本發(fā)明涉及核能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種池式反應(yīng)堆。
背景技術(shù)：
目前我國以煤炭為主的供熱方式使得霧霾問題越來越嚴重，而核能作為清潔能源，可以實現(xiàn)零排放。利用核能供熱，一方面可以減少傳統(tǒng)化石能源的消耗，更好的保護環(huán)境；另一方面可以拓寬核能的民用領(lǐng)域，在原有的發(fā)電應(yīng)用基礎(chǔ)上增加供熱用途。
就我國目前能源和環(huán)境形勢而言，為應(yīng)對能源資源稀缺、環(huán)境污染嚴重的現(xiàn)狀，必須考慮可替代燃煤鍋爐且清潔高效的供熱方式，而隨著北方城市集中供熱面積的逐漸擴大，低溫供熱堆在供熱領(lǐng)域的競爭優(yōu)勢也將逐步得以體現(xiàn)。
現(xiàn)有的核供熱反應(yīng)堆通常為殼式反應(yīng)堆，需要設(shè)置緊急安全注水及噴淋設(shè)施等系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并且在核反應(yīng)堆發(fā)生破口事故和非破口事故時，需要采用不同的設(shè)備進行處理，其初始投資成本高，安全性差。
另外，現(xiàn)有的池式反應(yīng)堆中冷卻劑回路與水池內(nèi)的水是互相連通的，冷卻劑回路內(nèi)的運行壓力通過調(diào)節(jié)反應(yīng)堆在水池內(nèi)的深度來調(diào)節(jié)，而水池的深度通常是有限的，也就限制了冷卻劑回路的運行壓力，最終造成反應(yīng)堆的供熱參數(shù)較低。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題之一。
為此，本發(fā)明提出一種池式反應(yīng)堆，該池式反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)簡單，投資成本低，供熱效率高、調(diào)峰適應(yīng)能力強且安全可靠。
根據(jù)本發(fā)明實施例的池式反應(yīng)堆，包括：安全殼；水池，所述水池設(shè)在所述安全殼內(nèi)；反應(yīng)堆容器，所述反應(yīng)堆容器設(shè)在所述水池內(nèi)且位于所述水池內(nèi)的液面以下，所述反應(yīng)堆容器具有容器進口和容器出口；堆芯，所述堆芯設(shè)在所述反應(yīng)堆容器內(nèi)；第一換熱器，所述第一換熱器設(shè)在所述安全殼內(nèi)且位于所述水池外，所述第一換熱器與所述反應(yīng)堆容器的容器進口和容器出口相連以形成封閉式的第一回路；第二換熱器，所述第二換熱器設(shè)在所述安全殼內(nèi)或所述安全殼外，所述第二換熱器與所述第一換熱器相連以形成封閉的第二回路；供熱網(wǎng)，所述供熱網(wǎng)與所述第二換熱器相連形成第三回路。
根據(jù)本發(fā)明實施例的池式反應(yīng)堆，通過將反應(yīng)堆容器設(shè)置在水池內(nèi)，在水池外設(shè)置與反應(yīng)堆容器連通的第一換熱器、與第一換熱器連通的第二換熱器以及與第二換熱器連通的供熱網(wǎng)，使得反應(yīng)堆容器與第一換熱器之間形成封閉的第一回路、第一換熱器與第二換熱器之間形成封閉的第二回路、第二換熱器與供熱網(wǎng)之間形成第三回路，從而使反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量通過多級回路傳遞至供熱網(wǎng)，可以有效消除放射性污染，提高池式反應(yīng)堆的安全性，同時，封閉的第一回路在正常運行工況下與水池相隔離，第一回路內(nèi)工質(zhì)的運行壓力不受到池水深度的影響，可以自行調(diào)節(jié)，從而可以通過調(diào)節(jié)第一回路內(nèi)工質(zhì)的壓力以形成微壓，進而提高池式反應(yīng)堆的供熱參數(shù)，與傳統(tǒng)供熱的燃煤供熱方式相比，該池式反應(yīng)堆供熱燃料費用少，供熱成本低，調(diào)峰適應(yīng)能力強，可實現(xiàn)零排放，并且供熱效率遠遠高于燃煤鍋爐。
另外，根據(jù)本發(fā)明實施例的池式反應(yīng)堆，還可以具有如下附加的技術(shù)特征：
