CN215577722U - 一种乏燃料余热利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及核能利用技术领域，具体提供了一种乏燃料余热利用系统，包括屏蔽壳体，其内具有空腔，储料室设于所述空腔内；以及第一循环管路、第二循环管路、第三循环管路以及第四循环管路，利用管路和各循环介质的冷热交换，将乏燃料的余热带出乏燃料的储料室，并对水资源进行加热，使得用户能够用到热水。本实用新型在贮料室、屏蔽壳体和各循环管路的多重屏障下，具有很高的辐射防护安全性。同时可有效利用核电厂乏燃料的余热，能实现对外清洁供热或海水淡化效果，进而提高核电厂的能源综合利用率。

Description

一种乏燃料余热利用系统

技术领域

本实用新型涉及核能利用技术领域，具体涉及一种乏燃料余热利用系统。

背景技术

乏燃料是指在核反应堆中发生链式反应后，燃耗深度已达到设计卸料燃耗，从堆芯中卸出且不再在该反应堆中继续使用的核燃料元件。乏燃料离开堆芯后主要通过湿法贮存和干式贮存两种方式进行贮存。其中，在干式贮存中，一般将乏燃料放置在密闭金属容器内，再将金属容器贮存在混凝土或金属屏蔽体里。混凝土或金属屏蔽体内部设置有风道，通过循环空气、二氧化碳或者惰性气体等方式冷却乏燃料，在乏燃料干式贮存由于没有液体水存在，不会产生慢化中子自持裂变反应，更不会产生氢气引发爆炸，具有较高的安全性和较低的运维成本，越来越受到各国的重视。

目前乏燃料干式贮存在设计和应用上主要考虑临界安全、余热导出、防止放射性物质外逸和避免人员接受超过限值的剂量等方面的要求，将其进行冷却处理，造成了热资源的浪费。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的乏燃料在贮存后，为了防止乏燃料的热资源的浪费的缺陷，从而提供一种乏燃料余热利用系统，包括：屏蔽壳体，其内具有空腔，储料室设于所述空腔内；第一循环管路，包括第一循环管和空气冷却器，所述第一循环管的两端与所述空腔连通设置，所述空气冷却器与所述第一循环管连接，第一循环介质在所述空腔和第一循环管以及所述空气冷却器之间进行循环流动；

第二循环管路，包括第二循环管、循环水泵、热泵和中间换热器，所述第二循环管与所述空气冷却器连接，所述热泵、所述循环水泵和所述中间换热器设于所述第二循环管的管路上，第二循环介质在所述第二循环管、循环水泵、热泵和中间换热器之间进行循环流动；

第三循环管路，包括第三循环管，其内供待加热介质通过，所述第三循环管与所述第二循环管对应设置；

所述热泵在所述第三循环管上的位置相对所述第二循环管设置，所述热泵至少包括第一流道，所述第一流道分别与所述空气冷却器和循环水泵连接。

可选地，上述乏燃料余热利用系统中，所述第一循环管路还包括至少一风机，所述风机设于所述空气冷却器和所述屏蔽壳体之间的第一循环管上，以驱动所述第一循环介质在所述第一循环管中流动。

