CN208154436U - 用于地下中子能电站的余热采集利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于地下中子能电站的余热采集利用系统，其用于采集所述地下中子能电站运营过程中的余热，所述余热采集利用系统包括：主发电系统余热采集利用回路，其具有与所述地下中子能电站的发电系统相连的第一换热器，所述第一换热器与第一热阱相连，所述发电系统与所述地下中子能电站的能量产生系统相连；屏蔽结构余热采集利用回路，其具有依次相连的换热管、第二换热器和第二热阱，所述换热管设置在所述能量产生系统的外周侧。本实用新型能解决地下中子能电站运营过程中余热的采集利用问题，提高能源使用效率，促进核设施的安全运行。

Description

用于地下中子能电站的余热采集利用系统

技术领域

本实用新型涉及地下能源和核电技术领域，尤其涉及一种用于地下中子能电站的余热采集利用系统。

背景技术

地下中子能电站的能量产生系统采用高速中子轰击铀矿(铀238)进而释放出大量的能量，能量产生系统采用铅或铅铋合金作为冷却剂，可以实现能量产生系统的小型化。在正常运营过程中，能量产生系统周围将存在大量的余热，同时经过发电系统的蒸汽也将具有较高的能量，据初步测算，地下中子能电站只将能量产生系统释放能量的30％转换为电能，而其余70％的能量将以余热的形式存在。如何导出和利用好地下中子能电站70％的余热，对于地下中子能电站的能源高效利用和安全运行具有重大意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于地下中子能电站的余热采集利用系统，解决地下中子能电站运营过程中产生的余热采集利用问题，从而提高能源使用效率，促进核设施的安全运行。

本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本实用新型提供一种用于地下中子能电站的余热采集利用系统，其用于采集所述地下中子能电站运营过程中的余热，所述余热采集利用系统包括：

主发电系统余热采集利用回路，其具有与所述地下中子能电站的发电系统相连的第一换热器，所述第一换热器与第一热阱相连，所述发电系统与所述地下中子能电站的能量产生系统相连；

屏蔽结构余热采集利用回路，其具有依次相连的换热管、第二换热器和第二热阱，所述换热管设置在所述能量产生系统的外周侧。

在本实用新型的实施方式中，所述余热采集利用系统还包括：堆芯余热采集利用回路，其具有依次相连的冷却水箱、第三换热器和第三热阱，所述冷却水箱设置在所述能量产生系统的下部。

在本实用新型的实施方式中，所述能量产生系统放置在位于地下的防核素迁移屏障体内，所述防核素迁移屏障体具有容纳腔，所述发电系统具有依次相连的蒸汽发生器、汽轮机和发电机，所述蒸汽发生器与所述能量产生系统相连，其位于所述容纳腔的上部。

在本实用新型的实施方式中，所述换热管包括相连接的环向换热管和竖向换热管，所述竖向换热管位于所述容纳腔的周侧壁处，所述环向换热管埋设在所述防核素迁移屏障体中。

在本实用新型的实施方式中，所述竖向换热管具有相连接的竖向进水管和竖向出水管，所述环向换热管具有环向进水管和环向出水管，所述环向进水管与所述竖向进水管相连，所述环向出水管与所述竖向出水管相连。

在本实用新型的实施方式中，所述竖向出水管靠近所述防核素迁移屏障体设置，所述竖向进水管靠近所述能量产生系统设置。

在本实用新型的实施方式中，所述冷却水箱与所述第三换热器之间通过第一管路相连，所述第三换热器与所述第三热阱之间通过第二管路相连，所述第一管路上设有用于控制循环水速度的第一循环泵。

在本实用新型的实施方式中，所述换热管与所述第二换热器之间通过第三管路相连，所述第二换热器与所述第二热阱之间通过第四管路相连，所述第三管路上设有用于控制循环水速度的第二循环泵。

在本实用新型的实施方式中，所述蒸汽发生器和所述汽轮机之间通过第五管路相连，所述第一换热器连接在所述第五管路上，所述第一换热器与所述第一热阱之间通过第六管路相连。

在本实用新型的实施方式中，所述第一热阱、所述第二热阱和所述第三热阱分别连接有外部供热系统。

本实用新型的用于地下中子能电站的余热采集利用系统的特点及优点是：该余热采集利用系统能有效采集和利用地下中子能电站整个能量产生过程中的余热，从而提高能源使用效率，促进能量产生系统的堆芯余热排出，防止过热熔堆，确保能量产生系统的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的用于地下中子能电站的余热采集利用系统的结构示意图。

