CN102412000A - 一种核电站乏燃料贮存竖井系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核电站乏燃料贮存竖井系统，涉及反应堆工程技术领域。所述系统包括：竖井阵列、冷风单元、热风单元、竖井顶板和竖井底板；所述竖井阵列包括多个竖井，所述竖井均设置在所述竖井顶板和竖井底板之间；所述冷风单元联通所述竖井阵列上部，用于向所述竖井中输入冷风；所述热风单元也联通所述竖井阵列的上部，用于排出所述竖井中的热风。所述系统通过采用竖井贮存乏燃料，不仅可以贮存高温气冷堆核电站的乏燃料贮存罐，也可以贮存压水堆及其他类型核电站的乏燃料贮存罐，并可应用于普通工业的相关领域。
Description
技术领域
本发明涉及反应堆工程技术领域，特别涉及一种核电站乏燃料贮存竖井系统。
背景技术
目前世界各国共运行着四百多座用于发电的反应堆，其中大多数是压水堆和沸水堆，这些核电站每年产生大量的乏燃料，刚从反应堆卸出的乏燃料余热功率很大，需要暂时存放在乏燃料水池内冷却5年以上的时间，然后可以转运到乏燃料中间贮存库进行贮存，或运往后处理厂进行后处理。
由于部分国家选择了乏燃料中间贮存路线，不对乏燃料进行后处理，因此世界各国发展了多种乏燃料的中间贮存设施，如美国开发了混凝土贮存容器，将一个乏燃料贮罐直接放置在混凝土贮存容器内，加拿大开发了CANDU堆乏燃料贮存的混凝土模块，一个模块可以放置多个贮存筒，每个贮存筒内可以放置10个乏燃料贮存容器，这些均属于干式贮存设施。除此之外，还可以将乏燃料置于中间贮存水池内，即采用湿式的中间贮存设施。
在日本311强震和海啸发生后，福岛核电站的乏燃料水池失水，造成乏燃料暴露在空气中失去有效冷却，发生严重的核安全事故，而采用干式贮存方式的乏燃料则没有发生安全问题，从而证明了乏燃料干式贮存方式的固有安全性。
我国在发展压水堆核电站的同时，也在积极开发高温堆核电站，清华大学核能技术设计研究院在10MW高温气冷实验堆的技术基础上，设计开发了可以商业应用的球床模块式高温堆示范电站。高温堆核电站被公认是具有第四代核电主要特征的核电站，具有固有安全、防止核扩散、可产生高温工艺热等优点。
球床高温气冷堆采用球形燃料元件，燃料元件内弥散有涂敷燃料颗粒。由于球床高温气冷堆的燃料元件与压水堆核电站不同，从堆芯排出的球形乏燃料，需要采用适合球形乏燃料贮存的贮存容器，并贮存在合适的中间贮存设施内。然而，目前还没有这种适合球形乏燃料贮存的中间贮存设施。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种核电站乏燃料贮存竖井系统，以便存储球形乏燃料。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种核电站乏燃料贮存竖井系统，其包括：竖井阵列、冷风单元、热风单元、竖井顶板和竖井底板；所述竖井阵列包括多个竖井，所述竖井均设置在所述竖井顶板和竖井底板之间；所述冷风单元联通所述竖井阵列上部，用于向所述竖井中输入冷风；所述热风单元也联通所述竖井阵列的上部，用于排出所述竖井中的热风。
优选地，所述冷风单元设置在所述热风单元的下方，并且在所述冷风单元和所述热风单元之间设置有隔热板。
优选地，所述竖井包括：隔墙、底座和热屏；所述隔墙的底部连接所述竖井底板，上部连接所述冷风单元；所述底座设置在所述隔墙的内部，与所述竖井底板连接；所述热屏也设置在所述隔墙内部，下部连接所述底座，上部连接所述隔热板。
优选地，所述隔墙的水平截面呈中空正方形；所述热屏呈圆筒形，上下端均开口。
优选地，所述竖井还包括：支座预埋板、导轨支座和导轨；所述导轨支座的一端通过所述支座预埋板连接所述隔墙，另一端穿过所述热屏后连接所述导轨的外侧；所述导轨的下端连接所述底座，上端连接所述竖井顶板。
优选地，所述热屏上开设有长条孔，所述导轨支座的另一端穿过所述长条孔后连接所述导轨；所述导轨支座上设置有挡风板，所述挡风板紧贴所述热屏，用于挡住所述导轨支座与所述长条孔的间隙。
