[发明专利]一种改进的非能动余热排出系统

说明书

本发明公开了属于池式快堆热工安全技术领域的一种改进的非能动余热排出系统，该余热排出系统是一种贯穿堆芯上下腔的池式快堆燃料组件盒内自然循环系统；本余热排出系统由四套独立的冷却环路构成，每套冷却环路均含有位于冷钠池、热钠池之间的贯穿热交换器、止回阀等关键装置与部件。充分考虑运行成本、换热效率、安全性等综合因素，通过设计采用密度差、自身重力等固有特性工作，提高系统运行的可靠性，减少因电源故障而引起的系统失效，较大程度地降低堆芯熔化概率；更有效地提高余热排出的效率，对提高核电站的固有安全性具有重要意义。

技术领域

本发明属于池式快堆热工安全技术领域，特别涉及一种改进的非能动余热排出系统，具体说，该余热排出系统是一种贯穿堆芯上下腔的池式快堆燃料组件盒内自然循环系统。

背景技术

快堆是第四代核能系统中的典型堆型，多采用池式结构，池式快堆内含大量的钠、铅或铅铋等冷却剂，具有非常大的热容量。在正常工况下，快堆通过中间式热交换器将堆芯热量传递至二、三回路，进而冷却堆芯。在全厂断电、主蒸汽管道破裂、主给水丧失等事故工况下，快堆系统热阱丧失，无法通过中间热交换器、蒸汽发生器等主要传热设备排出堆芯热量。事故工况能动安全系统失效的情况下，如何将堆内余热合理高效导出堆外、保证反应堆安全是设计反应堆的关键所在。根据固有安全性的设计原则，池式快堆采用余热排出系统等专设安全设施，以限制或减少事故后果，防止放射性物质外泄。

目前国际上余热排出系统的设计类型较多，主要包括中间回路余热排出系统、主回路余热排出系统、独立余热排出系统和堆坑余热排出系统等多种形式。下面展示部分代表性的设计方案：

APl000先进压水堆非能动余热排出系统，该系统由一台非能动余热排出热交换器和相关的阀门、管道和仪表组成，内置换料水箱提供热阱，热交换器位于内置换料水箱中，其位置高于反应堆冷却剂系统；当反应堆冷却剂泵不可用时，冷却剂依靠自然循环流经C型热交换器，通过换热器的换热以及换料水箱内过冷水的对流换热和沸腾换热排出堆芯热量。在该方式中，非能动余热排出系统中的水直接注入堆芯，影响一回路的冷却剂。同时需要在堆芯上方配置大容量的换料水箱和安全壳冷却系统，结构较为复杂，经济性不高。

高温气冷堆非能动余热排出系统，该系统由水冷壁、空冷器、热水联箱、冷水联箱、膨胀水箱、空冷塔等组成。水冷壁吸收压力壳及舱室通过辐射和空气自然对流传递的热量，然后传给冷却水，由冷却水通过密度差引起的自然对流形式带到空冷器。空冷器放置在空冷塔内，由环境空气的自然对流进行冷却。该种方式排热能力较为有限，仅当冷却水与堆芯的距离较近时才能获得良好的效果，并且需要设置三回路空气自然循环，成本较高。水冷壁与堆芯和压力容器需构成封闭区间，结构较为复杂。

反应堆容器空气冷却系统，该系统利用反应堆容器外的空气自然循环，把事故工况下的堆芯余热排出到最终热阱。处于反应堆容器外，简化堆内结构，避免对其余系统造成影响，系统可靠性高。但排热能力相对较差，对于大型反应堆，需要增设其他冷却系统，同时缺乏实际参考经验。

采用独立热交换器的非能动余热排出系统，是在主容器内增加一个独立的余热排出热交换器，设计原理是依靠自然对流和自然循环导出反应堆事故停堆后堆芯的余热。由安装在热池内的独立热交换器、安全壳外的空气热交换器、连接管道以及相应的辅助系统组成，可以高效带走堆芯余热。

在大部分池式快堆的余热排出设计中，通常采用独立热交换器的余热排出系统。余热排出的形式、路径、分布有较多选择，如能动、非能动的启动形式、一回路、二回路的布置形式等。发展快堆的国家对快堆余热排出系统进行设计研究，提出相关方案。