CN203026156U - 大型非能动核电厂熔融物堆内和堆外滞留相结合的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种大型非能动核电厂熔融物堆内和堆外滞留相结合的装置，包括混凝土牺牲层（4）、堆芯捕集器腔室（7）、堆芯捕集器难熔层（8）、冷却通道入口（9）、冷却通道出口（10）和堆芯捕集器底部冷却通道（11）。本实用新型提出了一套熔融物堆外冷却与IVR系统进行有机结合的装置，当IVR成功时，可以实现熔融物的堆内滞留；当IVR失效以后，通过堆芯捕集器底部冷却通道的非能动冷却，实现熔融物的堆外滞留，从而增强大型非能动压水堆核电厂缓解严重事故的能力。

Description

大型非能动核电厂熔融物堆内和堆外滞留相结合的装置

技术领域

本实用新型涉及大型非能动压水堆技术领域，具体涉及一种大型非能动核电厂熔融物堆内和堆外滞留相结合的装置。

背景技术

堆芯捕集器技术的使用可以使压力容器出来的熔融物有效的滞留在某一装置中，通过采用相应的熔融物堆外冷却技术，可以有效防止堆芯熔融物与混凝土的相互作用，从而减小安全壳底部熔穿的风险，并显著减少裂变产物向环境的释放，极大降低严重事故下的放射性后果。

在现有的大型非能动压水堆核电厂的设计中，采用了熔融物堆内滞留（In-vessel retention）的技术来确保反应堆压力容器下封头不发生失效，从而防止堆外蒸汽爆炸和熔融物与混凝土相互作用的发生。然而，IVR的成功需要满足一定的条件。因此，IVR也有失效的风险，IVR失效后，堆芯熔融物将从压力容器向堆腔释放，如果堆腔内有大量的水，将发生蒸汽爆炸，堆芯熔融物与混凝土的相互作用也随之发生，极有可能导致大量放射性物质向环境释放。因此，需要在原有IVR技术的基础之上，增设一套熔融物堆外滞留装置，在IVR失效后，可以有效滞留堆芯熔融物，防止地板熔穿等事件的发生，从而实现堆内熔融物滞留与堆外熔融物滞留的有机结合，实现核电厂安全的纵深防御。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种大型非能动核电厂熔融物堆内和堆外滞留相结合的装置,在原堆腔基础之上再往下设计一个腔室，并且原堆腔的混凝土底板作为牺牲材料,当IVR成功时实现熔融物堆内滞留，当IVR失效时实施熔融物的堆外滞留。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为，一种大型非能动核电厂熔融物堆内和堆外滞留相结合的装置，包括混凝土牺牲层、堆芯捕集器腔室、堆芯捕集器难熔层、冷却通道入口、冷却通道出口和堆芯捕集器底部冷却通道；其中，反应堆堆腔底部设置有混凝土牺牲层，混凝土牺牲层下部设有密封的堆芯捕集器腔室，堆芯捕集器腔室下部设置锅状的堆芯捕集器难熔层，堆芯捕集器难熔层下部沿圆周布置有圆环形的堆芯捕集器底部冷却通道，堆芯捕集器底部冷却通道上设有冷却通道入口、冷却通道出口，堆芯捕集器腔室、堆芯捕集器难熔层、堆芯捕集器底部冷却通道一起组成堆芯捕集器。

所述堆芯捕集器采用难熔材料制成，优选氧化镁或者氧化锆。

所述堆芯捕集器底部冷却通道采用非能动设计，从位置较高的储水箱向堆芯捕集器底部冷却通道进行重力注射，通过吸收堆芯捕集器的热量，汽水混合物从堆芯捕集器底部冷却通道的出口出去，后续经过水蒸汽凝结和收集，又重新回至储水箱内，从而实现非能动的冷却。

所述混凝土牺牲层的厚度在0.2m-4m之间。

本实用新型的进步之处在于：提出了一套熔融物堆外冷却与IVR系统进行有机结合的装置，当IVR成功时，可以实现熔融物的堆内滞留；当IVR失效以后，可以先将熔融物收集在反应堆堆腔内，通过不断侵蚀混凝土底板，在混凝土底板被熔穿以后，熔融物将进入堆芯捕集器难熔层，通过堆芯捕集器底部冷却通道的非能动冷却，实现熔融物的堆外滞留，从而增强大型非能动压水堆核电厂缓解严重事故的能力。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中，1—反应堆压力容器；2—保温层出口；3—保温层；4—混凝土牺牲层；5—堆腔注水入口；6—反应堆堆腔；7—堆芯捕集器腔室；8—堆芯捕集器难熔层；9—冷却通道入口；10—冷却通道出口；11—堆芯捕集器底部冷却通道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步描述。