优选地，所述竖井还包括：井口和井盖；所述井口呈圆形，设置在所述竖井顶板上；所述井盖与所述井口匹配，用于封闭所述井口。
优选地，在竖井阵列、冷风单元和热风单元的四周设置有屏蔽墙；所述屏蔽墙连接所述竖井顶板和竖井底板；在所述屏蔽墙和竖井阵列之间设置有抗震支撑板。
优选地，所述系统还包括：转运孔和转运间；所述转运孔设置在所述竖井阵列一侧的竖井顶板上，与所述竖井隔离；所述转运间设置在所述转运孔的下方，与所述转运孔联通，与所述竖井隔离。
优选地，所述系统还包括：测温间和测温装置；所述测温间设置在所述转运间的下方，与所述竖井隔离；所述测温装置的一端伸入所述竖井，另一端位于所述转运间或者测温间。
(三)有益效果
本发明所述核电站乏燃料贮存竖井系统，通过采用竖井贮存乏燃料，不仅可以贮存高温气冷堆核电站的乏燃料贮存罐，也可以贮存压水堆及其他类型核电站的乏燃料贮存罐，并可应用于普通工业的相关领域。另外，所述系统还具有以下优势：可以采用自然风对乏燃料进行冷却，节约资源；系统外部设置屏蔽墙，可以有效防止核辐射，并且乏燃料贮存罐无需考虑辐射屏蔽，降低了乏燃料贮存罐的成本；竖井底部设置有底座，可在贮存罐跌落时保证贮存罐及其内部乏燃料的完好性；竖井内设置导轨，保证了贮存罐吊装和抓取的可靠性；系统设置测温装置，实时监测贮存罐的温度，保证乏燃料的安全贮存。
附图说明
图1是本发明实施例所述的核电站乏燃料贮存竖井系统正向剖视图；
图2是本发明实施例所述的核电站乏燃料贮存竖井系统左侧剖视图；
图3是图1的B-B向剖视图；
图4是图1的C-C向剖视图；
图5是图1的D-D向剖视图；
图6是图1的E-E向剖视图；
图7是图6中竖井部分的局部视图；
图8是竖井竖直方向的局部剖视图；
图9是竖井水平方向的局部剖视图；
图10是竖井井口部分的局部剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1是本发明实施例所述的核电站乏燃料贮存竖井系统正向剖视图。如图1所示，所述系统主要包括：由多个竖井100组成的竖井阵列、热风单元200、冷风单元300、竖井顶板400、竖井底板500、隔热板600、屏蔽墙700、抗震支撑板800、转运孔900、转运间1000、测温间1100和测温装置1200。乏燃料贮存罐1300可以层叠放置在所述竖井100内。
所述竖井100均设置在所述竖井顶板400和竖井底板500之间，并且被所述屏蔽墙700所包围。所述竖井顶板400、竖井底板500和屏蔽墙700互相连接，并且均采用钢筋混凝土结构，可以有效屏蔽乏燃料的核辐射。因此，所述竖井100中放置的所述贮存罐1300可以不考虑辐射屏蔽，极大地降低了所述贮存罐1300的成本。
图2是本发明实施例所述的核电站乏燃料贮存竖井系统左侧剖视图；图3是图1的B-B向剖视图。如图1、图2及图3所示，所述热风单元200设置在所述冷风单元300的上方，两者之间设置所述隔热板600。其中，所述热风单元200进一步包括：热风通道201和热风联箱202。所述冷风单元300进一步包括：冷风入口301、冷风通道302和冷风联箱303。
图4是图1的C-C向剖视图，如图4所示，所述热风联箱202联通所述竖井阵列中所有竖井100的上部，收集所述贮存罐1300散发的热量，并通过所述热风通道201释放到所述系统外部。图5是图1的D-D向剖视图，如图5所示，所述冷风联箱303在所述隔热板600下方联通所述竖井阵列中所有竖井100；外部冷风(如自然风)从所述冷风入口301经所述冷风通道302进入所述冷风联箱303，进而进入所述竖井100，为所述贮存罐1300降温。通过设置所述热风单元200和冷风单元300，在利用外部自然风冷却乏燃料时，所述系统无需额外耗费电力资源。
图6是图1的E-E向剖视图。如图1、图2及图6所示，在所述冷风联箱303的下方，并且在所述竖井阵列的前侧、后侧和左侧均设置有所述抗震支撑板800。所述抗震支撑板800设置在所述屏蔽墙700和竖井阵列之间，可以有效提高系统的抗震能力，降低乏燃料泄露的风险。