图2为本实用新型的换热管的结构示意图。

附图标号说明：1、主发电系统余热采集利用回路；11、第一换热器；12、第六管路；121、进水管；122、出水管；2、屏蔽结构余热采集利用回路；21、换热管；211、环向换热管；2111、环向进水管；2112、环向出水管；212、竖向换热管；2121、竖向进水管；2122、竖向出水管；22、第二换热器；23、第三管路；231、进水管；232、出水管；233、第二循环泵；24、第四管路；241、出水管；242、进水管；3、堆芯余热采集利用回路；31、冷却水箱；32、第三换热器；33、第一管路；331、进水管；332、出水管；333、第一循环泵；34、第二管路；341、进水管；342、出水管；4、热阱；41、回路；5、能量产生系统；51、堆芯；6、防核素迁移屏障体；61、容纳腔；7、发电系统；71、蒸汽发生器；72、汽轮机；73、发电机；74、第五管路；741、出水管；742、进水管；8、供热系统。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型提供一种用于地下中子能电站的余热采集利用系统，其用于采集所述地下中子能电站运营过程中的余热，所述余热采集利用系统包括：

主发电系统余热采集利用回路1，其具有与所述地下中子能电站的发电系统7相连的第一换热器11，所述第一换热器11与第一热阱相连，所述发电系统7与所述地下中子能电站的能量产生系统5相连；

屏蔽结构余热采集利用回路2，其具有依次相连的换热管21、第二换热器22和第二热阱，所述换热管21设置在所述能量产生系统5的外周侧。

依据地下中子能电站的运营状态，能量产生系统5的周围会存在大量的余热，同时经过发电系统7的蒸汽也将具有较高的能量，本实用新型的余热采集利用系统通过主发电系统余热采集利用回路1采集发电系统7产生的余热，并通过屏蔽结构余热采集利用回路2采集能量产生系统5产生的余热，从而高效利用了地下中子能电站的能源，并对地下中子能电站的安全运行提供保障。

进一步的，该余热采集利用系统还包括堆芯余热采集利用回路3，其具有依次相连的冷却水箱31、第三换热器32和第三热阱，该冷却水箱31设置在能量产生系统5的下部。该堆芯余热采集利用回路3也可用于采集能量产生系统5产生的余热。

由此可知，依据地下中子能电站的运营状态，在一可行的实施例中，该余热采集利用系统可选择开启主发电系统余热采集利用回路1和屏蔽结构余热采集利用回路2，以便采集地下中子能电站运营过程中的余热；在另一可行的实施例中，该余热采集利用系统可选择开启堆芯余热采集利用回路3、屏蔽结构余热采集利用回路2和主发电系统余热采集利用回路1，以便更加全面地采集地下中子能电站运营过程中的余热。

该用于地下中子能电站的余热采集利用系统的三个余热采集利用回路，也即，堆芯余热采集利用回路3、屏蔽结构余热采集利用回路2和主发电系统余热采集利用回路1，相互独立且互不干扰，增加了本实用新型的余热采集利用的效率。

地下中子能电站的能量产生系统5是地下中子能电站的核心，是能量产生的具体单位，该能量产生系统5的堆芯51是燃料反应的主要场所，将产生较高的能量，该能量产生系统5放置在位于地下的防核素迁移屏障体6内，该防核素迁移屏障体6具有容纳腔61，该能量产生系统5位于容纳腔61中。发电系统7具有依次相连的蒸汽发生器71、汽轮机72和发电机73，该蒸汽发生器71与能量产生系统5相连，其位于容纳腔61的上部，该发电系统7用于将能量产生系统5释放的能量转换为电能。

下面具体描述用于地下中子能电站的余热采集利用系统的三个余热采集利用回路的结构：

该主发电系统余热采集利用回路1主要采集发电系统7的剩余高温蒸汽，以便再利用，其具有与发电系统7相连的第一换热器11，该第一换热器11与第一热阱相连。其中，发电系统7的蒸汽发生器71和汽轮机72之间通过第五管路74相连，该第一换热器11连接在第五管路74上，也即，该蒸汽发生器71、汽轮机72和第一换热器11之间通过第五管路74首尾相连；该第一换热器11和第一热阱之间通过第六管路12相连。

在本实用新型中，发电系统7通过蒸汽发生器71实现与能量产生系统5的连接，该蒸汽发生器71位于容纳腔61的上部，该蒸汽发生器71通过内置管路实现与能量产生系统5的堆芯51中的铅或铅铋合金进行热交换，并产生高温高压蒸汽，该高温高压蒸汽首先通过第五管路74的出水管741推动汽轮机72转动，进而使发电机73产生电能，并实现与外界的传递，经过汽轮机72的蒸汽仍具有较高的温度，其会通过第一换热器11实现与第一热阱的热交换，然后变为冷凝水，再经过第五管路74的进水管742回流到蒸汽发生器71。在本实用新型的一实施例中，可根据需要，在第一换热器11与第一热阱的第六管路12上设置加速泵，来加速回路中的循环。经第一换热器11加热后的第六管路12中的高温水，经第六管路12的进水管121与第一热阱发生热交换，将能量聚集在第一热阱中，热交换以后的冷却水通过第六管路12的出水管122继续流回第一换热器11处进行循环使用。