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述池式反應(yīng)堆還包括：非能動余熱換熱器，所述非能動余熱換熱器設(shè)在所述水池內(nèi)且位于所述水池內(nèi)的液面以下，所述非能動余熱換熱器與所述第一回路相連以在所述反應(yīng)堆發(fā)生事故時將所述第一回路中的余熱熱交換到所述水池內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述池式反應(yīng)堆還包括：第一隔離閥，所述第一隔離閥設(shè)在所述非能動余熱換熱器與所述第一回路之間的管道上，所述第一隔離閥在所述反應(yīng)堆正常運行時關(guān)閉且在所述反應(yīng)堆發(fā)生事故時打開。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述池式反應(yīng)堆還包括：設(shè)在所述水池內(nèi)的安全補水管和設(shè)在所述安全補水管上的安全補水閥，所述安全補水管在一端與所述反應(yīng)堆容器連通且另一端與所述水池連通，所述安全補水閥在所述反應(yīng)堆發(fā)生事故且所述反應(yīng)堆容器內(nèi)的壓力低于所述水池內(nèi)的壓力時打開以便所述水池內(nèi)的水注入到所述反應(yīng)堆容器內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述池式反應(yīng)堆還包括：一回路穩(wěn)壓器，所述一回路穩(wěn)壓器設(shè)在所述安全殼內(nèi)且位于所述水池外，所述一回路穩(wěn)壓器與所述第一回路相連以調(diào)節(jié)所述第一回路內(nèi)的壓力。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述池式反應(yīng)堆還包括：內(nèi)置換熱器，所述內(nèi)置換熱器設(shè)在所述水池內(nèi)且位于所述水池內(nèi)的液面以下；外置換熱器，所述外置換熱器設(shè)在所述安全殼外，用于導(dǎo)出所述水池內(nèi)的熱量。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述反應(yīng)堆容器設(shè)在所述水池內(nèi)的底部，所述容器進口位于所述反應(yīng)堆容器的下部且所述容器出口位于所述反應(yīng)堆容器的上部。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述池式反應(yīng)堆還包括：二回路穩(wěn)壓器，所述二回路穩(wěn)壓器與所述第二回路相連以調(diào)節(jié)所述第二回路內(nèi)的壓力。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第二回路內(nèi)的壓力大于所述第一回路內(nèi)的壓力。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一回路內(nèi)的壓力為1.5-20個標準大氣壓的微壓。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一回路內(nèi)的壓力為5-12個標準大氣壓。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一回路內(nèi)的壓力為6-9個標準大氣壓。
本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
附圖說明
本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的池式反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標記：
100：池式反應(yīng)堆；
10：水池；
11：安全殼；
20：反應(yīng)堆容器；
21：容器進口；22：容器出口；
23：堆芯；
30：第一換熱器；
31：第一進口；32：第一出口；35：第二出口；36：第二進口；
33：一回路穩(wěn)壓器；
40：第二換熱器；
45：第一進口；46：第一出口；
41：非能動預(yù)熱換熱器；
411：出口；412：進口；
42：供熱網(wǎng)；
43：二回路穩(wěn)壓器；
50：第一隔離閥；
60：內(nèi)置換熱器；61：外置換熱器；
90：安全注水管；91：安全補水閥。
具體實施方式
下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
下面結(jié)合附圖具體描述根據(jù)本發(fā)明實施例的池式反應(yīng)堆100。
