CN85100179B - 一体化自然循环低温供热核反应堆 - Google Patents

Abstract

本发明是一种一体化自然循环低温供热核反应堆。属于核能在供热领域里的应用。该低温堆增设了充氢自保压系统，提高了压力的稳定性；控制棒采用“对孔式”水力传动机构；注硼系统管路装有射流管；压力壳安全阀的排放管连至容积补偿水箱，二回路采用含氧中性纯水。在反应堆压力壳装有铟一镓辐照回路。单晶硅辐照装置。本发明还可以调节供热参数。供给热蒸汽。因此本装置是一个更为经济和安全的低温供热堆，它对发展核能的综合利用也具有实际意义。

Description

一体化自然循环低温供热核反应堆

本发明属于核能（由核反应堆提供）在供热方面的利用。

联邦德国电站联盟（KWU）在和我国交换核能资料时介绍了他们设计的一体化、自然循环低温供热堆的设计。它在堆内采用蒸汽自保压方式、这就需要在堆内产生足够的含汽量，使堆在运行时的不稳定性有所增加。为了增加堆的安全性，在压力壳上装有安全阀，使安全性增加;但由于装置一套安全阀排放系统，又使建造费用增加。对于控制棒传动机构，西德采用“阶梯套管式”水力传动机构，简化了结构，但步距大，调节性能差，调节用水量大。该堆的注硼系统，在堆内的管路部分直接引向壳内底部，当壳外发生断管时则易于引起堆芯失水事故。上述供热堆是专为冬季供暖而设计的，没有考虑多种用途，因此经济效益较差。

本发明的目的在于提供一种更为经济和安全的低温供热堆，可以在堆装置上综合利用核能。

本发明的要点是，堆内采用充氢自保压方法。一方面用堆内生产的蒸汽来维持压力壳内的压力，另一方面充入氢气到堆腔顶部，这样可以要求蒸汽产量小，提高反应堆的稳定性。并且由于充氢使堆内水含氢量达到饱和，从而可以抑制水的裂解，因此不需要再设置氢氧复合系统，就可以使水中的含氧量达到很低值。

控制棒传动机构采用“对孔式水力传动机构”。和“阶梯套管式”水力传动机构相比具有如下的优点：步距小，调节性能好;所需循环水量少;安全性好，没有可能发生控制棒的意外弹棒事故。

压力壳安全阀的卸压管接入容积补偿水箱内，省去安全阀排放系统，在具有同样安全的条件下。改善了经济性。

改善二回路的水质，使二回路内充满含氧中性纯水，减少了碳钢管路和设备的腐蚀性。当有二回路水漏进一回路的事故发生时，也不会恶化一回路的水质。

在本反应堆装置上可以开展综合利用。为此本堆装有铟-镓辐照回路，依靠堆内的辐照生产作为放射源的材料。在堆内装有单晶硅辐照装置，可以进行辐照操作。反应堆供热系统的热工参数可调，三回路出口处可以得到15.0大气压（其中供应工业用蒸汽时最高可达13.5大气压），190℃的工业用蒸汽或热水，也可以用输出的热能制冷。

本发明的一个实例如图1和图2所示。

图1是5MW低温供热堆装置的回路系统图。在图中可见，本装置共有三个主要回路系统。主回路系统也称一回路系统是在压力壳1之内，这种布置称为一体化布置方法。作为载热剂的水在堆芯2和主换热器3之间依靠自然循环而流通，不用泵。

二回路系统也称中间回路系统，它由主换热器、循环泵4、稳压器5和中间换热器6组成。为了防止在事故情况下，主回路系统的水不向中间回路系统泄漏，中间回路系统的压力略高于主回路系统的压力。同时在中间回路中利用含氧中性纯水，（PH接近于7，符合电厂锅炉水标准），以减少对碳钢管路和设备的腐蚀性。

