CN1135645A - 沸水反应器的冷凝器废气抽取方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出抽取沸水反应器的冷凝器废气的简便，廉价和可靠的装置以及操作该装置的方法。根据本发明，在辅助蒸汽管道(14)的关闭元件(15)上设置绕过该关闭元件的支管(17)，在预热器(11)的排气管(24)中于排气孔(28)下游设置节流元件(29)，排气管(24)在操作上与复合器(9)连接。
Description
本发明涉及核电站沸水反应器的冷凝器废气抽取(Absaugen)方法和装置。
在核电站的反应器之中，水分子经γ射线辐射会按下列总反应产生一定量化学计量比的氢气和氧气：
该气体混合物下称氢氧气体。在达到其爆燃极限(约7mol％H2(g)时，会因某些金属物质的催化作用，同时还因为有火花而使其发生爆炸。
因此，来自反应器的蒸汽含有千分之几水分解或称为辐射分解而形成的气体。与压水型核电站相比，在设有沸水反应器的核电站中初级和次级回路的水之间没有分隔开，从而使蒸汽流经涡轮。在其膨胀后再进入冷凝器。由于低压涡轮中的压力，即冷凝器入口管之前的压力已低于环境压力，所以不可避免有空气渗入冷凝器。因此，进入后者的气体混合物主要由水蒸汽，辐射分解气体和环境空气构成。
由于在冷凝期间抽取该混合物，所以不可冷凝成分的浓度会沿冷凝路径而升高，进一步又会提高氢氧气体浓度。出于安全方面的考虑，这种类型的设备设计要考虑到冷凝器出口的最终浓度不应超过0.04mol％H2(g)这一值。
真空泵和冷凝器之间设置复合器或化合器(Rekombinator)以使氢氧气体浓度，即爆炸危险点在该真空泵中不会升高。这种填有催化剂的容器将氢气和氧气经催化燃烧而转化成水，这尤其是在受控条件下并在爆燃极限以下进行。由于该反应为大量放热反应，所以在通常的操作中催化剂不要求进行任何外部加热。
为了保证即使用极稀的气体混合物亦能进行复合并在启始点就加速该反应，所以宜将催化剂预热。用设在复合器上游的所谓预热器即可做到这一点。该预热器将离开冷凝器的气体加热后再将其送入复合器，在预热器内用从涡轮分流的热蒸汽换热即可完成这一操作。
出于安全方面的原因，这类装置必须具有多余或备用的设备。为此，除了第一抽取系统之外，总是有第二抽取系统(备用)，需要时即可连接上。为使催化剂在设备这样换接时亦处于备用状态，当然还须将该多余或备用的系统中的复合器连续加热到约150℃的温度。在备用状态，用电加热系统完成这一任务。为此须装设电热丝或给复合器，预热器和邻近的部件配备电加热套。
但是，这类加热系统还有很多缺陷。该系统须接地并且外部绝缘，其中除了结构复杂而外费用还高。此外，还有因加热元件损坏而形成火花的潜在危险。由于基本上只通过管道向内传热，所以要花相当长时间并且导致热分布不均。最后，由于被加热零部件有多个入口和出口，所以电加系统须具有独立的供电设施，这会使抽取系统的装配和拆卸相当难于进行。
在沸水反应器连接到第二抽取系统上之后，基本要求是能将第一抽取系统的催化剂预热。因此，显然也要求为该抽取系统配置电加热系统。但是，这又会进一步增加成本及其他费用。
因此，本发明目的是避免所有这些缺陷，其中提出可抽取沸水反应器的冷凝器废气的新型、简便、廉价和可靠的装置。
根据本发明，沸水反应器(1)设有两套相同的抽取系统(6，7)，其中一套总是作为替代设备而处于备用状态，在该反应器的冷凝器废气抽取装置中在辅助蒸汽管道的关闭元件(Absperrorgan)上设置绕过该关闭元件的支管。在排气管中于排气孔下游设置节流元件。该排气管在操作上与复合器连接起来。
本发明的优点基于这样一种事实，即处于备用状态的第二抽取系统的催化剂可用不那么昂贵的热源，尤其是用无论如何都存在于辅助蒸汽管道中的热蒸汽加热。因此，可以省掉电加热系统，从而可以获得简便、廉价和可靠的冷凝器废气抽取装置。另外，预热器内的传热只通过强制对流和直接接触的方式进行，所以说其过程更快和更均匀。
将节流元件设计成由偏离中心排列的串联孔回路构成的多级节流体系是特别方便的。有了这种多经节流体系，热蒸汽就以曲折的方式流经各孔，因此经历特别强的减速过程。以这种方式就可更好地将预热器内的热蒸汽压力降到复合器内的压力。
在沸水反应器用第一抽取系统操作时，少量的热蒸汽连续经过设在第二提系统的辅助管道中的关系元件并进入预热器。该热蒸汽在预热器中经膨胀而被强烈加热后再被节流而达到复合器中的压力。将这样被强烈加热的热蒸汽送入复合器并因此将后者预热。然后在下游连接的废气冷凝器中使该热蒸汽冷凝并从该冷凝器将其回送入主要冷凝器中。