参见图1，在所述竖井阵列的右侧从上至下，依次设置有转运孔900、转运间1000和测温间1100。所述转运孔900设置在所述竖井顶板400上，上端平时封闭，使用时开启，下部联通所述转运间1000。在所述转运间1000中设置有汽车停车位，在需要对贮存罐1300进行转运时，起重机械将贮存罐1300从所述竖井100中吊出，从所述转运孔900放入所述转运间1000，并装载到汽车上，进而通过汽车运输完成转运。所述转运孔900和转运间1000均通过所述屏蔽墙700与所述竖井100隔离，所述转运间1000(除汽车出入通道外)也与外部通过所述屏蔽墙700隔离，所述起重机械一般设有屏蔽罩，从而保证贮存罐1300转运过程不会对外部造成核辐射。所述测温间1100设置在所述转运间1000下方，也与所述竖井100隔离。所述测温装置1200采用热电偶，从上至下，设置多个，其贯穿所述转运间1000或者测温间1100与所述竖井100之间的屏蔽墙700，一端伸入所述竖井100，另一端位于所述转运间1000或者测温间1100；并且，所述测温装置1200可以前后往复运动，在所述贮存罐1300放置入所述竖井100内后，所述测温装置1200向竖井100内运动，接触所述贮存罐1300的外壁，从而监测贮存罐1300的温度。
图7是图6中竖井部分的局部视图。参见图1和图7，所述竖井100进一步包括：隔墙101、底座102和热屏103。所述隔墙101的水平截面呈中空正方形，底部连接所述竖井底板500，上部连接所述冷风单元300的冷风联箱303。所述底座102设置在所述隔墙101的内部，与所述竖井底板500连接，用于支撑所述贮存罐1300，并且在所述贮存罐1300意外跌落时，可以通过所述底座102的形变吸收所述贮存罐1300的冲击力，保证所述贮存罐1300及其内部乏燃料的完好。所述热屏103呈圆筒形，上下端均开口，其也设置在所述隔墙101内部，下部连接所述底座102，上部连接所述隔热板600。所述贮存罐1300放置在所述热屏103内部，叠放在所述底座102上。所述系统的冷却原理为：冷风从所述冷风联箱303，沿所述隔墙101与所述热屏103之间的空隙向下流动，直至所述底座102；由于所述热屏103下端开口，冷风到达所述底座102后，进入所述热屏103内部，沿所述热屏103与贮存罐1300的外壁之间的空隙向上运动，吸收热量，转变为热风，最终在所述热风联箱202汇合后，从所述热风通道201排出。
图8是竖井竖直方向的局部剖视图；图9是竖井水平方向的局部剖视图。参见图1、图8和图9，所述竖井100还包括：导轨支座104、支座预埋板105、导轨106。所述支座预埋板105被预埋在所述隔墙101中，所述导轨支座104的一端连接所述支座预埋板105，另一端穿过所述热屏103后接触所述贮存罐1300的外壁。考虑到所述热屏103热胀冷缩的特性，在所述热屏103上开设有长条孔1031，所述导轨支座104通过所述长条孔1031穿过所述热屏103；同时，在所述导轨支座104上还设置有挡风板1041，所述挡风板1041紧贴所述热屏103，用于挡住所述导轨支座104与所述长条孔1031之间的间隙。每个所述竖井100均包括4个均匀分布的所述导轨106，并且，所述导轨106的下端连接所述底座102，上端连接所述竖井顶板400。所述贮存罐1300在所述竖井100内吊装过程中，所述导轨106可以对其有效定位和导向。
图10是竖井井口部分的局部剖视图。如图10所示，所述竖井100还包括：井口107和井盖108。所述井口107呈圆形，设置在所述竖井顶板400上；所述井盖108与所述井口107匹配，用于封闭所述井口107。为了放置多层所述贮存罐1300，所述竖井100应该具备一定高度；同时，所述竖井100的高度也应该保证所述贮存罐1300的吊装安全性，并且，应该保证在极端情况下，当所述贮存罐1300意外跌落时，能够确保辐射防护安全，并能够将跌落的所述贮存罐1300从所述竖井100中取出，移动至安全位置。
