圖1是本實(shí)用新型一種低溫核供熱堆堆芯余熱非能動(dòng)排出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖中:
[0023]1、蒸汽發(fā)生器;11、主蒸汽管路；12、主給水管路;2、熱交換器;21、蒸汽管;22、冷凝管;23、第一個(gè)隔離閥；24、第二隔離閥；25、止回閥;3、安全殼;31、堆芯;4、換熱水箱;5、水水換熱器;51、下降管;52、上升管;6、空冷塔;61、熱空氣出口；62、冷空氣進(jìn)口；7、空冷器;8、定壓水箱;81、膨脹管;82、循環(huán)管;91、第一補(bǔ)水箱;92、第二補(bǔ)水箱;93、汽動(dòng)給水栗;94、電動(dòng)給水栗?！揪唧w實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，以助于理解本實(shí)用新型的內(nèi)容。
[0025]如圖1所示，一種低溫核供熱堆堆芯余熱非能動(dòng)排出系統(tǒng)，包括堆芯余熱導(dǎo)出系統(tǒng)和換熱排出系統(tǒng)，所述堆芯余熱導(dǎo)出系統(tǒng)包括熱交換器2，熱交換器2的進(jìn)口通過(guò)蒸汽管21連接蒸汽發(fā)生器I的主蒸汽管路11，熱交換器2的出口通過(guò)冷凝管22連接蒸汽發(fā)生器I的主給水管路12，所述熱交換器2設(shè)置在安全殼3外的換熱水箱4內(nèi)下部位置。
[0026]所述換熱排出系統(tǒng)包括設(shè)置在換熱水箱4內(nèi)中部或上部的水水換熱器5，換熱水箱4內(nèi)的水液面高于水水換熱器5的頂部;還包括保溫空冷塔6，保溫空冷塔6內(nèi)設(shè)有空冷器7;水水換熱器5的進(jìn)口通過(guò)下降管51連接空冷器7的出口，水水換熱器5的出口通過(guò)上升管52連接空冷器7的進(jìn)口 ；保溫空冷塔6的上部設(shè)有熱空氣出口61，其下部設(shè)有冷空氣進(jìn)口 62，水水換熱器5將換熱水箱4內(nèi)的熱量帶到空冷器7中繼而經(jīng)保溫空冷塔6釋放到大氣中。
[0027]在發(fā)生意外停堆、需要蒸汽發(fā)生器排出堆芯31余熱時(shí)，一回路熱水通過(guò)蒸汽發(fā)生器I傳熱管，將熱量傳向二次側(cè)，使二次側(cè)的給水沸騰成為蒸汽，由于事故工況下主蒸汽管路11隔離閥關(guān)閉，蒸汽受到蒸汽發(fā)生器I內(nèi)較高壓力的作用，沿蒸汽管21進(jìn)入堆芯余熱導(dǎo)出系統(tǒng)的熱交換中，浸沒(méi)于換熱水箱4內(nèi)下部的熱交換器2的換熱管內(nèi)為汽，管外為水，蒸汽熱量傳遞到水中，使得熱交換器2內(nèi)蒸汽冷凝，熱交換器2外水溫升高;冷凝水在重力作用下流出熱交換器2的換熱管，沿冷凝管22流回蒸汽發(fā)生器I的主給水管路12，重新進(jìn)入蒸汽發(fā)生器I，維持蒸汽發(fā)生器I內(nèi)的水位。由此模式完成循環(huán)，實(shí)現(xiàn)二次側(cè)對(duì)一回路的冷卻功能，使一回路順利降溫降壓，將供熱堆堆芯31余熱導(dǎo)出，從而最終使核電站進(jìn)入冷停堆的安全狀
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[0028]換熱水箱4內(nèi)熱交換器2周圍的水吸收蒸汽熱量后溫度升高，密度減小，溫水會(huì)向上流動(dòng)，換熱水箱4中上部的水溫升高，設(shè)置在換熱水箱4中上部的水水換熱器5吸收溫水的熱量將其帶入到保溫空冷塔6中的空冷器7內(nèi)，換熱水箱4中上部的水水換熱器5附近的水溫降低，密度減小，冷水下沉，回到換熱水箱4下部的熱交換器2附近再次進(jìn)行上述蒸汽-水換熱過(guò)程，如此換熱水箱4內(nèi)的水形成自然循環(huán)，源源不斷地將換熱水箱4內(nèi)的熱量傳遞到保溫空冷塔6的空冷器7中。
[0029]水水換熱器5的溫水經(jīng)上升管52進(jìn)入空冷器7中，將空冷器7管外的空氣加熱，空冷器7管內(nèi)水溫降低冷卻，冷卻水從下降管51回流到水水換熱器5中繼續(xù)參與換熱排出系統(tǒng)的工作;空冷器7管外加熱的空氣密度減小，上升，經(jīng)保溫空冷塔6頂部的熱空氣出口 61進(jìn)入大氣，保溫空冷塔6內(nèi)壓強(qiáng)減小，冷空氣從保溫冷卻塔下部冷空氣進(jìn)口 62進(jìn)入，參與空冷器7換熱。
