[發(fā)明專利]基于CECE法的核電站含氚水處理方法及裝置

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• 申請日: 2017-09-30
• 公開（公告）號: CN107767981A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱乙畝
• 申請（專利權(quán)）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(wù)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(jīng)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(lián)接，以將貧氚氫氣導(dǎo)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(fù)合產(chǎn)生電能，所得電能用于電解槽(4)的運(yùn)行。

2.如權(quán)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(jī)(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(jī)(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(quán)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(xué)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(jī)(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(xué)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(quán)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(tǒng)進(jìn)行控制。

5.如權(quán)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(xué)儲氫罐(9)的體積比為1:2～6。

6.如權(quán)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(xué)儲氫罐(9)的體積比為1:3～4。

7.如權(quán)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(jī)(5)分為兩路供氧，一路經(jīng)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(jīng)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(quán)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(zhuǎn)化換熱器(19)、燃料電池?fù)Q熱器(20)、電解槽換熱器(21)、電加熱器(22)、熱循環(huán)流量控制閥(23)及熱循環(huán)泵(24)串聯(lián)組成的熱循環(huán)回路，其中氫氣轉(zhuǎn)化換熱器(19)位于化學(xué)儲氫罐(9)內(nèi)部，燃料電池?fù)Q熱器(20)位于氫氧燃料電池(10)內(nèi)部，電解槽換熱器(21)位于電解槽(4)內(nèi)部；氫氣轉(zhuǎn)化換熱器(19)和燃料電池?fù)Q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(xué)儲氫罐(9)，促使化學(xué)儲氫罐(9)的氫氣快速釋放；電解槽換熱器(21)用于將將化學(xué)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(dá)到最優(yōu)反應(yīng)溫度，從而制取更多的氫氣；電加熱器(22)位于化學(xué)儲氫罐(9)與第二氫氣輸入閥(16)之間的輸氫管線和熱循環(huán)回路上，為兩路共用加熱器，在化學(xué)儲氫罐(9)進(jìn)行吸氫反應(yīng)初期及氫氧燃料電池(10)啟動初期對其預(yù)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(jīng)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(jìn)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(wěn)定的放射性廢物包進(jìn)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(jīng)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(nèi)部設(shè)置的氫、氧流量及壓力控制閥對輸入的氣體進(jìn)行精確控制，將除氚裝置產(chǎn)生的氫氣和氧氣再次復(fù)合產(chǎn)生電能，所得電能用于電解槽(4)的運(yùn)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(jīng)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(jìn)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(wěn)定的放射性廢物包進(jìn)行處置；

貧氚氫氣經(jīng)氫氣壓縮機(jī)(6)增壓后，經(jīng)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(xué)儲氫罐(9)，化學(xué)儲氫罐(9)內(nèi)部開始吸氫反應(yīng)，吸氫反應(yīng)初期開啟電加熱器(22)，通過氫氣轉(zhuǎn)化換熱器(19)給化學(xué)儲氫罐(9)進(jìn)行短暫加熱，使其達(dá)到吸氫反應(yīng)需要的溫度，隨著吸氫反應(yīng)進(jìn)程的深入，化學(xué)儲氫罐(9)內(nèi)部不斷放出熱量、溫度不斷升高，此時啟動熱循環(huán)泵(24)，通過氫氣轉(zhuǎn)化換熱器(19)和電解槽換熱器(21)將多余的熱量隨著熱循環(huán)回路輸送到電解槽(4)中，給正在反應(yīng)的電解液加熱，使電解液溫度穩(wěn)定在最佳工作范圍，直至化學(xué)儲氫罐9達(dá)到飽和狀態(tài)；

電解槽(4)持續(xù)工作，將所產(chǎn)生的氫氣輸送到物理儲氫罐(8)和化學(xué)儲氫罐(9)中，將所產(chǎn)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?fù)Q熱器(20)給氫氧燃料電池(10)預(yù)熱，使其達(dá)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(fù)合產(chǎn)生電能，所得電能用于電解槽(4)的運(yùn)行，此后主要由化學(xué)儲氫罐(9)對其供氫；

氫氧燃料電池(10)連續(xù)工作放熱，其內(nèi)溫度升高超超過閾值后，通過氫氣轉(zhuǎn)化換熱器(19)將多余的熱量通過熱循環(huán)回路輸送到化學(xué)儲氫罐(9)中，使化學(xué)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(wěn)定安全運(yùn)行；當(dāng)氫氧燃料電池(10)或化學(xué)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(fēng)扇(25)開啟，為整個系統(tǒng)散熱降溫，冷卻風(fēng)扇(25)設(shè)于化學(xué)儲氫罐(9)外部，燃料電池散熱器(26)設(shè)于氫氧燃料電池(10)外部。