[發(fā)明專利]一種用于超臨界水堆余熱排出的自然循環(huán)換熱器

有效

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• 申請日: 2012-08-22
• 公開（公告）號: CN102820067A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周濤;陳娟;侯周森;劉夢影;程萬旭
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號: G21C15/18
• 分類號: G21C15/18
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于核電站安全技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于超臨界水反應(yīng)堆余熱排出的自然循環(huán)的換熱器。

背景技術(shù)

超臨界水堆是六種第四代未來堆型中唯一的水冷反應(yīng)堆。它采用一次直流循環(huán)設(shè)計，選取超臨界水作為堆芯冷卻劑，不發(fā)生相變。反應(yīng)堆堆芯出口參數(shù)：25MPa，500℃，熱效率可達(dá)到45%。單機(jī)熱功率可達(dá)到1700MW以上。

對于采用一次直流循環(huán)設(shè)計的超臨界水堆而言，堆芯冷卻劑回路與汽輪機(jī)、給水加熱器等常規(guī)循環(huán)回路直接相連通，運行中將存在更多的潛在風(fēng)險，必須堅持和確保安全第一的原則。確保超臨界水反應(yīng)堆安全的主要問題之一就是要在任何情況下保證核燃料釋熱的疏導(dǎo)。在正常運行工況下，超臨界水堆核裂變和裂變產(chǎn)物衰變產(chǎn)生的熱量由主冷卻劑通過一次直流循環(huán)直接帶走；而當(dāng)反應(yīng)堆停堆時，雖然以裂變?yōu)闄C(jī)制的核功率很快消失，但是由于裂變而產(chǎn)生的裂變碎片以及它們的衰變物在放射性衰變過程中釋放的熱量還存在，同樣需要及時導(dǎo)出。除了失水事故以外，所有基準(zhǔn)事故引起的緊急停堆工況下，均可以利用余熱排出系統(tǒng)導(dǎo)出堆芯余熱。

非能動技術(shù)正在逐漸引入商業(yè)運行的核反應(yīng)堆余熱排出系統(tǒng)。以三代AP1000核電技術(shù)為例，利用非能動自然循環(huán)實現(xiàn)余熱排出，不需要操作員的行動來緩解事故，減少了事故發(fā)生后由于人為操作錯誤而導(dǎo)致事件升級的可能性。非能動自然循環(huán)利用自然力驅(qū)動，提高了系統(tǒng)運行的可靠性，而不需要采用循環(huán)泵、柴油機(jī)等能動設(shè)備，減少了因電源故障或者機(jī)械故障而引起的系統(tǒng)運行失敗。現(xiàn)階段，國際上尚未建成超臨界水堆示范電站。國內(nèi)外針對超臨界水堆的研究也尚處于概念設(shè)計階段，多集中于堆芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計、中子物理特性分析和熱工特性分析等領(lǐng)域。而針對超臨界水堆余熱排出換熱系統(tǒng)包括余熱排出換熱器設(shè)計，還沒有進(jìn)行相關(guān)研究。超臨界水堆類似于日本福島核電站采用一次直流循環(huán)，一旦發(fā)生事故且放射性泄漏進(jìn)入冷卻劑循環(huán)回路，將被帶入汽輪機(jī)、給水加熱器等設(shè)備。此時，若利用原一次循環(huán)回路將堆芯熱量導(dǎo)出，將會使放射性物質(zhì)擴(kuò)散至核反應(yīng)堆安全殼外部，危及周圍環(huán)境的安全。此外，超臨界水堆冷卻劑流量大，進(jìn)出口溫升大。可見，有效地隔離放射性物質(zhì)、及時地導(dǎo)出堆芯余熱等關(guān)鍵安全問題，均為超臨界水堆余熱排出系統(tǒng)設(shè)計提出較大難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為避免事故工況下超臨界水堆堆芯內(nèi)部放射性物質(zhì)泄漏、確保發(fā)生事故后堆芯余熱第一時間導(dǎo)出，從而提供了一種用于超臨界水反應(yīng)堆余熱排出的自然循環(huán)的換熱器。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

該換熱器的主體結(jié)構(gòu)由上至下由頂部端蓋、殼體和下封頭組成；

在殼體的上部設(shè)置平行布置的上隔板和下隔板；上隔板與頂部端蓋之間構(gòu)成頂部腔室；上隔板、下隔板和殼體之間構(gòu)成上部腔室；在下隔板的下方設(shè)置多個均勻布置的與上部腔室連通的筒體，筒體的外壁與殼體、下隔板之間構(gòu)成冷流體水下降通道，筒體的下壁與下封頭之間構(gòu)成下部腔室；在每個筒體內(nèi)設(shè)置一個貫穿筒體與上部腔室、連通頂部腔室和下部腔室的內(nèi)筒體，筒體與內(nèi)筒體之間構(gòu)成熱流體超臨界水環(huán)形通道；

在頂部端蓋上，設(shè)置與頂部腔室連通的冷流體水出口；在殼體上設(shè)置與上部腔室連通的熱流體超臨界水入口，在殼體的下隔板下方設(shè)置與冷流體水下降通道連通的冷流體水入口；在每個筒體上，設(shè)置一個連通外界與筒體內(nèi)部的熱流體超臨界水出口。

所述筒體為圓柱體或方柱體，數(shù)量為4-12個；內(nèi)筒體的形狀與筒體相同。

所述熱流體超臨界水入口通入超臨界水，在熱流體超臨界水環(huán)形通道內(nèi)流動，由熱流體超臨界水出口流出，構(gòu)成一次側(cè)循環(huán)；冷流體水入口通入冷流水，在冷流體水下降通道、下部腔室、由內(nèi)筒體構(gòu)成的冷流體水上升通道以及頂部腔室內(nèi)流動，由冷流體水出口流出，構(gòu)成二次側(cè)循環(huán)。

所述一次側(cè)循環(huán)和二次側(cè)循環(huán)均為自然循環(huán)，并于循環(huán)回路中引入氦氣以增強(qiáng)自然循環(huán)驅(qū)動。

所述筒體和內(nèi)筒體之間的間隙為10-20mm。

所述頂部端蓋與殼體之間、殼體與下封頭之間均采用法蘭連接。

本發(fā)明的有益效果為：

該換熱器在雙側(cè)利用流體自身的密度差實現(xiàn)自然循環(huán)傳熱的裝置。一次側(cè)循環(huán)和二次側(cè)循環(huán)均采用直管流動，減小了阻力并增強(qiáng)了自然循環(huán)能力。且為了增強(qiáng)一次側(cè)循環(huán)與二次側(cè)循環(huán)之間的換熱效果，采用先順流后逆流的綜合換熱方式。

換熱器布置于安全殼內(nèi)部，超臨界壓力一側(cè)發(fā)生泄漏時將放射性物質(zhì)限制在安全殼內(nèi)，安全可靠。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述換熱器的側(cè)視剖面圖。

圖2是換熱器橫截面及內(nèi)外筒體均為圓形時的A-A截面俯視圖。