本发明实施例所述核电站乏燃料贮存竖井系统，通过采用竖井贮存乏燃料，不仅可以贮存高温气冷堆核电站的乏燃料贮存罐，也可以贮存压水堆及其他类型核电站的乏燃料贮存罐，并可应用于普通工业的相关领域。另外，所述系统还具有以下优势：可以采用自然风对乏燃料进行冷却，节约资源；系统外部设置屏蔽墙，可以有效防止核辐射，并且乏燃料贮存罐无需考虑辐射屏蔽，降低了乏燃料贮存罐的成本；竖井底部设置有底座，可在贮存罐跌落时保证贮存罐及其内部乏燃料的完好性；竖井内设置导轨，保证了贮存罐吊装和抓取的可靠性；系统设置测温装置，实时监测贮存罐的温度，保证乏燃料的安全贮存。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (10)
1.一种核电站乏燃料贮存竖井系统，其特征在于，包括：竖井阵列、冷风单元、热风单元、竖井顶板和竖井底板；所述竖井阵列包括多个竖井，所述竖井均设置在所述竖井顶板和竖井底板之间；所述冷风单元联通所述竖井阵列上部，用于向所述竖井中输入冷风；所述热风单元也联通所述竖井阵列的上部，用于排出所述竖井中的热风。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷风单元设置在所述热风单元的下方，并且在所述冷风单元和所述热风单元之间设置有隔热板。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述竖井包括：隔墙、底座和热屏；所述隔墙的底部连接所述竖井底板，上部连接所述冷风单元；所述底座设置在所述隔墙的内部，与所述竖井底板连接；所述热屏也设置在所述隔墙内部，下部连接所述底座，上部连接所述隔热板。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述隔墙的水平截面呈中空正方形；所述热屏呈圆筒形，上下端均开口。
5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述竖井还包括：支座预埋板、导轨支座和导轨；所述导轨支座的一端通过所述支座预埋板连接所述隔墙，另一端穿过所述热屏后连接所述导轨的外侧；所述导轨的下端连接所述底座，上端连接所述竖井顶板。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述热屏上开设有长条孔，所述导轨支座的另一端穿过所述长条孔后连接所述导轨；所述导轨支座上设置有挡风板，所述挡风板紧贴所述热屏，用于挡住所述导轨支座与所述长条孔的间隙。
7.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述竖井还包括：井口和井盖；所述井口呈圆形，设置在所述竖井顶板上；所述井盖与所述井口匹配，用于封闭所述井口。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在竖井阵列、冷风单元和热风单元的四周设置有屏蔽墙；所述屏蔽墙连接所述竖井顶板和竖井底板；在所述屏蔽墙和竖井阵列之间设置有抗震支撑板。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：转运孔和转运间；所述转运孔设置在所述竖井阵列一侧的竖井顶板上，与所述竖井隔离；所述转运间设置在所述转运孔的下方，与所述转运孔联通，与所述竖井隔离。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：测温间和测温装置；所述测温间设置在所述转运间的下方，与所述竖井隔离；所述测温装置的一端伸入所述竖井，另一端位于所述转运间或者测温间。
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