CN103021480A - 一种用于核能发电厂的一体化大气热阱系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于核能发电厂的一体化大气热阱系统，包括同轴设置的位于地面以上的中央冷却塔（1）、设在中央冷却塔（1）下方且位于地面以下的中央水池、设在中央水池底面上且位于水平面以下的环形导流墙（4）以及部分设在导流墙（4）中的钢制安全壳（3），导流墙（4）的底部设有安全壳自然循环通流孔（30）；中央水池墙体（2）和导流墙（4）之间形成安全壳自然循环冷却环形下降通道（23），导流墙（4）和钢制安全壳（3）之间形成安全壳自然循环冷却环形上升通道（24）。该系统具有固有安全性和高度的可靠性，正常工况下为核电厂提供冷源，事故工况下，通过中央水池水体的自然循环从钢制安全壳的表面移除反应堆的剩余衰变热。

Description

一种用于核能发电厂的一体化大气热阱系统

技术领域

本发明属于热阱技术领域，具体涉及一种用于核能发电厂的一体化大气热阱系统。

背景技术

核电厂安全的最终目标是在任何工况下对放射性物质进行限制和包容，使之不对公众产生影响，其核心问题是对事故后反应堆余热的导出。日本3.11大地震导致的福岛核电厂事故，究其原因正是地震叠加全厂断电的情况下反应堆的剩余衰变热无法导出，堆芯熔毁，释放氢气，继而发生了氢气爆炸，导致大量放射性物质外泄。而核电厂一旦发生事故，其造成的危害是非常巨大的。

核电厂中通常布置有热阱，用于接受反应堆排出的余热。第三代核电系统设计的根本出发点之一是在任何情况下都确保热阱的有效性，为了保证核电厂的安全运行，需要设计者构造一个具有高度可靠性的核电厂事故工况下的大气热阱。

发明内容

针对现实工作的需要，本发明的目的是提供一种适用于核电厂正常工况下及事故工况下并具有固有安全性的用于核能发电厂的一体化大气热阱系统。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种用于核能发电厂的一体化大气热阱系统，该系统包括同轴设置的位于地面以上的中央冷却塔、设在中央冷却塔下方且位于地面以下的中央水池、设在中央水池底面上的环形导流墙以及钢制安全壳，钢制安全壳的下部穿过中央水池底面，其上部位于导流墙中；中央水池由中央水池墙体围成，其中蓄有中央水池水体；导流墙的顶部位于中央水池水体水平面以下，底部间隔地设有若干安全壳自然循环通流孔；中央水池墙体和导流墙之间形成安全壳自然循环冷却环形下降通道，导流墙和钢制安全壳之间形成安全壳自然循环冷却环形上升通道。

进一步，中央冷却塔为上、下开口的筒形结构；中央冷却塔的底部沿周向设有与中央水池墙体的顶部相连的冷却塔支撑结构，冷却塔支撑结构的周面上间隔地设有若干冷却塔自然通风通道。

进一步，中央水池墙体的上部沿周向设有向内突出的乏燃料贮存单元底座，乏燃料贮存单元底座上设有乏燃料贮存单元。

再进一步，中央水池呈上粗、下细的结构，上部为立方体形结构，下部为圆筒形结构，其过渡区墙体呈锥形坡面结构。

进一步，钢制安全壳上连接有分体式热管，分体式热管由分体式热管底端结构、分体式热管中段结构和分体式热管顶端结构依次连接而成，分体式热管底端结构连接在钢制安全壳的位于中央水池底面以上的外表面上，分体式热管顶端结构设在导流墙顶部沿周向所设的凹槽中。

进一步，钢制安全壳通过连接在其上部的安全壳至汽轮机厂房连接通道与设在中央水池外部且位于地面以下的汽轮机厂房相连通；汽轮机厂房通过设在汽轮机厂房和中央冷却塔之间的汽轮机厂房至热阱连接通道与中央冷却塔相连通。

再进一步，钢制安全壳的底部设有与其相连的设备及燃料转运仓，设备及燃料转运仓通过依次穿过中央水池墙体上部、乏燃料贮存单元底座的设备及燃料转运通道与乏燃料贮存单元相连通。

