CN115394463A - 一种模块化铅铋快堆液态金属冷却剂核岛系统 - Google Patents
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Abstract
一种模块化铅铋快堆液态金属冷却剂核岛系统，可以快速调制反应堆堆芯温度，且固有安全性并且能够在自然循环状态下安全运行，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
技术领域
本发明涉快中子反应堆冷却技术领域，更具体的是涉及液态金属铅铋做为冷却剂冷却快中子核反应堆堆芯的核岛系统。
背景技术
使用液态金属铅铋做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、固有安全性、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)、熔盐钍堆(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。
由于快中子反应堆堆芯反应剧烈热功率巨大，形成以堆芯为中心的温度梯度。必须通过强对流换热的方式进行堆芯冷却。
发明内容
本发明提供了一种模块化铅铋快堆液态金属冷却剂核岛系统，可以快速调制反应堆堆芯温度，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。
本发明由系统由中子反应釜(01)、MOX混合燃料棒(02)、列管式换热器(03)、竖式铅铋流量调节泵(04)、泵铅铋冷却剂入口(05)、泵铅铋冷却剂出口(06)、燃料棒铅铋冷却剂对流换热流道(07)、蒸汽发生器与铅铋换热流道(08)、堆芯余热排出系统(09)、铅铋冷却剂反应釜覆没区(10)、铅铋冷却剂氧控系统(11)、制冷系统(12)、轴流风机(13)、反应釜风道(14)、阀门(15)、液态金属冷却剂储存罐(16)、冷却剂膨胀空间(17)、温度传感器(18)、冷却剂堆芯出口温度传感器(19)、燃料棒温度传感器(20)强中子发生器(21)、堆芯控制棒(22)构成。
在本发明构成的模块化核岛系统中，液态金属冷却剂储存罐(16)、冷却剂膨胀空间(17)、列管式换热器(03)、竖式铅铋流量调节泵(04)、堆芯余热排出系统(09)内部空间，液态金属反应堆模块化结构具有体积小和固有安全性有利于反应堆安全可靠运行。
通过本发明的模块化核岛系统，安装在燃料棒温度传感器(20)、冷却剂流道出口温度传感器(19)，实时采集的温度信息反馈至冷却剂循环主泵(04)当燃料棒温度传感器(20)和冷却剂堆芯出口温度传感器(19)温度高于预定值，竖式铅铋流量调节泵(04)通过流速来调节堆芯温度，达到两区域温度的稳态运行。
在本发明构成的模块化核岛系统中，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(10)里面余热排出系统(09)启动，通过外置高速循环水泵冷却堆芯，同时安装在反应釜底部外置轴流风机(13)制冷系统(12)启动制冷冷媒给反应釜表面快速降温，从而给反应釜和堆芯排出余热。
故障处理完毕后液态金属冷却剂储存罐(16)温控系统自动保持所需要温度。打开阀门(15)，通过加压把冷却剂重新压入快中子反应釜(01)达到液态金属冷却剂反应釜覆没区(10)进行启动运行。
在本发明构成的模块化核岛系统中，反应釜液态金属冷却剂覆没区(10)、冷却剂膨胀空间(17)并充满惰性气体进行保护和还原气体置换，通过铅铋冷却剂氧控系统(11)控制气象空间的氧浓度。保证液态金属长期安全可靠使用。液态金属铅铋冷却剂在失热的情况下通过自然对流换热使得核岛变得固有安全性从而保证堆芯不会融化保持安全稳定状态下运行。能够有足够的时间停堆检修。
本发明构成的模块化核岛系统，使用液态金属冷却剂的快中子堆核电站核岛系统，是一种新型的先进的核岛系统，其在永续性、固有安全性、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
附图1为本申请一种模块化铅铋快堆液态金属冷却剂核岛系统的结构示意图。
如附图1所示：中子反应釜(01)、MOX混合燃料棒(02)、列管式换热器(03)、竖式铅铋流量调节泵(04)、泵铅铋冷却剂入口(05)、泵铅铋冷却剂出口(06)、燃料棒铅铋冷却剂对流换热流道(07)、蒸汽发生器与铅铋换热流道(08)、堆芯余热排出系统(09)、铅铋冷却剂反应釜覆没区(10)、铅铋冷却剂氧控系统(11)、制冷系统(12)、轴流风机(13)、反应釜风道(14)、阀门(15)、液态金属冷却剂储存罐(16)、冷却剂膨胀空间(17)、温度传感器(18)、冷却剂堆芯出口温度传感器(19)、燃料棒温度传感器(20)强中子发生器(21)、堆芯控制棒(22)构成。
具体实施方式
实施步骤一：通过真空泵抽去快中子反应釜(01)、竖式铅铋流量调节泵(04)及相应循环流道等空气达到100KP真空度，再充入99.99999％惰性气体，当氧含量低于WT％10-6值，通过还原气体进行气体置换进行还原。这要可以保证液态金属在超长时间和高温下不发生氧化安全可靠稳态运行。
