CN85100044B - 深水池式供热堆 - Google Patents
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Abstract
深水池式供热堆属于低温核能供热技术。本发明提供一种深水池式供热堆，既保持池式堆结构简单、具有高度内在安全性能、经济规模较小的优点，又能将供热参数提高，使热网入口水温度与中小型热网要求相匹配。本发明采用加深水池的方法，使位于水池底部的反应堆堆芯处于足够高的水静压下，并将换热器倒置，从而提高一次水的出口温度。本发明提供的池式供热堆结构简单，安全性好，造价低、运行检修便利，还可综合利用，提高经济效益。
Description
本发明是关于低温供热堆的发明。属于低温核能供热技术。
利用核能供热是解决能源问题的一个重要手段。目前设计与建造的低温供热堆可分三种类型，第一种为壳式加压型（例如西德、苏联设计建造的自然循环沸水堆，堆芯装在耐压壳内，其堆内结构与动力堆相近。见ОБ АТОМНОМ ТеПЛОСНаБбЖеНЦЦ АТОМНАЯэНеРгиЯ.аПРеЛЬ 1980 CTP.224 228。第二种为池式加压型（例如瑞典设计的低压压水堆，堆芯装在一个大水池内，水池由承压予应力混凝土壳构成。见L.NILSSON，M.HANNUS“SECURE Nuclear District Heating Plant”Nucl·Tech·Vol38）。关于以上两种堆型亦可参阅“核能安全参考资料”第5期（1982年12月）中的中文译文。这两种堆都是为城市采暖而设计的单纯供热堆。为与非核能源相竞争，其设计规模一般要达到200兆瓦至500兆瓦热功率（500兆瓦可供采暖基本负荷的建筑面积约1000万平方米），只适用于大、中城市的大型热网。目前国内许多城市与工业区都迫切需要低温热源，但往往因其热网规模不大，而上述核供热堆总投资高，影响了核能供热市场的扩展。
第三种为适应小型用户的需要，加拿大乔克河实验室（Chalk River Lab·）已发展一种池式小型供热堆（见AECL-8257，The Canadian Slowpoke Heating Reactor，by J·S·Glen and J·w·Hilborn），其结构特点是将堆芯与换热器布置在一个常压水池内，堆芯在水池底部。池水经堆芯后被加热，靠自然循环上浮，升至水面附近入换热器，在这里把热量传给二次水，然后由换热器的下方出口返回池壳。这种池式堆结构简单，具有高度的内在安全性能。设计为2兆瓦的供热堆，其成本在该国边远地区可与石油供热相竞争。但由于池水不受压力，其供水温度低于70℃，不适应中小型热网的温度要求，因而难于扩大规模，推广应用。
本发明的目的是在保持池式堆特点的基础上，提高供热参数，并且使辐照、供热综合利用，降低供热成本。
本发明的主要内容是：
1 加深水池，使堆芯上沿处的水深在10米～40米之间，依靠深池的水静压来提高堆芯出口水温，同时避免出现沸腾。
2 为保证堆芯出口水浮升后不出现沸腾，本发明将换热器倒置，使被堆芯加热的水在深水处进入换热器，经冷却后由换热器上部流入水池（这一点与上述加拿大等自然循环反应堆的设计相反）。
3 本发明的池水采用自然循环（其浮升力由于加深水池而增强，且不因换热器出入口倒置而受损失）。还可在自然循环的基础上增设循环泵（这种循环泵较一般回路循环泵耗功低），以降低换热器及某些池内设备的造价。
4 由于本发明保持了开口水池式的特点，故可在反应堆堆芯内外直接安装辐照照孔道，和将中子活化后的介质在辐照回路中循环至堆外，建立辐照装置。
5 扩大反应堆热能的利用范围，该堆输出的热水不仅可供应冬季采暖及一般生活用热水，而且还可用于低温发电及夏季空调制冷等。
水池深度原则上不受限制，根据反应堆总体设计结果，池深与热网供水温度的关系可举例如下：
| 水深［米］ （由堆芯上沿算起） | １５ | ２０ | ３０ | ４０ |
| 热网供水温度［℃］ | ８０-８５ | ８５-９３ | ９３-１０２ | １０３-１１０ |
本发明与现有各种供热堆方案相比，所具有的优点如下：
深水池式供热唯一方面保持了池式堆结构简单、安全性好、造价低、运行检修便利的特点;另一方面由于供水温度的提高，单堆功率规模不再受供水温度的限制，可根据热网的需要，设计经济合理的供热堆。另外反应堆得到综合利用，可显著提高其经济效益。这些特点均有利于核供热市场的扩展。
本发明的一个实例如附图所示，该图画出一座热功率在20～100兆瓦之间的供热堆（相当于供暖建筑面积40～200万平方米）的剖面示意。在大水池（6）的底部安装堆芯（14），其中装有水力传动的控制棒（12、13）（当水池深度不大时，也可采用装在堆顶的机电传动装置）。一次水在堆芯受热后，由上升流道（10）籍助于浮升力进入换热器下方的入口（7），并在换热器（5）中将热量传给二次水（图中点划线表示换热器排管），然后由上方出口（3）流回池内。在必要时，在换热器出口处可增设循环泵（4），以强化出力。二次水则由池顶部的入口（1）进入换热部分（5），然后从换热器底部经出口管（17）流出堆外，并将热量由另一组换热器（附图中未画出）传入热网的三次水内。为了保证热网水绝对不受放射性污染，令二次水的压力高于一、三次水的压力。本例中在堆芯上方足够高度设有一检修平台（8），在检修及更换燃料时可将部分池水排入另一储存池（未画出）使池内水位由运行水位（2）下降到检修换料水位（9），此时堆芯的剩余发热仍可由余热换热器（11）散出。换出的乏燃料可暂存在乏燃料储存箱（15）中。在本发明中由于保留了开口池壳结构，因而可在堆芯周围装设辐照孔道和辐照回路装置的活化器（16）。由附图可清楚地看出本发明深水池式供热堆结构简单及运行检修便利等特点。
本发明扩大应用范围的实例如下：
反应堆设计功率为5兆瓦，堆芯上沿处水深15米。换热器高度7米。冬季可供应85℃热水（由20℃冷水加热）60吨/时。夏季可供应95℃热水给溴化锂吸收式制冷机，可制出7～12℃的冷冻水，制冷量约为600万大卡/时。为建筑物空调制冷提供能源。如每年按4300小时运行计算，与相同制冷量的电驱动离心式制冷机相比，则每年可节约电费45万多元。同时，此供热堆内还装有中子活化介质辐照回路，所提供的辐照量可供堆旁建造一座20万居里左右的辐照装置。关于制冷与辐照回路本身的技术，均可采用国内外已有的成熟技术或另外发展的新技术。
Claims (3)
1、一种堆芯在水池底部，换热器在水池中的池式供热堆，池水深度为10至40米，其特征是深池水自然循环，池中换热器出入口倒置，使被堆芯加热的水在深水处进入换热器。
2、根据权利要求1所述的池式供热堆，其特征在于附设有辐照回路装置。
3、根据权利要求1所述的池式供热堆，其特征在于利用该堆热能制冷及低温发电。
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