更进一步，设备及燃料转运仓和乏燃料贮存单元均设有隔离闸门，设备及燃料转运通道上设有通道隔离装置。

进一步，钢制安全壳和汽轮机厂房之间设有安全壳员工通道，汽轮机厂房还连接有汽轮机厂房员工通道。

进一步，中央水池的外围设有与其相毗邻的环形辅助厂房，辅助厂房和钢制安全壳之间设有穿过导流墙的安全壳至辅助厂房连接通道；辅助厂房还连接有辅助厂房员工通道。

本发明提供的一种用于核能发电厂的一体化大气热阱系统，是对核电厂正常工况热阱及事故工况下热阱的整合，具有固有安全性和高度的可靠性。该系统的功能具有一体化特性，即在正常工况下，为汽轮机乏汽冷凝、乏燃料自然循环冷却、设备冷却水冷却及厂房空调系统提供冷源，在事故工况下，乏燃料自然循环冷却不受影响，钢制安全壳所包围的钢制安全壳内部空间与外部完全隔离，钢制安全壳和其上的分体式热管成为导出反应堆剩余衰变热至一体化大气热阱的主要路径，此时可以通过中央水池水体的自然循环从钢制安全壳的表面移除事故工况下钢制安全壳内反应堆的剩余衰变热，保证了事故工况下核蒸汽供应系统的安全性。

附图说明

图1是本发明所提供的一种用于核能发电厂的一体化大气热阱系统的结构示意图；

图2是图1的纵剖视图；

图3是图1中沿D-D面的剖面俯视图；

图4是图1中沿E-E面的剖面俯视图；

图5是图4中沿A-A面的纵剖视图；

图6是图1中沿F-F面的剖面俯视图；

图7是图1中沿G-G面的剖面俯视图；

图8是图1中沿H-H面的剖面俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

图1显示了本发明所提供的一种用于核能发电厂的一体化大气热阱系统的整体结构。如图2所示，本发明所提供的上述系统包括位于地面0以上的中央冷却塔1、设在中央冷却塔1下方且位于地面0以下的中央水池、设在中央水池底面上的环形导流墙4以及钢制安全壳3，钢制安全壳3的下部穿过中央水池底面，其上部位于导流墙4中。构成该系统的主体装置中央冷却塔1、中央水池、导流墙4和钢制安全壳3均同轴设置。以下结合图2-8对该系统作详细说明。

中央冷却塔1为上、下开口的筒形结构。中央冷却塔1的底部沿周向设有与中央水池的顶部相连的冷却塔支撑结构28，冷却塔支撑结构28的周面上间隔地设有若干冷却塔自然通风通道29。优选地，中央冷却塔1的上、下端呈扩口状，且其底端截面积大于其顶端截面积。

中央水池由中央水池墙体2围成，其中蓄有中央水池水体11。

导流墙4为环柱体，其顶部位于中央水池水体11水平面以下，其底部间隔地设有若干安全壳自然循环通流孔30。

通过采用上述结构布置，导流墙4将中央水池内部空间分成了两部分，即：在中央水池墙体2和导流墙4之间形成了安全壳自然循环冷却环形下降通道23，在导流墙4和钢制安全壳3之间形成了安全壳自然循环冷却环形上升通道24，这两个通道通过导流墙4底部的安全壳自然循环通流孔30形成连通的安全壳自然循环冷却通道。在正常工况下，该一体化大气热阱系统可以为汽轮机乏汽冷凝、乏燃料自然循环冷却、设备冷却水冷却、厂房空调系统提供冷源；在事故工况下，乏燃料自然循环冷却不受影响，虽然钢制安全壳3所包围的钢制安全壳内部空间12与外部完全隔离，但可以通过中央水池水体2的自然循环从钢制安全壳3的表面移除事故工况下钢制安全壳3内反应堆的剩余衰变热。

