[发明专利]使用衰变热的备用核反应堆辅助电源

说明书

技术领域

本发明整体涉及一种用于核动力发电设施的电力系统，并且更加具体地涉及一种备用辅助电力系统，所述备用辅助电力系统使用衰变热作为用于产生电力的能源。

背景技术

核反应堆发电系统的一次侧产生用于产生可售电的蒸汽。对于类似压水反应堆或者液态金属冷却反应堆的反应堆类型而言，一次侧包括闭合回路，所述闭合回路被隔离并且与用于产生可用蒸汽的二次回路成热交换的关系。对于类似沸水反应堆或者气体冷却反应堆的反应堆类型而言，在反应堆堆芯中直接加热用于产生可售电的气体。压水反应堆应用将被描述为在下文声明的理念的应用示例。一次侧包括：包封堆芯内部结构的反应堆容器，所述堆芯内部结构支撑多个包含裂变材料的燃料组件；换热式蒸汽发生器内的一次回路；增压器的内容积；用于循环加压水的泵和管道，所述管道将蒸汽发生器和泵中的每一个独立连接到反应堆容器。包括蒸汽发生器、泵和连接到容器的管道系统在内的一次侧的每一部分均形成一次侧环路。

为了阐释的目的，图1示出了简化的压水核反应堆主系统，其包括大体圆筒形的反应堆压力容器10，所述反应堆压力容器10具有包封核堆芯14的顶盖12。诸如水的液态反应堆冷却剂由泵16经过堆芯14泵入到容器10中，在堆芯14处热量被吸收而且通过通常称作蒸汽发生器的换热器18排出，在蒸汽发生器中，热量被传递到应用回路（未示出），诸如由蒸汽驱动的涡轮发电机。然后反应堆冷却剂返回到泵16，从而完成一次环路。通常，多条上述环路通过反应堆冷却剂管道20连接到单个反应堆容器10。

如在上述段落提及的那样，已经凭借循环通过反应堆堆芯14加热的一次流体经由一次流体进口喷嘴进入到蒸汽发生器18中。一次流体从一次流体进口喷嘴被引导通过一次流体进口总管，经过换热管束内部，排出到一次流体出口总管外，并且通过一次流体出口喷嘴抵达反应堆冷却系统的其余部分。同时，给水被引入到蒸汽发生器的二次侧（即，蒸汽发生器与管束外侧交界的一侧），流经通常连接到蒸汽发生器内侧的给水环的给水喷嘴。在一个实施例中，在进入蒸汽发生器时，给水与从湿气分离器返回的水相混合。这种称作降液管流的混合物被从毗邻蒸汽发生器的外壳的环形腔室向下引导直至将一次侧进口总管与蒸汽发生器的二次侧分离的管板为止，所述管板位于环形腔室的底部，从而致使水改变方向与换热管的外侧成热交换关系并且向上流经形成环形腔室的内壁的包封件的内侧。在水与管束成热交换关系循环的同时，热量从换热管内的一次反应堆冷却剂传递到环绕管的水，从而致使一部分环绕管的水转变成蒸汽。然后蒸汽上升并且被引导通过将蒸汽与携带的水分离开的多个湿气分离器，然后蒸汽通过蒸汽喷嘴离开蒸汽发生器，而且经由蒸汽总管循环至蒸汽涡轮机，所述蒸汽涡轮机被连接以便驱动用于发电的发电机。发电机连接到输电和配电设备，以便以本领域众所周知的方式将电力输送到消费市场。

当首次关闭核反应堆时，需要去除剩余的堆芯衰变热，并且或保持热备用状态或者冷却系统至冷停堆状态。通过一次侧冷却剂从反应堆堆芯去除堆芯衰变热。该冷却剂流流经蒸汽发生器，所述蒸汽发生器将一次冷却剂中的一些热能以随后消散的蒸汽的形式交换至分离的二次（非放射性）流。目前，因将蒸汽排放到大气中而发生这种能量耗散。用于产生蒸汽的二次水从辅助储存水源连续供应至蒸汽发生器。通常，当处于这种模式中时，施加在二次侧上的蒸汽压力升高至大约1,100帕斯卡直到系统开始冷却为止（除了去除衰变热之外还需要去除储能）。系统运转需要用于将辅助给水从大气压力泵压至蒸汽发生器中的更高压力的装置。在正常条件下，该电力由电网提供或者在不能利用电网的情况中由备用柴油发电机来提供。与日本地震和海啸有关的近期事件提高了对这些系统的潜在易损性的认识。

因此，理想的是另一种备用电源能够向电网和柴油备用发电机提供纵深防御，所述柴油备用发电机目前在现有设备中应用为负荷（诸如，向用于使反应堆的衰变热消散的蒸汽发生器供水的给水泵、在低初始压力条件下使用的余热去除系统和整体用于设备的监控和控制仪器）的电源。

因此，理想的是这种备用电源自容纳于设备中。

发明内容