根據(jù)本發(fā)明實施例的池式反應(yīng)堆100，包括安全殼11、水池10、反應(yīng)堆容器20、堆芯23、第一換熱器30、第二換熱器40和供熱網(wǎng)42。
具體而言，水池10設(shè)在安全殼11內(nèi)，反應(yīng)堆容器20設(shè)在水池10內(nèi)且位于水池10內(nèi)的液面以下，反應(yīng)堆容器20具有容器進口21和容器出口22，堆芯23設(shè)在反應(yīng)堆容器20內(nèi)，第一換熱器30設(shè)在安全殼11內(nèi)且位于水池10外，第一換熱器30與反應(yīng)堆容器20的容器進口21和容器出口22相連以形成封閉式的第一回路，第二換熱器40設(shè)在安全殼11內(nèi)或安全殼11外，第二換熱器40與第一換熱器30相連以形成封閉的第二回路，供熱網(wǎng)42與第二換熱器40相連形成第三回路。
換言之，該池式反應(yīng)堆100主要由安全殼11、水池10、反應(yīng)堆容器20、堆芯23、第一換熱器30、第二換熱器40和供熱網(wǎng)42組成，安全殼11形成為封閉式殼體，且安全殼11內(nèi)限定有密閉空間，水池10、反應(yīng)堆容器20、第一換熱器30分別設(shè)在安全殼11的密閉空間內(nèi)，從而降低放射性物質(zhì)泄漏到環(huán)境的概率，提高池式反應(yīng)堆100的安全性。同時，水池10內(nèi)有水，反應(yīng)堆容器20內(nèi)設(shè)有堆芯23，反應(yīng)堆容器20設(shè)在水池10內(nèi)且位于水池10內(nèi)的液面以下，使得反應(yīng)堆容器20的堆芯23完全浸沒在水池10內(nèi)的水面下，從而不僅可以在正常運行工況下利用水池排熱循環(huán)系統(tǒng)將池式反應(yīng)堆100的衰變熱不斷的導(dǎo)出到外部環(huán)境中，實現(xiàn)熱量的排出，而且與殼式反應(yīng)堆相比，在發(fā)生事故時，水池10內(nèi)的池水能為事故期間導(dǎo)出堆芯23的余熱提供巨大的中間熱阱，是反應(yīng)堆事故的一項重要緩解措施，從而進一步地提高池式反應(yīng)堆100的安全性。
進一步地，反應(yīng)堆容器20具有可以進出冷卻水的容器進口21和容器出口22，第一換熱器30設(shè)在安全殼11形成的密閉空間內(nèi)且位于水池10外，第一換熱器30一次側(cè)具有可以進出冷卻劑的第一進口31和第一出口32，第一換熱器30一次側(cè)的第一進口31與容器出口22連通，第一出口32與容器進口21連通形成封閉的第一回路，第一回路內(nèi)冷卻劑的運行壓力不受到水池10內(nèi)池水深度的影響，可以自行調(diào)節(jié)，優(yōu)選地，將第一回路內(nèi)的壓力調(diào)至比水池10內(nèi)壓力略高，從而在第一回路內(nèi)形成微壓，由此，不僅可以在正常運行工況下提高池式反應(yīng)堆100的供熱參數(shù)，而且在發(fā)生事故時，可以保證堆芯23不至于由于冷卻劑大量流失造成裸露，使得池式反應(yīng)堆100具有降低安全級別的條件，有利于減少設(shè)備造價。
第二換熱器40設(shè)在安全殼11外部(如圖1所示位置)，且第二換熱器40一次側(cè)具有可以進出冷卻劑的第一進口45和第一出口46，第一換熱器30二次側(cè)具有可以進出冷卻劑的第二進口36與第二出口35，第二換熱器40一次側(cè)的第一進口45與第一換熱器30二次側(cè)的第二出口35連通，第一出口46與第二進口36連通形成封閉的第二回路，第二換熱器40二次側(cè)與供熱網(wǎng)42相連形成第三回路，反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量通過第一回路傳遞給第一換熱器30，再經(jīng)過第二回路傳遞給第二換熱器40，最后經(jīng)過第三回路傳遞給供熱網(wǎng)42進行供熱，形成多級回路傳熱系統(tǒng)，利用第二回路將與反應(yīng)堆直接連通的第一回路與供熱網(wǎng)50相隔離，保證了任何事故工況下，不會對城市的熱網(wǎng)帶來放射性，進一步地提高池式反應(yīng)堆100的安全性。
當然，第二換熱器40也可以設(shè)在安全殼11的內(nèi)部，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際設(shè)計需求做出適應(yīng)性改變，以保證池式反應(yīng)堆100的安全性以及供熱效率。
