CN100481270C - 高功率水锅炉型溶液核反应堆气回路 - Google Patents
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Abstract
本发明属于溶液反应堆领域，具体为一种高功率水锅炉型溶液核反应堆气回路的优化设计。该气回路包括一条与堆体连通的循环管道，循环管道上依次设有流量孔板、电加热器、氢氧复合器，在循环管道上设有为气体循环提供动力的喷淋器，喷淋器下方连接循环水箱和为喷淋水提供扬程的全密封水泵。本发明将传统的溶液核反应堆气回路上的冷却器改为喷淋器，利用喷淋水与高温气体混合给气体降温，在正常运行时利用喷淋器对气体进行强迫循环，在外电源断电时又有一定的自然循环能力。
Description
技术领域
本发明属于溶液反应堆领域，具体为一种高功率水锅炉型溶液核反应堆气回路的优化设计。
背景技术
医用同位素生产堆(MIPR)是水锅炉型核反应堆。由于采用铀盐水溶液作为燃料，铀裂变在溶液中发生，其裂变碎片具有很高的动能，裂变碎片轰击水使水分子分解为氢和氧。200kW的MIPR其氢氧产生量约为1.5L/s，其产量是非常大的，而且在70～80℃下其逆反应的复合量很少，必须将这部分氢氧气体通过气载体带出堆外催化复合。
北京原子能院7MW重水堆选择重水作慢化剂和冷却剂。设计重水在强γ射线作用下分解速率为0.41L/kW·h，利用氦气覆盖堆重水上层作为氢氧的气载体，氦气流量166HM3/h。气回路为并联两支路，一条工作，一条备用。从堆引出气体经冷凝器，直线分离器将氦气携带的重水冷凝分离进入重水贮存小缸。然后，气体分成两条回路，每条回路有接触室、瓷质过滤器、冷凝器和鼓风机。
俄罗斯“Argus”堆是UO2(SO4)水溶液均匀堆，堆功率20kW，其氢氧复合系统为自然循环式。其工作原理是含氢、氧气体通过加热再经过催化床将氢氧合成，由于合成是放热反应，使气体进一步升温，受热气体上升到冷却器处冷凝，冷热端气体密度差、气体收缩以及水滴的重力加速是气体循环的动力源。其自然循环方式可扩大到堆功率50kW，更高功率就有困难了。
日本JRR-1堆是美国设计制造的50kW标准溶液堆之一。料液为UO2(SO4)溶液，其氢氧复合系统是以喷射泵为动力的强迫循环。其工作原理是气体复合水箱装有1/2高度的水，下面有一冷却器，冷却后的水通过水泵打入水气喷射器中，喷射器产生49.5cm水柱的负压带动气体流动。喷射用水泵扬程0.28MPa，流量5.76m3/h，在进入复合床前有多级气水分离。
由上可知，除“Argus”堆外其余各堆型都无自然循环能力，更没有兼有自然循环能力的强迫循环气回路。
发明内容
本发明的目的是提供一种在正常运行时利用动力源对气体进行强迫循环，在外电源断电时在短时间内又具有一定的自然循环能力的溶液核反应堆氢氧复合气体回路。
本发明的技术方案为：高功率水锅炉型溶液核反应堆气回路包括一条与堆体连通的循环管道，循环管道上依次设有流量孔板、电加热器、氢氧复合器，在循环管道上设有为气体循环提供动力的喷淋器，喷淋器下方连接循环水箱和为喷淋水提供扬程的全密封水泵。
所述的高功率水锅炉型溶液核反应堆气回路，其中，在堆体出口的循环管道上还设有除滴器和气水分离器。
所述的高功率水锅炉型溶液核反应堆气回路，其中，在堆体出口的循环管道上气水分离器的后端还设有除碘器。
本发明将传统的溶液核反应堆气回路上的冷却器改为喷淋器，利用喷淋水与高温气体混合给气体降温，在正常运行时利用喷淋器对气体进行强迫循环，在外电源断电时又有一定的自然循环能力。另外，在堆出口气回路中增加了除滴器和气水分离器，以避免硝酸铀酰液体和过量水滴带入气回路
附图说明
图1为一种高功率水锅炉型溶液核反应堆气回路的结构示意图。
图2为除碘器结构示意图。
