CN108877962A - 一种池式一体化低温反应堆供热系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种池式一体化低温反应堆供热系统，其特征在于，包括一体化反应堆、二回路、中间换热回路、化学和容积控制系统以及大水池。本发明提供的池式一体化低温反应堆供热系统，提供了相对化石燃料更为清洁的优质热源，可实现零排放，达到节能减排的作用。

Description

一种池式一体化低温反应堆供热系统

技术领域

本发明涉及一种池式一体化低温反应堆供热系统。

背景技术

能源是人类赖以生存非常重要的资源，随着人类社会的进步和发展，对能源的需求越来越大。

从我国的能源供应结构来看，目前消耗的能源主要来自煤、石油、天然气等化石燃料，随之而来的资源短缺、环境污染等问题日益严重。特别是在北方，冬天需要大面积进行居民供热，目前供热热源主要是化石燃料，是北方冬季雾霾的主要来源。

为从根本上解决这些问题，加快转变经济发展方式，调整经济结构，推动全面协调可持续发展，国家提出节能减排基本国策，提出《中国应对气候变化国家方案》等一系列重大举措，积极开发低碳能源和可再生能源，改善能源结构。为确保这些重大举措得到落实，就必须要有先进、清洁、可靠、经济的能源形式予以跟进和支撑。

核能是被公认的唯一现实的可大规模替代常规能源的既清洁又经济的现代能源，而核能在人类生活和生产中的应用形式主要是核电，核能研发、运行和维修等技术已经非常成熟。而核能供热也是核能应用的重要方面。它的基本工作原理是：核反应堆产生核裂变释放的能量，加热主回路水介质，然后经中间隔离回路，通过热交换，产生热水，提供给用户。

此外，在现有供热堆技术基础上，通过化学和容积控制系统进行压力控制，同时，将反应堆置于大容积水池，以常压水作为最终热阱，将使供热堆的安全得到保障。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种池式一体化低温反应堆供热系统。

本发明提供的一种池式一体化低温反应堆供热系统，其包括一体化反应堆、二回路、中间换热回路、化学和容积控制系统以及大水池；所述一体化反应堆、二回路、中间换热回路和及大水池依次连通；所述一体化反应堆和化学和容积控制系统连通。

优选地，所述一体化反应堆包括堆芯、主换热器、主泵、和爆破片；所述堆芯、主换热器、主泵、和爆破片由下至上依次布置。

优选地，所述二回路包括二回路换热器供水管线、换热器出水管线和二回路换热器；所述一体化反应堆分别通过二回路换热器供水管线和换热器出水管线与所述二回路换热器的两侧连通；所述二回路换热器供水管线上设有主换热器冷侧出口隔离阀；所述换热器出水管线上依次设有主换热器冷侧入口隔离阀、循环泵出口止回阀、循环泵出口隔离阀、支管上各设置循环泵、循环泵入口隔离阀和二回路换热器热侧出口隔离阀。

优选地，所述二回路还包括第一波动箱连接管线和母管波动箱；所述母管波动箱通过所述第一波动箱连接管线与所述二回路换热器连通；所述第一波动箱连接管线上设有波动箱隔离阀。

优选地，所述中间换热回路包括中间回路换热器供水管线、出水管线和中间回路换热器；所述二回路换热器的两侧分别通过所述中间回路换热器供水管线和所述出水管线与所述中间回路换热器的两侧连通；所述中间回路换热器的两侧分别连接有供热回路供水管线和回水管线；所述中间回路换热器供水管线上依次设有二回路换热器冷侧出口隔离阀和中间回路换热器热侧入口隔离阀；所述出水管线上依次设有二回路换热器冷侧入口隔离阀、循环泵出口止回阀、循环泵出口隔离阀、循环泵、循环泵入口隔离阀和中间回路换热器热侧出口隔离阀。

优选地，所述中间换热回路还包括第二波动箱连接管线和波动箱；所述波动箱通过所述第二波动箱连接管线与所述中间换热回路连通；所述第二波动箱连接管线上设有波动箱隔离阀。

优选地，所述供热回路供水管线上设有中间回路换热器冷侧出口隔离阀；所述回水管线上设有中间回路换热器冷侧入口隔离阀。

优选地，所述化学和容积控制系统包括净化系统入口管线、过滤旁通管线和净化系统出口管线；所述净化系统入口管线、所述过滤旁通管线和所述净化系统出口管线依次连通；所述化容系统入口管线上依次设有混床旁路三通阀、混床入口隔离阀、混床树脂冲洗阀、混床、混床出口隔离阀、树脂冲洗隔离阀、隔离阀、过滤器入口隔离阀、过滤器、混床旁路管线止回阀、下泄隔离阀、上充管线止回阀、上充管线隔离阀阀、循环泵入口隔离阀、循环泵、循环泵出口隔离阀、循环泵出口止回阀、化容出口母管隔离阀和化容出口母管止回阀。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的池式一体化低温反应堆供热系统，提供了相对化石燃料更为清洁的优质热源，可实现零排放，达到节能减排的作用。

