CN102969037A - 核电站放射性废气处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电站放射性废气处理系统，其对上游各系统容器进行循环吹扫，并利用氢氧复合器降低吹扫废气中的氢气含量，再采用衰变箱处理上游各系统容器所产生的过量废气中的放射性物质。与现有技术相比，本发明核电站放射性废气处理系统通过将氢氧复合工艺与衰变箱加压衰变工艺组合使用的方式，将废气经处理后进行循环复用，有效避免了现有工艺中存在的问题，提高了系统的安全性和可用性。

Description

核电站放射性废气处理系统

技术领域

本发明涉及核电站放射性废气的处理，尤其涉及一种低氢浓度放射性废气的处理系统。

背景技术

核电站堆芯在核裂变反应时会产生放射性核素，如Xe、Kr等，这些裂变产物在包壳破损时会泄漏到反应堆冷却剂中，并随水运动迁移扩散到整个一回路；随着温度、压力的变化，放射性裂变气体会从冷却剂中析出进入气相空间而形成放射性废气，此类废气通常需要处理后才可向环境中排放。

由于废气来源的上游系统工艺不同，各核电站放射性废气的成份也有所不同。某些中国压水堆核电站在运行期间，为抑制一回路中氧的浓度，需增加冷却剂中的氢气溶解量，所以RCV系统（Chemical and Volume Control System，化学和容积控制系统）的容控箱采用氢气覆盖，这导致了氢气在需要TEG系统（Gaseous Waste Treatment System，废气处理系统）处理的废气中具有较大的浓度；而另外一些欧洲压水堆核电站，其RCV系统的功能有所变化，因此所产生的放射性废气中氢气的浓度较低，通过吹扫稀释可以维持在4%以下。目前处理核电站产生的含氢放射性废气，主要采用衰变箱加压贮存衰变和活性炭滞留衰变两种工艺。

请参阅图1，在衰变箱加压贮存衰变工艺中，含氢放射性废气来源于贮存一回路冷却剂的容器的覆盖气体、吹扫排气和检修排气等，这些贮存一回路冷却剂的容器主要是稳压器卸压箱10、RCV容控箱12、TEP（Coolant Storage andTreatment System，冷却剂贮存和处理系统）除气塔14、TEP前置槽16和反应堆冷却剂疏水箱18。废气经过收集加氮气后送入缓冲罐20，待缓冲罐20到达一定压力后，下游废气压缩机22自动联锁启动将废气加压，废气经气体冷却器23冷却后输入衰变箱24中进行衰变；废气在衰变箱24中贮存一定时间，使其中短寿命核素尽可能衰变完全，从而有效降低其放射性水平；排放前对衰变箱24内的气体进行取样分析，合格后即可送往DVN系统（Nuclear AuxiliaryBuilding Ventilation System，核岛辅助厂房通风系统）过滤除碘，并通过烟囱26向环境中排放。

但是，上述工艺无法在加压贮存前降低上游来气中的氢气浓度，如果出现氧气浓度监测失效、控制出现问题、衰变箱泄漏等，会存在氢氧爆炸的风险，因此需将上游来气中氧浓度严格控制在2%以内，以防止氢氧浓度同时达到爆炸限而发生氢爆。另外，还需对系统进行防火分区设置，在设备的选型、布置以及所在房间的耐火等级、通风、照明等各方面进行更严格的选型考虑，以致建造成本相应增加。

部分国外核电站由于上游系统的工艺设计不同，无需用氢气覆盖对冷却剂中加氢，因而废气中氢浓度可控制在较低水平，通过氮气调节能够使废气源项中的氢气浓度控制在4%以下，所以能够采用氢氧复合工艺进行处理。请参阅图2，在活性炭滞留衰变工艺中，上游各系统产生的废气排到TEG系统后，先经过气体干燥器30去除气体中的水分，再测量气体中氢气、氧气浓度，并通过氢气、氧气、氮气注入装置将气体浓度调节至氢氧浓度比例为特定化学计量比；调节后的废气进入氢氧复合器32并在催化剂催化下发生氢氧复合反应；复合后氢氧浓度降低至规定限值以下的气体经气体冷却器34冷却后，通过废气压缩机35压缩并进入干燥器36干燥去除水分；再流回上游各系统循环利用，或是经过凝胶干燥器38干燥后，进入三个串联的活性炭滞留床39，使Xe、Kr等短寿命放射性核素在活性炭床中滞留衰变，经过放射性活度监测后，最后排放进环境中。