图中，1.堆体 2.除滴器 3.冷却水夹套 4.流量孔板 5.气水分离器 6.除碘器 7.电加热器 8.氢氧复合器 9.喷淋器 10.循环水箱 11.净化柱 12.水泵 13.止回阀 14.电磁流量计 15.冷却管
具体实施方式
下面以一座堆功率200kW溶液型核反应堆气回路为例，对本发明作进一步详细的描述。
如图1所示，水锅炉型核反应堆气回路包括一条与堆体连通的循环管道，在循环管道上依次设有除滴器2、流量孔板4、气水分离器5、除碘器6、电加热器7、氢氧复合器8、喷淋器9、循环水箱10。其中，流量孔板4、除滴器2、气水分离器5及电加热器7均为公知的常规结构形式。
除碘器2相当于一个球阀，在球通道内加装活性碳吸附剂，活性碳由不锈钢网包着，避免活性碳带到气回路的其他部分。球阀是四通阀，在水平方向为正常运行气体通过。垂直方向为停堆提取碘工作状态，通过加NaOH浸泡一定时间，再从下部排出。为避免NaOH溶液进入气回路，实际上有两道隔离密封，二道密封间可加高压气体以监督密封是否失效。
氢氧复合器8的结构属于现有技术，是由复合床和再生式气-气换热器组成。复合床是由两块多孔Al2O3烧结圆饼组成，Al2O3孔中镀铂，依靠表面积相当大的铂起催化作用。再生式换热器为具有体积小换热能力强的板翅式换热器。
本发明的主要改进是将自然循环用的冷却器该为喷淋器9，用一台全密封水泵12提供扬程，使喷淋水按要求的流速进行喷淋。利用喷淋水形成负压使气体形成循环，利用喷淋水与高温气体混合对气体进行降温，再用冷却水经水--水换热(由循环水箱10完成)对喷淋水进行冷却，这就取消了气--水换热器实现对高温气体的冷却。喷淋器的特点是要求有平行的水流，避免喷淋至管壁耗能。在水流高流速下气体负压的建立主要是靠水流的初速度，而在低流速下，水流的重力加速度也起相当的作用。
循环水箱10(兼气水分离器和喷淋水冷却功能)当高速气水混合物进入循环水箱时有相当的动能不应直接射向水面，以减少水面波动。折流向上的气体也会带有相当的水滴应进行气水分离。水箱水位以下空间布置冷却蛇型管以对喷淋水进行冷却。在循环水箱内装有溢流管，当水箱水位高时，水从溢流管、净化柱11注入堆内。为了保证溢流道内维持一定的水位高度，在净化柱11后的管道形成一倒U型管，倒U型管最高处与溢流管中间高度相当。利用倒U型管水封作用避免气体从溢流管处短路。在循环水箱的循环水中加一定量的硝酸，通过氢氧复合水进入水箱，使含硝酸水补入堆芯，以弥补硝酸根分解造成的料液酸度降低，循环水箱中硝酸的浓度维持在1mol/L。
气回路水平管以上部分高5～8m为宜，管道直径Φ100～Φ140之间选择，主要取决于系统阻力及喷淋器可提供的扬程。
Claims (5)
1.一种高功率水锅炉型溶液核反应堆气回路，包括一条与堆体连通的循环管道，循环管道上依次设有流量孔板、电加热器、氢氧复合器，其特征在于：在循环管道上设有为气体循环提供动力的喷淋器，喷淋器下方连接循环水箱和为喷淋水提供扬程的全密封水泵。
2.如权利要求1所述的高功率水锅炉型溶液核反应堆气回路，其特征在于：在堆体出口的循环管道上还设有除滴器和气水分离器。
3.如权利要求2所述的高功率水锅炉型溶液核反应堆气回路，其特征在于：在堆体出口的循环管道上气水分离器的后端还设有除碘器，除碘器是一个四通阀，在球通道内加装活性碳吸附剂，活性碳由不锈钢网包裹。
4.如权利要求3所述的高功率水锅炉型溶液核反应堆气回路，其特征在于：在循环水箱内装有溢流管，溢流管连接至堆体内，溢流管设有净化柱。
5.如权利要求4所述的高功率水锅炉型溶液核反应堆气回路，其特征在于：在循环水箱的循环水中加入硝酸，使循环水箱中硝酸的浓度维持在1mol/L。
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