CN113674882A - 一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出系统及方法 - Google Patents

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隋海明
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Abstract

本发明属于反应堆安全系统设计领域，具体公开了一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出系统及方法，该一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出系统包括：反应堆容器、堆芯、蒸汽发生器、热池、冷池、独立余热排出热交换器和空气冷却器；堆芯、蒸汽发生器、热池、冷池和独立余热排出热交换器均位于反应堆容器内，空气冷却器位于反应堆容器的上方，独立余热排出热交换器的一次侧进出口与热池连接，独立余热排出热交换器的二次侧进出口通过连接管路与空气冷却器连接。本发明实现铅铋堆在事故工况下的一回路自然循环、中间回路自然循环，通过空气冷却带走堆芯余热，可靠性高，余热排出能力强，并将反应堆带至安全稳定状态。

Description

一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出系统及方法
技术领域
本发明属于反应堆安全系统设计领域，具体涉及一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出系统及方法。
背景技术
铅铋堆正常运行时，通过蒸汽发生器带走堆芯裂变产生的热量。在发生事故工况下，假如蒸汽发生器无法使用，则要配置堆芯余热排出系统导出堆芯余热，防止堆芯熔化并发展成严重事故。传统反应堆所采用能动的余热排出系统依赖外部动力，一旦发生如全厂断电之类的外部动力丧失事故，能动余热排出系统则无法正常导出堆芯余热，在无其他余热导出措施的情况下，堆芯将进一步升温恶化进而发展为严重事故。因此，需要设计非能动余热排出系统，保证反应堆在事故下的热量导出。
传统压水堆采用回路式设计，其非能动余热排出系统根据回路特点进行设计。铅铋堆具有独特的结构设计，一回路系统采用一体化池式结构设计，其分为热池和冷池，蒸汽发生器放置在一回路池内，这些设计均与压水堆的回路式设计有较大的差异。因此，传统的非能动余热排出系统无法适用于池式铅铋堆。
因此，亟待开发一种适用于铅铋堆的非能动余热排出系统及方法，实现堆芯余热的正常导出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出系统及方法，实现铅铋堆在事故工况下的一回路自然循环、中间回路自然循环，通过空气冷却带走堆芯余热。
实现本发明目的的技术方案：
一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出系统，所述系统包括：反应堆容器、堆芯、蒸汽发生器、热池、冷池、独立余热排出热交换器和空气冷却器；
堆芯与蒸汽发生器均位于反应堆容器内，蒸汽发生器相对于堆芯设置于较高位置；热池位于堆芯和蒸汽发生器的上部区域，冷池位于堆芯和蒸汽发生器的下部区域；堆芯通过堆芯出口与热池连接，蒸汽发生器通过蒸汽发生器入口与热池连接，堆芯通过堆芯入口与冷池连接，蒸汽发生器通过蒸汽发生器出口与冷池连接；
独立余热排出热交换器位于反应堆容器内，独立余热排出热交换器相对于蒸汽发生器设置于较高位置，独立余热排出热交换器的一次侧进出口与热池连接；
空气冷却器位于反应堆容器的上方，独立余热排出热交换器的二次侧进出口通过连接管路与空气冷却器连接。
进一步地，所述独立余热排出热交换器、空气冷却器和连接管路形成中间回路，所述中间回路为导出余热的封闭回路。
进一步地，所述独立余热排出热交换器位于热池的自由液面以下。
进一步地，所述中间回路的连接管路上设置有电磁阀，所述电磁阀在事故工况下自动开启，建立中间回路自然循环。
一种采用铅铋堆沉浸式非能动余热排出系统的余热排出方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1、建立反应堆一回路自然循环，将堆芯余热从堆芯传入到热池；
步骤2、通过独立余热排出热交换器将热池内的余热传递至中间回路；
步骤3、建立稳定的中间回路自然循环，将堆芯余热传递至外部空气。
进一步地，所述步骤1具体为：在事故工况下，一回路中堆芯和独立余热排出热交换器之间建立温差，形成一回路自然循环，将堆芯余热从堆芯导出到热池。
进一步地，所述步骤2具体为：在事故工况下，电磁阀自动开启，独立余热排出热交换器与空气冷却器之间建立温差，形成中间回路自然循环，将热池4内的余热传递至中间回路。
进一步地，所述步骤3具体为：打开空气冷却器的风门，冷空气与中间回路的冷却剂在空气冷却器中进行对流换热，使中间回路建立稳定的自然循环，将中间回路冷却剂的热量传递给外部空气。
本发明的有益技术效果在于：
1、本发明提供的一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出系统，通过反应堆一回路中堆芯与独立余热排出热交换器建立温差，一回路通过独立余热排出热交换器的冷热端位差建立稳定的自然循环，将堆芯余热从堆芯传入到独立余热排出热交换器，再由独立余热排出热交换器传递给空气，实现采用空气冷却的非能动方式将堆芯余热导出。
