專利名稱:一體化自然循環(huán)低溫供熱核反應(yīng)堆的制作方法
本發(fā)明屬于核能(由核反應(yīng)堆提供)在供熱方面的利用。
聯(lián)邦德國電站聯(lián)盟(KWU)在和我國交換核能資料時介紹了他們設(shè)計的一體化、自然循環(huán)低溫供熱堆的設(shè)計。它在堆內(nèi)采用蒸汽自保壓方式、這就需要在堆內(nèi)產(chǎn)生足夠的含汽量，使堆在運(yùn)行時的不穩(wěn)定性有所增加。為了增加堆的安全性，在壓力殼上裝有安全閥，使安全性增加;但由于裝置一套安全閥排放系統(tǒng)，又使建造費用增加。對于控制棒傳動機(jī)構(gòu)，西德采用“階梯套管式”水力傳動機(jī)構(gòu)，簡化了結(jié)構(gòu)，但步距大，調(diào)節(jié)性能差，調(diào)節(jié)用水量大。該堆的注硼系統(tǒng)，在堆內(nèi)的管路部分直接引向殼內(nèi)底部，當(dāng)殼外發(fā)生斷管時則易于引起堆芯失水事故。上述供熱堆是專為冬季供暖而設(shè)計的，沒有考慮多種用途，因此經(jīng)濟(jì)效益較差。
本發(fā)明的目的在于提供一種更為經(jīng)濟(jì)和安全的低溫供熱堆，可以在堆裝置上綜合利用核能。
本發(fā)明的要點是，堆內(nèi)采用充氫自保壓方法。一方面用堆內(nèi)生產(chǎn)的蒸汽來維持壓力殼內(nèi)的壓力，另一方面充入氫氣到堆腔頂部，這樣可以要求蒸汽產(chǎn)量小，提高反應(yīng)堆的穩(wěn)定性。并且由于充氫使堆內(nèi)水含氫量達(dá)到飽和，從而可以抑制水的裂解，因此不需要再設(shè)置氫氧復(fù)合系統(tǒng)，就可以使水中的含氧量達(dá)到很低值。
控制棒傳動機(jī)構(gòu)采用“對孔式水力傳動機(jī)構(gòu)”。和“階梯套管式”水力傳動機(jī)構(gòu)相比具有如下的優(yōu)點步距小，調(diào)節(jié)性能好;所需循環(huán)水量少;安全性好，沒有可能發(fā)生控制棒的意外彈棒事故。
壓力殼安全閥的卸壓管接入容積補(bǔ)償水箱內(nèi)，省去安全閥排放系統(tǒng)，在具有同樣安全的條件下。改善了經(jīng)濟(jì)性。
改善二回路的水質(zhì)，使二回路內(nèi)充滿含氧中性純水，減少了碳鋼管路和設(shè)備的腐蝕性。當(dāng)有二回路水漏進(jìn)一回路的事故發(fā)生時，也不會惡化一回路的水質(zhì)。
在本反應(yīng)堆裝置上可以開展綜合利用。為此本堆裝有銦-鎵輻照回路，依靠堆內(nèi)的輻照生產(chǎn)作為放射源的材料。在堆內(nèi)裝有單晶硅輻照裝置，可以進(jìn)行輻照操作。反應(yīng)堆供熱系統(tǒng)的熱工參數(shù)可調(diào)，三回路出口處可以得到13.5大氣壓、190℃的工業(yè)用蒸汽或熱水，也可以用輸出的熱能制冷。
本發(fā)明的一個實例如圖1和圖2所示。
圖1是5MW低溫供熱堆裝置的回路系統(tǒng)圖。在圖中可見，本裝置共有三個主要回路系統(tǒng)。主回路系統(tǒng)也稱一回路系統(tǒng)是在壓力殼1之內(nèi)，這種布置稱為一體化布置方法。作為載熱劑的水在堆芯2和主換熱器3之間依靠自然循環(huán)而流通，不用泵。
二回路系統(tǒng)也稱中間回路系統(tǒng)，它由主換熱器、循環(huán)泵4、穩(wěn)壓器5和中間換熱器6組成。為了防止在事故情況下，主回路系統(tǒng)的水不向中間回路系統(tǒng)泄漏，中間回路系統(tǒng)的壓力略高于主回路系統(tǒng)的壓力。同時在中間回路中利用含氧中性純水，以減少水對碳鋼管路和設(shè)備的腐蝕性。
三回路系統(tǒng)即供熱回路系統(tǒng)。由中間換熱器出來的熱水進(jìn)入熱網(wǎng)8，再由泵7送回中間換熱器。
上述三個回路中水的熱工參數(shù)是
壓力 入口溫度 出口溫度
一回路 15大氣壓 178℃ 198℃
二回路 17大氣壓 110℃ 150℃
三回路 5大氣壓 60℃ 120℃
為了擴(kuò)大低溫堆的應(yīng)用范圍，三回路可以給出熱水或蒸汽，其出口壓力可達(dá)13.5大氣壓，溫度可達(dá)190℃。這些供熱的水也可以用來做為制冷之用。
圖中12是壓力殼的安全閥，它有專用的管路連向容積補(bǔ)償水箱10，而后者通過管路分別連向凈化系統(tǒng)9和容積補(bǔ)償系統(tǒng)11。13是剩余發(fā)熱冷卻系統(tǒng)。
