[发明专利]一种用于池式铅基反应堆的非能动余热排出系统及方法

说明书

本发明涉及一种用于池式铅基反应堆的非能动余热排出系统及方法，该系统包括：空气进口汇聚管道和空气出口汇聚管道，沿周向分别设置在反应堆主容器的底部和顶部外壁上；空气冷却管道，设置在位于空气进口和出口汇聚管道之间的反应堆主容器外壁上，且其一端与空气进口汇聚管道连接，另一端与空气出口汇聚管道连接；空气进口管道，其入口通过进口自动风门与大气环境相连通，出口伸入反应堆堆坑内且与空气进口汇聚管道连接；空气出口管道，其入口与空气出口汇聚管道连接，出口通过出口自动风门与拔风烟囱的进口连接，拔风烟囱的出口与大气环境相连通。本发明启动方便，结构简单，排热效果好，能够简化堆芯结构，降低反应堆建造成本，具有非能动安全性。

技术领域

本发明涉及池式铅基反应堆的非能动安全设施，具体是关于一种事故下排出池式铅基反应堆堆芯余热的非能动余热排出系统及方法。

背景技术

池式铅基反应堆选用铅或者铅铋合金作为冷却剂，具有很强的自然循环能力，事故下能够依靠反应堆内冷却剂的自然循环流动排出堆芯余热，从而大大提高反应堆的固有安全性。

非能动余热排出系统作为铅基反应堆的专设安全设施，其设计对于提高反应堆的固有安全性有着非常重要的意义。池式铅基反应堆一般采用独立的非能动余热排出系统，它的优点是事故下能够利用系统介质的自然循环流动自动地排出堆芯余热，无需附加额外动力源，从而大大提高系统的可靠性，减少堆芯熔毁的风险。

对于非能动余热排出系统，国内外已经开展了一系列的设计和研究，以下是几种具有代表性的方案：

(1)先进压水堆AP1000的非能动余热排出系统采用内置于换料水箱中的C型换热管束来排出堆芯余热。事故下，冷却剂通过自然循环流经换料水箱内的C型换热管束，将堆芯余热传递到换料水箱中，换料水箱中的水沸腾产生蒸汽，蒸汽最终会排放到安全壳中，由非能动安全壳冷却系统将热量排放到最终热阱——大气。但是，该系统需要在堆芯上方设置大容积水箱和配套的非能动安全壳冷却系统，系统较为复杂，经济性不高。

(2)高温气冷堆的非能动余热排出系统采用布置在压力容器外的水冷壁来排出堆芯余热。事故下，反应堆余热通过辐射传热和空气自然循环流动从压力容器传递给水冷壁，然后由水冷壁中冷却水的自然循环流动进一步将热量传递给空冷器，最终由空冷塔内环境空气的自然对流将热量排放到最终热阱——大气。但是，该系统需要设置三回路空气自然循环，且需要在反应堆压力容器外侧留有布置水冷壁的空间，结构复杂且成本较高。

(3)岭东核电有限公司公开的一种铅基快堆堆外非能动余热排出系统设计，采用布置在反应堆外的U型水冷传热管来排出堆芯余热。事故下，反应堆余热通过热辐射和空气自然对流从反应堆容器壁面传递给U型水冷管的上升段，然后将U型水冷管中自然循环流动的冷却水加热成蒸汽排入布置在上方的冷却水箱中，最终由冷却水箱中的饱和水产生蒸汽将热量传递给最终热阱——大气。但是，该系统方案设计需要在堆芯上部设置大容积水箱和额外的补水装置，系统设置较为复杂且成本较高。

(4)独立换热器非能动余热排出系统采用布置在主容器内的热交换器来排出堆芯余热。事故下，反应堆余热通过独立热交换器从堆芯导出，然后由其他排热途径导出到大气环境中。在目前大部分快堆中，余热排出系统都采用该方案设计，但是该系统需要在反应堆主容器内设置独立热交换器，增大了反应堆主容器空间，降低了反应堆的经济性。

(5)反应堆容器空气冷却非能动余热排出系统(RVACS)采用布置在反应堆容器外面的空气冷却管道排出堆芯余热。事故下，反应堆余热通过辐射传热和空气自然对流从容器表面传递给空气冷却管道，然后由空气冷却管道中的空气自然循环直接将热量排放到最终热阱——大气。该系统设置简单，可提高反应堆的安全性，但是排热能力相对较差，对余热排出量较大的反应堆，需要额外设置其他冷却系统。

发明内容