由此，根據(jù)本發(fā)明的池式反應(yīng)堆100，通過將反應(yīng)堆容器20設(shè)置在水池10內(nèi)，在水池10外設(shè)置與反應(yīng)堆容器20連通的第一換熱器30、與第一換熱器30連通的第二換熱器40以及與第二換熱器40連通的供熱網(wǎng)42，使得反應(yīng)堆容器20與第一換熱器30之間形成封閉的第一回路、第一換熱器30與第二換熱器40之間形成封閉的第二回路、第二換熱器40與供熱網(wǎng)42之間形成第三回路，從而使反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量通過多級回路傳遞至供熱網(wǎng)，可以有效消除放射性污染，提高池式反應(yīng)堆100的安全性，同時，封閉的第一回路在正常運行工況下與水池10相隔離，第一回路內(nèi)工質(zhì)的運行壓力不受到池水深度的影響，可以自行調(diào)節(jié)，從而可以通過調(diào)節(jié)第一回路內(nèi)工質(zhì)的壓力以形成微壓，進而提高池式反應(yīng)堆100的供熱參數(shù)，與傳統(tǒng)供熱的燃煤供熱方式相比，該池式反應(yīng)堆供熱燃料費用少，供熱成本低，調(diào)峰適應(yīng)能力強，可實現(xiàn)零排放，并且供熱效率遠遠高于燃煤鍋爐。
在本發(fā)明的一些具體實施方式中，池式反應(yīng)堆100還包括非能動余熱換熱器41，非能動余熱換熱器41設(shè)在水池10內(nèi)且位于水池10內(nèi)的液面以下，非能動余熱換熱器41與第一回路相連以在反應(yīng)堆發(fā)生事故時將第一回路中的余熱熱交換到水池10內(nèi)。
參照圖1，非能動預(yù)熱換熱器41設(shè)在水池10內(nèi)，并且完全浸沒在水池10內(nèi)的液面下，非能動預(yù)熱換熱器41具有可以進出冷卻劑的進口412和出口411，進口412與反應(yīng)堆容器20的容器出口22相連，出口411與反應(yīng)堆容器20的容器進口21相連。
當核反應(yīng)堆處于正常運行時，非能動余熱換熱器41處于關(guān)閉狀態(tài)，反應(yīng)堆容器20的容器進口21和容器出口22分別只與第一換熱器30一次側(cè)的第一出口32和第一進口31相連通，反應(yīng)堆容器20的冷卻劑在第一換熱器30內(nèi)進行熱量交換以將核反應(yīng)堆堆芯23產(chǎn)生的熱量載出。
而當核反應(yīng)堆發(fā)生事故時，非能動余熱換熱器41處于打開狀態(tài)，非能余熱換熱器41的進口412與反應(yīng)堆容器20的容器出口22、出口411與反應(yīng)堆容器20的容器進口21相連通，而反應(yīng)堆容器20與第一換熱器30之間相隔離，從而使得反應(yīng)堆容器20的冷卻劑在非能余熱換熱器41內(nèi)進行熱量交換，將熱量傳遞給非能動余熱換熱器41另一側(cè)水池10內(nèi)的水，實現(xiàn)熱量的排出，從而有效地提高池式反應(yīng)堆100的安全性。
優(yōu)選地，池式反應(yīng)堆100還包括第一隔離閥50，第一隔離閥50設(shè)在非能動余熱換熱器41與第一回路之間的管道上，第一隔離閥50在反應(yīng)堆正常運行時關(guān)閉且在反應(yīng)堆發(fā)生事故時打開。
具體地，如圖1所示，第一隔離閥50設(shè)在非能動余熱換熱器41的進口412與反應(yīng)堆容器20的出口22之間的管道上，從而在發(fā)生事故時，能夠?qū)姆磻?yīng)堆容器20的出口22流出的高溫冷卻劑快速導(dǎo)入非能動預(yù)熱換熱器41中進行熱量交換，以將反應(yīng)堆堆芯23的熱量快速載出。
當核反應(yīng)堆處于正常運行時，非能動余熱換熱器41的第一隔離閥50處于關(guān)閉狀態(tài)，反應(yīng)堆容器20的容器進口21和容器出口22分別只與第一換熱器30一次側(cè)的第一出口32和第一進口31相連通，反應(yīng)堆容器20的冷卻劑在第一換熱器30內(nèi)進行熱量交換以將核反應(yīng)堆堆芯23產(chǎn)生的熱量載出。
而當核反應(yīng)堆發(fā)生事故時，非能動余熱換熱器41的第一隔離閥50處于打開狀態(tài)，非能余熱換熱器41的進口412與反應(yīng)堆容器20的容器出口22、出口411與反應(yīng)堆容器20的容器進口21相連通，而反應(yīng)堆容器20與第一換熱器30之間相隔離，從而使得反應(yīng)堆容器20的冷卻劑在非能余熱換熱器41內(nèi)進行熱量交換，將熱量傳遞給非能動余熱換熱器41另一側(cè)水池10內(nèi)的水，實現(xiàn)熱量的排出，從而有效地提高池式反應(yīng)堆100的安全性。