圖2表示壓力殼以內(nèi)的結(jié)構(gòu)。壓力殼12為長園筒形容器，內(nèi)經(jīng)為1.8米，內(nèi)高為6.28米，壁厚為9厘米。材料為22號鍋爐鋼板。內(nèi)復(fù)不銹鋼襯。壓力殼放在安全殼內(nèi)，后者是由低碳鋼制成，作為輻照防護(hù)的一道屏障。安全殼坐在生物屏蔽層內(nèi)，生物屏蔽層是由400號水泥制成的厚壁園筒狀設(shè)備。在生物屏蔽層外，輻照劑量達(dá)到工作人員正常接近的標(biāo)準(zhǔn)值以下。
堆芯由燃料元件組件1和控制棒2組成。共有12個燃料組件。每個燃料組件由96根燃料棒組成，其中8個固定棒，在棒束的外面包有元件盒。燃料棒直徑為10毫米，包殼為鋯-4合金，包殼管內(nèi)裝有豐度為3%的燒結(jié)的UO2燃料塊。控制棒為十字型，吸收材料是B4C，外包不銹鋼殼。為了減輕在堆芯上部空間的擁擠狀態(tài)，采用“對孔式”水力傳動機(jī)構(gòu)，傳動機(jī)構(gòu)就放在堆芯內(nèi)，控制棒可以由堆芯向上運(yùn)動。
整個堆芯坐在下棚板3上，下棚板由吊蘭4懸掛，而吊蘭則懸掛在壓力殼的法蘭上。為了保證安全，堆芯的下部設(shè)有支承架13。主換熱器5由吊蘭懸掛在吊蘭和壓力殼之間的空間內(nèi)。二回路水的出入口管在壓力殼的上蓋開孔引出。主回路中的水在堆芯內(nèi)被加熱上升，沿著堆芯上部由吊蘭簡形成的抽管上升，在頂部轉(zhuǎn)向并進(jìn)入主換熱器。然后水再沿著由壓力殼和吊蘭之間形成的下降流道從底部進(jìn)入堆芯。由此可見，加長抽管可以大大增加載熱劑水的自然循環(huán)的壓頭。在壓力殼內(nèi)頂部有由蒸汽和充氫(1.6大氣壓、分壓)形成的氣腔，用以穩(wěn)定、維持主回路水的壓力。
為了保證在事故條件下能夠安全停堆，在反應(yīng)堆壓力殼內(nèi)裝有硼酸注入系統(tǒng)。它由管路6，射流管7和噴咀8組成。在事故情況下高壓硼水由射流管進(jìn)入注硼管路，再由噴咀進(jìn)入堆芯。如果殼外硼水管發(fā)生斷裂，堆芯仍然可以被水淹沒，不致使壓力殼內(nèi)的水順斷管流出堆外。
9是乏燃料貯存管，這種貯存方式既安全又節(jié)省空間，可以降低經(jīng)濟(jì)成本。
為了開展核能的綜合利用，在反應(yīng)堆內(nèi)安裝了單晶硅輻照裝置11，隨時可以進(jìn)行輻照操作;堆芯周圍裝有銦-鎵回路裝置10，它可以通過輻照生產(chǎn)具有廣泛用途的r輻照源材料。
權(quán)利要求
1、一種一體化自然循環(huán)低溫核供熱堆，其特征在于主回路內(nèi)采用充氫自保壓方式穩(wěn)定主回路內(nèi)的壓力波動。控制棒的傳動機(jī)構(gòu)采用水力傳動機(jī)構(gòu)，壓力殼內(nèi)的安全閥排放管連入容積補(bǔ)償水箱內(nèi)，壓力殼內(nèi)的安全注硼系統(tǒng)裝有射流管，二回路系統(tǒng)內(nèi)流通含氧中性純水，在內(nèi)裝有輻照裝置。
2、按照權(quán)利要求
1所述的供熱堆，其特征在于主回路內(nèi)充氫的分壓可以由0.6到2大氣壓。
3、按照權(quán)利要求
1所述的供熱堆，其特征在于所說的控制棒傳動機(jī)構(gòu)采用“對孔式”水力傳動機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)置于堆芯內(nèi)。
4、按照權(quán)利要求
1所述的供熱堆，其特征在于在堆內(nèi)裝有銦-
輻照回路和單晶硅輻照裝置。
5、按照權(quán)利要求
1所述的供熱堆，其特征在于供熱輸出的水蒸汽或水，其壓力可達(dá)5大氣壓，溫度可達(dá)190℃。
6、按照權(quán)利要求
1所述的供熱堆，特征在于輸出熱可用制冷工藝。
專利摘要
本發(fā)明是一種一體化自然循環(huán)低溫供熱核反應(yīng)堆。屬于核能在供熱領(lǐng)域里的應(yīng)用。該低溫堆增設(shè)了充氫自保壓系統(tǒng)，提高了壓力的穩(wěn)定性；控制棒采用“對孔式”水力傳動機(jī)構(gòu)；注硼系統(tǒng)管路裝有射流管；壓力殼安全閥的排放管連至容積補(bǔ)償水箱。二回路采用含氧中性純水。在反應(yīng)堆壓力殼裝有銦-鎵輻照回路，單晶硅輻照裝置。本發(fā)明還可以調(diào)節(jié)供熱參數(shù)。供給熱蒸汽，因此本裝置是一個更為經(jīng)濟(jì)和安全的低溫供熱堆，它對發(fā)展核能的綜合利用也具有實際意義。
文檔編號G21D9/00GK85100179SQ85100179
公開日1986年8月6日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者王大中, 馬昌文, 吳元強(qiáng), 吳洪林, 李仲三, 王永慶, 董鐸 申請人:清華大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan