WO2024001740A1 - 高温气冷堆燃料元件输送系统及高温气冷堆系统 - Google Patents
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Abstract
高温气冷堆燃料元件输送系统及高温气冷堆系统。高温气冷堆燃料元件输送系统包括燃料供应装置(1)、卸料装置(2)、提升装置(3)和分配阻流装置(4)。卸料装置(2)设于高温气冷堆(8)的下方，卸料装置(2)包括碎球分离装置(201)，碎球分离装置(201)与高温气冷堆(8)的下端相连，提升装置(3)的下端与碎球分离装置(201)的第一出口相连，以将燃料元件提升至预设高度，提升装置(3)的提升最高点高于高温气冷堆(8)的上端，提升装置(3)的提升最低点低于碎球分离装置(201)的下端。分配阻流装置(4)的上端低于提升装置(3)的提升最高点，分配阻流装置(4)的下端高于高温气冷堆(8)的上端，分配阻流装置(4)与提升装置(3)的上端相连，分配阻流装置(4)的第三出口与高温气冷堆(8)的上端相连。
Description
本发明属于反应堆技术领域，具体涉及一种高温气冷堆燃料元件输送系统及高温气冷堆系统。
高温气冷堆通常采用球床式气冷堆技术，燃料元件采用球形几何元件，在正常运行期间要经过连续的循环和装卸料过程，燃料元件从反应堆出来后经过单一化、碎球分离和燃耗测量一系列过程后，未达到燃耗深度要求的燃料元件被重新输送回堆芯，继续发生裂变反应释放能量，而经过多次循环达到燃耗深度要求的燃料元件则作为乏燃料被从系统内卸出排向乏燃料系统，为了保持堆芯由足够的剩余反应性，在排出乏燃料后要向堆芯补充相同数量的新燃料元件，以维持机组正常的功率运行。
相关技术中燃料元件依靠自重从反应堆内卸出流向系统内最低点后，再依靠气力提升方式重新装入反应堆。新燃料元件和乏燃料元件同样要依靠气力提升的方式分别进入反应堆和乏燃料系统。
但是气力运输的方式具有诸多弊端，例如气力提升方式对球形元件的输送速度限制条件苛刻，既不能太快也不能太慢，并且不能同时输送多个燃料元件，这样就限制了燃料元件输送的效率和运行的灵活性。而且气力提升方式所需要的球路输送管道长度过长，燃料元件在管道内长距离运动与壁面发生碰撞和摩擦，容易产生粉尘和碎屑，这些粉尘和碎屑会影响系统内设备运行的稳定性，造成系统非计划停运。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的实施例提供了一种高温气冷堆燃料元件输送系统。
本发明实施例的高温气冷堆燃料元件输送系统包括燃料供应装置、卸料装置、提升装置和分配阻流装置。
所述燃料供应装置设于所述高温气冷堆的上方且与所述高温气冷堆的上端相连；
所述卸料装置设于所述高温气冷堆的下方，所述卸料装置包括碎球分离装置，所述碎球分离装置具有第一进口，所述第一进口与所述高温气冷堆的下端相连，所述碎球分离装置还具有第一出口和第二出口；
所述提升装置的下端与所述第一出口相连，以将燃料元件提升至预设高度，所述提升装置的提升最高点高于所述高温气冷堆的上端，所述提升装置的提升最低点低于所述碎球分离装置的下端；
所述分配阻流装置的上端低于所述提升装置的提升最高点，所述分配阻流装置的下端高于所述高温气冷堆的上端，所述分配阻流装置具有第二进口，所述第二进口与所述提升装置的上端相连，
所述分配阻流装置还具有第三出口，所述第三出口与所述高温气冷堆的上端相
连。
在一些实施例中，本发明实施例的高温气冷堆燃料元件输送系统还包括换向器和停堆暂存装置，所述换向器设于所述提升装置与所述分配阻流装置之间；
所述换向器的一端与所述提升装置相连，所述换向器的另一端在与所述分配阻流装置相连的第一状态和与所述停堆暂存装置相连的第二状态可切换；
所述停堆暂存装置具有辅助冷却装置。
在一些实施例中，所述提升装置包括多个提升机，多个所述提升机在上下方向上由下至上通过连接管依次相连。