由此，根據(jù)本發(fā)明實施例的池式反應(yīng)堆100，通過將反應(yīng)堆容器20設(shè)置在水池10內(nèi)，并且在水池10外設(shè)置第一換熱器30，在水池10內(nèi)設(shè)置非能動余熱換熱器41，第一換熱器30和非能動余熱換熱器41分別與反應(yīng)堆堆芯23相連并且非能動余熱換熱器41與反應(yīng)堆堆芯之間設(shè)置第一隔離閥50，系統(tǒng)正常運行時，第一隔離閥50關(guān)閉，反應(yīng)堆冷卻劑在第一換熱器30內(nèi)正常換熱，當核反應(yīng)堆發(fā)生事故時，第一隔離閥50打開，連通非能動余熱換熱器41與反應(yīng)堆容器20，反應(yīng)堆堆芯23產(chǎn)生的熱量通過冷卻劑載出并在非能動余熱換熱器41內(nèi)傳遞給水池10內(nèi)的水，從而在保證池式反應(yīng)堆10安全性的基礎(chǔ)上，簡化池式反應(yīng)堆10的結(jié)構(gòu)，進而降低成本。
在本發(fā)明的一些具體實施方式中，池式反應(yīng)堆100還包括設(shè)在水池10內(nèi)的安全補水管90和設(shè)在安全補水管90上的安全補水閥91，安全補水管90在一端與反應(yīng)堆容器20連通且另一端與水池10連通，安全補水閥91在反應(yīng)堆發(fā)生事故且反應(yīng)堆容器20內(nèi)的壓力低于水池10內(nèi)的壓力時打開以便水池10內(nèi)的水注入到反應(yīng)堆容器20內(nèi)。
參照圖1，安全補水管90設(shè)在水池10內(nèi)且安全補水管90的一端與反應(yīng)堆容器20的下部相連通，安全補水管90的另一端與水池10相連通，安全補水管90上設(shè)有安全補水閥91，安全補水閥91可以控制安全補水管90的通斷，進而控制水池10與反應(yīng)堆容器20之間的通斷，當反應(yīng)堆正常運行時，安全補水閥91處于關(guān)閉狀態(tài)，水池10與反應(yīng)堆容器20之間相隔離，當反應(yīng)堆發(fā)生事故，并且反應(yīng)堆容器20內(nèi)的壓力低于水池10內(nèi)的壓力時，安全補水閥91打開，從而連通水池10與反應(yīng)堆容器20，在壓力作用下，水池10中的水通過安全補水管90自動注入反應(yīng)堆容器20，從而不僅避免反應(yīng)堆容器20內(nèi)的堆芯23不至于由于冷卻劑流失造成裸露，從而增強安全性，而且可以保證反應(yīng)堆容器20內(nèi)的壓力，進而保證反應(yīng)堆的供熱參數(shù)。
其中，池式反應(yīng)堆100還包括一回路穩(wěn)壓器33，一回路穩(wěn)壓器33設(shè)在安全殼11內(nèi)且位于水池10外，一回路穩(wěn)壓器33與第一回路相連以調(diào)節(jié)第一回路內(nèi)的壓力。
參照圖1，一回路穩(wěn)壓器33設(shè)在容器出口22與第一換熱器30一次側(cè)的第一進口31之間的管道上，通過一回路穩(wěn)壓器33可以調(diào)節(jié)第一回路的壓力，在池式反應(yīng)堆100正常工作時，通過調(diào)節(jié)一回路穩(wěn)壓器33使得第一第一回路內(nèi)的壓力比水池10內(nèi)壓力略高，從而在第一回路內(nèi)形成微壓，進而在保證反應(yīng)堆的安全性能的基礎(chǔ)上，提高池式反應(yīng)堆100的供熱參數(shù)。
在本發(fā)明的一些具體示例中，池式反應(yīng)堆100還包括內(nèi)置換熱器60和外置換熱器61，內(nèi)置換熱器60設(shè)在水池10內(nèi)且位于水池10內(nèi)的液面以下，外置換熱器61設(shè)在安全殼11外，用于導(dǎo)出水池10內(nèi)的熱量。
具體地，內(nèi)置換熱器60設(shè)在水池10內(nèi)且浸沒在水池10的液面以下，外置換熱器61設(shè)在安全殼11外，并且內(nèi)置換熱器60與外置換熱器61相連通，從而形成為水池排熱循環(huán)系統(tǒng)，當水池10內(nèi)的池水經(jīng)過非能動余熱換熱器41加熱，溫度上升，達到高溫整定值后，水池排熱循環(huán)系統(tǒng)將啟動，循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)流體加熱后在浮升力驅(qū)動下，形成流動，熱流體上升至外部換熱器61內(nèi)，在空氣冷卻下，密度上升，在密度差作用下流回水池10內(nèi)的水池內(nèi)交換器60，如此周而復(fù)始形成循環(huán)，將衰變熱源源不斷的導(dǎo)出到環(huán)境中。
優(yōu)選地，外置換熱器61為外置空冷器，從而將空氣座位最終熱阱，實現(xiàn)水池10中池水與空氣的熱交換，無時限地堆池水進行冷卻。
優(yōu)選地，一回路穩(wěn)壓器33在反應(yīng)堆發(fā)生非破口事故且穩(wěn)壓器33內(nèi)壓力或水位高于預(yù)定值時發(fā)出信號，控制第一隔離閥50自動打開。
具體地，池式反應(yīng)堆100在反應(yīng)堆發(fā)生非破口事故時，事故初始階段，裂變產(chǎn)生的熱量無法從第一回路有效排出，引起第一回路的冷卻劑壓力和溫度上升，并觸發(fā)停堆信號。停堆后，池式反應(yīng)堆100的泵體相繼停轉(zhuǎn)，衰變熱持續(xù)加熱第一回路的冷卻劑。
當出現(xiàn)穩(wěn)壓器33水位高或壓力高信號時，正常運行時與第一回路隔離的非能動余熱排出系統(tǒng)將自動打開第一隔離閥50，冷卻劑從反應(yīng)堆容器20的容器出口22流入非能動余熱換熱器41，并在非能動余熱換熱器41內(nèi)與池水換熱，然后經(jīng)非能動余熱換熱器41的出口411流回反應(yīng)堆容器20，帶走衰變熱，形成冷卻循環(huán)。
當水池10內(nèi)的池水受非能動余熱換熱器41加熱，溫度上升，達到高溫整定值后，水池排熱循環(huán)系統(tǒng)將啟動，循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)流體加熱后在浮升力驅(qū)動下，形成流動，熱流體上升至外部換熱器61內(nèi)，在空氣冷卻下，密度上升，在密度差作用下流回水池10內(nèi)的水池內(nèi)換熱器60，如此周而復(fù)始形成循環(huán)，將衰變熱源源不斷的導(dǎo)出到環(huán)境中。
在本發(fā)明的一些具體實施方式中，反應(yīng)堆容器20設(shè)在水池10內(nèi)的底部，容器進口21位于反應(yīng)堆容器20的下部且容器出口22位于反應(yīng)堆容器20的上部。
參照圖1，堆芯23和安裝核反應(yīng)堆堆芯23的反應(yīng)堆容器20均設(shè)在水池10的底部，冷卻劑從位于反應(yīng)堆容器20下部的容器進口21進入反應(yīng)堆容器20，從位于反應(yīng)堆容器20上部的容器出口22流出，從而，在在保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，設(shè)備有所簡化，且降低了冷卻劑的阻力。
根據(jù)本發(fā)明的一些具體實施方式，池式反應(yīng)堆100還包括二回路穩(wěn)壓器43，二回路穩(wěn)壓器43與第二回路相連以調(diào)節(jié)第二回路內(nèi)的壓力。
參照圖1，二回路穩(wěn)壓器43設(shè)在第二換熱器40的第一進口45與第一換熱器30二次側(cè)的第二出口35之間的管道上，通過二回路穩(wěn)壓器43可以調(diào)節(jié)第二回路的冷卻劑的壓力，從而使得第二回路中的冷卻劑壓力略高于第一回路中冷卻工質(zhì)的壓力，在事故工況下，第一回路的冷卻劑不會向第二回路發(fā)生泄漏，以免對第二回路的冷卻劑造成放射性污染，進一步地提高池式反應(yīng)堆100的安全性能。
可選地，一回路穩(wěn)壓器33和二回路穩(wěn)壓器43可以通過電加熱器(未示出)加熱和噴淋器(未示出)的噴淋來調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器內(nèi)部壓力。
其中，第二回路內(nèi)的壓力大于第一回路內(nèi)的壓力。
具體地，第二回路將第一回路與供熱網(wǎng)42相隔離，也就是說，第一回路與城市熱網(wǎng)相隔離，而且第二回路中工質(zhì)的壓力略高于第一回路，從而，在事故工況下，第一回路的冷卻水不會向第二回路發(fā)生泄漏，以免對第二回路的冷卻工質(zhì)造成放射性污染；同時，第二回路也起到附加熱阱作用，在某些事故工況下，可以部分導(dǎo)出堆芯23的余熱。
優(yōu)選地，第二回路中冷卻劑的壓力可以是0.8mpa，第二回路中的第一換熱器40二次側(cè)的第二進口44處的冷卻劑溫度為70℃，第二出口43處的冷卻劑溫度為115℃。
可選地，第一回路內(nèi)的壓力為1.5-20個標準大氣壓的微壓。有利地，第一回路內(nèi)的壓力為5-12個標準大氣壓的微壓。優(yōu)選地，第一回路內(nèi)的壓力為6-9個標準大氣壓。