该屏蔽结构余热采集利用回路2主要采集能量产生系统5的余热，其由两个回路串联组成，两个回路通过第二换热器22实现回路间的热交换。其中，第一个回路由换热管21、第三管路23和第二换热器22组成，换热管21与第二换热器22之间通过第三管路23相连，该第三管路23上设有第二循环泵233，该第二循环泵233用于控制第一个回路中循环水的速度，实现对余热采集的控制；第二个回路由第二换热器22、第四管路24和第二热阱组成，该第二换热器22与第二热阱之间通过第四管路24相连。在本实用新型中，该能量产生系统5的余热通过换热管21实现采集，并通过第三管路23的出水管232经第二换热器22实现与第二个回路的热交换，之后冷却水通过第三管路23的进水管231流回换热管21循环利用，实现第一个回路的闭合。经第二换热器22加热后的第二个回路中的高温水，经第四管路24的进水管242与第二热阱发生热交换，将能量聚集在第二热阱中，热交换以后的冷却水通过第四管路24的出水管241继续流回第二换热器22处进行循环使用。

在本实施例中，如图2所示，换热管21包括相连接的环向换热管211和竖向换热管212，该竖向换热管212位于容纳腔61的周侧壁处，该环向换热管211埋设在防核素迁移屏障体6中。具体的，该竖向换热管212具有相连接的竖向进水管2121和竖向出水管2122，该环向换热管211具有环向进水管2111和环向出水管2112，该环向进水管2111与竖向进水管2121相连，该环向出水管2112与竖向出水管2122相连。其中，竖向出水管2122靠近防核素迁移屏障体6设置，该竖向进水管2121靠近能量产生系统5设置。在本实用新型中，该竖向换热管212绕能量产生系统5的外周环形均匀布置，这样可以增加竖向换热管212的换热面积，以最大程度地将能量产生系统5的余热带走，该环向换热管211在防核素迁移屏障体6的铅粉混凝土层中沿环向布置，根据换热需要，该环向换热管211的环向进水管2111和环向出水管2112可均竖向布置一环或多环，在此不做限制。该环向换热管211的环向进水管2111和环向出水管2112分别通过第三管路23的进水管231和出水管232与第二换热器22连接。

该堆芯余热采集利用回路3主要采集能量产生系统5的余热，其由两个回路串联组成，两个回路通过第三换热器32实现回路间的热交换。其中，第一个回路主要由设置在能量产生系统5下部的冷却水箱31、第一管路33和第三换热器32组成，冷却水箱31与第三换热器32之间通过第一管路33相连，该第一管路33上设有第一循环泵333，该第一循环泵333用于控制第一个回路中循环水的速度，实现对能量产生系统5的余热采集的控制；第二个回路主要由第三换热器32、第二管路34和第三热阱组成，该第三换热器32与第三热阱之间通过第二管路34相连。在本实用新型中，冷却水箱31位于防核素迁移屏障体6的容纳腔61下部，该第一个回路中的冷却水首先通过第一管路33的进水管331流经能量产生系统5的下部，在冷却水箱31处实现与能量产生系统5的堆芯51的热交换，之后通过第一管路33的出水管332流回第三换热器32实现与第二个回路的热交换，并变为温度较低的冷却水后通过进水管331回流到冷却水箱31。经第三换热器32加热后第二个回路中的高温水，经第二管路34的进水管341与第三热阱发生热交换，将能量聚集在第三热阱中，热交换以后的冷却水通过第二管路34的出水管342继续流回第三换热器32处进行循环使用。由于冷却水箱31当中的冷却水自身形成第一个回路，该第一个回路不与第三热阱所在的第二个回路发生水交换，因此能避免高放物质的流出，阻止核泄漏。在紧急情况下，可以启动第一个回路中的第一循环泵333，加速冷却水箱31与第三换热器32的水流速率，提高换热效率，加强堆芯51衰变热的导出能力，防止堆芯51过热熔化。

在本实用新型中，该第一热阱、第二热阱和第三热阱可分别连接有外部供热系统8。该第一热阱、第二热阱和第三热阱通过各余热采集利用回路实现余热的再利用，其通过各回路与外界需要热能的供热系统8进行热交换，经交换后的冷却水回流到第一热阱、第二热阱和第三热阱中，实现循环利用。该第一热阱、第二热阱和第三热阱潜在的供热对象，也即该供热系统8，可包括建筑物的地暖系统、冬季供暖系统或游泳池等市政实施等。