[0030]冷凝管22上設(shè)有兩個(gè)并聯(lián)的常閉隔離閥，其中第一隔離閥23為能動(dòng)隔離閥，用于正常余熱排出時(shí)手動(dòng)打開(kāi)，第二隔離閥24為非能動(dòng)隔離閥，用于事故條件下自動(dòng)打開(kāi)，隔離閥下游設(shè)有一個(gè)止回閥25;正常運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)隔離閥門(mén)都處于關(guān)閉狀態(tài)，在事故工況下或正常停堆需要進(jìn)行余熱排出時(shí)，常閉非能動(dòng)閥門(mén)或常閉能動(dòng)閥門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，具備能動(dòng)和非能動(dòng)優(yōu)點(diǎn)，安全性能更好。
[0031]還包括定壓水箱8，上升管52上設(shè)有所述定壓水箱8;定壓水箱8位于換熱排出系統(tǒng)的最高點(diǎn)，用于平衡回路內(nèi)溫度變化引起的體積變化，并提供一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)行壓力；具體的，定壓水箱8底部中央位置的膨脹管81連通至上升管52，將換熱排出系統(tǒng)中水因加熱膨脹所增加的體積轉(zhuǎn)入定壓水箱8;定壓水箱8底部一側(cè)設(shè)有循環(huán)管82，循環(huán)管82連通至上升管52，在定壓水箱8和膨脹管81可能發(fā)生凍結(jié)時(shí)，用來(lái)使水循環(huán)，提高定壓水箱8的穩(wěn)定性、可靠性。
[0032]進(jìn)一步的，還包括補(bǔ)水裝置，補(bǔ)水裝置包括第一補(bǔ)水箱91和第二補(bǔ)水箱92;其中， 第一補(bǔ)水箱91通過(guò)管道連通至蒸汽發(fā)生器1的主給水管路12上，管道上并聯(lián)設(shè)有汽動(dòng)給水栗93和電動(dòng)給水栗94,本實(shí)用新型優(yōu)選用2臺(tái)50%電動(dòng)給水栗和2臺(tái)50%汽動(dòng)給水栗的配置方案，4臺(tái)栗呈并聯(lián)關(guān)系設(shè)置，從而提高了補(bǔ)水的可靠性，并且能夠滿足單一故障準(zhǔn)則，即使有一臺(tái)汽動(dòng)給水栗和一臺(tái)電動(dòng)給水栗故障，也不影響補(bǔ)水系統(tǒng)正常工作。[〇〇33] 定壓水箱8內(nèi)通過(guò)浮球閥管路連通所述第二補(bǔ)水箱92,當(dāng)定壓水箱8內(nèi)的水位低于設(shè)定水位時(shí)浮球閥自動(dòng)打開(kāi)上水。
[0034]換熱水箱4內(nèi)、堆芯余熱導(dǎo)出系統(tǒng)連接管路(如蒸汽管21、冷凝管22、主蒸汽管路11 等)以及換熱排出系統(tǒng)連接管路(如上升管52、下降管51等)設(shè)有溫度檢測(cè)儀(圖中未標(biāo)示)， 蒸汽發(fā)生器1、換熱水箱4以及定壓水箱8內(nèi)設(shè)有水位檢測(cè)儀(圖中未標(biāo)示)，溫度檢測(cè)儀和水位檢測(cè)儀均無(wú)線或有線連接到遠(yuǎn)傳控制器(圖中未標(biāo)示)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。
[0035]本實(shí)用新型中水水換熱器與空冷器優(yōu)選為焊接板式換熱器，提高換熱效率。
[0036]本實(shí)用新型具備非能動(dòng)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，有效地提高了安全系統(tǒng)可靠性，強(qiáng)化了安全系統(tǒng)在核電站事故工況下的應(yīng)對(duì)能力，能夠有效預(yù)防和緩解嚴(yán)重事故，降低堆芯融化概率和大規(guī)模放射性釋放的風(fēng)險(xiǎn)概率，大大提高核電站安全性能。
[0037]本實(shí)用新型反應(yīng)堆停堆初期衰變熱功率較大，而換熱水箱內(nèi)水的溫度較低，可以將蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的大量飽和蒸汽冷凝為飽和水;反應(yīng)堆停堆后期蒸汽產(chǎn)量減小，換熱水箱內(nèi)水溫度的升高使得換熱水箱連接的換熱導(dǎo)出系統(tǒng)的換熱效率增大，自然循環(huán)能力增強(qiáng)，可以保證對(duì)換熱水箱的長(zhǎng)期冷卻。