在一些实施例中，所述连接管具有其长度方向相对的第一端和第二端，所述第一端位于所述第二端的上方，所述第一端与相邻所述提升机中的位于下方的提升机的上端相连，所述第二端与相邻所述提升机中位于上方的提升机的下端相连。
在一些实施例中，本发明实施例的高温气冷堆燃料元件输送系统还包括乏燃料暂存装置，所述乏燃料暂存装置设于所述分配阻流装置的下方，所述分配阻流装置还具有第四出口，所述乏燃料暂存装置的上端与所述第四出口相连。
在一些实施例中，所述卸料装置还包括碎料收集罐，所述碎料收集罐与所述碎球分离装置的所述第二出口相连。
在一些实施例中，所述碎球分离装置还具有第五出口，所述第五出口通过碎屑管与所述碎料收集罐相连；
所述卸料装置还包括气路吹扫装置，所述气路吹扫装置的通气口与所述碎料管相连，所述碎料管上设有开关阀，所述开关阀设于所述通气口与所述碎料管连接处的下方。
在一些实施例中，所述气路吹扫装置在抽吸的抽吸状态和吹气的吹气状态之间可切换。
在一些实施例中，所述燃料供应装置设于所述高温气冷堆的上方，所述燃料供应装置具有燃料暂存装置。
本发明实施例还提供了一种高温气冷堆系统，包括以上所述的高温气冷堆燃料元件输送系统。
图1是本发明实施例高温气冷堆燃料元件输送系统的结构示意图。
图2是图1中A处的局部放大图；
图3是图1中B处的局部放大图。
附图标记：
1、燃料供应装置；101、燃料暂存装置；2、卸料装置；201、碎球分离装置；2011、第一
进口；2012、第一出口；2013、第二出口；2014、第五出口；2015、碎屑管；202、碎料收集罐；203、气路吹扫装置；2031、通气口；204、开关阀；3、提升装置；301、提升机；302、连接管；4、分配阻流装置；401、第二进口；402、第三出口；403、第四出口；5、换向器；6、停堆暂存装置；7、乏燃料暂存装置；8、高温气冷堆；9、乏燃料连接管。
1、燃料供应装置；101、燃料暂存装置；2、卸料装置；201、碎球分离装置；2011、第一
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下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面根据图1-3描述一下本发明实施例的高温气冷堆燃料元件输送系统。
本发明实施例的高温气冷堆燃料元件输送系统包括燃料供应装置1、卸料装置2、提升装置3、分配阻流装置4。
如图1所示，燃料供应装置1设于高温气冷堆8的上方且与高温气冷堆8的上端相连。卸料装置2设于高温气冷堆8的下方，卸料装置2包括碎球分离装置201，碎球分离装置201具有第一进口2011，第一进口2011与高温气冷堆8的下端相连，碎球分离装置201还具有第一出口2012和第二出口2013。
提升装置3的下端与第一出口2012相连，以将燃料元件提升至预设高度，提升装置3的提升最高点高于高温气冷堆8的上端，提升装置3的提升最低点低于碎球分离装置201的下端。
分配阻流装置4的上端低于提升装置3的提升最高点，分配阻流装置4的下端高于高温气冷堆8的上端，分配阻流装置4具有第二进口401，第二进口401与提升装置3的上端相连。分配阻流装置4还具有第三出口402，第三出口402与高温气冷堆8的上端相连。
本发明实施例的高温气冷堆燃料元件输送系统，将燃料元件由卸料装置2从反应堆中卸出，然后经提升装置3提升至最高点后，燃料元件依靠自重流向分配阻流装置4，分配阻流装置4通过对燃料元件进行燃耗测量后，对燃料元件进行分流，将未达到燃耗深度的燃料元件依靠燃料元件的自重分配流入反应堆内。与相关技术中依靠气力输送的方式相比，具有较高的运输效率和稳定性，同时也能够根据需要同时输送多个燃料元件，因此也具有较高的灵活性。
因此，本发明实施例的高温气冷堆燃料元件输送系统具有较高的运输效率和稳定性，同时也具有较高的灵活性。