本实用新型的用于地下中子能电站的余热采集利用系统采用了三个余热采集利用回路的方式，分别实现堆芯余热、屏障结构余热和主发电系统余热的采集和再利用，具有余热利用面广，潜在利用方式多等优点，有效地提高了地下中子能电站的能源利用效率，较好地解决了70％余热的再利用问题。另外，堆芯余热采集利用回路3和屏蔽结构余热采集利用回路2能有效导出堆芯51余热和堆芯51衰变热，防止堆芯51过热产生的熔堆现象，有利于地下中子能电站的安全。用于地下中子能电站的余热采集利用系统采用多回路并联的方式进行余热采集、余热传递和余热利用，可以有效规避放射性元素通过供热的水回路向外界传递。

在本实用新型的一实施方式中，根据地质条件和岩层状况，可对三个余热采集利用回路进行不同的空间布置；另外，三个余热采集利用回路可以共用一个热阱，也即，第一热阱、第二热阱和第三热阱均为同一个热阱4，在该实施例中，热阱4通过回路41与外界需要热能的供热系统8进行热交换，该热阱4是三个余热采集利用回路的聚集处，便于建设和技术管理，降低了整体投资。或者，本实用新型也可采用上述实施例中所述的第一热阱、第二热阱和第三热阱分开设置的形式，在此不做限制。根据当地实际情况，采集的余热可以用于不同的用途。

以上所述仅为本实用新型的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于地下中子能电站的余热采集利用系统，其特征在于，其用于采集所述地下中子能电站运营过程中的余热，所述余热采集利用系统包括：

主发电系统余热采集利用回路，其具有与所述地下中子能电站的发电系统相连的第一换热器，所述第一换热器与第一热阱相连，所述发电系统与所述地下中子能电站的能量产生系统相连；

屏蔽结构余热采集利用回路，其具有依次相连的换热管、第二换热器和第二热阱，所述换热管设置在所述能量产生系统的外周侧。

2.如权利要求1所述的用于地下中子能电站的余热采集利用系统，其特征在于，所述余热采集利用系统还包括：堆芯余热采集利用回路，其具有依次相连的冷却水箱、第三换热器和第三热阱，所述冷却水箱设置在所述能量产生系统的下部。

3.如权利要求1所述的用于地下中子能电站的余热采集利用系统，其特征在于，所述能量产生系统放置在位于地下的防核素迁移屏障体内，所述防核素迁移屏障体具有容纳腔，所述发电系统具有依次相连的蒸汽发生器、汽轮机和发电机，所述蒸汽发生器与所述能量产生系统相连，其位于所述容纳腔的上部。

4.如权利要求3所述的用于地下中子能电站的余热采集利用系统，其特征在于，所述换热管包括相连接的环向换热管和竖向换热管，所述竖向换热管位于所述容纳腔的周侧壁处，所述环向换热管埋设在所述防核素迁移屏障体中。

5.如权利要求4所述的用于地下中子能电站的余热采集利用系统，其特征在于，所述竖向换热管具有相连接的竖向进水管和竖向出水管，所述环向换热管具有环向进水管和环向出水管，所述环向进水管与所述竖向进水管相连，所述环向出水管与所述竖向出水管相连。

6.如权利要求5所述的用于地下中子能电站的余热采集利用系统，其特征在于，所述竖向出水管靠近所述防核素迁移屏障体设置，所述竖向进水管靠近所述能量产生系统设置。

7.如权利要求2所述的用于地下中子能电站的余热采集利用系统，其特征在于，所述冷却水箱与所述第三换热器之间通过第一管路相连，所述第三换热器与所述第三热阱之间通过第二管路相连，所述第一管路上设有用于控制循环水速度的第一循环泵。

8.如权利要求1所述的用于地下中子能电站的余热采集利用系统，其特征在于，所述换热管与所述第二换热器之间通过第三管路相连，所述第二换热器与所述第二热阱之间通过第四管路相连，所述第三管路上设有用于控制循环水速度的第二循环泵。

9.如权利要求3所述的用于地下中子能电站的余热采集利用系统，其特征在于，所述蒸汽发生器和所述汽轮机之间通过第五管路相连，所述第一换热器连接在所述第五管路上，所述第一换热器与所述第一热阱之间通过第六管路相连。

10.如权利要求2所述的用于地下中子能电站的余热采集利用系统，其特征在于，所述第一热阱、所述第二热阱和所述第三热阱分别连接有外部供热系统。