三回路系统即供热回路系统。由中间换热器出来的热水进入热网8，再由泵7送回中间换热器。

上述三个回路中水的热工参数是：

压力 入口温度 出口温度

一回路 15大气压 178℃ 198℃

二回路 17大气压 110℃ 150℃

三回路 5大气压 60℃ 120℃

为了扩大低温堆的应用范围，三回路可以给出热水或蒸汽，其出口压力可达15大气压（其中供应工业用蒸汽时最高可达13.5大气压），温度可达190℃，这些供热的水也可以用来做为制冷之用。

图中12是压力壳的安全阀，它有专用的管路连向容积补偿水箱10，而后者通过管路分别连向净化系统9和容积补偿系统11。13是剩余发热冷却系统。

图2表示压力壳以内的结构。压力壳12为长园筒形容器，内经为1.8米，内高为6.28米，壁厚为9厘米。材料为22号锅炉钢板。内复不锈钢衬。压力壳放在安全壳内，后者是由低碳钢制成，作为辐照防护的一道屏障。安全壳坐在生物屏蔽层内，生物屏蔽层是由400号水泥制成的厚壁园筒状设备。在生物屏蔽层外，辐照剂量达到工作人员正常接近的标准值以下。

堆芯由燃料元件组件1和控制棒2组成。共有12个燃料组件。每个燃料组件由96根燃料棒组成，其中8个固定棒，在棒束的外面包有元件盒。燃料棒直径为10毫米，包壳为锆-4合金，包壳管内装有丰度为3%的烧结的UO₂燃料块。控制棒为十字型，吸收材料是B₄C，外包不锈钢壳。为了减轻在堆芯上部空间的拥挤状态，采用“对孔式”水力传动机构，传动机构就放在堆芯内，控制棒可以由堆芯向上运动。

整个堆芯坐在下棚板3上，下棚板由吊兰4悬挂，而吊兰则悬挂在压力壳的法兰上。为了保证安全，堆芯的下部设有支承架13。主换热器5由吊兰悬挂在吊兰和压力壳之间的空间内。二回路水的出入口管在压力壳的上盖开孔引出。主回路中的水在堆芯内被加热上升，沿着堆芯上部由吊兰简形成的抽管上升，在顶部转向并进入主换热器。然后水再沿着由压力壳和吊兰之间形成的下降流道从底部进入堆芯。由此可见，加长抽管可以大大增加载热剂水的自然循环的压头。在压力壳内顶部有由蒸汽和充氢（1.6大气压、分压）形成的气腔，用以稳定、维持主回路水的压力。

为了保证在事故条件下能够安全停堆，在反应堆压力壳内装有硼酸注入系统。它由管路6，射流管7和喷咀8组成。在事故情况下高压硼水由射流管进入注硼管路，再由喷咀进入堆芯。如果壳外硼水管发生断裂，堆芯仍然可以被水淹没，不致使压力壳内的水顺断管流出堆外。

9是乏燃料贮存管，这种贮存方式既安全又节省空间，可以降低经济成本。

为了开展核能的综合利用，在反应堆内安装了单晶硅辐照装置11，随时可以进行辐照操作;堆芯周围装有铟-镓回路装置10，它可以通过辐照生产具有广泛用途的r辐照源材料。

Claims (4)

1、一种一体化自然循环低温核供热堆，压力壳内具有自保压式主回路，控制棒水力传动机构、安全阀、注硼系统、二回路换热器及辐照装置，其特征在于自保压式主回路内充以氢气，控制棒的传动机构采用对孔式水力步进机构，安全阀排放管连入容积补偿水箱内，安全注硼系统装有射流管。

2、根据权利要求1所述的供热堆，其特征在于主回路内充氢分压为0.6大气压

3、根据权利要求1所述的供热堆，其特征在于所说的二回路系统内流通含氧中性纯水。

4、根据权利要求1所述的供热堆，其特征在于所说的辐照装置为在供热堆内装有铟-镓辐照回路和单晶硅辐照装置。