CN115240880A - 一种可实现持续排热的非能动余热排出***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可持续排热的非能动余热排出***及方法，***包括：蓄压水箱、空气冷却塔；所述蓄压水箱用于储存冷却水；所述空气冷却塔，与所述蓄压水箱之间通过喷淋管道连接，用于蒸汽降温，并将所述蒸汽降温后得到的凝结水排出空气冷却塔。本非能动余热排出***布置灵活，重量、体积小，可实现堆芯的长期冷却，通过非能动的形式达到了在事故全周期对堆芯热量持续导出的效果。

Description

一种可实现持续排热的非能动余热排出***及方法
技术领域
本发明属于反应堆非能动余热导出领域，特别是涉及一种可实现持续排热的非能动余热排出***及方法。
背景技术
小型一体化反应堆的非能动余热排出***的设计主要分为两大类，第一类是一次侧非能动余热排出***设计，其设计理念是通过直接冷却一回路冷却实现堆芯余热导出，通过换热器将反应堆衰变热顺利排出，其中，典型的设计包括AP1000的非能动余热排出***、日本的JPSR以及欧洲的EPR1000。第二类设计是通过冷却蒸汽发生器所产生的蒸汽来排出反应堆余热，主要依靠蒸汽与气液两相自然循环来实现，其中典型的设计为俄罗斯的VVER-1000、韩国的SMART一体化压水堆、俄罗斯的KLT-40S、RITM系列反应堆。
与陆用核电站相比，船用核动力装置的布置紧凑、空间狭小，无法配备体积庞大的专设安全设施，非能动余热排出***的设计也因此受到了限制。如何解决反应堆余热的持续高效的排出与反应堆余热排出***的空间尺寸、重量之间的矛盾是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
为了克服反应堆余热的持续高效的排出与反应堆余热排出***的空间尺寸、重量之间的矛盾的问题，本发明提出一种可持续排热的非能动余热排出***，采用水与空气相结合的非能动余热排出方式，达到了减小空气冷却塔体积和堆芯长期冷却的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种可持续排热的非能动余热排出***，包括：蓄压水箱、空气冷却塔；
所述蓄压水箱用于储存冷却水；
所述空气冷却塔，与所述蓄压水箱之间通过喷淋管道连接，用于蒸汽降温，并将所述蒸汽降温后得到的凝结水凝结水排出空气冷却塔。
优选地，所述空气冷却塔包括C型管换热器、冷空气通道、热空气-湿蒸汽通道、喷淋装置；
所述C型管换热器用于通过冷却水和冷空气对蒸汽进行冷凝；
所述冷空气通道用于通入冷空气至空气冷却塔；
所述热空气-湿蒸汽通道用于将热空气和湿蒸汽排出空气冷却塔；
所述喷淋装置用于喷射冷却水。
优选地，所述蓄压水箱通过所述喷淋管道与喷淋装置连接；
所述喷淋管道上设置有阀门，所述阀门设于所述述蓄压水箱与所述喷淋装置之间；用于控制蓄压水箱放水。
优选地，所述空气冷却塔开有C型管换热器进口、C型管换热器出口；
所述C型管换热器进口通过非能动余热排出***蒸汽管道与核反应堆***连接；
所述C型管换热器出口通过凝水管道与核反应堆***连接。
优选地，所述核反应堆***包括反应堆堆芯、直流蒸汽发生器、反应堆压力容器、稳压空间、主泵、主蒸汽隔离阀、主给水隔离阀；
所述反应堆堆芯用于产生热量；
所述直流蒸汽发生器用于产生蒸汽；
所述稳压空间用于稳定反应堆压力容器内的压力；
所述反应堆压力容器用于密封核反应堆；