下面根据图1-3进一步描述一下本发明实施例的高温气冷堆燃料元件输送系统。
本发明实施例的高温气冷堆燃料元件输送系统包括燃料供应装置1、卸料装置2、提升装置3、分配阻流装置4。
如图1所示，燃料供应装置1设于高温气冷堆8的上方且与高温气冷堆8的上端相连。
卸料装置2设于高温气冷堆8的下方，卸料装置2包括碎球分离装置201，碎球分离装置201具有第一进口2011，第一进口2011与高温气冷堆8的下端相连，碎球分离装置201还具有第一出口2012和第二出口2013。
可选地，卸料装置2可为卧式轴系卸料机构，能够同时具备单一化卸球和碎球分离功能。高温气冷堆8的下端的出口可通过堆芯卸料管与碎球分离装置201的第一进口20]1相连通，以将燃料元件从高温气冷堆8排出至卸料装置2内。
碎球分离装置201首先对燃料元件进行单一化处理，并且逐个对燃料元件进行碎球分离。
提升装置3的下端与第一出口2012相连，以将燃料元件提升至预设高度，提升装置3的提升最高点高于高温气冷堆8的上端，提升装置3的提升最低点低于碎球分离装置201的
下端。
完好的燃料元件经碎球分离装置201分离后通过第一出口2012排出至提升装置3的下端。提升装置3可采用水车式提升方式或螺旋式提升方式。值得注意的是，也可根据实际需要选择其他的提升方式。
分配阻流装置4的上端低于提升装置3的提升最高点，分配阻流装置4的下端高于高温气冷堆8的上端，分配阻流装置4具有第二进口401，第二进口401与提升装置3的上端相连。
经过提升装置3提升至最高点的燃料元件可利用自重流入分配阻流装置4中。分配阻流装置4一方面可利用高纯锗探测燃料元件发射的γ射线，以对燃料元件进行燃耗测量，确定燃料元件的燃耗深度是否达到要求。另一方面分配阻流装置4还集成了阻力器的功能。
由于高温气冷堆8的堆芯温度高，因此会形成自然循环的压头，然而自然循环方向与燃料元件输送方向是相反的，为了消除自然循环对燃料元件输送系统运行的影响，进而在分配阻流装置4内集成阻流功能，以阻止高温气冷堆8的堆芯内的高温气体向上流动。
进一步地，分配阻流装置4还具有第三出口402，第三出口402与高温气冷堆8的上端相连。使得未达到燃耗深度要求的燃料元件可通过第三出口402并利用自重流向高温气冷堆8内部。
在一些实施例中，本发明实施例的高温气冷堆燃料元件输送系统还包括换向器5和停堆暂存装置6，换向器5设于提升装置3与分配阻流装置4之间。换向器5的一端与提升装置3相连，换向器5的另一端在与分配阻流装置4相连的第一状态和与停堆暂存装置6相连的第二状态可切换。
当高温气冷堆8机组出现紧急停堆的情况时，换向器5切换至第二状态，使得由提升装置3输送过来的燃料元件进入停堆暂存装置6内进行暂存，以实现快速将高温气冷堆8中的燃料元件快速排出，进而达到冷停堆或维修停堆的效果。
进一步地，停堆暂存装置6具有辅助冷却装置。由于暂存于停堆暂存装置6内的燃料元件是在紧急停堆的情况下由高温气冷堆8内输送过来的，因此停堆暂存装置6内的燃料元件多是没有达到燃耗深度的燃料元件，在停堆暂存装置6内会释放一定的热量，因此停堆暂存装置6需要设置辅助冷却装置以对停堆暂存装置6进行降温，防止停堆暂存装置6出现过热的问题。
在一些实施例中，如图1所示，提升装置3包括多个提升机301，多个提升机301在上下方向上由下至上通过连接管302依次相连。
可选地，提升机301的提升方式可以采用水车式提升方式，也可以采用螺旋式提升方式，当然也可以采用两者配合的方式，同时也可以采用相同或不同的提升方式，以上提升方式均可以实现燃料元件连续循环提升。
本发明实施例的高温气冷堆燃料元件输送系统通过设置多个提升机301，相比气力输送的方式具有简单可靠和提升效率高的特点。在提升过程中，燃料元件相对于提升机301是相对静止的，基本不会与提升装置3内的元件发生摩擦和碰撞，进而不会产生大量的粉尘和碎屑。