但是，活性炭自身的性质导致活性炭滞留衰变工艺对废气源项要求较高，吸附效果受到粒径（活性炭只能保持对某一粒径范围的废气有较好的吸附效果）、湿度（废气的相对湿度对惰性气体的吸附效率会造成较大影响，吸附性能随着湿度的增加而显著降低，受潮后的活性炭则无法实现正常的吸附功能）、温度（进气温度过高有可能在炭吸附过程中因温度降低而变湿析出水分，导致活性炭受潮而影响吸附性能）、压力（气体吸附的最佳压力点也有所不同，如果处理的废气中污染物种类杂多，会给最佳运行压力的选择带来难度，很难保证活性炭滞留床对所有污染物均有较高的处理效率）、浓度（吸附系数与污染物浓度也有关系）等诸多因素的影响，而且滞留床内的活性炭属于易燃物质，在设计中需着重考虑火灾报警、消防措施，并要求对活性炭床的运行温度、氢氧含量进行严格的控制和监测。根据目前国内核电站的经验反馈，即使在活性炭滞留床前设置了沸石等干燥保护床，活性炭在实际使用中仍存在受潮、饱和等失效现象，而换下来的活性炭颗粒还需要作为放射性易燃废物进行处理，以致处置难度大，费用高。

有鉴于此，确有必要提供一种安全性和可用性更强的核电站放射性废气处理系统。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种安全性和可用性更强的核电站放射性废气处理系统。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电站放射性废气处理系统，其对上游各系统容器进行循环吹扫，并利用氢氧复合器降低吹扫废气中的氢气含量，再采用衰变箱处理上游各系统容器所产生的过量废气中的放射性物质。

作为本发明核电站放射性废气处理系统的一种改进，包括第一气体干燥器、第一氢氧测量柜、气体冷却器、第二氢氧测量柜、废气压缩机和第二气体干燥器，第一气体干燥器与上游各系统容器的气空间分别连接，氢氧复合器、气体冷却器、废气压缩机和第二气体干燥器依次连接于第一气体干燥器之后，第一、第二氢氧测量柜分别设于氢氧复合器之前和之后，第一氢氧测量柜和氢氧复合器之间设有对废气进行氢氧含量调节的氢气注入管线和氧气注入管线，第二气体干燥器连接回上游各系统容器的气空间而形成闭式循环的吹扫回路。

作为本发明核电站放射性废气处理系统的一种改进，所述衰变箱连接于第二气体干燥器之后，并通过烟囱与环境连接。

作为本发明核电站放射性废气处理系统的一种改进，所述第二气体干燥器和衰变箱之间设有减压站。

作为本发明核电站放射性废气处理系统的一种改进，所述第二气体干燥器和衰变箱之间的管路上设有控制此支路开闭的开关。

作为本发明核电站放射性废气处理系统的一种改进，所述第二气体干燥器连接回上游各系统容器的气空间的管路包括直接连接和减压连接两条支路。

作为本发明核电站放射性废气处理系统的一种改进，还包括与废气压缩机连接而保证其正常工作的密封液冷却器和密封液贮存箱。

作为本发明核电站放射性废气处理系统的一种改进，所述第一、第二气体干燥器后、衰变箱后及相应管道的低点均设有供冷凝液排出的排水点。

与现有技术相比，本发明核电站放射性废气处理系统通过将氢氧复合工艺与衰变箱加压衰变工艺组合使用的方式，将废气经处理后进行循环复用，有效地避免了现有工艺中存在的问题，提高了系统的安全性和可用性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电站放射性废气处理系统及其有益技术效果进行详细说明，其中：

图1为现有衰变箱加压贮存衰变工艺的结构示意图。

图2为现有活性炭滞留衰变工艺的结构示意图。

图3为本发明核电站放射性废气处理系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

请参阅图3，本发明核电站放射性废气处理系统包括气体干燥器60、氢氧测量柜62、氢氧复合器64、气体冷却器66、氢氧测量柜67、废气压缩机68、气体干燥器70、减压站72、74、衰变箱76和烟囱78。

气体干燥器60与上游各系统容器的气空间分别连接，气体干燥器60之后依次连接有氢氧复合器64、气体冷却器66、废气压缩机68和气体干燥器70，气体干燥器70之后分为三个支路：第一个支路直接连接回上游各系统容器的气空间；第二个支路经减压站72、74后再连接回上游各系统容器的气空间，此支路的开闭由开关80控制；第三个支路经减压站72连接至衰变箱76，衰变箱76经烟囱80与环境连接，此支路的开闭由开关82控制。

氢氧测量柜62、67分别设于氢氧复合器64之前和之后，氢氧测量柜62和氢氧复合器64之间设有氢气注入管线（图未示）和氧气注入管线（图未示），以对进入氢氧复合器64的废气进行氢氧含量调节，氢氧测量柜67则用于对氢氧复合器64的效果进行监测。为保证压缩机出口的压力恒定，废气压缩机68的出口管线上设有调节阀（图未示），废气压缩机68与密封液冷却器680和密封液贮存箱682连接而保证正常工作。气体干燥器60、70、密封液贮存箱682、衰变箱76等元件后及相应管道的低点均设有供冷凝液排出的排水点，冷凝液从排水点排入RPE系统（核岛排气和疏水系统）。