可选地，上述乏燃料余热利用系统中，所述第一循环管路还包括至少一辅助循环管，至少一所述辅助循环管的两端跨设于所述空气冷却器的两端的第一循环管上。

可选地，上述乏燃料余热利用系统中，还包括第四循环管路，其包括第四循环管，所述第四循环管供第三循环介质通过，所述第四循环管分别与所述中间换热器和所述热泵连接。

可选地，上述乏燃料余热利用系统中，所述第四循环管路还包括汽轮机和凝汽器，其位于所述第四循环管的管路上。

可选地，上述乏燃料余热利用系统中，所述第二循环管还至少包括第五管路和第六管路，所述热泵与循环水泵、空气冷却器、第五管路和第六管路形成第二循环管路。

可选地，上述乏燃料余热利用系统中，所述热泵至少还包括第二流道，所述第四循环管还至少包括第七管路、第八管路；

所述热泵的第二流道与第七管路和第八管路连接，第七管路和第八管路作为高品位热能管线是热泵的驱动能源。

可选地，上述乏燃料余热利用系统中，所述热泵至少还包括第三流道；所述第三循环管还至少包括第九管路和第十管路；

所述第三流道至少与热用户连接，以形成用热回路，所述热用户输出的低温水经第十管路进入到热泵的第三流道进行热交换，升温后形成高温水经第九管路重新返回热用户。

可选地，上述乏燃料余热利用系统中，在所述第一循环管和辅助循环管中的至少一个上设置至少一个风阀。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

本实用新型提供的乏燃料余热利用系统，利用管路和冷热交换，将乏燃料的余热带出乏燃料的储料室，并对水资源进行加热，使得用户能够用到热水。本实用新型通过多重循环加热的方式，具有很高的辐射防护安全性。同时可有效利用核电厂乏燃料的余热，能实现对外清洁供热或海水淡化效果，进而提高核电厂的能源综合利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型的实施方式中提供的余热利用系统图；

附图标记说明：

1、第一循环管路；1001-第一管路；1002-第二管路；1003-第三管路；1004-第四管路；101-屏蔽壳体；102-第一风阀；103-第二风阀；104-第三风阀；105-第四风阀；106-第五风阀；107-风机；108-第六风阀；109-第七风阀；110-空气冷却器；111-储料室；

2、第二循环管路；2001-第五管路；2002-第六管路；2003-第七管路；2004-第八管路；201-循环水泵；202-热泵；203-中间换热器；204-凝汽器；205-汽轮机；3、第三循环管路；3001-第九管路；3002-第十管路；3003-第十一管路；301-热用户；

4、第四循环管路。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

本实施例记载了一种乏燃料的余热利用系统，参见图1，该余热利用系统包括屏蔽装置，该屏蔽装置包括屏蔽壳体101，在该屏蔽壳体101内设置空腔，将储存乏燃料的储料室111设置在该空腔内，该储料室111也采用屏蔽壳体101，以使环境辐射剂量低于规定限值，且该屏蔽装置的屏蔽壳体101为全封闭室密封，可有效阻止屏蔽罐内的放射性物质释放。

本实施例中的余热利用系统还包括第一循环管路1、第二循环管路2、第三循环管路3和第四循环管路4，利用各循环管路能够对热用户301的水进行加热。

具体的，上述第一循环管路1包括第一循环管和空气冷却器110，该第一循环管的两端与上述空腔连通设置，其具体包括第一管路1001、第二管路1002和第三管路1003，该空气冷却器110的一端通过第一循环管的第二管路1002和第三管路1003连接，该空气冷却器110的另一端通过第三管路1003和第一管路1001连接，第一循环介质在所述空腔和第一循环管以及所述空气冷却器110之间进行循环流动。第二循环管路2包括第二循环管、循环水泵201、热泵202和中间换热器203，该第二循环管与空气冷却器110连接，热泵202、循环水泵201和中间换热器203设于第二循环管的管路上，第二循环介质在所述第二循环管、循环水泵201、热泵202和中间换热器203之间进行循环流动。

在具体设置时，将第二循环管与空气冷却器110连接，具体的，该第一循环介质可以是空气，第二循环介质可以采用水，当然第二循环介质也可以为其他热传递性能好的液体介质，空气冷却器110包括第一流道和第二流道，其中第一流道的两端与第一循环管连通，第二流道的两端与第二循环管接通，当空气沿第一循环管通过屏蔽壳体101的空腔时，空气能够吸收乏燃料释放的余热，即被乏燃料释放的余热加热，完成热量的传递，被加热过的空气在第一循环管内输送到第二流道的位置，将水或者其他第二循环介质进行加热，以此完成了乏燃料加热第二循环介质的工序。