热蒸汽在预热器中膨胀约2个数量级，这使其极为强烈地被过热加热，这样可达到甚至约170℃温度。为此，备用状态的整个抽取体系保持干燥并可有利地用热蒸汽冲洗。在沸水反应器连接到第二套抽取系统时，预热的催化剂高温也能保证辐射分解的气体立即复合或化合并因而防止氢氧气体浓缩或浓度升高。
本发明的更完整的细节及其带来的众多优越性将在以下详细说明中并参见附图而更为清楚地加以阐明，其中附图是本发明的实施方案举例，图中画出了沸水反应器的冷凝器废气抽取系统。
图1示出了第一实际操作的抽取系统示意图。
图2示出了预热器的纵剖面图。
图3示出了图2所示预热器排气管和传热管的沿截面III-III的放大图。
图4示出了图2所示多级节流体系的放大示意图。
图5示出了处于备用状态的第二抽取系统示意图。
图中仅示出了对理解本发明重要的零部件。工作介质的流向用箭头表示。
现参见附图，在几个视图中同一参考号表示相同的或相应的零部件，涡轮2和主要的冷凝器3与核电站的沸水反应器1连接并经废气管4相互连接。为了抽取冷凝器废气5，将主要的冷凝器3与第一和第二抽取系统6，7连接，其中一套系统连续操作，而另一系统则作为替代系统处于备用状态。两套抽取系统6，7具有相同的设计方案。
图1示出了处于操作状态的第一抽取系统6，其中包括真空泵8，该泵经H2-O2复合或化合器9与主要的冷凝器3连接，其中复合器中含有铂-钯催化剂10。预热器11连接在复合器9上游，而废气冷凝器12则连接在复合器9下游。预热器11经抽取管或抽气管线13与主要的冷凝器3连接并经辅助蒸汽管道14而与涡轮2连接。关闭元件15，16设计成控制阀，分别配置在辅助蒸汽管道14和抽取管线13中。位于辅助蒸汽管道14中的控制阀15设有支管17。在每种情况下各有管线18，19从预热器11和从废气冷凝器12与主要的冷凝器3相连。抽取管线13从主要的冷凝器3开始，经过预热器11，复合器9，废气冷凝器12和真空泵8后到达废气出口20。
预热器11由圆筒形壳体21构成，其两端与抽取管线13相连(图2)。壳体21中配备有管束23，其中包括多根同轴设置的换热管22。换热管22长度达到壳体21的两端并且内设中心排气管24。在壳体21之内，绕管束23而形成环状蒸汽分配空间25，该空间经热蒸汽入口管26与辅助蒸汽管道14相连并且经冷凝液出口管27而与冷凝液管线18连接。在排气管24中设有多个排气孔28，从而将排气管24与蒸汽分配空间25连起来(图3，图2)。节流元件29设计成多级节流体系，可将其配置在排气管24中排气孔28的下游。该多级节流体系由偏离中心设置的孔串联回路30构成(图4)。在主要的冷凝器3的方向上排气管24是封闭的，但有一孔31对着复合器9(图2)。
在沸水反应器1操作过程中，主要的冷凝器3和涡轮2两者在操作上与两套抽取系统6，7之一稳定连接。如果第一抽取系统6如上述是处于操作状态(aktiv)的，则其控制阀15，16就打开(图1)。而第二抽取系统7的控制阀15，16就保持关闭状态(图5)。
因此，使热蒸汽32经辅助蒸汽管道14进入第一抽取系统6的预热器11，并且其中夹带辐射分解气体33的冷凝器废气5经抽取管线13进入第一抽取系统6的预热器11。在该预热器之中，在主要的冷凝器3中冷却到约50℃的冷凝器废气5通过与从涡轮2分流出来的热蒸汽32换热而再次被加热，并且可因而达到150℃以上的温度。在这种情况下，热蒸汽32冷凝后形成冷凝液34，可经冷凝液管线18而将其送回到主要的冷凝器3。然后，已被加热的包括辐射分解气体33的冷凝器废气5和在预热器中未被冷凝的热蒸汽32两者经抽取管线13进入复合器9。由于在该复合器中保持高温，所以在冷凝器废气5中所含的辐射分解气体33尽管在其中的停留时间短，但仍会有大部分经催化燃烧而成为水。所形成的蒸汽35与剩余的冷凝器废气5一起经抽取管线13而送入废气冷凝器12。在该冷凝器中与用作冷却剂36的水进一步进行换热。在这种情况下，形成进一步的冷凝液37，同样可经冷凝液管线19而将其送回主要的冷凝器3。而当少部分仍保留下来的废气38用真空泵8抽取后经废气出口20排放到环境空气或大气之中。