池式反應(yīng)堆100的運行參數(shù)的確定是根據(jù)設(shè)計方案與用戶端(即供熱網(wǎng)42)的技術(shù)要求平衡固化得到的。過低的運行壓力(例如小于1.5個標準大氣壓)會導(dǎo)致反應(yīng)堆100的出口溫度過低(只能達到100℃左右)，該溫度很難適應(yīng)城市熱網(wǎng)的需求(大型熱網(wǎng)回水溫度要求110℃)。過高的壓力(例如超過20個標準大氣壓)雖然可以大幅提高反應(yīng)堆堆芯23的出口溫度(比如壓水堆可以達到150個標準大氣壓左右，出口溫度可達到310℃以上)，但是高壓會帶來成本大幅增加、系統(tǒng)復(fù)雜以及反應(yīng)堆100的安全性大幅降低等問題。根據(jù)優(yōu)化設(shè)計，該池式反應(yīng)堆100的最優(yōu)壓力段為5-12個標準大氣壓之間，該運行壓力范圍在保證反應(yīng)堆100固有安全的前提下，可以實現(xiàn)大型熱網(wǎng)(供熱溫度120℃以上)以及部分工業(yè)供熱的需求。若池式反應(yīng)堆100的設(shè)計方案采用6個大氣壓(6-9個標準大氣壓范圍內(nèi))，該系統(tǒng)出口溫度可達120℃，完全滿足大型熱網(wǎng)技術(shù)要求，同時很好的兼顧了經(jīng)濟性與安全性，是一個專門用于居民供熱的優(yōu)化方案。
其中需要說明的是，微壓是第一回路內(nèi)冷卻液的壓力，也可以是容器出口的壓力，由于堆芯至容器出口之間會產(chǎn)生一定量壓力損耗，容器出口的壓力略小于堆芯處的壓力。
第一回路內(nèi)的冷卻水壓力的具體參數(shù)可以根據(jù)第二回路內(nèi)冷卻工質(zhì)壓力、水池30內(nèi)池水壓力等實際設(shè)計需求做出適應(yīng)性調(diào)整，從而不僅可以在正常運行工況下提高池式反應(yīng)堆100的供熱參數(shù)，而且在發(fā)生事故時，可以保證堆芯23不至于由于冷卻水大量流失造成裸露，使得池式反應(yīng)堆100具有降低安全級別的條件，有利于減少設(shè)備造價。
總而言之，根據(jù)本發(fā)明實施例的池式反應(yīng)堆100主要由三個循環(huán)回路和安全系統(tǒng)組成，第一回路為冷卻劑回路，以冷卻劑為載體，將反應(yīng)堆堆芯裂變能有效導(dǎo)出；第二回路為放射性隔離回路，同時起到附加熱阱的作用；第三回路為供熱回路，與熱源用戶管網(wǎng)相連。三個循環(huán)回路將堆芯內(nèi)裂變產(chǎn)生的能量有效導(dǎo)出，供城市供熱系統(tǒng)使用。
第一回路主要由反應(yīng)堆本體和反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)組成。反應(yīng)堆本體結(jié)構(gòu)由反應(yīng)堆容器，堆芯，堆內(nèi)構(gòu)件及控制棒驅(qū)動機構(gòu)等組成。堆芯位于反應(yīng)堆容器中，反應(yīng)堆容器浸沒在一個深水井內(nèi)，與直接將堆芯浸沒在水池中的池式反應(yīng)堆相比，反應(yīng)堆容器內(nèi)的壓力更高，使其供熱參數(shù)有所提高。而且，與殼式反應(yīng)堆相比，該系統(tǒng)中井內(nèi)的池水能為事故期間導(dǎo)出堆芯余熱提供巨大的中間熱阱，是反應(yīng)堆事故的一項重要緩解措施。堆芯上部和下部分別設(shè)有腔室?？刂瓢趄?qū)動機構(gòu)位于堆芯上方。
反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)由若干個環(huán)路組成，每個環(huán)路由一級板式換熱器的一次側(cè)，主泵和相關(guān)的管道、閥門等組成。反應(yīng)堆進口管道連接在堆芯壓力容器的下部，也就是說，下腔室與若干個冷管相連接。與現(xiàn)有的壓水堆技術(shù)相比，該系統(tǒng)的反應(yīng)堆容器淹沒在水池中，壓力容器可不設(shè)下降段，設(shè)備有所簡化，且降低了冷卻劑的阻力。反應(yīng)堆出口管道連接在堆芯壓力容器的上部，也就是說，反應(yīng)堆上腔室與若干個熱管相連接。