2、本发明提供的池式一体化低温反应堆供热系统，主回路采用一体化配置，无管道，使系统简化；在用户侧设置了单独换热回路，从而提供所需的热量，大大降低了主回路换热器一次侧泄漏对供热侧的影响，具有安全和可靠的优点。

3、本发明提供的池式一体化低温反应堆供热系统，利用以水池中大容积水为最终热阱，可为反应堆提供可靠的热量排出路径,确保反应堆安全。

附图说明

图1为符合本发明优选实施例的池式一体化低温反应堆供热系统的示意图。

其中：1—堆芯；2—主换热器；3—主泵；4—爆破片；5—水池；6—入口水罐供氮调节阀7—二回路换热器供水管线；8—二回路换热器出水管线；9—主换热器冷侧出口隔离阀；10—母管波动箱；11—波动箱连接管线；12—波动箱隔离阀；13—二回路换热器；14—二回路换热器热侧出口隔离阀；15—循环泵入口隔离阀；16—支管上各设置循环泵；17—循环泵出口隔离阀；18—循环泵出口止回阀；19—主换热器冷侧入口隔离阀；20—化容系统入口管线；21—混床旁路三通阀；22—混床入口隔离阀；23—混床树脂冲洗阀；24—混床；25—混床出口隔离阀；26—树脂冲洗隔离阀；27—隔离阀；28—过滤器入口隔离阀；29—过滤器；30—过滤旁通管线；31—混床旁路管线止回阀；32—下泄隔离阀；33—上充管线止回阀；34—上充管线隔离阀阀；35—循环泵入口隔离阀；36—循环泵；37—循环泵出口隔离阀；38—循环泵出口止回阀；39—化容出口母管隔离阀；40—化容出口母管止回阀；41—二回路换热器冷侧出口隔离阀；42—波动箱；43—波动箱连接管线；44—波动箱隔离阀；45—中间回路换热器热侧入口隔离阀；46—中间回路换热器；47—中间回路换热器热侧出口隔离阀；48—循环泵入口隔离阀；49—循环泵；50—循环泵出口隔离阀；51—循环泵出口止回阀；52—中间回路换热器出水管线；53—二回路换热器冷侧入口隔离阀；54—中间回路换热器供水管线；55—中间回路热交换器进口隔离阀；56—中间回路热交换器出口隔离阀；57—供热回路供水管线；58—回水管线；59—二回路换热器热侧入口隔离阀。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明一实施例提供的一种池式一体化低温反应堆供热系统，包括包含堆芯1、主换热器2、主泵3、以及爆破片5的一体化反应堆；二回路换热器供水管线7、换热器出水管线8、波动箱连接管线11、以及二回路换热器；中间回路换热器供水管线54、出水管线52、波动箱连接管线43、以及中间回路换热器；供热回路供水管线57、回水管线58；还包括净化系统入口管线20、过滤旁通管线30、净化系统出口管线41；还包括最终热阱水池6。

二回路换热器供水管线7上依次设置主换热器冷侧出口隔离阀9、母管波动箱10、波动箱隔离阀12、以及二回路换热器热侧入口隔离阀59，二回路换热器出水管线8上依次设置二回路换热器热侧出口隔离阀14、支管上各设置循环泵16、循环泵入口隔离阀15、循环泵出口隔离阀17、循环泵出口止回阀18、主换热器冷侧入口隔离阀19。

中间回路换热器供水管线54上依次设置二回路换热器冷侧出口隔离阀41、波动箱42、波动箱隔离阀44、以及中间回路换热器热侧入口隔离阀45，中间回路换热器出水管线52上依次设置中间回路换热器热侧出口隔离阀47、循环泵49、循环泵入口隔离阀48、循环泵出口隔离阀50、循环泵出口止回阀51、二回路换热器冷侧入口隔离阀53。

供热回路供水管线57上设置中间回路换热器冷侧出口隔离阀55，回水管线58设置中间回路换热器冷侧入口隔离阀56。

化容系统入口管线20上依次设有混床旁路三通阀21、混床入口隔离阀22、混床树脂冲洗阀23、混床24、混床出口隔离阀25、树脂冲洗隔离阀26、隔离阀27、过滤器入口隔离阀28、过滤器29、混床旁路管线止回阀31、下泄隔离阀32、上充管线止回阀33、上充管线隔离阀阀34、循环泵入口隔离阀35、循环泵36、循环泵出口隔离阀37、循环泵出口止回阀38、化容出口母管隔离阀39，化容出口母管止回阀40。

