[發明專利]基于CECE法的核電站含氚水處理方法及裝置

在審

• 申請號: 201710912890.7
• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107767981A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 邱乙畝
• 申請（專利權）人: 邱乙畝
• 主分類號: G21F9/04
• 分類號: G21F9/04;G21F9/06;G21F9/20
• 代理公司: 武漢楚天專利事務所42113
• 代理人: 孔敏

1.一種基于CECE法的核電站含氚水處理裝置，包括液相催化交換柱(3)、電解槽(4)、與電解槽(4)連接的電源，電解槽(4)用于獲電后電解核電站含氚水制得含氚的氫氣，含氚的氫氣經液相催化交換柱(3)去除氫氣中含有的氚得到貧氚氫氣，其特征在于：還包括氫燃料電池(10)，所述氫氧燃料電池(10)包括氫氣輸入端、空氣輸入端和電源輸出端，液相催化交換柱(3)的貧氚氫氣出口端與氫氧燃料電池(10)的氫氣輸入端聯接，以將貧氚氫氣導入氫氧燃料電池(10)，電解槽(4)電解生成的氧氣通過氧氣輸出端與氫氧燃料電池(10)的空氣輸入端連接，氫氧燃料電池(10)的電源輸出端與電解槽(4)的電源端連接，氫氧燃料電池(10)用于將輸入的貧氚氫氣和氧氣復合產生電能，所得電能用于電解槽(4)的運行。

2.如權利要求1所述的基于CECE法的核電站含氚水處理裝置，其特征在于：還包括氫氣壓縮機(6)、第一氫氣輸出閥(14)，所述液相催化交換柱(3)的貧氚氫氣出口端通過氫氣壓縮機(6)與第一氫氣輸出閥(14)相連，第一氫氣輸出閥(14)與氫氧燃料電池(10)的氫氣輸入端連接。

3.如權利要求1或2所述的基于CECE法的核電站含氚水處理裝置，其特征在于：還包括物理儲氫罐(8)和化學儲氫罐(9)，所述液相催化交換柱(3)的貧氚氫氣出口端通過氫氣壓縮機(6)分別與第一氫氣輸入閥(15)、第二氫氣輸入閥(16)相連，第一氫氣輸入閥(15)依次通過物理儲氫罐(8)、第二氫氣輸出閥(17)后與氫氧燃料電池(10)的氫氣輸入端連接，第二氫氣輸入閥(16)依次通過化學儲氫罐(9)、第三氫氣輸出閥(18)后與氫氧燃料電池(10)的氫氣輸入端連接。

4.如權利要求3所述的基于CECE法的核電站含氚水處理裝置，其特征在于：第一氫氣輸入閥(15)、第二氫氣輸入閥(16)、第二氫氣輸出閥(17)、第三氫氣輸出閥(18)為電動或氣動閥門，通過燃料電池供氣控制系統進行控制。

5.如權利要求3所述的基于CECE法的核電站含氚水處理裝置，其特征在于：物理儲氫罐(8)與化學儲氫罐(9)的體積比為1:2～6。

6.如權利要求5所述的基于CECE法的核電站含氚水處理裝置，其特征在于：物理儲氫罐(8)與化學儲氫罐(9)的體積比為1:3～4。

7.如權利要求1所述的基于CECE法的核電站含氚水處理裝置，其特征在于：還包括物理儲氧罐(7)，電解槽(4)的氧氣輸出端通過氧氣壓縮機(5)分為兩路供氧，一路經第一氧氣輸出閥(11)直接與氫氧燃料電池(10)的空氣輸入端相連，一路經氧氣輸入閥(12)、物理儲氧罐(7)、第二氧氣輸出閥(13)與氫氧燃料電池(10)的空氣輸入端相連。