池式反應(yīng)堆100設(shè)有第二回路，將冷卻劑回路與城市熱網(wǎng)相連。第二回路由若干個環(huán)路組成，每個環(huán)路由一級換熱器的二次側(cè)、二級換熱器的一次側(cè)、循環(huán)泵、穩(wěn)壓器以及相應(yīng)的管道、閥門組成。第二回路將反應(yīng)堆冷卻劑回路與城市供熱管路相隔離，保證了任何事故工況下，不會對城市的熱網(wǎng)帶來放射性。而且第二回路中工質(zhì)的壓力略高于第一回路，在事故工況下，第一回路的冷卻劑不會向第二回路發(fā)生泄漏，以免對第二回路的工質(zhì)造成放射性污染；第二回路同時起到附加熱阱作用，在某些事故工況下，可以部分導(dǎo)出堆芯余熱。
池式反應(yīng)堆100還設(shè)有第三回路，與城市的供熱管網(wǎng)相連接。第三回路由一個或若干個環(huán)路組成，每個環(huán)路由二級換熱器的二次側(cè)、定壓泵、循環(huán)泵以及相應(yīng)的管道、閥門組成。
另外，反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)和第二回路上還設(shè)有穩(wěn)壓器，通過電加熱器加熱和噴淋器的噴淋來調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器內(nèi)部壓力。穩(wěn)壓器與卸壓箱相連接，連接管道上設(shè)有卸壓閥和安全閥。當穩(wěn)壓器壓力高到整定值時，卸壓閥開啟，穩(wěn)壓器與卸壓箱相連通，使得穩(wěn)壓器內(nèi)的壓力降低；當穩(wěn)壓器壓力高到更高的一整定值時，安全閥開啟，穩(wěn)壓器與池水相連通，使得穩(wěn)壓器內(nèi)的壓力降低。
該池式反應(yīng)堆100的安全系統(tǒng)主要包括非能動余熱排出系統(tǒng)和水池排熱循環(huán)系統(tǒng)，非能動余熱排出系統(tǒng)由非能動余熱換熱器、水池、第一隔離閥、連接管道、安全補水管和安全補水閥組成。發(fā)生破口事故時，當反應(yīng)堆水位至低于水池水面一定高度時，安全補水閥自動打開，池水進入反應(yīng)堆淹沒堆芯；當發(fā)生非破口事故時，第一隔離閥打開，連通了非能動余熱換熱器和反應(yīng)堆堆芯，堆芯上方的水或蒸汽將進入非能動余熱換熱器與池水進行換熱冷卻。
水池排熱循環(huán)系統(tǒng)由屏蔽廠房外空冷器、水池內(nèi)熱交換器和相關(guān)管道、閥門組成，屏蔽廠房外空冷器位于屏蔽廠房外，連接管道貫穿安全殼并保持安全殼密封性，以空氣為最終熱阱，實現(xiàn)池水與空氣的換熱，無時限地對池水進行冷卻。當池水溫度上升達到高溫整定值后，水池排熱循環(huán)系統(tǒng)將啟動，循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)流體加熱后在浮升力驅(qū)動下，形成流動，熱流體上升至外部空冷器內(nèi)，在空氣冷卻下，密度上升，在密度差作用下流回水池內(nèi)的熱交換管，如此周而復(fù)始形成循環(huán)，將衰變熱源源不斷的導(dǎo)出到環(huán)境中。
根據(jù)本發(fā)明實施例的池式供熱反應(yīng)堆100的微加壓井式反應(yīng)堆中冷卻劑的溫度、壓力較低，在發(fā)生反應(yīng)堆主回路破損時，不致由于冷卻劑大量流失及蒸發(fā)造成堆芯裸露。低溫微壓的特性使其具備降低設(shè)備安全級別的條件，有利于減少設(shè)備造價。
反應(yīng)堆容器不設(shè)下降段，設(shè)備有所簡化，且降低了冷卻劑的阻力。采用板式換熱器，結(jié)構(gòu)緊湊，且維修費用較低。與傳統(tǒng)的壓水堆核電廠相比，堆芯采用無硼方案，簡化了現(xiàn)有電廠中應(yīng)用的化容系統(tǒng)，簡化了操作工藝流程。采用水池排熱循環(huán)系統(tǒng)，在密度差作用下形成循環(huán)，將衰變熱源源不斷的導(dǎo)出到環(huán)境中，安全保障沒有時間限制。反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的低壓低溫運行特性、安全系統(tǒng)的非能動特征、深水水池的巨大釋熱容量以及空氣冷卻循環(huán)將大氣作為最終熱阱排除水池內(nèi)衰變熱，以上綜合特性，使得該設(shè)計方案能夠確保反應(yīng)堆固有安全、實際消除反應(yīng)堆堆芯失效風(fēng)險。
根據(jù)本發(fā)明實施例的池式反應(yīng)堆100的其他構(gòu)成以及操作對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言都是已知的，這里不再詳細描述。
在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。