上述第三循环管路3包括第三循环管，其内供待加热介质通过，该第三循环管与第二循环管对应设置，上述热泵202在第三循环管上的位置相对第二循环管设置，且该热泵202至少包括第一流道，该第一流道分别与空气冷却器110和循环水泵201连接，所述热泵202的第一流道入口与空气冷却器110的第二流道的出口连接，该第一流道出口与循环水泵201的入口连接，该循环水泵201的出口与空气冷却器110的第二流道入口连接。

空气在第一循环管中进行闭式循环并吸收乏燃料的余热完成空气的加热，即沿着第一循环管进入储料室111的腔体内将乏燃料余热带出，然后经空气冷却器110的第一流道，将乏燃料余热传递到空气冷却器110的第二流道循环水，进而加热第二循环管内的水，循环水泵201驱动循环水在第二循环管路2进行闭式循环，从第二流道输出的加热循环水作为热泵202的低温热源供水。

本实施例中，上述乏燃料余热利用系统的第一循环管路1还包括至少一风机107，该风机107设于所述空气冷却器110和所述屏蔽壳体101之间的第一循环管上，以驱动所述第一循环介质在所述第一循环管中流动。

具体的，上述第一循环管路1还包括至少一辅助循环管，至少一辅助循环管的两端跨设于空气冷却器110的两端的第一循环管上，实现了可以多管道输送循环介质的效果，参见图1，辅助循环管的数量为2个，分别为第四管路1004和第十一管路3003，分别与第三管路1003并联连通

本实施例中，上述乏燃料余热利用系统还包括第四循环管路4，该第四循环管路4包括第四循环管、汽轮机205和凝汽器204，其中该第四循环管分别与上述中间换热器203和上述热泵202连接，用于供第三循环介质通过，具体的，该汽轮机205和凝汽器204位于该第四循环管的管路上，汽轮机205提供的高品质能量进入热泵202，降温后进入中间换热器203(中间换热器203将第二循环管路2的冷却水加热)，最后进入凝汽器204。

其中，上述乏燃料余热利用系统中，所述热泵202至少还包括第二流道和第三流道，上述第二循环管还至少包括第五管路2001和第六管路2002，该热泵202与循环水泵201、空气冷却器110、第五管路2001和第六管路2002形成第二循环管路2；

上述第四循环管还至少包括第七管路2003、第八管路2004，第三循环管还至少包括第九管路3001和第十管路3002，上述热泵202的第二流道与第七管路2003和第八管路2004连接，第七管路2003和第八管路2004作为高品位热能管线是热泵202的驱动能源，该第三流道至少与热用户301连接，以形成用热回路，该热用户301输出的低温水经第十管路3002进入到热泵202的第三流道进行热交换，升温后形成高温水经第九管路3001重新返回热用户301。

本实施例中，为进一步提高热能利用率，上述中间换热器203第一流道入口连接空气冷却器110第二流道出口，中间换热器203第一流道出口连接热泵202第一流道入口。所述中间换热器203第二流道入口连接热泵202第二流道出口，所述中间换热器203第二流道出口连接核电厂凝汽器204。

本实施例中，上述乏燃料余热利用系统中，在第一循环管和辅助循环管中的至少一个上设置至少一个风阀，具体的，参见图1，该风阀分别依次为第一风阀102至第八风阀，当空气冷却器110发生故障时，开启第一风阀102、第三风阀104、第六风阀108，关闭第二风阀103、第四风阀105、第五风阀106，采用室外空气载出乏燃料余热。

当上述风机107发生故障时，开启第一风阀102、第八风阀，关闭第二风阀103、第三风阀104、第四风阀105、第五风阀106、第七风阀109，利用空气自然循环载出乏燃料余热。

本实施中，上述热用户301可以是区域供热网或者海水淡化装置，上述乏燃料屏蔽壳体101的进、排风口设计为迷宫式结构，以避免辐射直接外溢，在第一循环管路1上设置有备用风机107和备用空冷器110，以提高系统的稳定性。

本实用新型工作原理如下：

风机107驱动空气在第一循环管路1中进行闭式循环冷却，空气进入乏燃料屏蔽壳体101将乏燃料储料室111内部的乏燃料余热带出，经空气冷却器110第一流道，将乏燃料余热传递到空气冷却器110第二流道循环水。

循环水泵201驱动循环水在第二循环管路2中进行闭式循环，循环水经空气冷却器110第二流道时吸收空气冷却器110第一流道带出的乏燃料余热，空气冷却器110第二流道输出的加热循环水作为热泵202的低温热源供水。

汽轮机205抽取部分气源驱动热泵202吸收换热回路循环水热量，输出高温水供热用户301使用。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种乏燃料余热利用系统，其特征在于，包括：

屏蔽壳体(101)，其内具有空腔，储料室(111)设于所述空腔内；

第一循环管路(1)，包括第一循环管和空气冷却器(110)，所述第一循环管的两端与所述空腔连通设置，所述空气冷却器(110)与所述第一循环管连接，第一循环介质在所述空腔和第一循环管以及所述空气冷却器(110)之间进行循环流动；

第二循环管路(2)，包括第二循环管、循环水泵(201)、热泵(202)和中间换热器(203)，所述第二循环管与所述空气冷却器(110)连接，所述热泵(202)、所述循环水泵(201)和所述中间换热器(203)设于所述第二循环管的管路上，第二循环介质在所述第二循环管、循环水泵(201)、热泵(202)和中间换热器(203)之间进行循环流动；

第三循环管路(3)，包括第三循环管，其内供待加热介质通过，所述第三循环管与所述第二循环管对应设置；

所述热泵(202)在所述第三循环管上的位置相对所述第二循环管设置，所述热泵(202)至少包括第一流道，所述第一流道分别与所述空气冷却器(110)和循环水泵(201)连接。

2.根据权利要求1所述的乏燃料余热利用系统，其特征在于，所述第一循环管路(1)还包括至少一风机(107)，所述风机(107)设于所述空气冷却器(110)和所述屏蔽壳体(101)之间的第一循环管上，以驱动所述第一循环介质在所述第一循环管中流动。

3.根据权利要求1或2所述的乏燃料余热利用系统，其特征在于，所述第一循环管路(1)还包括至少一辅助循环管，至少一所述辅助循环管的两端跨设于所述空气冷却器(110)的两端的第一循环管上。

4.根据权利要求3所述的乏燃料余热利用系统，其特征在于，还包括第四循环管路(4)，其包括第四循环管，所述第四循环管供第三循环介质通过，所述第四循环管分别与所述中间换热器(203)和所述热泵(202)连接。

5.根据权利要求4所述的乏燃料余热利用系统，其特征在于，所述第四循环管路(4)还包括汽轮机(205)和凝汽器(204)，其位于所述第四循环管的管路上。

6.根据权利要求5所述的乏燃料余热利用系统，其特征在于，所述第二循环管还至少包括第五管路(2001)和第六管路(2002)，所述热泵(202)与循环水泵(201)、空气冷却器(110)、第五管路(2001)和第六管路(2002)形成第二循环管路(2)。

7.根据权利要求6所述的乏燃料余热利用系统，其特征在于，所述热泵(202)至少还包括第二流道，所述第四循环管还至少包括第七管路(2003)、第八管路(2004)；

所述热泵(202)的第二流道与第七管路(2003)和第八管路(2004)连接，第七管路(2003)和第八管路(2004)作为高品位热能管线是热泵(202)的驱动能源。

8.根据权利要求7所述的乏燃料余热利用系统，其特征在于，所述热泵(202)至少还包括第三流道；所述第三循环管还至少包括第九管路(3001)和第十管路(3002)；

所述第三流道至少与热用户(301)连接，以形成用热回路，所述热用户(301)输出的低温水经第十管路(3002)进入到热泵(202)的第三流道进行热交换，升温后形成高温水经第九管路(3001)重新返回热用户(301)。

9.根据权利要求8所述的乏燃料余热利用系统，其特征在于，在所述第一循环管和辅助循环管中的至少一个上设置至少一个风阀。

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