CN114974624A - 一种使用液态金属冷却剂的核电站核岛系统 - Google Patents

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Abstract

一种使用液态金属冷却剂的核电站核岛系统，可以快速调制反应堆堆芯温度，包括反应釜冷却剂覆没区和堆芯区管道冷却剂稳压平衡温度梯度管道系统，并且能够安全稳定运行，事故工况或需要停堆维护工况时，能够快速安全排出反应堆余热。

Description

一种使用液态金属冷却剂的核电站核岛系统
技术领域
本发明涉及核电站的反应堆冷却技术领域，更具体的是涉及液态金属冷却剂冷却快中子核反应堆的核岛系统。
背景技术
使用液态金属冷却剂的快中子核反应堆是一种新型的反应堆，其在永续性、安全性、可靠性、经济性、抑制核扩散与物理防护上有大量的改善。主要堆型有：钠冷快堆(SFR)、铅基合金冷却堆(LFR)、熔盐堆(MSR)等。
专利CN 104658620，CN 104885160，CN 109887623，CN 108520784分别提供了具有液态金属冷却剂冷却的核反应堆装置，共同的特点是以液态金属冷却剂覆没区，以液态金属冷却剂通过安装在反应釜周边的热交换器后的循环，实现控制反应堆堆芯温度和核能利用的目的。
由于反应堆堆芯产生热能功率巨大，不可避免的形成以堆芯为中心的温度梯度。因此有必要增加快速调制反应堆堆芯温度的系统。
发明内容
本发明提供了一种使用液态金属冷却剂的核电站核岛系统，可以快速调制反应堆堆芯温度，包括反应釜冷却剂覆没区和堆芯区管道冷却剂稳压平衡温度梯度管道系统，并且能够安全稳定运行，事故工况或需要停堆维护工况时，能够快速安全排出反应堆余热。
本发明由旋转换燃料棒控制器(1)；惰性气体空间(2)；反应釜(3)；堆芯区(4)；燃料棒控制棒组合(5)；堆芯区液态金属冷却剂盘管(6)；反应釜液态金属冷却剂覆没区(7)；反应釜冷却风扇(8)；阀门(9)；反应釜液态金属冷却剂覆没区循环进口管道(10)；堆芯冷却剂循环管道出口(11)；堆芯区冷却剂循环管道出口温度传感器(12)；反应釜液态金属冷却剂覆没区卸料管道阀门(13)；上料驱动泵(14)；储存罐(15)；反应釜液态金属冷却剂覆没区管道驱动泵(16)；加热器(17)；温差发电片(18)；热交换器冷却剂紧急回收阀门(19)；热交换器液态金属冷却剂紧急回收管道(20)；反应釜与热交换器管道电动阀(21)；热交换器(22)；热交换器蒸汽圆管(23)；热交换器蒸汽出口(24)；热交换器液态金属冷却剂出口(25)；热交换器蒸汽进口(26)；液态金属冷却剂外围融熔炉(27)；液态金属冷却剂管道吸口(28)；减压阀(29)；液态金属冷却剂管道电动阀(30)；堆芯区冷却剂循环管道驱动主泵(31)；真空气体阀(32)；膨胀及稳压盖(33)；膨胀及稳压罐体(34)；反应釜液态金属冷却剂覆没区出口管道(35)；反应釜液态金属冷却剂覆没区出口管道温度传感器(36)；轰击燃料棒中子束加速器(37)；热交换器液态金属冷却剂覆没区(38)构成。
在本发明构成的核岛系统中，液态金属冷却剂储存罐(15)、膨胀及稳压罐体(34)、热交换器(22)，均被设置在反应釜(3)外部空间，有利于核电站的日常运行与维护。
通过本发明的核岛系统，安装的堆芯区冷却剂循环管道出口温度传感器(12)、反应釜液态金属冷却剂覆没区出口管道温度传感器(36)，其实时采集的温度信息反馈至堆芯区冷却剂循环管道驱动主泵(31)和反应釜液态金属冷却剂覆没区管道驱动泵(16)，当堆芯区冷却剂循环管道出口(11)处温度高于反应釜液态金属冷却剂覆没区出口管道(35)处温度时，则提高堆芯区液态金属冷却剂盘管(6)中冷却剂循环速度，实现通过反应釜(3)中，液态金属冷却剂覆没区(7)的冷却剂与堆芯区液态金属冷却剂盘管(6)中的冷却剂以不同的循环流速进行循环，达到两部分区域温度的动态平衡。
在本发明构成的核岛系统中，在发生事故工况或运行停堆工况时，反应釜液态金属冷却剂覆没区(7)与热交换器液态金属冷却剂覆没区(38)的冷却剂可以自动回收到储存罐(15)安全区，同时安装在储存罐上的温差发电片(18)做功，自动发电驱使冷却风机(8)工作，风机冷却反应釜，排出堆芯余热。
事故处理完毕反应堆重新启动时，储存在储存罐(15)中的液态金属冷却剂可以通过加热器(17)方便地加热到工作温度，通过上料驱动泵(14)投入正常运行。