2、本发明提供的一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出系统，通过独立热交换器、空气冷却器和连接管路构成的余热导出的中间回路，通过独立余热排出热交换器将热量传递给空气冷却器，空气加热后上升，利用冷热空气密度差，使冷空气持续从入口处吸入，形成稳定的空气冷却流量，同时也使中间回路形成稳定的自然循环，热量最终导出至大气。
3、本发明提供的一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出系统，独立于正常工况下的一二回路热量传输系统，可靠性高，余热排出能力强。
4、本发明提供的一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出系统，相比于非沉浸式的非能动余热排出系统，沉浸式余热排出系统与热池直接接触，与热池的换热面积较大，可以高效快速地从热池直接带走热量，并且有利于一回路建立自然循环，有利于带出堆芯余热。
5、本发明提供的一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出系统，根据铅铋堆的设计特点，利用非能动的技术理念，在反应堆容器内部热池配置沉浸式非能动余热排出系统，通过一回路建立自然循环带走堆芯余热，并将反应堆带至安全稳定状态。
附图说明
图1为本发明所提供的一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出系统的结构示意图；
图中：1-反应堆容器；2-堆芯；3-蒸汽发生器；4-热池；5-冷池；6-独立余热排出热交换器；7-空气冷却器；8-自由液面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出系统，包括：反应堆容器1、堆芯2、蒸汽发生器3、热池4、冷池5、独立余热排出热交换器6、空气冷却器7。
堆芯2与蒸汽发生器3均位于反应堆容器1内，蒸汽发生器3相对于堆芯2设置于较高位置。热池4位于堆芯2和蒸汽发生器3的上部区域，冷池5位于堆芯2和蒸汽发生器3的下部区域。堆芯2通过堆芯出口与热池4连接，蒸汽发生器3通过蒸汽发生器入口与热池4连接，堆芯2通过堆芯入口与冷池5连接，蒸汽发生器3通过蒸汽发生器出口与冷池5连接。
独立余热排出热交换器6位于反应堆容器1内，独立余热排出热交换器6相对于蒸汽发生器3设置于较高位置，并且位于热池4的自由液面8以下，使得独立余热排出热交换器6完全沉浸与热池4中；独立余热排出热交换器6的一次侧进出口与热池4连接。
空气冷却器7位于反应堆容器1的上方，独立余热排出热交换器6的二次侧进出口通过连接管路与空气冷却器7连接，独立余热排出热交换器6、空气冷却器7和连接管路之间构成封闭回路，该封闭回路即为导出余热的中间回路。在中间回路的连接管路上设置有电磁阀，电磁阀在事故工况下自动开启，具体过程为在事故工况下，当反应堆内热池温度超过600℃时触发电磁阀开启信号，电磁阀自动开启。电磁阀开启后，中间回路建立自然循环，导出反应堆容器1中热池4的热量。中间回路的冷却剂采用铅铋，最终热阱为空气。
本发明提供的一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出系统的工作原理如下：
在铅铋反应堆的事故工况下，正常热传输系统失效，电磁阀在事故工况下自动开启，反应堆一回路建立自然循环，反应堆一回路冷却剂热量通过独立热交换器传递给中间回路，中间回路将热量传递给空冷器，空气加热后上升，利用冷热空气密度差，使冷空气持续从入口处吸入，形成稳定的空气冷却流量，同时也使中间回路形成稳定的自然循环，热量最终导出至大气。
一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出系统的余热排出方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤1、建立反应堆一回路自然循环，将堆芯余热从堆芯2传入到热池4
在铅铋反应堆的事故工况下，当正常热传输系统失效时，热池4内的冷却剂进入独立余热排出热交换器6，独立余热排出热交换器6的一二次侧进行对流换热，热池4内的冷却剂被独立余热排出热交换器6冷却，随后进入冷池5后被堆芯2加热，堆芯2和独立余热排出热交换器6之间建立温差，形成一回路自然循环，将堆芯余热从堆芯2导出到热池4。
步骤2、通过独立余热排出热交换器6将热池4内的余热传递至中间回路
在铅铋反应堆的事故工况下，反应堆内热池温度超过600℃时触发电磁阀开启信号，电磁阀自动开启，中间回路冷却剂在独立余热排出热交换器6中被加热后开始流动，被加热的冷却剂在空气冷却器7被冷却，独立余热排出热交换器6与空气冷却器7之间建立温差，形成中间回路自然循环，将热池4内的余热传递至中间回路。
步骤3、建立稳定的中间回路自然循环，将堆芯余热传递至外部空气
打开空气冷却器7的风门，冷空气与中间回路的冷却剂在空气冷却器7中进行对流换热，使中间回路建立稳定的自然循环，将中间回路冷却剂的热量传递给空气，最终实现堆芯余热传递至外部空气。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (8)