实施步骤二：冷却剂通过储存罐(16)进行投料，然后通过储存罐伴热系统进行加热进行融化，在进行气体还原后。通过惰性气体加压，冷却剂管道阀门(15)打开，冷却剂压入到反应釜指定液位，阀门(15)关闭。启动竖式铅铋流量调节泵(04)、排空泵铅铋冷却剂入口(05)、泵铅铋冷却剂出口(06)、燃料棒铅铋冷却剂对流换热流道(07)、蒸汽发生器与铅铋换热流道(08)、里面所有气体。
实施步骤三：启动轰击燃料棒中子发生器(21)，提供高能电子束轰击重金属散裂靶，产生高通量散裂中子，驱动反应堆燃料棒通过堆芯控制棒(22)进入次监界状态运行。
实施步骤四：打开竖式铅铋流量调节泵(04)通过泵铅铋冷却剂出口(06)的流量大小进行堆芯强对流循环换热，将堆芯燃料棒核反应热量通过液态金属铅铋冷却剂带给列管式换热器(03)换热产生高压饱和蒸汽。
实施步骤五：燃料棒铅铋冷却剂对流换热流道(07)列管式换热器(03)与铅铋换热流道(08)、堆芯余热排出系统(09)联通，进行堆芯换热与调整堆芯温度梯度，稳态换热，可靠、持续。
实施步骤六：出现事故工况或运行停堆工况时，燃料棒温度传感器(20)高于安全预定值，堆芯控制棒(22)进行调节功率或安全棒落棒。铅铋冷却剂反应釜覆没区(10)内的列管式换热器(03)竖式铅铋流量调节泵(04)堆芯余热排出系统(09)轴流风机(13)制冷系统(12)同时满功率运行，进行堆芯温度调节。停堆后阀门打开冷却剂全部回流到储存罐内。堆芯降到安全温度进行检修。
实施步骤七：故障处理完毕后液态金属冷却剂储存罐(16)温控系统自动保持所需要温度。打开阀门(15)，通过加压把冷却剂重新压入快中子反应釜(01)达到铅铋冷却剂反应釜覆没区(10)进行启动运行。
堆芯区液态金属冷却竖式铅铋流量调节泵(04)可以根据核电站反应堆功率的大小进行变频控制，设置双电机进行一备一用。
Claims (6)
1.一种模块化铅铋快堆液态金属冷却剂核岛系统其特征是：系统由中子反应釜(01)、MOX混合燃料棒(02)、列管式换热器(03)、竖式铅铋流量调节泵(04)、泵铅铋冷却剂入口(05)、泵铅铋冷却剂出口(06)、燃料棒铅铋冷却剂对流换热流道(07)、蒸汽发生器与铅铋换热流道(08)、堆芯余热排出系统(09)、铅铋冷却剂反应釜覆没区(10)、铅铋冷却剂氧控系统(11)、制冷系统(12)、轴流风机(13)、反应釜风道(14)、阀门(15)、液态金属冷却剂储存罐(16)、冷却剂膨胀空间(17)、温度传感器(18)、冷却剂堆芯出口温度传感器(19)、燃料棒温度传感器(20)强中子发生器(21)、堆芯控制棒(22)构成。
2.如权利要求1所述模块化铅铋快堆液态金属冷却剂核岛系统其特征是：MOX混合燃料棒(02)、列管式换热器(03)、竖式铅铋流量调节泵(04)、堆芯余热排出系统(09)、、铅铋冷却剂氧控系统(11)全部设置在反应釜内部。减少系统维护和泄露安全隐患。
3.一种模块化铅铋快堆液态金属冷却剂核岛系统其特征是：安装在燃料棒温度传感器(20)、冷却剂流道出口温度传感器(19)，实时采集的温度信息反馈至冷却剂循环主泵(04)当燃料棒温度传感器(20)和冷却剂堆芯出口温度传感器(19)温度高于预定值，竖式铅铋流量调节泵(04)通过流速来调节堆芯温度，达到两区域温度的稳态运行。
4.一种模块化铅铋快堆液态金属冷却剂核岛系统其特征是：反应釜液态金属冷却剂覆没区(10)、冷却剂膨胀空间(17)并充满惰性气体进行保护和还原气体置换，通过铅铋冷却剂氧控系统(11)控制气象空间的氧浓度。保证液态金属长期安全可靠使用。液态金属铅铋冷却剂在失热的情况下通过自然对流换热使得核岛变得固有安全性从而保证堆芯不会融化保持安全稳定状态下运行。能够有足够的时间停堆检修。
5.一种模块化铅铋快堆液态金属冷却剂核岛系统其特征是：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(10)里面余热排出系统(09)启动，通过外置高速循环水泵冷却堆芯，同时安装在反应釜底部外置轴流风机(13)制冷系统(12)启动制冷冷媒给反应釜表面快速降温，从而给反应釜和堆芯排出余热。
6.一种模块化铅铋快堆液态金属冷却剂核岛系统其特征是：故障处理完毕后液态金属冷却剂储存罐(16)温控系统自动保持所需要温度。打开阀门(15)，通过加压把冷却剂重新压入快中子反应釜(01)达到液态金属冷却剂反应釜覆没区(10)进行启动运行。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116153535A (zh) * | 2022-10-21 | 2023-05-23 | 合肥裕升热工技术有限公司 | 一种铅基反应堆应急余热排出组合系统 |
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2022
- 2022-08-29 CN CN202211068339.6A patent/CN115394463A/zh active Pending
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