在本发明构成的核岛系统中，反应釜液态金属冷却剂覆没区(7)上部空间、膨胀及稳压罐体(34)上部空间、热交换器(22)液态金属冷却剂覆没区上部空间，均与外部空间隔离，并充满惰性气体保护，反应釜液态金属冷却剂覆没冷却区(7)冷却剂、堆芯区液态金属冷却剂盘管(6)中的冷却剂、热交换器(22)液态金属冷却剂覆没区的冷却剂均通过膨胀及稳压罐体(34)得以联通，使得核岛的一回路能够在安全稳定状态下运行。
本发明构成的核岛系统，暨使用液态金属冷却剂的快中子堆核电站核岛系统，是一种新型的核岛系统，其在永续性、安全性、可靠性、经济性、抑制核扩散与物理防护上有大量的改善。
附图说明
附图1为本申请一种使用液态金属冷却剂核电站核岛系统的结构示意图。
如附图1所示：(1)为旋转换燃料棒控制器；(2)为惰性气体空间；(3)为反应釜；(4)为堆芯区；(5)为燃料棒控制棒组合；(6)为堆芯区液态金属冷却剂盘管；(7)为反应釜液态金属冷却剂覆没区；(8)为反应釜冷却风扇；(9)为阀门；(10)为反应釜液态金属冷却剂覆没区循环进口管道；(11)为堆芯区冷却剂循环管道出口；(12)为堆芯区冷却剂循环管道出口温度传感器；(13)为反应釜液态金属冷却剂覆没区卸料管道阀门；(14)为上料驱动泵；(15)为储存罐；(16)为反应釜液态金属冷却剂覆没区管道驱动泵；(17)为加热器；(18)为温差发电片；(19)为热交换器冷却剂紧急回收阀门；(20)为热交换器液态金属冷却剂紧急回收管道；(21)为反应釜与热交换器管道电动阀；(22)为热交换器；(23)为热交换器蒸汽圆管；(24)为热交换器蒸汽出口；(25)为热交换器液态金属冷却剂出口；(26)为热交换器蒸汽进口；(27)为液态金属冷却剂外围融熔炉；(28)为液态金属冷却剂管道吸口；(29)为减压阀；(30)为液态金属冷却剂管道电动阀；(31)为堆芯区冷却剂循环管道驱动主泵；(32)为真空气体阀；(33)为膨胀及稳压盖；(34)为膨胀及稳压罐体；(35)为反应釜液态金属冷却剂覆没区出口管道；(36)为反应釜液态金属冷却剂覆没区出口管道温度传感器；(37)为轰击燃料棒中子束加速器；(38)为热交换器液态金属冷却剂覆没区。
具体实施方式
实施步骤一：抽去反应釜堆芯区液态金属冷却剂盘管(6)、反应釜(3)、储存罐(15)、膨胀及稳压罐(34)、热交换器液态金属冷却剂覆没区(38)、及相应循环管道等空气达到一的真空度，再充入惰性气体达到一定技术指标。
实施步骤二：在安全区域启动加热液态金属冷却剂外围融熔炉(27)，融熔固态金属至液态，输送到膨胀及稳压罐(34)中，经膨胀及稳压罐(34)流入堆芯区液态金属冷却剂盘管(6)、反应釜液态金属冷却剂覆没区(7)、冷却剂各循环管道、热交换器液态金属冷却剂覆没区(38)。
实施步骤三：启动轰击燃料棒中子束加速器(37)，提供高能电子束轰击重金属散裂靶，产生高通量散裂中子驱动反应堆燃料棒控制棒组合(5)进入次监界状态运行。
实施步骤四：打开液态金属冷却剂管道电动阀(30)、堆芯区冷却剂循环管道驱动主泵(31)启动堆芯区液态金属冷却剂盘管(6)中冷却剂循环，将堆芯燃料棒核反应热量通过液态金属冷却剂带给热交换器产生蒸汽。
实施步骤五：启动反应釜覆没区阀门(9)与反应釜与热交换器管道电动阀(21)与反应釜液态金属冷却剂覆没区管道驱动泵(16)，将反应釜液态金属冷却剂覆没区(7)液态金属冷却剂循环供应热交换器(22)产生蒸汽。
实施步骤六：反应釜堆芯区液态金属冷却剂盘管(6)、反应釜液态金属冷却剂覆没区(7)与膨胀及稳压罐(34)及热交换器(22)，通过相应管道对接联通，提高稳压、缓充、调整平衡温度梯度。
实施步骤七：出现事故工况或运行停堆工况时，反应釜液态金属冷却剂覆没区(7)
和热交换器液态金属冷却剂覆没区(38)中的液态金属冷却剂自动回收到安全区液态储存罐(15)中。
实施步骤八：故障处理完毕启动储存罐加热器(17)加热融熔金属冷却剂至工作温度，启动上料驱动泵(14)，系统重新进入运行状态。
系统运行状态时，系统安装的堆芯区冷却剂循环管道出口温度传感器(12)、反应釜液态金属冷却剂覆没区出口管道温度传感器(36)，其实时采集的温度信息反馈至堆芯区冷却剂循环管道驱动主泵(31)和反应釜液态金属冷却剂覆没区管道驱动泵(16)，当堆芯区冷却剂循环管道出口(11)处温度高于反应釜液态金属冷却剂覆没区出口管道(35)处温度时，则提高堆芯区液态金属冷却剂盘管(6)中冷却剂循环速度，寻求反应釜堆芯区液态金属冷却剂盘管(6)中冷却剂与反应釜液态金属冷却剂覆没区(7)液态金属冷却剂的温度动态平衡。
堆芯区液态金属冷却剂盘管(6)可以根据核电站反应堆功率的大小，设置一条或一条以上。