本发明中，中央水池墙体2的上部沿周向设有向内突出的乏燃料贮存单元底座27，在乏燃料贮存单元底座27上可以修建对应的乏燃料贮存单元8（见图4、5）。

优选地，中央水池呈上粗、下细的结构，上部为立方体形结构，中下部为圆筒形结构，其过渡区墙体呈锥形坡面结构。位于中央水池上部立方体形结构中的水体构成中央水池的浅池区，乏燃料贮存单元8淹没在该浅池区中。浅池区的横截面积与中央冷却塔1底面积相当，浅池区底部为锥形坡面且延伸至环形深水区边沿。

本发明中，钢制安全壳3所包围的钢制安全壳内部空间12中包含所有核能发电系统一回路相关设备，具体包括：反应堆压力容器、一回路管道，内置换料水箱、内置乏燃料水池等。钢制安全壳3的一部分被中央水池水体11淹没，一部分埋于池底以下。

钢制安全壳3淹没在中央水池水体中的壳体上连接有分体式热管，用于促进事故工况下安全壳内反应堆余热的导出。分体式热管由分体式热管底端结构31、分体式热管中段结构26和分体式热管顶端结构25依次连接而成，分体式热管底端结构31连接在钢制安全壳3的靠近中央水池池底的外表面上，分体式热管顶端结构25设在导流墙4顶部沿周向所设的凹槽上。该分体式热管属于虹吸式热管，或称为重力热管。事故工况下，分体式热管敷设于钢制安全壳3外表面上的分体式热管底端结构31被加热，内部工质持续气化，向分体式热管顶端结构25内对流迁移，且在其中被冷却为液体并靠重力经由分体式热管中段结构26回流至分体式热管底端结构31，实现分体式热管的高效热导出过程。

本发明采用上述结构设置，一方面，高温的钢制安全壳3通过加热安全壳自然循环冷却环形上升通道24内的冷却水，使之升温，形成系统的自然循环冷却；另一方面，布置于安全壳上的分体式热管可以更迅速地冷却安全壳内的高温区域。

此外，钢制安全壳3通过连接在其上部的安全壳至汽轮机厂房连接通道16与设在中央水池外部且位于地面以下的汽轮机厂房15（由汽轮机厂房墙体9围成）相连通，钢制安全壳3内产生的蒸汽通过安全壳至汽轮机厂房连接通道16被输送到汽轮机厂房15内，驱动汽轮机运行发电。另外，汽轮机厂房15通过设在汽轮机厂房15和中央冷却塔1之间的汽轮机厂房至热阱连接通道19与中央冷却塔1相连通，需冷却的水经由汽轮机厂房至热阱连接通道19喷淋入中央冷却塔1内，在中央冷却塔1所包围的冷却塔内部空间10内通过空气自然循环实现冷却。

本发明中，钢制安全壳3的底部设有与其相连的设备及燃料转运仓14（由设备及燃料转运仓墙体7围成），设备及燃料转运仓14通过依次穿过中央水池墙体2、乏燃料贮存单元底座27的设备及燃料转运通道20与乏燃料贮存单元8相连通。设备及燃料转运仓14和乏燃料贮存单元8均设有隔离闸门，设备及燃料转运通道20上设有通道隔离装置。

对于冷却时间较短的乏燃料，可以在安全壳内置乏燃料水池内进行贮存和强迫循环冷却；对于冷却时间较长的乏燃料，可以经由设备及燃料转运仓14和设备及燃料转运通道20转移至乏燃料贮存单元8内，采取自然循环冷却的方式长期贮存。上述燃料或设备的转移操作可以通过对设备及燃料转运通道20内的流体控制和专用的悬浮容器实现。

另外，钢制安全壳3和汽轮机厂房15之间还设有安全壳员工通道17，汽轮机厂房15还连接有汽轮机厂房员工通道22。

本发明中，中央水池的外围设有与其相毗邻的环形辅助厂房13，辅助厂房13由辅助厂房底板6、辅助厂房墙体5及中央水池墙体2围成。环形辅助厂房13和钢制安全壳3之间设有穿过导流墙4的安全壳至辅助厂房连接通道18；辅助厂房13还连接有辅助厂房员工通道21（见图3），电厂操作人员可从辅助厂房员工通道21进入辅助厂房。