同时设置多个提升机301可减轻单个提升机301的提升压力，进而可减少机械故障发生的概率，同时也可降低提升机301的制作难度。值得注意的是，提升机301的数量可根据
实际需要进行确定。
进一步地，提升机301的外表面包覆有用于屏蔽辐射的屏蔽层。由于提升机301中的部分燃料元件还为达到燃耗深度，还具有一定的辐射，因此需要在提升机301的外表面包覆用于屏蔽辐射的屏蔽层，防止现场的工作人员遭受辐射的伤害。
在一些实施例中，连接管302具有其长度方向相对的第一端和第二端，第一端位于第二端的上方，第一端与相邻提升机301中位于下方的提升机301的上端相连，第二端与相邻提升机301中位于上方的提升机301的下端相连。
本发明实施例的高温气冷堆燃料元件输送系统通过采用上述设置，燃料元件在到达下方提升机301的最高点时，可利用自重通过连接管302进入上方提升机301的最低点。
在一些实施例中，本发明实施例的高温气冷堆燃料元件输送系统还包括乏燃料暂存装置7，乏燃料暂存装置7设于分配阻流装置4的下方，分配阻流装置4还具有第四出口403，乏燃料暂存装置7的上端与第四出口403相连。
经分配阻流装置4测量燃耗深度达到要求的燃料元件通过第四出口403进入乏燃料暂存装置7。由于乏燃料暂存装置7设于分配阻流装置4的下方，因此，乏燃料元件可利用自重排向乏燃料暂存装置7，无需依靠气力提升。
在一些实施例中，卸料装置2还包括碎料收集罐202，碎料收集罐202与碎球分离装置201的第二出口2013相连。
由高温气冷堆8排出并进入碎球分离装置201的燃料元件，碎球分离装置201首先对燃料元件进行单一化处理，并逐个对燃料元件进行碎球分离，分离出来的碎球和更小尺寸的碎渣和碎屑通过第二出口2013排出碎料收集罐202内，由于碎料收集罐202位于碎球分离装置201的下方，因此分离出来的碎球和更小尺寸的碎渣和碎屑能够利用自重自行流入碎料收集罐202内，无需采用气力输送。
进一步地，碎球分离装置201还具有第五出口2014，第五出口2014通过碎屑管2015与碎料收集罐202相连，有碎球分离装置201分离出来的碎球和更小尺寸的碎渣和碎屑也可通过第五出口2014经过碎料管排入碎料收集罐202内，值得注意的是，分离出来的碎球和更小尺寸的碎渣和碎屑同样是利用自重通过第五出口2014进过碎料管流入碎料收集罐202内。
在一些实施例中，卸料装置2还包括气路吹扫装置203，气路吹扫装置203的通气口2031与碎料管相连，碎料管上设有开关阀204，开关阀204设于通气口2031与碎料管连接处的下方。也就是说，当需要吹扫时，开关阀204关闭，以防止气体进入碎料收集罐202内。
可选地，气路吹扫装置203在抽吸的抽吸状态和吹气的吹气状态之间可切换。气路吹扫装置203可采用气炮脉冲吹扫的方式，当碎球分离装置201内发生燃料元件结桥的问题时，可以用脉冲气体对碎球分离装置201内的燃料元件进行吹扫，以达到破桥的目的。此外气路吹扫装置203还可以实现对碎球分离装置201内积累的碎屑和粉尘进行导出的功能，通过利用气路吹扫装置203进行抽吸，进而在下游管道制造低压环境，在压差的作用下，将碎球分离装置201内的碎屑和粉尘抽出。
在一些实施例中，燃料供应装置1设于高温气冷堆8的上方，燃料供应装置1具有燃料暂存装置。
可选地，燃料供应装置1可包括燃料暂存装置101，用于接收从新燃料供应系统提
供的新燃料元件，并将其暂存在燃料暂存装置101内。当需要向堆芯补充新燃料元件时，将新燃料元件送往高温气冷堆8内。
由于燃料暂存装置101的设置高度要高于反应堆压力容器，新燃料元件可利用自重流入高温气冷堆8内，无需利用气力运输。
可选地，燃料供应装置1的出口可连接在分配阻流器的下游管道上，依靠重力向高温气冷堆8内输送新燃料元件，不再采用气力输送的方式，这样可以大幅度提升运输新燃料元件的效率，缩短装料的时间。