1.一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出系统，其特征在于，所述系统包括：反应堆容器(1)、堆芯(2)、蒸汽发生器(3)、热池(4)、冷池(5)、独立余热排出热交换器(6)和空气冷却器(7)；
堆芯(2)与蒸汽发生器(3)均位于反应堆容器(1)内，蒸汽发生器(3)相对于堆芯(2)设置于较高位置；热池(4)位于堆芯(2)和蒸汽发生器(3)的上部区域，冷池(5)位于堆芯(2)和蒸汽发生器(3)的下部区域；堆芯(2)通过堆芯出口与热池(4)连接，蒸汽发生器(3)通过蒸汽发生器入口与热池(4)连接，堆芯(2)通过堆芯入口与冷池(5)连接，蒸汽发生器(3)通过蒸汽发生器出口与冷池(5)连接；
独立余热排出热交换器(6)位于反应堆容器(1)内，独立余热排出热交换器(6)相对于蒸汽发生器(3)设置于较高位置，独立余热排出热交换器(6)的一次侧进出口与热池(4)连接；
空气冷却器(7)位于反应堆容器(1)的上方，独立余热排出热交换器(6)的二次侧进出口通过连接管路与空气冷却器(7)连接。
2.根据权利要求1所述的一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出系统，其特征在于，所述独立余热排出热交换器(6)、空气冷却器(7)和连接管路形成中间回路，所述中间回路为导出余热的封闭回路。
3.根据权利要求1所述的一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出系统，其特征在于，所述独立余热排出热交换器(6)位于热池(4)的自由液面(8)以下。
4.根据权利要求2所述的一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出系统，其特征在于，所述中间回路的连接管路上设置有电磁阀，所述电磁阀在事故工况下自动开启，建立中间回路自然循环。
5.一种采用权利要求2所述的一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出系统的余热排出方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、建立反应堆一回路自然循环，将堆芯余热从堆芯(2)传入到热池(4)；
步骤2、通过独立余热排出热交换器(6)将热池(4)内的余热传递至中间回路；
步骤3、建立稳定的中间回路自然循环，将堆芯余热传递至外部空气。
6.根据权利要求5所述的一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出方法，其特征在于，所述步骤1具体为：在事故工况下，一回路中堆芯(2)和独立余热排出热交换器(6)之间建立温差，形成一回路自然循环，将堆芯余热从堆芯(2)导出到热池(4)。
7.根据权利要求5所述的一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出方法，其特征在于，所述步骤2具体为：在事故工况下，独立余热排出热交换器(6)与空气冷却器(7)之间建立温差，形成中间回路自然循环，将热池(4)内的余热传递至中间回路。
8.根据权利要求5所述的一种铅铋堆沉浸式非能动余热排出方法，其特征在于，所述步骤3具体为：打开空气冷却器(7)的风门，冷空气与中间回路的冷却剂在空气冷却器(7)中进行对流换热，使中间回路建立稳定的自然循环，将中间回路冷却剂的热量传递给外部空气。
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