[发明专利]降低硼酸溶液中的总有机碳浓度的设备

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及通过使用紫外线辐射来降低核反应堆一回路系统中的含硼酸的冷却水(即，硼酸溶液)内的总有机碳(TOC)浓度，随后通过使用过氧化物，并结合使用活性炭吸附床与混合床(混床柱)，从而达到清除硼酸溶液中的总有机碳的目的。

背景技术

将硼酸(放射性同位素¹⁰B)作为中子吸收剂加入核电站压水反应堆(压水反应堆PWR和水-水高能反应堆VVER))的一回路制冷剂中。一回路制冷剂中的硼酸浓度的改变可导致对中子数量产生影响，进而影响分裂反应的规模和速度。有机物可通过各种非密闭性、或者如伴随化学品制剂(例如硼酸)的污染而进入到制冷剂中。有机物不应存在于制冷剂中，这是由于有机物的存在会对一回路化学系统造成问题。并且，有机物会沉积在燃料部件的表面，从而使传热以及整个制冷过程恶化。有机物在燃料棒上的沉积不仅导致燃料棒本身的散热发生恶化，还会导致以下危害：沉积的有机物由于具有比所覆盖的燃料棒更差的传热系数，因而可导致燃料棒过热；在严重的过热情形下，将引起燃料棒的损坏，以及使核反应裂变的产物释放到一回路制冷剂中。有机物还可与所使用的材料反应，从而导致该材料发生腐蚀。因此，将制冷剂中的有机物浓度控制在最低、甚至接近于零是很重要的。可通过使用化学品来达到所要求的纯净度。在包含有机物的制冷剂未得到净化的情况下，必须最大限度地降低制冷剂中的有机物浓度。

为了上述目的，可利用基于通过紫外线辐射来分解有机物的工艺的原理。目前，用于降低硼酸溶液中的有机碳的方法为所谓的水交换。水交换是时间甚至技术上都要求非常严格的特殊方法，通过新旧替换来取代包含的有机碳浓度超出指标的溶液。用于代替污染溶液的新溶液(纯净溶液)含有最低浓度的有机碳，而被纯净溶液所替换下的污染溶液随后作为放射性液体废物加以处理。除上述的水交换之外，目前并无其它的去除硼酸溶液中的有机碳的方法。本发明方法的独特之处在于，硼酸溶液在经过紫外线辐射处理后可被再次利用。

发明内容

本发明所述技术方案的主题在于，通过使用紫外线辐射来降低核反应堆一回路系统中的含有硼酸的冷却水(即，硼酸溶液)内的总有机碳(TOC)浓度，随后通过使用过氧化物，并结合使用活性炭吸附床与混合床(混床柱)，从而达到清除硼酸溶液中的总有机碳的目的。

为了降低含有硼酸的溶液中的总有机碳(TOC)的浓度，利用基于紫外线辐射分解有机物的技术原理。紫外线辐射来源为紫外线灯(包含全不锈钢圆柱形容器以及发出辐射的灯管)，优选其中的灯管发射的紫外线辐射波长为约185-254nm，并且优选其中的全不锈钢圆柱形容器由具有抛光表面的不锈钢材料制成，从而反射UV辐射。在大多数情况下，所使用的是低压放电灯，有时候简称为低压汞灯(汞灯)。为了前文所述的目的，最合适的辐射波长为185nm(紫外线辐射短波紫外线UV-C)。优选的是，紫外线灯管具有石英玻璃的外壳，以最低限度吸收所需的185nm的波长。在紫外线辐射作用下使水发生光解，产生所谓的自由基，即包含至少一个未成对电子的高活性粒子。自由基能够在接触有机物时使有机物分子中的单个原子间的集合体发生分解，从而导致分子中的碳被分解而数量降低。在理想的状态下，可使有机物分解为水和二氧化碳。

将待净化的含有硼酸和有机物的溶液从储液池内抽取到紫外线灯中。抽取速度是影响整个过程的效率的基本因素。在快速抽取的情况下，有机物和自由基仅发生短时间的接触，从而使得整个过程的效率较低。

能够将储存的溶液快速抽取至紫外线辐射中的方法为：在所述溶液进入紫外线灯之前加入含有过氧基团的化合物制剂，例如过氧化氢(H₂O₂)或者过硫酸钾(K₂S₂O₈)，即所谓的自由基反应引发剂(氧化剂)。这些含有过氧基团的化合物制剂在紫外线辐射的作用下分解为两个自由基，每一个都含有未成对电子。这些自由基与有机物发生反应，从而显著加速有机物的分解过程。这种同时由紫外线辐射和过氧化物产生的作用称为光化学氧化反应，即由日光(实际上是其中的紫外线部分)引发或者催化氧化。使用过氧化氢(H₂O₂)相比于使用例如过硫酸盐等替代品而言更有优势，这是因为过氧化氢的分解形成水，而使用过硫酸盐产生硫酸盐阴离子，所述硫酸盐阴离子可在随后的冷却技术系统中造成腐蚀问题。所述氧化剂为化学纯的试剂。当使用过氧化氢时，所述过氧化氢可以不使用稳定剂添加剂。