在这一操作期间，处于备用状态的第二抽取系统7经其支管17而从辅助蒸汽管道14中连续接收少量热蒸汽32(图5)。为此，支管17的设计应使其可以让每秒约5g的热蒸汽32从中通过。这方面，在支管17中亦可配备控制阀39。在辅助蒸汽管道14中存在的热蒸汽32的压力等于约10-15巴。在进入预热器11之后，热蒸汽32通过排气孔28膨胀并且用多级节流体系29节流而达到复合器9中保持的压力。由于孔30分多级先后偏离中心配置，所以热蒸汽32就会以曲折的方式经过节流元件29并因而经历特别强烈的减速过程。在其膨胀达到两个数量级时，热蒸汽32极为强烈地受到过热加热并且达到150℃以上的温度。在该温度下，第二抽取系统7的催化剂10连续被预热，从而可在与第二抽取系统7连通时立即保证辐射分解气体33能够化合或复合。
已被剧烈加热的热蒸汽32在下游配置的废气冷凝器12中冷凝并且将冷凝液37送入主要的冷凝器3之中。
若想将沸水反应器1与第二抽取系统7相连接，则只须将第一抽取系统6的控制阀15，16关闭并同时将第二抽取系统的控制阀15，16打开。
很显然，在以上教导指引下还可对本发明作出各种各样的改进和变化。因此，应注意到在权利要求范围之内本发明可以并不按照以上所述而得以实施。
附图中参考号：
1 沸水反应器
2 涡轮
3 主要的冷凝器
4 废气管线
5 冷凝器废气
6 第一抽取系统
7 第二抽取系统
8 真空泵
9 H2-O2复合器，化合器
10 铂-钯催化剂，催化剂
11 预热器
12 废气冷凝器
13 抽气管线
14 辅助蒸气管道
15 关闭元件，控制阀
16 关闭元件，控制阀
17 支管
18 冷凝液管线
19 冷凝液管线
20 废气出口
21 壳体
22 换热管
23 管束
24 排气管
25 蒸汽分配空间
26 热蒸汽入口管
27 冷凝液出口管
28 排气孔
29 节流元件，多级节流体系
30 孔
31 开口
32 热蒸汽
33 辐射分解气体
34 冷凝液
35 蒸汽
36 冷却剂
37 冷凝液
38 废气
39 控制阀
Claims (6)
1.沸水反应器(1)的冷凝器废气(5)抽取装置，该装置中设有两套相同的抽取系统(6，7)，而且两套系统之一总是作为替代设备处于备用状态，其中分别包括：
a)H2-O2复合器(9)，其中填有催化剂(10)，下游连接有废气冷凝器(12)和与其相连接的真空泵(8)，
b)设在复合器(9)上游的预热器(11)，该预热器经辅助蒸汽管道(14)与沸水反应器(1)的涡轮(2)连接并且经抽取管线(13)而与主要的冷凝器(3)连接，
c)设在预热器(11)之内的排气管(24)，其中设有排出来自辅助蒸汽管道(14)的热蒸汽(32)的孔(28)，
d)设在辅助蒸汽管道(14)和抽取管线(13)中的关闭元件(15，16)，
其特征在于：
e)在辅助蒸汽管道(14)的关闭元件(15)上设置绕过该关闭元件的支管(17)，
f)在排气孔(28)下游的排气管(24)中设置节流元件(29)，以及
g)排气管(24)在操作上经开口(31)与复合器(9)连接。
2.权利要求1的装置，其特征在于节流元件(29)设计成为多级节流体系。
3.权利要求2的装置，其特征在于多级节流体系(29)包括偏离中心设置的孔(30)串联回路。
4.权利要求1-3中一或多项的装置，其特征在于在支管(17)中设置控制阀(39)。
5.如权利要求1所述的沸水反应器(1)的冷凝器废气(5)抽取方法，其中：
a)有效操作第一抽取系统(6)，而第二抽取系统(7)作为替代设备处于备用状态，为此将第一抽取系统(6)的关闭元件(15，16)打开并将第二抽取系统(7)的关闭元件关闭，
b)用从主要的冷凝器(3)流入的冷凝器废气(5)加热第一抽取系统(6)的复合器(9)并且这些气体通过与辅助蒸汽管道(14)中的热蒸汽(32)换热而被加热，和
c)第二抽取系统(7)的复合器(9)被连续预热，
其特征在于：
d)将少量的热蒸汽(32)连续送入第二抽取系统(7)的预热器(11)；
e)热蒸汽(32)在预热器(11)中通过膨胀而被强烈加热后再节流降压至复合器(9)中的压力，
f)将这样强烈加热后的热蒸汽(32)送入复合器(9)并以其将后者预热，以及
g)然后使该热蒸汽(32)在下游的废气冷凝器(12)中按本身已知的方式冷凝后从其中回送入主要的冷凝器(3)。
6.权利要求5的方法，其特征在于送入预热器(11)中的少量热蒸汽(32)预先经过设在第二抽取系统(7)的辅助蒸汽管道(12)中的关闭元件(15)。
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