所述主泵用于驱动所述反应堆压力容器内冷却剂的流动；
所述主蒸汽隔离阀用于控制蒸汽排放；
所述主给水隔离阀用于控制水进入所述直流蒸汽发生器。
优选地，所述C型管换热器进口与所述核反应堆***之间设置有非能动余热排出***蒸汽隔离阀；
所述非能动余热排出***蒸汽隔离阀用于隔离直流蒸汽发生器产生的蒸汽；
所述C型管换热器出口与所述核反应堆***之间设置有非能动余热排出***凝水隔离阀和止回阀；
所述止回阀用于阻止直流蒸汽发生器中的水回流。
本发明还提供一种可持续排热的非能动余热排出方法，包括以下步骤：
优选地，将冷却水注入蓄压水箱；直流蒸汽发生器中的水通过吸收反应堆堆芯热量产生蒸汽，所述蒸汽通过非能动余热排出***蒸汽管道进入C型管换热器，蓄压水箱中的水通过喷淋装置喷洒到C型管换热器进行水冷却，直至蓄压水箱水耗尽，基于冷空气通道对所述冷却塔通入冷空气，对C型管换热器进行空气冷却，将冷却得到的凝结水通过C型管换热器出口排出空气冷却塔。
优选地，所述水冷却的过程包括，阀门打开后蓄压水箱内的水在重力的作用下，通过喷淋管道进入喷淋装置，通过喷淋装置对C型管换热器的传热管进行喷淋换热，冷却水蒸发得到的蒸汽通过热空气-湿蒸汽通道排出空气冷却塔。
优选地，所述空气冷却的过程包括，冷空气通过冷空气通道进入空气冷却塔，通过所述冷空气对C型管换热器内的高温蒸汽进行冷却，冷却后的冷空气通过热空气-湿蒸汽通道排出空气冷却塔。
优选地，在所述蒸汽通过非能动余热排出***蒸汽管道进入C型管换热器之前还包括，对所述C型管换热器进行交变曲面处理和亲水涂层处理。
本发明公开了以下技术效果：
1、本***运行时采用水与空气相结合的非能动余热排出方式实现堆芯冷却，具有较高的固有安全性。其中，冷却水可通过蓄压水箱与空气冷却塔间的高度差产生的重力势能实现水箱内的水自动喷淋对C型管换热器进行冷却，而空气则在空气冷却塔间通过温差实现自然循环。
2、本***的应用能够实现反应堆堆芯长期冷却。其中，事故初期对冷却能力需求较大，而此时蓄压水箱水位高产生的较大的重力势能能够满足对应时刻的余热排出需求；随着事故进程推进，冷却能力需求逐渐降低，而蓄压水箱水位亦逐渐降低，冷却水产生的余热排出能力相应降低，并最终由空气冷却保障长期冷却效果。
3、本***运行时采用水与空气相结合的非能动余热排出方式实现堆芯冷却，能够实现非能动余热排出***的重力与体积的权衡，既避免了过重的水装量，又能够减小空气冷却塔体积，布置灵活且适用于船舶等对重量、体积要求较高的应用场景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的可持续排热的非能动余热排出***的结构示意图；
图中：1-C型管换热器、2-空气冷却塔、3-冷空气通道、4-热空气-湿蒸汽通道、5-喷淋装置、6-阀门、7-蓄压水箱、8-C型管换热器进口、9-C型管换热器出口、10-非能动余热排出***蒸汽管道、11-非能动余热排出***蒸汽隔离阀、12-主蒸汽隔离阀、14-主给水隔离阀、15-止回阀、16-反应堆堆芯、17-直流蒸汽发生器、18-主泵、19-稳压空间、20-反应堆压力容器、21-非能动余热排出***凝水管道、22-喷淋管道、23-非能动余热排出***凝水隔离阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供了一种可实现持续排热的非能动余热排出***及方法,包括：蓄压水箱7、空气冷却塔2；
蓄压水箱7用于储存冷却水；
空气冷却塔2，与蓄压水箱7之间通过喷淋管道22连接，用于蒸汽降温，并将蒸汽降温后得到的凝结水排出空气冷却塔2。
进一步优化方案，蓄压水箱7内的冷却水能够在重力作用下通过非能动的形式冷却C型管换热器1传热管。
空气冷却塔2包括C型管换热器1、冷空气通道3、热空气-湿蒸汽通道4、喷淋装置5；
C型管换热器1用于通过冷却水和冷空气对蒸汽进行冷凝；
冷空气通道3用于通入冷空气至空气冷却塔2；
热空气-湿蒸汽通道4用于将热空气和湿蒸汽排出空气冷却塔2；
喷淋装置5用于喷射冷却水。
蓄压水箱7通过喷淋管道22与喷淋装置5连接；
喷淋管道22上设置有阀门6，阀门6设于蓄压水箱7与喷淋装置5之间；用于控制蓄压水箱7放水。
空气冷却塔2开有C型管换热器进口8、C型管换热器出口9；
C型管换热器进口8通过非能动余热排出***蒸汽管道10与核反应堆***连接；
C型管换热器出口9通过凝水管道21与核反应堆***连接。
核反应堆***包括反应堆堆芯16、直流蒸汽发生器17、反应堆压力容器20、稳压空间19、主泵18、主蒸汽隔离阀12、主给水隔离阀14；
反应堆堆芯16用于产生热量；
直流蒸汽发生器17用于产生蒸汽；
稳压空间19用于稳定反应堆压力容器20内的压力；
主泵18用于驱动反应堆压力容器20内冷却剂的流动；
反应堆压力容器20用于密封核反应堆；
主蒸汽隔离阀12用于控制蒸汽排放；
主给水隔离阀14用于控制水进入直流蒸汽发生器17。
C型管换热器进口8与核反应堆***之间设置有非能动余热排出***蒸汽隔离阀11；
非能动余热排出***蒸汽隔离阀11用于隔离直流蒸汽发生器17产生的蒸汽；
C型管换热器出口9与核反应堆***之间设置有非能动余热排出***凝水隔离阀23和止回阀15；
止回阀15用于阻止直流蒸汽发生器17中的水回流。
将冷却水注入蓄压水箱7；直流蒸汽发生器17中的水通过吸收反应堆堆芯16热量产生蒸汽，蒸汽通过非能动余热排出***蒸汽管道10进入C型管换热器1，蓄压水箱7中的水通过喷淋装置5喷洒到C型管换热器1进行水冷却，直至蓄压水箱7水耗尽，基于冷空气通道3对冷却塔通入冷空气，对C型管换热器1进行空气冷却，将冷却得到的凝结水通过C型管换热器出口9排出空气冷却塔2。
进一步优化方案，冷却水喷淋量可以通过反应堆衰变热的功率水平实现自动调节。其中，在反应堆停堆初期，堆芯16的衰变热功率水平较大，此时蓄压水箱7水位最高，通过喷淋管道22送至喷淋装置5的流量最大；随着反应堆停堆时间的延长，反应堆堆芯16的衰变热功率水平逐渐下降，同时喷淋水箱7内的水位也逐渐下降，因此降低的冷却需求同样可以得到匹配性满足。
水冷却的过程包括，阀门6打开后蓄压水箱7内的水在重力的作用下，通过喷淋管道22进入喷淋装置5，通过喷淋装置5对C型管换热器1的传热管进行喷淋换热，冷却水蒸发得到的蒸汽通过热空气-湿蒸汽通道4排出空气冷却塔2。
空气冷却的过程包括，冷空气通过冷空气通道3进入空气冷却塔2，通过冷空气对C型管换热器1内的高温蒸汽进行冷却，冷却后的冷空气通过热空气-湿蒸汽通道4排出空气冷却塔2。
在蒸汽通过非能动余热排出***蒸汽管道10进入C型管换热器1之前还包括，对C型管换热器1进行交变曲面处理和亲水涂层处理。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可持续排热的非能动余热排出***，其特征在于，包括：蓄压水箱、空气冷却塔；
所述蓄压水箱用于储存冷却水；
所述空气冷却塔，与所述蓄压水箱之间通过喷淋管道连接，用于蒸汽降温，并将所述蒸汽降温后得到的凝结水排出空气冷却塔。
2.根据权利要求1所述的可持续排热的非能动余热排出***，其特征在于，
所述空气冷却塔包括C型管换热器、冷空气通道、热空气-湿蒸汽通道、喷淋装置；
所述C型管换热器用于通过冷却水和冷空气对蒸汽进行冷凝；
所述冷空气通道用于通入冷空气至空气冷却塔；
所述热空气-湿蒸汽通道用于将热空气和湿蒸汽排出空气冷却塔；
所述喷淋装置用于喷射冷却水。
3.根据权利要求1所述的可持续排热的非能动余热排出***，其特征在于，
所述蓄压水箱通过所述喷淋管道与喷淋装置连接；
所述喷淋管道上设置有阀门，所述阀门设于所述蓄压水箱与所述喷淋装置之间；用于控制蓄压水箱放水。
4.根据权利要求1所述的可持续排热的非能动余热排出***，其特征在于，
所述空气冷却塔开有C型管换热器进口、C型管换热器出口；
所述C型管换热器进口通过非能动余热排出***蒸汽管道与核反应堆***连接；
所述C型管换热器出口通过凝水管道与核反应堆***连接。
5.根据权利要求4所述的可持续排热的非能动余热排出***，其特征在于，
所述核反应堆***包括反应堆堆芯、直流蒸汽发生器、反应堆压力容器、稳压空间、主泵、主蒸汽隔离阀、主给水隔离阀；
所述反应堆堆芯用于产生热量；
所述直流蒸汽发生器用于产生蒸汽；
所述稳压空间用于稳定反应堆压力容器内的压力；
所述反应堆压力容器用于密封核反应堆；
所述主泵用于驱动所述反应堆压力容器内冷却剂的流动；
所述主蒸汽隔离阀用于控制蒸汽排放；
所述主给水隔离阀用于控制给水进入所述直流蒸汽发生器。
6.根据权利要求4所述的可持续排热的非能动余热排出***，其特征在于，
所述C型管换热器进口与所述核反应堆***之间设置有非能动余热排出***蒸汽隔离阀；
所述非能动余热排出***蒸汽隔离阀用于隔离直流蒸汽发生器产生的蒸汽；
所述C型管换热器出口与所述核反应堆***之间设置有非能动余热排出***凝水隔离阀和止回阀；
所述止回阀用于阻止直流蒸汽发生器中的水回流。
7.一种可持续排热的非能动余热排出方法，其特征在于，
将冷却水注入蓄压水箱；直流蒸汽发生器中的水通过吸收反应堆堆芯热量产生蒸汽，所述蒸汽通过非能动余热排出***蒸汽管道进入C型管换热器，蓄压水箱中的水通过喷淋装置喷洒到C型管换热器进行水冷却，直至蓄压水箱水耗尽，基于冷空气通道对所述冷却塔通入冷空气，对C型管换热器进行空气冷却，将冷却得到的凝结水通过C型管换热器出口排出空气冷却塔。
8.根据权利要求7所述的可持续排热的非能动余热排出方法，其特征在于，
所述水冷却的过程包括，阀门打开后蓄压水箱内的水在重力的作用下，通过喷淋管道进入喷淋装置，通过喷淋装置对C型管换热器的传热管进行喷淋换热，冷却水蒸发得到的蒸汽通过热空气-湿蒸汽通道排出空气冷却塔。
9.根据权利要求7所述的可持续排热的非能动余热排出方法，其特征在于，
所述空气冷却的过程包括，冷空气通过冷空气通道进入空气冷却塔，通过所述冷空气对C型管换热器内的高温蒸汽进行冷却，冷却后的冷空气通过热空气-湿蒸汽通道排出空气冷却塔。
10.根据权利要求7所述的可持续排热的非能动余热排出方法，其特征在于，
在所述蒸汽通过非能动余热排出***蒸汽管道进入C型管换热器之前还包括，对所述C型管换热器进行交变曲面处理和亲水涂层处理。
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