[發明專利]核電站放射性廢氣處理系統

有效

• 申請號: 201210532029.5
• 申請日: 2012-12-11
• 公開（公告）號: CN102969037A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 劉羽;牛俐珺;潘躍龍
• 申請（專利權）人: 中廣核工程有限公司;中國廣東核電集團有限公司
• 主分類號: G21F9/02
• 分類號: G21F9/02
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司 44202
• 代理人: 王基才;王冬華

技術領域

本發明涉及核電站放射性廢氣的處理，尤其涉及一種低氫濃度放射性廢氣的處理系統。

背景技術

核電站堆芯在核裂變反應時會產生放射性核素，如Xe、Kr等，這些裂變產物在包殼破損時會泄漏到反應堆冷卻劑中，并隨水運動遷移擴散到整個一回路；隨著溫度、壓力的變化，放射性裂變氣體會從冷卻劑中析出進入氣相空間而形成放射性廢氣，此類廢氣通常需要處理后才可向環境中排放。

由于廢氣來源的上游系統工藝不同，各核電站放射性廢氣的成份也有所不同。某些中國壓水堆核電站在運行期間，為抑制一回路中氧的濃度，需增加冷卻劑中的氫氣溶解量，所以RCV系統（Chemical?and?Volume?Control?System，化學和容積控制系統）的容控箱采用氫氣覆蓋，這導致了氫氣在需要TEG系統（Gaseous?Waste?Treatment?System，廢氣處理系統）處理的廢氣中具有較大的濃度；而另外一些歐洲壓水堆核電站，其RCV系統的功能有所變化，因此所產生的放射性廢氣中氫氣的濃度較低，通過吹掃稀釋可以維持在4%以下。目前處理核電站產生的含氫放射性廢氣，主要采用衰變箱加壓貯存衰變和活性炭滯留衰變兩種工藝。

請參閱圖1，在衰變箱加壓貯存衰變工藝中，含氫放射性廢氣來源于貯存一回路冷卻劑的容器的覆蓋氣體、吹掃排氣和檢修排氣等，這些貯存一回路冷卻劑的容器主要是穩壓器卸壓箱10、RCV容控箱12、TEP（Coolant?Storage?andTreatment?System，冷卻劑貯存和處理系統）除氣塔14、TEP前置槽16和反應堆冷卻劑疏水箱18。廢氣經過收集加氮氣后送入緩沖罐20，待緩沖罐20到達一定壓力后，下游廢氣壓縮機22自動聯鎖啟動將廢氣加壓，廢氣經氣體冷卻器23冷卻后輸入衰變箱24中進行衰變；廢氣在衰變箱24中貯存一定時間，使其中短壽命核素盡可能衰變完全，從而有效降低其放射性水平；排放前對衰變箱24內的氣體進行取樣分析，合格后即可送往DVN系統（Nuclear?Auxiliary?Building?Ventilation?System，核島輔助廠房通風系統）過濾除碘，并通過煙囪26向環境中排放。

但是，上述工藝無法在加壓貯存前降低上游來氣中的氫氣濃度，如果出現氧氣濃度監測失效、控制出現問題、衰變箱泄漏等，會存在氫氧爆炸的風險，因此需將上游來氣中氧濃度嚴格控制在2%以內，以防止氫氧濃度同時達到爆炸限而發生氫爆。另外，還需對系統進行防火分區設置，在設備的選型、布置以及所在房間的耐火等級、通風、照明等各方面進行更嚴格的選型考慮，以致建造成本相應增加。

部分國外核電站由于上游系統的工藝設計不同，無需用氫氣覆蓋對冷卻劑中加氫，因而廢氣中氫濃度可控制在較低水平，通過氮氣調節能夠使廢氣源項中的氫氣濃度控制在4%以下，所以能夠采用氫氧復合工藝進行處理。請參閱圖2，在活性炭滯留衰變工藝中，上游各系統產生的廢氣排到TEG系統后，先經過氣體干燥器30去除氣體中的水分，再測量氣體中氫氣、氧氣濃度，并通過氫氣、氧氣、氮氣注入裝置將氣體濃度調節至氫氧濃度比例為特定化學計量比；調節后的廢氣進入氫氧復合器32并在催化劑催化下發生氫氧復合反應；復合后氫氧濃度降低至規定限值以下的氣體經氣體冷卻器34冷卻后，通過廢氣壓縮機35壓縮并進入干燥器36干燥去除水分；再流回上游各系統循環利用，或是經過凝膠干燥器38干燥后，進入三個串聯的活性炭滯留床39，使Xe、Kr等短壽命放射性核素在活性炭床中滯留衰變，經過放射性活度監測后，最后排放進環境中。

但是，活性炭自身的性質導致活性炭滯留衰變工藝對廢氣源項要求較高，吸附效果受到粒徑（活性炭只能保持對某一粒徑范圍的廢氣有較好的吸附效果）、濕度（廢氣的相對濕度對惰性氣體的吸附效率會造成較大影響，吸附性能隨著濕度的增加而顯著降低，受潮后的活性炭則無法實現正常的吸附功能）、溫度（進氣溫度過高有可能在炭吸附過程中因溫度降低而變濕析出水分，導致活性炭受潮而影響吸附性能）、壓力（氣體吸附的最佳壓力點也有所不同，如果處理的廢氣中污染物種類雜多，會給最佳運行壓力的選擇帶來難度，很難保證活性炭滯留床對所有污染物均有較高的處理效率）、濃度（吸附系數與污染物濃度也有關系）等諸多因素的影響，而且滯留床內的活性炭屬于易燃物質，在設計中需著重考慮火災報警、消防措施，并要求對活性炭床的運行溫度、氫氧含量進行嚴格的控制和監測。根據目前國內核電站的經驗反饋，即使在活性炭滯留床前設置了沸石等干燥保護床，活性炭在實際使用中仍存在受潮、飽和等失效現象，而換下來的活性炭顆粒還需要作為放射性易燃廢物進行處理，以致處置難度大，費用高。