CN100495583C - 沸水反应堆的反应堆压力壳以及用于该沸水反应堆的反应堆压力壳中的汽水分离的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种反应堆压力壳(2)，在反应堆堆芯(6)与用于汽水分离的分离装置(10)之间设置有流体室(8)，其流动横截面面积在分离装置(10)之前变大。通过横截面的扩大实现了对从反应堆堆芯(6)流出的汽水混合物(G)的预分离。优选通过应用该预分离，使得只是在中央区域设置有旋流分离装置(24)，以及仅在旋流分离装置(24)附近设置干燥装置(26)。由此实现了反应堆压力壳(2)的总结构高度的降低。

Description

沸水反应堆的反应堆压力壳以及用于该沸水反应堆的反应堆压力壳中的汽水分离的方法

技术领域

本发明涉及一种沸水反应堆的反应堆压力壳，其中在反应堆堆芯的上方设有用于汽水分离的装置。本发明还进一步涉及用于在这种反应堆压力壳中的汽水分离的方法。

背景技术

在沸水反应堆中，在反应堆压力壳中加热流过反应堆堆芯的冷却水。冷却水部分转变为气相，以使汽水混合物流出反应堆堆芯。在向蒸汽涡轮机提供蒸汽以产生电能之前，借助分离装置将蒸汽从水中分离出来。

WO99/08287中公开了这样的一种分离装置，其具有多个支承在反应堆堆芯的上堆芯格栅之上的分离器，这使得从反应堆堆芯流出的汽水混合物直接导入到分离器中。在流动方向上，在分离器的后面，将干燥器连接到各个分离器的下游，该分离器具有折流板或者导向板。在分离器中根据旋流分离器(旋流器)的类型使汽水混合物旋转，以使小部分重的水在外部区域蓄积，而贫水的蒸汽在中央区域蓄积。紧接着将贫水的蒸汽提供给干燥器，并且在从该干燥器中流出时该蒸汽仅具有质量百分比为0.01％到0.02％的残留水。

由于利用旋流分离装置或分离器装置和在流动方向上后接于该旋流分离装置或分离器装置的干燥装置构成的两级构造来进行在沸水反应堆中的反应堆压力壳内部所必需的汽水分离，因此需要整体反应堆压力壳以及进而反应堆压力壳设置于其中的安全壳(Containment)的非常高的结构高度。由于安全壳以及反应堆压力壳的高的安全标准，较高的结构高度是和很高的成本联系在一起的。

发明内容

本发明的目的在于实现低结构高度的反应堆压力壳。

根据本发明该目的是通过这样一种反应堆压力壳来实现的，即一种沸水反应堆的反应堆压力壳，其中在反应堆堆芯上方设置有用来进行汽水分离的分离装置，其特征在于，在所述反应堆堆芯与所述分离装置之间存在流体室，所述流体室的流动横截面面积在分离装置之前突然变大，所述分离装置包括仅设置在流动横截面面积中央区域的旋流分离装置。

在这种设计中，在运行过程中，汽水混合物从反应堆堆芯流入具有用于汽水混合物的预定的流动横截面面积的流体室中。在该混合物到达分离装置之前，用于混合物的流动横截面面积增大。较重的而具有惯性(缓慢的)的水的质量部分基本上保留在中央区域，其中较轻的蒸汽部分向外扩散。由此已经进入第一分离。该设计是基于以下的构思：在进入真正的分离装置之前，就已经利用水部分和蒸汽部分的不同的惯性进行预分离。

由于已经利用该方法部分地将较轻的蒸汽部分从较重的水部分中分开，分离装置下游的单元相应地能够与变化的状况相适应，这总体上使得由于预分离而使分离装置能够具有一个较低的结构高度。

为了实现最可行的简单的设计，在有利的改进方案中设置有一构件，由于该构件，流动横截面面积首先变小随后又重新变大。流动横截面面积基本上是由反应堆压力壳的内部横截面面积来限定的。通过该构件，首先最大流动横截面面积以简单的方式减小，以使混合物在中央区域加速。在接下来的变大中，例如尤其是突然变大到超过流动横截面面积的两倍之大时，流体的速度再次降低，并且较轻的蒸汽部分从中央区域流到边缘区域或者外部区域。

有利的是，该构件是一个具有限定流动横截面面积的中央通道的环形部件，其在入口侧逐渐变窄。由于变窄，首先流动横截面面积持续变小，并且由此防止不希望的涡流或压力损耗。在通道之后接着流动横截面面积就从最小值开始变大，优选的是其突变为最大值，由此产生高效率的预分离。因此，通道优选仅在入口侧持续变窄。