当无需供热系统运行时，将反应堆停堆，关闭中间回路热交换器进口隔离阀55、出口隔离阀56，通过中间回路和二回路闭式回路内的冷却水、以及水池中的水提供冷却。

当需要供热系统投入运行时，打开二回路、中间回路以及供热回路隔离阀，二回路冷却水通过循环泵16，进入主换热器2，将堆芯1产生的热量传递给二回路，二回路被加热水在二回路换热器13与中间回路冷却水进行热量交换后，经循环泵16回到主换热器入口，形成闭合循环，二回路通过波动箱10维持回路稳定；中间回路冷却水通过循环泵49，进入二回路换热器13冷侧，将热量传递给中间回路，中间回路被加热水在中间回路换热器46与供热回路冷却水进行热量交换后，经循环泵49回到二回路换热器入口，行程闭合循环，中间回路通过波动箱42维持回路稳定。供热回路通过供水母管将满足要求的热水输送至各用户，最后通过回水母管回到供热站，进行循环。

供热系统投入运行时，通过化容系统的上充和下泄维持主回路的压力，同时，可适当提高冷却剂的参数，提供满足供热要求的高质量热源。

当一回路主换热器发生泄漏时，关闭主交换器冷侧隔离阀9、10，同时由于设置中间回路，实现供热回路与二回路实体隔离，有效的防止放射性进入供热回路。

当二回路和中间回路发生丧失热阱的极限事件时，将触发停堆，同时，通过化容系统使主回路压力平稳变化，当压力超过化容调节能力时，爆破片5开启，以水池6为最终热阱将堆芯衰变热带出，确保反应堆的安全。

上述过程通过设置中间回路，实现供热回路与二回路实体隔离，为供热站提供所需的热量，同时又大大降低了主回路泄漏对供热侧的影响，具有安全和可靠的优点。同时，以大容量水池的冷却水为最终热阱，可为堆芯衰变热提供可靠的余热排出路径。

本实施例提供的池式一体化低温反应堆供热系统，在运行期间，主泵使主回路冷却剂在反应堆堆芯和换热组件间循环。水作为冷却剂和慢化剂，在通过堆芯时被加热。然后由主泵输送至换热组件将热量传递给二回路，反应堆冷却剂经换热组件冷却后，再由换热组件出口经下降通道和下腔室返回至堆芯。主回路内无管道。二次侧冷却剂直接在换热组件内由反应堆冷却剂加热。主泵为高惯性、高可靠性、低维修要求的屏蔽泵，安装在堆芯出口管嘴和换热组件入口之间。

本实施例提供的池式一体化低温反应堆供热系统，所述化学和容积控制系统与一体化反应堆相连，依次设置过滤器、隔离阀、混床、隔离阀、过滤器、循环泵进口隔离阀、循环泵、循环泵出口隔离阀和止回阀、出口母管隔离以及相连管道等。化容系统的设计，可使一体化反应堆供热系统在一定的压力水平运行，提高冷却剂热力参数，进而提供高品质的热水。启动时，化容系统循环泵向主回路充注冷却剂，充满水后，下泄通道投入运行，反应堆冷却剂系统压力由低压下泄控制阀控制。通过调节补水流量使主回路升压，当压力达到足以满足主泵启动时，启动主泵。升温阶段由主泵完成，启动过程中，由于热膨胀引起多余的反应堆冷却剂通过下泄排出，以维持主回路的容积和压力。当主回路正常运行时，化容系统的上充和下泄处于自动控制模式，按照主回路的要求将压力控制在正常运行整定值。当出现负荷变化时，通过上充和下泄的自动控制仍然可将主回路压力维持在要求水平。当反应堆停堆时，反应堆冷却剂收缩，系统压力主要通过上充进行补偿。

本实施例提供的池式一体化低温反应堆供热系统，所述一体化反应堆置于大容量水池中，水池装有足够大容量的水，且与大气相通。作为一体化反应堆的最终热阱，可确保在失去其他冷却手段时，反应堆仍然能够得到有效的冷却，保证安全。

本实施例提供的池式一体化低温反应堆供热系统，所述一体化堆顶设置有两片爆破片，当反应堆出现故障，导致压力上升高于化容控制系统能力时，爆破片启动，主回路的冷却剂波入水池，确保主回路不会超压。

本实施例提供的池式一体化低温反应堆供热系统，所述用于供热的热源位于一体化反应堆内，其通过主换热器与二回路进行热量传递，所述二回路主换热器出口管线上依次设置有换热器出口隔离阀、波动箱、中间回路换热器进口隔离阀，所述二回路主换热器回水管线上依次设置有中间回路换热器出口隔离阀、循环泵进口隔离阀、循环泵、循环泵出口止回阀和隔离阀。