本发明核电站放射性废气处理系统的工作流程为：来自上游各系统容器的吹扫废气经过气体干燥器60冷却干燥后，由氢氧测量柜62测量氢浓度和氧浓度，并根据测量结果通过氢气注入管线和氧气注入管线将气体的氢氧浓度调节至合适的化学计量比，然后进入氢氧复合器64进行复合；氢氧复合完成后，气体经气体冷却器66冷却，并由氢氧测量柜67进行测量，保持复合后气体中的氢氧浓度分别低于0.3%和0.1%；氢氧复合后的气体进入废气压缩机68，经过压缩后的气体通过气体干燥器70进行干燥，并直接进入或经减压站72、74减压后进入TEG上游各系统设备的气空间进行吹扫，从而将放射性物质置换出后再进入TEG系统进行处理。由于上述整个过程构成了一个闭式循环的吹扫回路，因此在系统正常运行期间基本没有废气排入环境中。

但在机组启动或停堆等情况下，由于机组一回路各容器液位变化引起气空间变化较大而产生过量的废气，此时除保持上述闭环吹扫之外，打开开关82，使多余废气在氢氧复合并经气体干燥器70干燥、经减压站72减压后，进入衰变箱76进行贮存衰变；废气在衰变箱24中贮存一定时间后进行取样分析，若满足排放要求，则通过烟囱78排入环境中。

由于循环吹扫的对象是含有反应堆冷却剂的容器的上部气相空间，因此吹扫气体有一定的湿度，在管路、设备中可能形成冷凝液，因此在系统的管道布置上要考虑使气体和液体顺利流动，冷凝液可靠重力疏排至设于低点的排水点或相邻贮罐中。

综上所述，本发明核电站放射性废气处理系统的运行功能如下：

1）对上游各系统进行循环吹扫，防止容器中氢气积聚而浓度过高，同时将放射性核素置换出来进行处理；通过对上游系统容器抽取或注入相应体积的气体，补偿因上游系统液位变化导致的气空间变化；

2）为防止生成易燃气体，对氢氧浓度进行监测，通过注入氮气、氧气和氢气，限制本系统和相连容器的氢浓度小于4%及氧浓度小于2％，并将氢气和氧气浓度调节到适合的化学反应比例；再采用氢氧复合技术，进一步将吹扫气体中的氢气和氧气浓度分别降低到0.3%和0.1%以下；

3）正常情况下，去除氢气和氧气的废气可复用继续用于吹扫；如在机组启动和停堆时，上游产生过量废气，则气体在氢氧复合后进入衰变箱进行加压衰变，最后检测合格后通过烟囱向环境排放。

通过以上的描述可知，本发明核电站放射性废气处理系统通过将氢氧复合工艺与衰变箱加压衰变工艺组合使用的方式，将废气经处理后进行循环复用，其优点在于：1）氢氧复合工艺可有效降低回路中的氢气浓度，避免氢气积聚带来的氢爆安全风险，同时降低氢气后的气体可继续复用，重新进入上游各系统容器的气空间进行循环吹扫，从而大大降低了电站放射性气体的排放量；2）氢氧复合后采用加压衰变箱处理废气，此技术不仅具有运用成熟、结构简单、操作便利等优点，而且在上游废气参数和废气量波动较大时都有较好的包容性，能够有效避免了活性炭易燃易失效的问题，可用性较高，同时也避免了产生难处理的放射性二次固体废物，有利于节省建造和运行成本。可见，本发明从设计源头上降低了系统氢爆风险和活性炭滞留床易燃和易失效等风险，有效提高了系统运行的包容性和安全性。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (8)

1.一种核电站放射性废气处理系统，其对上游各系统容器进行循环吹扫，并利用氢氧复合器降低吹扫废气中的氢气含量，其特征在于：采用衰变箱处理上游各系统容器所产生的过量废气中的放射性物质。

2.根据权利要求1所述的核电站放射性废气处理系统，其特征在于：包括第一气体干燥器、第一氢氧测量柜、气体冷却器、第二氢氧测量柜、废气压缩机和第二气体干燥器，第一气体干燥器与上游各系统容器的气空间分别连接，氢氧复合器、气体冷却器、废气压缩机和第二气体干燥器依次连接于第一气体干燥器之后，第一、第二氢氧测量柜分别设于氢氧复合器之前和之后，第一氢氧测量柜和氢氧复合器之间设有对废气进行氢氧含量调节的氢气注入管线和氧气注入管线，第二气体干燥器连接回上游各系统容器的气空间而形成闭式循环的吹扫回路。

3.根据权利要求2所述的核电站放射性废气处理系统，其特征在于：所述衰变箱连接于第二气体干燥器之后，并通过烟囱与环境连接。

4.根据权利要求3所述的核电站放射性废气处理系统，其特征在于：所述第二气体干燥器和衰变箱之间设有减压站。

5.根据权利要求3所述的核电站放射性废气处理系统，其特征在于：所述第二气体干燥器和衰变箱之间的管路上设有控制此支路开闭的开关。

6.根据权利要求2所述的核电站放射性废气处理系统，其特征在于：所述第二气体干燥器连接回上游各系统容器的气空间的管路包括直接连接和减压连接两条支路。

7.根据权利要求2所述的核电站放射性废气处理系统，其特征在于：还包括与废气压缩机连接而保证其正常工作的密封液冷却器和密封液贮存箱。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的核电站放射性废气处理系统，其特征在于：所述第一、第二气体干燥器后、衰变箱后及相应管道的低点均设有供冷凝液排出的排水点。

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