由于预分离，在边缘区域已经存在贫水的混合物，因此在优选的改进方案中，只在中央区域设置分离装置或者旋流分离装置。其中富含水的混合物的分离像通常一样是通过旋流或者旋转流体来实现的，以使在每个旋流分离器或者分离器中都形成旋转的流体环，此环围绕着中央的贫水蒸汽区域。流体环的水被保留在反应堆压力壳中，而贫水的蒸汽区域在另一个分离阶段之后将导向蒸汽涡轮。旋流分离装置可以具有多个旋流分离器。仅在中央的部分区域应用旋流分离器降低了成本。

在环绕中央设置的旋流分离装置的环形室中，优选设置了干燥装置。由于预分离，在边缘区域已经存在贫水混合物，因此仅在边缘区域设置干燥装置就足够了，该干燥装置可包括多个干燥器。由此在该边缘区域中无需通过上游连接的旋流分离器和下游连接的干燥器进行两级分离。更确切地说，第一级分离是通过在分离装置之前的横截面扩大的预分离来实现的。

当干燥装置仅在旋流分离装置附近设置、并且从旋流分离器中流出的汽水混合物通过设置在边缘侧的干燥装置流出时，在考虑到所希望的反应堆压力壳的结构高度的下降时是尤其具有优点的。因此在这种设计中，在旋流分离装置上方不再设置有其他的干燥器。反应堆压力壳的结构高度例如通过旋流分离装置的上部高度来确定。

考虑到尤为高效率的分离，干燥装置优选包括用于从旋流分离装置中流出的汽水混合物的第一干燥器单元以及用于从通道流入边缘区域的其他汽水混合物的第二干燥器单元。通过这种措施，通过两个干燥器单元不同的设计可以考虑到混合物中水部分的不同，以实现尽可能高的分离比率。

有利的是，将第一干燥器单元设置在旋流分离装置和第二干燥器单元之间。因此尤其通过合适的导向板将从旋流分离装置中流出的混合物导入到第一干燥器单元中。在离开干燥装置之后，随后经干燥的蒸汽流入到蒸汽排出支管中，在运行中通向涡轮机的蒸汽管与蒸汽排出支管连接。

附图说明

本发明的实施例将在以下结合唯一的附图作进一步说明。该附图示出了沸水反应堆的反应堆压力壳的粗略简化图。

具体实施方式

反应堆压力壳2沿纵向4延伸。在下部三分之一处设置有反应堆堆芯6，流体室8与反应堆堆芯相邻，进而分离装置10与流体室相邻。在反应堆运行时，冷却水W通过制冷剂循环泵12从外部的边缘区域14从下面提供到设置于中央的反应堆堆芯6，冷却水流过该反应堆堆芯并以汽水混合物G的形式离开反应堆堆芯6。该混合物G流经分离装置10并以干燥蒸汽D的形式离开分离装置流向蒸汽排出支管16。

在流体室8中设置了一个具有中央通道20的环形构件18。通道20从反应堆堆芯6开始沿纵向4连续并尤其是持续地变窄。环形构件18在这个区域中设计为呈锥形变窄。由此流动横截面面积持续变小。最大流动横截面面积与堆芯外围的内横截面面积几乎相等，此堆芯外围环绕着外边缘区域14内部的面积。在通道20的区域内，最大流动横截面面积减小到最小流动横截面面积。在通道20之后，流动横截面面积又突然扩大到最大流动横截面面积。

由于突然的横截面扩大而实现了水与蒸汽之间的第一相分离，因为重的水部分具有更大的惯性(惰性)，其受横截面的突然变化的影响小于较轻且惯性较小的蒸汽部分。因此在混合物G进入分离装置10之前已经实现了第一相分离，其中在与中央通道20相邻的区域内存在富含水的混合物，并且在边缘区域22内存在贫水混合物。基于不同的惯性而实现了第一相分离，使得下游的分离装置10的部件与不同的状况相适应。确切地说，仅在中央区域设有旋流分离装置24，其是由干燥装置26环形环绕着的。后者具有第一干燥单元28以及第二干燥单元30，该第二干燥单元将其与旋流分离装置24之间的第一干燥单元28包围。

由于预分离，混合物G在边缘区域22中已经足够干燥，从而使得在该处无需旋流分离器。仅通过设置干燥装置26就已经实现了足够的蒸汽干燥。不仅干燥装置26而且旋流分离装置24可以具有多个单独的干燥器或者旋流分离器。第一、第二干燥器单元28、30同样也可以由多个单独的干燥器构成。在流过第二干燥器单元30之后，干燥的蒸汽直接抵达蒸汽排出支管16。