8.如權利要求1所述的基于CECE法的核電站含氚水處理裝置，其特征在于：還包括由氫氣轉化換熱器(19)、燃料電池換熱器(20)、電解槽換熱器(21)、電加熱器(22)、熱循環流量控制閥(23)及熱循環泵(24)串聯組成的熱循環回路，其中氫氣轉化換熱器(19)位于化學儲氫罐(9)內部，燃料電池換熱器(20)位于氫氧燃料電池(10)內部，電解槽換熱器(21)位于電解槽(4)內部；氫氣轉化換熱器(19)和燃料電池換熱器(20)用于將氫氧燃料電池(10)工作時放出的熱量傳輸給化學儲氫罐(9)，促使化學儲氫罐(9)的氫氣快速釋放；電解槽換熱器(21)用于將將化學儲氫罐(9)吸氫過程放出的熱量傳輸給電解槽(4)，使電解液達到最優反應溫度，從而制取更多的氫氣；電加熱器(22)位于化學儲氫罐(9)與第二氫氣輸入閥(16)之間的輸氫管線和熱循環回路上，為兩路共用加熱器，在化學儲氫罐(9)進行吸氫反應初期及氫氧燃料電池(10)啟動初期對其預熱。

9.一種基于CECE法的核電站含氚水處理方法，其特征在于：將含氚水經包括電解槽(4)、液相催化交換柱(3)的除氚裝置對水中的氚進行富集，然后由低溫精餾裝置制得純氚加以利用，或由固化裝置固化成穩定的放射性廢物包進行處置，其特征在于：液相催化交換柱(3)去除氫氣中含有的氚得到貧氚氫氣經氫氣出口端與氫氧燃料電池(10)的氫氣輸入端連接，電解槽(4)制得的氧氣與氫氧燃料電池的(10)空氣輸入端連接，通過氫氧燃料電池(10)內部設置的氫、氧流量及壓力控制閥對輸入的氣體進行精確控制，將除氚裝置產生的氫氣和氧氣再次復合產生電能，所得電能用于電解槽(4)的運行。

10.一種基于CECE法的核電站含氚水處理方法，其特征在于：

啟動初期，通過外電源為電解槽(4)供電，電解槽(4)獲電后電解核電站含氚水制得含氚的氫氣，含氚的氫氣經液相催化交換柱(3)去除氫氣中含有的氚得到貧氚氫氣，電解槽(4)、液相催化交換柱(3)組成的除氚裝置對水中的氚進行富集，然后由低溫精餾裝置制得純氚加以利用，或由固化裝置固化成穩定的放射性廢物包進行處置；

貧氚氫氣經氫氣壓縮機(6)增壓后，經由第一氫氣輸入閥(15)、第二氫氣輸入閥(16)分配，分別輸入物理儲氫罐(8)和化學儲氫罐(9)，化學儲氫罐(9)內部開始吸氫反應，吸氫反應初期開啟電加熱器(22)，通過氫氣轉化換熱器(19)給化學儲氫罐(9)進行短暫加熱，使其達到吸氫反應需要的溫度，隨著吸氫反應進程的深入，化學儲氫罐(9)內部不斷放出熱量、溫度不斷升高，此時啟動熱循環泵(24)，通過氫氣轉化換熱器(19)和電解槽換熱器(21)將多余的熱量隨著熱循環回路輸送到電解槽(4)中，給正在反應的電解液加熱，使電解液溫度穩定在最佳工作范圍，直至化學儲氫罐9達到飽和狀態；

電解槽(4)持續工作，將所產生的氫氣輸送到物理儲氫罐(8)和化學儲氫罐(9)中，將所產生的氧氣輸送到物理儲氧罐(7)，在氫氧燃料電池(10)啟動初期，由物理儲氫罐(8)對其供氫、物理儲氧罐(7)對其供氧，開啟電加熱器(22)，通過燃料電池換熱器(20)給氫氧燃料電池(10)預熱，使其達到70℃左右的初始溫度，氫氧燃料電池(10)將輸入的氫氣和氧氣復合產生電能，所得電能用于電解槽(4)的運行，此后主要由化學儲氫罐(9)對其供氫；

氫氧燃料電池(10)連續工作放熱，其內溫度升高超超過閾值后，通過氫氣轉化換熱器(19)將多余的熱量通過熱循環回路輸送到化學儲氫罐(9)中，使化學儲氫罐(9)吸收熱量，釋放出更多的氫氣，以保障氫氧燃料電池(10)穩定安全運行；當氫氧燃料電池(10)或化學儲氫罐(9)的溫度過高時，通過控制裝置啟動燃料電池散熱器(26)或冷卻風扇(25)開啟，為整個系統散熱降溫，冷卻風扇(25)設于化學儲氫罐(9)外部，燃料電池散熱器(26)設于氫氧燃料電池(10)外部。