上述实施例只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种用于核能发电厂的一体化大气热阱系统，其特征在于，

该系统包括同轴设置的位于地面以上的中央冷却塔（1）、设在中央冷却塔（1）下方且位于地面以下的中央水池、设在中央水池底面上的环形导流墙（4）以及钢制安全壳（3），钢制安全壳（3）的下部穿过中央水池底面，其上部位于导流墙（4）中；

中央水池由中央水池墙体（2）围成，其中蓄有中央水池水体（11）；

导流墙（4）的顶部位于中央水池水体（11）水平面以下，底部间隔地设有若干安全壳自然循环通流孔（30）；

中央水池墙体（2）和导流墙（4）之间形成安全壳自然循环冷却环形下降通道（23），导流墙（4）和钢制安全壳（3）之间形成安全壳自然循环冷却环形上升通道（24）。

2.根据权利要求1所述的一种用于核能发电厂的一体化大气热阱系统，其特征在于，中央冷却塔（1）为上、下开口的筒形结构；中央冷却塔（1）的底部沿周向设有与中央水池墙体（2）的顶部相连的冷却塔支撑结构（28），冷却塔支撑结构（28）的周面上间隔地设有若干冷却塔自然通风通道（29）。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于核能发电厂的一体化大气热阱系统，其特征在于，中央水池墙体（2）的上部沿周向设有向内突出的乏燃料贮存单元底座（27），乏燃料贮存单元底座（27）上设有乏燃料贮存单元（8）。

4.根据权利要求3所述的一种用于核能发电厂的一体化大气热阱系统，其特征在于，中央水池呈上粗、下细的结构，上部为立方体形结构，下部为圆筒形结构，其过渡区墙体呈锥形坡面结构。

5.根据权利要求3所述的一种用于核能发电厂的一体化大气热阱系统，其特征在于，钢制安全壳（3）上连接有分体式热管，分体式热管由分体式热管底端结构（31）、分体式热管中段结构（26）和分体式热管顶端结构（25）依次连接而成，分体式热管底端结构（31）连接在钢制安全壳（3）的位于中央水池底面以上的外表面上，分体式热管顶端结构（25）设在导流墙（4）顶部沿周向所设的凹槽中。

6.根据权利要求1、2、4或5所述的一种用于核能发电厂的一体化大气热阱系统，其特征在于，钢制安全壳（3）通过连接在其上部的安全壳至汽轮机厂房连接通道（16）与设在中央水池外部且位于地面以下的汽轮机厂房（15）相连通；汽轮机厂房（15）通过设在汽轮机厂房（15）和中央冷却塔（1）之间的汽轮机厂房至热阱连接通道（19）与中央冷却塔（1）相连通。

7.根据权利要求6所述的一种用于核能发电厂的一体化大气热阱系统，其特征在于，钢制安全壳（3）的底部设有与其相连的设备及燃料转运仓（14），设备及燃料转运仓（14）通过依次穿过中央水池墙体（2）、乏燃料贮存单元底座（27）的设备及燃料转运通道（20）与乏燃料贮存单元（8）相连通。

8.根据权利要求7所述的一种用于核能发电厂的一体化大气热阱系统，其特征在于，设备及燃料转运仓（14）和乏燃料贮存单元（8）均设有隔离闸门，设备及燃料转运通道（20）上设有通道隔离装置。

9.根据权利要求6所述的一种用于核能发电厂的一体化大气热阱系统，其特征在于，钢制安全壳（3）和汽轮机厂房（15）之间设有安全壳员工通道（17），汽轮机厂房（15）还连接有汽轮机厂房员工通道（22）。

10.根据权利要求1、4、5、7、8或9所述的一种用于核能发电厂的一体化大气热阱系统，其特征在于，中央水池的外围设有与其相毗邻的环形辅助厂房（13），辅助厂房（13）和钢制安全壳（3）之间设有穿过导流墙（4）的安全壳至辅助厂房连接通道（18）；辅助厂房（13）还连接有辅助厂房员工通道（21）。

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