流经旋流分离装置24的混合物G在旋流分离装置24的上端在出口侧通过导向板32以与纵向相反的方向流动并且通过进入口34导向第一干燥装置28。在此混合物G重新改变方向并沿纵向4流经第一干燥器单元28，并且以干燥蒸汽D的形式离开第一干燥器单元并与从第二干燥器单元30流出的蒸汽D一起进入到蒸汽排出支管16中。

导向板32设计为空心圆柱体的类型，在流体经流体路径36排出的情况下，导向板同心地环绕着旋流分离装置24。干燥装置26和旋流分离装置24在它们的入口侧调整到同样的高度。旋流分离装置24以及第二干燥器单元30各有一个朝向流体室8的用于混合物G的入口。仅通过进入口34从流体路径36的侧面就可以进入到第一干燥器单元28中。流体路径36以及第一干燥器单元28朝向流体室8是封闭的。作为封闭的实施例的替换例，在一个未示出的备选设计中，流体路径36以及第一干燥器单元28朝向流体室8是敞开的，以使从旋流分离装置24流出的混合物G通过流体室8流入到干燥装置26中。此时也不需要必须将干燥装置26分为不同的干燥器单元。但前述的划分仍具有优点，通过相应的结构措施，如不同的结构高度，将不同的干燥器单元28、30调整到正流经这些干燥器单元的混合物G具有不同的水含量。由此来保证高的分离比率。由于流体室8中的预分离，在边缘区域22中的混合物G在接近外部的边缘区域14是最干燥的，因此还存在另一种可能性：采用干燥装置26的另一种方案，例如设置一个第三干燥器单元，其设置在外边缘，以用于基本上已经干燥的混合物G。

通过尤其在流体室8中突然的横截面扩大，水和蒸汽不同的惯性有利于第一相分离，使得下游的部件都适合于预分离。由此决定了仅在中央区域还需要旋流分离装置24。因此在环绕旋流分离装置24的环形室中的安装空间是空的，其用来设置干燥装置26，尤其是干燥装置26仅安装于在旋流分离装置24附近的环形室中。因此无需目前通常在纵向4上看到的在旋流分离装置之上设置的干燥装置26，从而使得从整体上降低了反应堆压力壳的结构高度。

符号说明

2     反应堆压力壳      4     纵向

6     反应堆堆芯        8     流体室(储水室)

10    分离装置          12    制冷剂循环泵

14    外边缘区域        16    蒸汽排出支管

18    构件              20    通道

22    边缘区域          24    旋流分离装置

26    干燥装置          28    第一干燥器单元

30    第二干燥器单元    32    导向板

34    进入口            36    流体路径

D     蒸汽              G     混合物

W     冷却水

Claims (8)

1.一种沸水反应堆的反应堆压力壳(2)，其中在反应堆堆芯(6)上方设置有用来进行汽水分离的分离装置(10)，其特征在于，在所述反应堆堆芯(6)与所述分离装置(10)之间存在流体室(8)，所述流体室的流动横截面面积在分离装置(10)之前突然变大，所述分离装置(10)包括仅设置在流动横截面面积中央区域的旋流分离装置(24)。

2.根据权利要求1所述的反应堆压力壳(2)，其特征在于，设置有构件(18)，由于所述构件而使流动横截面面积首先变小随后重新变大。

3.根据权利要求2所述的反应堆压力壳(2)，其特征在于，所述构件(18)是具有限定流动横截面面积的中央通道(20)的环形部件，所述中央通道在入口侧逐渐变窄。

4.根据权利要求1所述的反应堆压力壳(2)，其特征在于，靠近所述旋流分离装置(24)设置有干燥装置(26)。

5.根据权利要求4所述的反应堆压力壳(2)，其特征在于，在出口侧从所述旋流分离装置(24)到蒸汽排出支管(16)的流体路径(36)仅是通过干燥装置(26)实现的。

6.根据权利要求4或5所述的反应堆压力壳(2)，其特征在于，所述干燥装置(26)具有用于从旋流分离装置排出的汽水混合物(G)的第一干燥器单元(28)以及一个用于其他汽水混合物(G)的第二干燥器单元(30)。

7.根据权利要求6所述的反应堆压力壳(2)，其特征在于，所述第一干燥器单元(28)设置在所述旋流分离装置(24)与所述第二干燥器单元(30)之间。

8.用于在沸水反应堆的反应堆压力壳(2)中分离汽水的方法，其特征在于，由反应堆堆芯(6)流出的汽水混合物(G)通过具有在分离装置(10)之前突然变大的流动横截面面积的流体室(8)流入到分离装置(10)中，所述分离装置(10)包括仅设置在流动横截面面积中央区域的旋流分离装置(24)。

Images