本发明实施例还提供了一种高温气冷堆系统，包括以上实施例所述的高温气冷堆燃料元件输送系统。高温气冷堆系统中包括一个或者两个高温气冷堆燃料元件输送系统。当高温气冷堆燃料元件输送系统时，如图1所示，两个高温气冷堆燃料元件输送系统的乏燃料暂存装置7的上端管路可通过乏燃料连接管9相连，当其中一个高温气冷堆燃料元件输送系统中的乏燃料暂存装置7存满乏燃料时，可通过乏燃料连接管9输送至另一个高温气冷堆燃料元件输送系统中的乏燃料暂存装置7中，大大提高了高温气冷堆系统暂存乏燃料的性能。同时包括以上实施例的高温气冷堆燃料元件输送系统的高温气冷堆系统具有较高的运输效率和稳定性，同时也具有较高的灵活性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书
中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
- 一种高温气冷堆燃料元件输送系统，其特征在于，包括：燃料供应装置，所述燃料供应装置设于所述高温气冷堆的上方且与所述高温气冷堆的上端相连；卸料装置，所述卸料装置设于所述高温气冷堆的下方，所述卸料装置包括碎球分离装置，所述碎球分离装置具有第一进口，所述第一进口与所述高温气冷堆的下端相连，所述碎球分离装置还具有第一出口和第二出口；提升装置，所述提升装置的下端与所述第一出口相连，以将燃料元件提升至预设高度，所述提升装置的提升最高点高于所述高温气冷堆的上端，所述提升装置的提升最低点低于所述碎球分离装置的下端；分配阻流装置，所述分配阻流装置的上端低于所述提升装置的提升最高点，所述分配阻流装置的下端高于所述高温气冷堆的上端，所述分配阻流装置具有第二进口，所述第二进口与所述提升装置的上端相连，所述分配阻流装置还具有第三出口，所述第三出口与所述高温气冷堆的上端相连。
- 根据权利要求1所述的高温气冷堆燃料元件输送系统，其特征在于，还包括换向器和停堆暂存装置，所述换向器设于所述提升装置与所述分配阻流装置之间；所述换向器的一端与所述提升装置相连，所述换向器的另一端在与所述分配阻流装置相连的第一状态和与所述停堆暂存装置相连的第二状态可切换；所述停堆暂存装置具有辅助冷却装置。
- 根据权利要求1所述的高温气冷堆燃料元件输送系统，其特征在于，所述提升装置包括多个提升机，多个所述提升机在上下方向上由下至上通过连接管依次相连。
- 根据权利要求3所述的高温气冷堆燃料元件输送系统，其特征在于，所述连接管具有其长度方向相对的第一端和第二端，所述第一端位于所述第二端的上方，所述第一端与相邻所述提升机中的位于下方的提升机的上端相连，所述第二端与相邻所述提升机中位于上方的提升机的下端相连。
- 根据权利要求1所述的高温气冷堆燃料元件输送系统，其特征在于，还包括乏燃料暂存装置，所述乏燃料暂存装置设于所述分配阻流装置的下方，所述分配阻流装置还具有第四出口，所述乏燃料暂存装置的上端与所述第四出口相连。
- 根据权利要求1所述的高温气冷堆燃料元件输送系统，其特征在于，所述卸料装置还包括碎料收集罐，所述碎料收集罐与所述碎球分离装置的所述第二出口相连。
- 根据权利要求6所述的高温气冷堆燃料元件输送系统，其特征在于，所述碎球分离装置还具有第五出口，所述第五出口通过碎屑管与所述碎料收集罐相连；所述卸料装置还包括气路吹扫装置，所述气路吹扫装置的通气口与所述碎料管相连，所述碎料管上设有开关阀，所述开关阀设于所述通气口与所述碎料管连接处的下方。
- 根据权利要求7所述的高温气冷堆燃料元件输送系统，其特征在于，所述气路吹扫装置在抽吸的抽吸状态和吹气的吹气状态之间可切换。
- 根据权利要求1所述的高温气冷堆燃料元件输送系统，其特征在于，所述燃料供应装置设于所述高温气冷堆的上方，所述燃料供应装置具有燃料暂存装置。
- 一种高温气冷堆系统，其特征在于，包括如权利要求1-9所述的高温气冷堆燃料元件输送系统。
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