本实用新型的技术方案为，一种大型非能动核电厂熔融物堆内和堆外滞留相结合的装置，如图1所示，包括混凝土牺牲层4、堆芯捕集器腔室7、堆芯捕集器难熔层8、冷却通道入口9、冷却通道出口10和堆芯捕集器底部冷却通道11；其中，反应堆堆腔6底部设置有混凝土牺牲层4，厚度在0.2m-4m之间，混凝土牺牲层4下部设有密封的堆芯捕集器腔室7，堆芯捕集器采用难熔材料制成，优选氧化镁或者氧化锆，堆芯捕集器腔室7下部设置锅状的堆芯捕集器难熔层8，堆芯捕集器难熔层8下部沿圆周布置有圆环形的堆芯捕集器底部冷却通道11，堆芯捕集器底部冷却通道11上设有冷却通道入口9、冷却通道出口10，堆芯捕集器腔室7、堆芯捕集器难熔层8、堆芯捕集器底部冷却通道11一起组成堆芯捕集器，反应堆压力容器1、保温层出口2、保温层3、堆腔注水入口5、反应堆堆腔6为现有设备。

当核电厂发生严重事故时，堆芯开始熔化和坍塌，熔融物逐渐聚集在反应堆压力容器1的下腔室，为了缓解严重事故的后果，首先起作用的是IVR功能，冷却水通过堆腔注水入口5进入反应堆堆腔6，反应堆堆腔6内的水位逐渐升高，并且在保温层3内建立两相自然循环，水蒸汽从保温层出口2出来。IVR功能成功执行时，堆芯熔融物的衰变热可以通过反应堆压力容器1的壁面导出，从而保持了压力容器的完整性。

当IVR功能无法成功执行时，堆芯熔融物聚集在反应堆压力容器1的下腔室，由于熔融物衰变热的作用导致压力容器下封头失效，堆芯熔融物将落入反应堆堆腔6；与下落的堆芯熔融物接触的是反应堆堆腔的混凝土牺牲层4。堆芯熔融物将与混凝土发生相互作用导致混凝土不断消融。在这个过程中，混凝土牺牲层4起到了牺牲材料的作用，它可以对堆芯熔融物起到稀释的作用，也能一定程度上降低堆芯熔融物的温度，同时也可以缓解熔融物从压力容器1下落时的热冲击作用，从而起到保护下部堆芯捕集器的作用。此外，如果发生压力容器外的蒸汽爆炸，反应堆堆腔6可以作为牺牲腔室，这样就可以起到缓解蒸汽爆炸后果的作用。当混凝土牺牲层4熔穿以后，熔融物将落入堆芯捕集器腔室7，从而到达堆芯捕集器难熔层8，堆芯捕集器难熔层8能将熔融物收集起来；堆芯捕集器难熔层8的底部设有堆芯捕集器底部冷却通道11，堆芯捕集器底部冷却通道11内的冷却水通过位置较高的储水箱向冷却通道入口9进行重力注射，冷却水通过吸收堆芯捕集器的热量后变成汽水混合物。冷却通道出口10的水蒸汽进入安全壳以后，通过非能动安全壳冷却系统进行冷凝，冷凝水又被重新收集进入储水箱，从而实现冷却水-水蒸汽-冷却水的自然循环。通过上述装置功能的实现，熔融物将被有效滞留和冷却在堆芯捕集器内，从而缓解了严重事故的后果。

上面对本实用新型的实施例作了详细说明，上述实施方式仅为本实用新型的最优实施例，但是本实用新型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，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (5)

1.一种大型非能动核电厂熔融物堆内和堆外滞留相结合的装置，其特征在于包括混凝土牺牲层（4）、堆芯捕集器腔室（7）、堆芯捕集器难熔层（8）、冷却通道入口（9）、冷却通道出口（10）和堆芯捕集器底部冷却通道（11）；其中，反应堆堆腔（6）底部设置有混凝土牺牲层（4），混凝土牺牲层（4）下部设有密封的堆芯捕集器腔室（7），堆芯捕集器腔室（7）下部设置锅状的堆芯捕集器难熔层（8），堆芯捕集器难熔层（8）下部沿圆周布置有圆环形的堆芯捕集器底部冷却通道（11），堆芯捕集器底部冷却通道（11）上设有冷却通道入口（9）、冷却通道出口（10），堆芯捕集器腔室（7）、堆芯捕集器难熔层（8）、堆芯捕集器底部冷却通道（11）一起组成堆芯捕集器。

2.如权利要求1所述的一种大型非能动核电厂熔融物堆内和堆外滞留相结合的装置，其特征在于堆芯捕集器采用难熔材料制成。

3.如权利要求2所述的一种大型非能动核电厂熔融物堆内和堆外滞留相结合的装置，其特征在于堆芯捕集器材料为氧化镁或者氧化锆。

4.如权利要求1所述的一种大型非能动核电厂熔融物堆内和堆外滞留相结合的装置，其特征在于堆芯捕集器底部冷却通道（11）采用非能动设计，从位置较高的储水箱向堆芯捕集器底部冷却通道（11）进行重力注射，通过吸收堆芯捕集器的热量，汽水混合物从堆芯捕集器底部冷却通道（11）的出口出去，后续经过水蒸汽凝结和收集，又重新回至储水箱内，从而实现非能动的冷却。

5.如权利要求1所述的一种大型非能动核电厂熔融物堆内和堆外滞留相结合的装置，其特征在于混凝土牺牲层（4）的厚度在0.2m～4m之间。

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