本实施例提供的池式一体化低温反应堆供热系统，所述中间回路通过中间回路换热器进行热量传递，所述中间回路换热器出口管线上依次设置有中间回路换热器出口隔离阀、循环泵进口隔离阀、循环泵、循环泵出口止回阀和隔离阀、供热站换热器进口隔离阀，所述中间换热器回水管线上依次设置有供热站换热器出口隔离阀、波动箱以及中间回路换热器进口隔离阀。

本实施例提供的池式一体化低温反应堆供热系统，所述供热站出口管线上设置有供热站换热器出口隔离阀，出口端接供热管路；供热站进口管线上设置有供热站换热器回水管隔离阀，进口端接供热用户冷却后的回水。

与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：

1、本实施例提供的池式一体化低温反应堆供热系统，提供了相对化石燃料更为清洁的优质热源，可实现零排放，达到节能减排的作用。

2、本实施例提供的池式一体化低温反应堆供热系统，主回路采用一体化配置，无管道，使系统简化；在用户侧设置了单独换热回路，从而提供所需的热量，大大降低了主回路换热器一次侧泄漏对供热侧的影响，具有安全和可靠的优点。

3、本实施例提供的池式一体化低温反应堆供热系统，利用以水池中大容积水为最终热阱，可为反应堆提供可靠的热量排出路径,确保反应堆安全。

本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种池式一体化低温反应堆供热系统，其特征在于，包括一体化反应堆、二回路、中间换热回路、化学和容积控制系统以及大水池；所述一体化反应堆、二回路、中间换热回路和及大水池依次连通；所述一体化反应堆和化学和容积控制系统连通。

2.如权利要求1所述的池式一体化低温反应堆供热系统，其特征在于，所述一体化反应堆包括堆芯、主换热器、主泵、和爆破片；所述堆芯、主换热器、主泵、和爆破片由下至上依次布置。

3.如权利要求2所述的池式一体化低温反应堆供热系统，其特征在于，所述二回路包括二回路换热器供水管线、换热器出水管线和二回路换热器；所述一体化反应堆分别通过二回路换热器供水管线和换热器出水管线与所述二回路换热器的两侧连通；所述二回路换热器供水管线上设有主换热器冷侧出口隔离阀；所述换热器出水管线上依次设有主换热器冷侧入口隔离阀、循环泵出口止回阀、循环泵出口隔离阀、支管上各设置循环泵、循环泵入口隔离阀和二回路换热器热侧出口隔离阀。

4.如权利要求3所述的池式一体化低温反应堆供热系统，其特征在于，所述二回路还包括第一波动箱连接管线和母管波动箱；所述母管波动箱通过所述第一波动箱连接管线与所述二回路换热器连通；所述第一波动箱连接管线上设有波动箱隔离阀。

5.如权利要求3所述的池式一体化低温反应堆供热系统，其特征在于，所述中间换热回路包括中间回路换热器供水管线、出水管线和中间回路换热器；所述二回路换热器的两侧分别通过所述中间回路换热器供水管线和所述出水管线与所述中间回路换热器的两侧连通；所述中间回路换热器的两侧分别连接有供热回路供水管线和回水管线；所述中间回路换热器供水管线上依次设有二回路换热器冷侧出口隔离阀和中间回路换热器热侧入口隔离阀；所述出水管线上依次设有二回路换热器冷侧入口隔离阀、循环泵出口止回阀、循环泵出口隔离阀、循环泵、循环泵入口隔离阀和中间回路换热器热侧出口隔离阀。

6.如权利要求5所述的池式一体化低温反应堆供热系统，其特征在于，所述中间换热回路还包括第二波动箱连接管线和波动箱；所述波动箱通过所述第二波动箱连接管线与所述中间换热回路连通；所述第二波动箱连接管线上设有波动箱隔离阀。

7.如权利要求5所述的池式一体化低温反应堆供热系统，其特征在于，所述供热回路供水管线上设有中间回路换热器冷侧出口隔离阀；所述回水管线上设有中间回路换热器冷侧入口隔离阀。

8.如权利要求1所述的池式一体化低温反应堆供热系统，其特征在于，所述化学和容积控制系统包括净化系统入口管线、过滤旁通管线和净化系统出口管线；所述净化系统入口管线、所述过滤旁通管线和所述净化系统出口管线依次连通；所述化容系统入口管线上依次设有混床旁路三通阀、混床入口隔离阀、混床树脂冲洗阀、混床、混床出口隔离阀、树脂冲洗隔离阀、隔离阀、过滤器入口隔离阀、过滤器、混床旁路管线止回阀、下泄隔离阀、上充管线止回阀、上充管线隔离阀阀、循环泵入口隔离阀、循环泵、循环泵出口隔离阀、循环泵出口止回阀、化容出口母管隔离阀和化容出口母管止回阀。