Claims (6)

1.一种使用液态金属冷却剂的核电站核岛系统，其特征是：系统由旋转换燃料棒控制器(1)；惰性气体空间(2)；反应釜(3)；堆芯区(4)；燃料棒控制棒组合(5)；堆芯区液态金属冷却剂盘管(6)；反应釜液态金属冷却剂覆没区(7)；反应釜冷却风扇(8)；阀门(9)；反应釜液态金属冷却剂覆没区循环进口管道(10)；堆芯冷却剂循环管道出口(11)；堆芯区冷却剂循环管道出口温度传感器(12)；反应釜液态金属冷却剂覆没区卸料管道阀门(13)；上料驱动泵(14)；储存罐(15)；反应釜液态金属冷却剂覆没区管道驱动泵(16)；加热器(17)；温差发电片(18)；热交换器冷却剂紧急回收阀门(19)；热交换器液态金属冷却剂紧急回收管道(20)；反应釜与热交换器管道电动阀(21)；热交换器(22)；热交换器蒸汽圆管(23)；热交换器蒸汽出口(24)；热交换器液态金属冷却剂出口(25)；热交换器蒸汽进口(26)；液态金属冷却剂外围融熔炉(27)；液态金属冷却剂管道吸口(28)；减压阀(29)；液态金属冷却剂管道电动阀(30)；堆芯区冷却剂循环管道驱动主泵(31)；真空气体阀(32)；膨胀及稳压盖(33)；膨胀及稳压罐体(34)；反应釜液态金属冷却剂覆没区出口管道(35)；反应釜液态金属冷却剂覆没区出口管道温度传感器(36)；轰击燃料棒中子束加速器(37)；热交换器液态金属冷却剂覆没区(38)构成。
2.如权利要求1所述的使用液态金属冷却剂的核电站核岛系统中，其特征是：液态金属冷却剂储存罐(15)、膨胀及稳压罐体(34)、热交换器(22)，均被设置在反应釜(3)外部空间。
3.一种使用液态金属冷却剂的核电站核岛系统，其特征是：安装的堆芯区冷却剂循环管道出口温度传感器(12)、反应釜液态金属冷却剂覆没区出口管道温度传感器(36)，其实时采集的温度信息反馈至堆芯区冷却剂循环管道驱动主泵(31)和反应釜液态金属冷却剂覆没区管道驱动泵(16)，当堆芯区冷却剂循环管道出口(11)处温度高于反应釜液态金属冷却剂覆没区出口管道(35)处温度时，则提高堆芯区液态金属冷却剂盘管(6)中冷却剂循环速度，实现通过反应釜(3)中，液态金属冷却剂覆没区(7)的冷却剂与堆芯区液态金属冷却剂盘管(6)中的冷却剂以不同的循环流速进行循环，达到两部分区域温度的动态平衡。
4.一种使用液态金属冷却剂的核电站核岛系统，其特征是：反应釜液态金属冷却剂覆没区(7)冷却剂、堆芯区液态金属冷却剂盘管(6)中的冷却剂、热交换器(22)液态金属冷却剂覆没区的冷却剂均通过膨胀及稳压罐体(34)得以联通。
5.一种使用液态金属冷却剂的核电站核岛系统，其特征是：在发生事故工况或运行停堆工况时，反应釜液态金属冷却剂覆没区(7)与热交换器液态金属冷却剂覆没区(38)的冷却剂可以自动回收到储存罐(15)安全区，同时安装在储存罐上的温差发电片(18)做功，自动发电驱使冷却风机(8)工作，风机冷却反应釜，排出堆芯余热。
6.一种使用液态金属冷却剂的核电站核岛系统，其特征是：储存在储存罐(15)中的液态金属冷却剂可以通过加热器(17)方便地加热到工作温度，通过上料驱动泵(14)投入正常运行。
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