[发明专利]压水反应堆的紧凑型蒸气发生器

说明书

技术领域

本发明大体涉及压水核反应堆，并且更具体地涉及用于压水反应堆的蒸气发生器。

背景技术

在用于发电的核反应堆(诸如压水反应堆)中，热量由核燃料(诸如浓缩铀)的裂变产生，并且被传递到流过反应堆堆芯的冷却剂中。堆芯包含在燃料组件结构中彼此接近安装的细长核燃料杆，冷却剂流经所述燃料杆。燃料杆以共同延伸的平行阵列相互隔开。在给定燃料杆中的燃料原子的核衰变期间释放的一些中子和其他原子微粒穿过燃料杆之间的空间并且撞击在相邻燃料杆中的可裂变材料上，从而促成核反应以及由堆芯产生的热量。

可移动控制杆分散遍及核堆芯，以使得能够通过吸收在燃料杆之间穿过的中子的一部分而控制裂变反应的总速率，否则所述中子将促成裂变反应。控制杆大体包括中子吸收材料的细长杆，并且装配到在燃料组件中的平行于燃料杆并且在燃料杆之间延伸的纵向开口或导向套管中。将控制杆进一步插入堆芯中引起更多中子被吸收而不会促成相邻燃料杆中的裂变；撤回控制杆降低中子吸收的程度并且增加核反应率以及堆芯的功率输出。

图1示出简化的传统核反应堆初级系统，其包括大体柱形的压力容器10，所述压力容器具有将核堆芯14闭合的闭合压头12，所述核堆芯支撑包含可裂变材料的燃料杆。液体冷却剂(诸如，水)被泵16泵送到容器10中穿过堆芯14，并且被排放到典型地称为蒸气发生器的换热器18，在堆芯14处热能被吸收，热量在所述蒸气发生器中被传递到应用回路(未示出)，诸如蒸气驱动式涡轮发电机或工业处理蒸气应用。增压器22被包括以维持系统压力，从而确保冷却剂不会大量沸腾。反应堆冷却剂然后回到泵16，从而完成初级环路。典型地，多个上述环路被反应堆冷却剂管道20连接到单一反应堆容器10。

采用这种设计的商用发电厂典型地输出大约1,100兆瓦电或更多。最近以来，西屋电气有限公司已经提出电输出级别为200-300兆瓦的小型模块化反应堆。小型模块化反应堆是一体的压水反应堆，其中所有初级部件定位在反应堆容器内侧。所需部件尺寸和制造方法使得蒸气发生器典型地成为较大的初级系统部件之一；因此，将蒸气发生器结合在反应堆容器内将使得容器从制造角度以及从服务角度都变得笨重。从而，需要新的蒸气发生器设计，所述蒸气发生器设计会降低将受益于容置在反应堆容器内的蒸气发生器部件的尺寸。

因此，期望新的紧凑型蒸气发生器设计，其将在不牺牲安全性的情况下维持传统压水反应堆的蒸气发生器的效率。

此外，期望新的紧凑型蒸气发生器设计，其将降低需要存储在反应堆安全壳内的部件的整体尺寸。

发明内容

这些和其他目的通过用于压水核反应堆系统的紧凑型蒸气发生器设计实现，所述压水核反应堆系统包括容置核堆芯的反应堆压力容器。紧凑型蒸气发生器包括容置在第一压力容器内的换热器，所述换热器具有初级侧和次级侧，所述初级侧和次级侧用于分别将初级流体介质与次级流体介质隔离，同时至少部分地维持次级流体介质与初级流体介质的热交换关系。换热器的初级侧配置成与核堆芯流体连通。蒸气发生器还包括蒸气鼓，所述蒸气鼓包括第二压力容器，所述第二压力容器配置成与换热器的次级侧流体连通，其中，第一压力容器在操作中维持在比第二压力容器的次级压力更高的初级压力。

优选地，第一压力容器被容置在容置压水核反应堆系统的初级环路的反应堆安全壳建筑物内，而次级压力容器被容置在反应堆安全壳外侧。更优选地，第一压力容器是容置堆芯、换热器以及初级冷却剂环路的反应堆压力容器，而初级流体介质是反应堆冷却剂。在一个实施方式中，蒸气鼓包括被额定用于次级设计压力的第二压力容器、容置在次级压力容器内的湿气分离设备、给水分配装置以及分别用于湿蒸气、给水、再循环液体以及干蒸气的流动喷嘴。蒸气鼓也可包括次级排放装置、污泥收集器和/或松动部件捕获器中的一个或多个。

蒸气鼓通过再循环环路期望地连接到换热器，所述再循环环路包括将在换热器上的湿蒸气出口连接到第二压力容器的湿蒸气喷嘴入口的湿蒸气管道区段、和将在第二压力容器上的再循环液体出口喷嘴与在换热器上的过冷再循环输入口连接的再循环液体管道区段。优选地，再循环液体管道区段包括再循环泵。附加地，湿蒸气管道区段和再循环液体管道区段分别包括用于将换热器与蒸气鼓隔离的隔离阀，并且再循环环路被额定用于换热器和隔离阀之间的初级压力、以及隔离阀和蒸气鼓之间的次级压力。