[0038]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種低溫核供熱堆堆芯余熱非能動(dòng)排出系統(tǒng)，其特征在于:包括堆芯余熱導(dǎo)出系統(tǒng) 和換熱排出系統(tǒng)，所述堆芯余熱導(dǎo)出系統(tǒng)包括設(shè)置在換熱水箱內(nèi)的熱交換器，熱交換器進(jìn) 口與出口分別連通蒸汽發(fā)生器的出口與進(jìn)口；換熱水箱內(nèi)還設(shè)有所述換熱排出系統(tǒng)的換熱 器，換熱器的出口與進(jìn)口分別連通至設(shè)置在保溫空冷塔內(nèi)的空冷器的進(jìn)口與出口；所述蒸 汽發(fā)生器的進(jìn)口連通補(bǔ)水裝置；所述熱交換器的進(jìn)口通過(guò)蒸汽管連接蒸汽發(fā)生器的主蒸汽管路，熱交換器的出口通過(guò) 冷凝管連接蒸汽發(fā)生器的主給水管路，所述熱交換器設(shè)置在安全殼外的換熱水箱內(nèi)下部位 置；所述換熱器為水水換熱器，水水換熱器設(shè)置在換熱水箱的中部或上部；水水換熱器的 進(jìn)口通過(guò)下降管連接空冷器的出口，水水換熱器的出口通過(guò)上升管連接空冷器的進(jìn)口；還包括定壓水箱，定壓水箱底部中央設(shè)置的膨脹管連通至上升管，定壓水箱底部一側(cè) 設(shè)有循環(huán)管，循環(huán)管連通至上升管;定壓水箱位于換熱排出系統(tǒng)的最高點(diǎn)；所述補(bǔ)水裝置包括第一補(bǔ)水箱，第一補(bǔ)水箱通過(guò)管道連通至蒸汽發(fā)生器的主給水管路 上，該管道上并聯(lián)設(shè)有汽動(dòng)給水栗和電動(dòng)給水栗；管道上并聯(lián)的汽動(dòng)給水栗和電動(dòng)給水栗均至少為2臺(tái)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫核供熱堆堆芯余熱非能動(dòng)排出系統(tǒng)，其特征在于:所述保 溫空冷塔的上部設(shè)有熱空氣出口，保溫空冷塔的下部設(shè)有冷空氣進(jìn)口。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫核供熱堆堆芯余熱非能動(dòng)排出系統(tǒng)，其特征在于:冷凝管 上設(shè)有兩個(gè)并聯(lián)的常閉隔離閥，其中第一隔離閥為能動(dòng)隔離閥，第二隔離閥為非能動(dòng)隔離 閥，隔離閥下游設(shè)有一個(gè)止回閥。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫核供熱堆堆芯余熱非能動(dòng)排出系統(tǒng)，其特征在于:所述補(bǔ) 水裝置包括第二補(bǔ)水箱，所述定壓水箱內(nèi)通過(guò)浮球閥管路連通所述第二補(bǔ)水箱。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的低溫核供熱堆堆芯余熱非能動(dòng)排出系統(tǒng)，其特征在 于:換熱水箱內(nèi)、堆芯余熱導(dǎo)出系統(tǒng)的連接管路上以及換熱排出系統(tǒng)的連接管路上均設(shè)有 溫度檢測(cè)儀，蒸汽發(fā)生器、換熱水箱以及定壓水箱內(nèi)均設(shè)有水位檢測(cè)儀，溫度檢測(cè)儀和水位 檢測(cè)儀均無(wú)線或有線連接到遠(yuǎn)傳控制器。
【文檔編號(hào)】G21C15/18GK205656860SQ201620055139
【公開(kāi)日】2016年10月19日
【申請(qǐng)日】2016年1月20日 公開(kāi)號(hào)201620055139.0, CN 201620055139, CN 205656860 U, CN 205656860U, CN-U-205656860, CN201620055139, CN201620055139.0, CN205656860 U, CN205656860U
【發(fā)明人】馬志善, 徐剛, 田力
【申請(qǐng)人】新核（北京）能源科技有限公司