一種高溫氣冷堆冷卻劑優(yōu)化凈化系統(tǒng)及再生方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高溫氣冷堆冷卻劑優(yōu)化凈化系統(tǒng)及再生方法，屬于核反應堆技術領域。
【背景技術】
[0002]高溫氣冷堆是以氦為冷卻劑，具有第四代核能系統(tǒng)主要特征的新型核反應堆，具有固有安全性、發(fā)電效率高、系統(tǒng)簡單和用途廣泛等特點。在運行過程中會有多種化學雜質和放射性雜質進入一回路氦冷卻劑中，通常設置氦凈化系統(tǒng)用于控制氦冷卻劑中的化學和放射性雜質濃度。
[0003]目前，氦凈化系統(tǒng)通常依次設置氧化銅床、分子篩床和低溫活性炭床對氦中氣體雜質進行凈化。其中，氧化銅床主要將氫氣、氚和一氧化碳分別氧化為水、氚水和二氧化碳，并脫除微量氧氣；分子篩床主要吸附水、氚水和二氧化碳；低溫活性炭床用于吸附氮氣、甲烷及氪、氙等放射性核素和剩余雜質氣體。氧化銅床、分子篩床和低溫活性炭床通常為間歇操作，通過設置的氦凈化再生系統(tǒng)為氧化銅床、分子篩床和低溫活性炭床提供再生，在對分子篩床再生時收集含氚廢水并排至放射性廢液系統(tǒng)。
[0004]然而，實際運行中，當分子篩床中含氚廢水量較少時，很難將其脫附并有效收集起來，致使含氚廢水在分子篩床內的滯留；而分子篩床用于同時吸附水和二氧化碳，分子篩床內的滯留水會導致分子篩對二氧化碳吸附容量的嚴重下降；因此在分子篩床再生時必須增設輔助水吸附床將分子篩床內的滯留含氚廢水脫除干凈，使含氚廢水先轉移到輔助水吸附床中，再通過再生輔助水吸附床收集含氚廢水，如此大大增加了含氚廢水收集復雜程度；并且由于含氚廢水的存在，致使整個分子篩床的再生操作需在較高溫度條件下進行，引起再生能耗的增加，降低了二氧化碳再生效率，不適合現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展需求。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種高溫氣冷堆冷卻劑優(yōu)化凈化系統(tǒng)及再生方法。本發(fā)明將水和二氧化碳凈化進行吸附分離切割，避免水對二氧化碳吸附性能的影響；而且氦凈化系統(tǒng)內的含氚廢水可直接收集，無需轉移，提高了高溫氣冷堆含氚廢水收集運行效率；同時還降低了二氧化碳吸附劑的再生溫度，提高二氧化碳吸附劑的再生效率。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0007]一種高溫氣冷堆冷卻劑優(yōu)化凈化系統(tǒng)(即氦優(yōu)化凈化系統(tǒng))，包括水吸附床、與水吸附床連接的二氧化碳吸附床；
[0008]其中，所述水吸附床用于脫除氦中含氚廢水至0.lppm以下；二氧化碳吸附床用于脫除氦中二氧化碳至0.lppm以下。
[0009]其中，所述水吸附床內裝填對水、氚水有強吸附作用的吸附劑，優(yōu)選沸石分子篩，進一步優(yōu)選3A、4A、5A、10X、13X等類型沸石分子篩。
[0010]其中，所述二氧化碳吸附床內裝填對二氧化碳有強吸附作用的吸附劑，優(yōu)選沸石分子篩，進一步優(yōu)選4A、5A、10X、13X等類型沸石分子篩。
[0011]本發(fā)明通過將水和二氧化碳凈化進行吸附分離切割，避免水對二氧化碳吸附性能的影響，有利于進一步提高二氧化碳吸附效率；而且利用水吸附床的再生系統(tǒng)可直接對冷卻劑凈化系統(tǒng)內的含氚廢水進行收集，無需轉移，從而提高了高溫氣冷堆含氚廢水收集運行效率。
[0012]本發(fā)明所述的氦優(yōu)化凈化系統(tǒng)中，還可包括氧化銅床、低溫活性炭床等其它用于凈化氦氣的裝置。
[0013]本發(fā)明所述的高溫氣冷堆氦優(yōu)化凈化系統(tǒng)在運行時，所述水吸附床和二氧化碳吸附床的正常凈化工作溫度均為5-25 °C。當水吸附床出口水濃度、二氧化碳吸附床出口二氧化碳濃度到達穿透點時，須對水吸附床、二氧化碳吸附床分別進行再生。
[0014]本發(fā)明提供為上述氦優(yōu)化凈化系統(tǒng)提供再生的氦凈化再生系統(tǒng)，其由隔膜壓縮機、電加熱器、水/氦冷卻器1、氣/水分離器、輔助水吸附床和內設卸放管路的抽真空裝置組成；可形成水吸附床再生回路、二氧化碳吸附床再生回路、輔助水吸附床再生回路。
[0015]下面將對水吸附床再生回路、二氧化碳吸附床再生回路、輔助水吸附床再生回路及其再生運行工藝進行重點說明。
[0016]本發(fā)明所述的氦凈化再生系統(tǒng)中，所述水吸附床再生回路為:將水吸附床與氦凈化再生系統(tǒng)相連，由隔膜壓縮機、電加熱器、水吸附床、水/氦冷卻器1、氣/水分離器依次連接組成；
[0017]本發(fā)明所述的氦凈化再生系統(tǒng)中，所述二氧化碳吸附床再生回路為:將二氧化碳吸附床與氦凈化再生系統(tǒng)相連，由隔膜壓縮機、電加熱器、二氧化碳吸附床、水/氦冷卻器
1、氣/水分離器、輔助水吸附床依次連接組成；優(yōu)選地，在水/氦冷卻器1和氣/水分離器處還可設一帶有水/氦冷卻器2的旁路，并由此得到由隔膜壓縮機、電加熱器、二氧化碳吸附床、水/氦冷卻器2、輔助水吸附床依次連接組成的二氧化碳吸附床再生回路。
[0018]本發(fā)明所述的氦凈化再生系統(tǒng)中，所述輔助水吸附床再生回路為:由氦凈化再生系統(tǒng)形成輔助水吸附床再生自循環(huán)回路，由隔膜壓縮機、電加熱器、輔助水吸附床、水/氦冷卻器1、氣/水分離器依次連接組成。其中，所述輔助水吸附床中裝填對水、氚水有強吸附作用的吸附劑，優(yōu)選沸石分子篩，進一步優(yōu)選3A、4A、5A、10X、13X等類型沸石分子篩。
[0019]本發(fā)明為所述氦優(yōu)化凈化系統(tǒng)提供再生的氦凈化再生系統(tǒng)還可包括氧化銅床再生回路、低溫活性炭床再生回路。
[0020]本發(fā)明所述的氦優(yōu)化凈化系統(tǒng)的氦凈化再生系統(tǒng)中，所有再生回路上均設有抽真空裝置；優(yōu)選地，所述抽真空裝置設在輔助水吸附床出口處。
[0021]本發(fā)明還提供針對上述氦優(yōu)化凈化系統(tǒng)的再生方法，具體包括水吸附床的再生運行工藝、二氧化碳吸附床的再生運行工藝和輔助水吸附床的再生運行工藝。
[0022]其中，所述水吸附床再生運行方法具體為:向水吸附床再生回路內充氦至低壓，啟動氦凈化再生系統(tǒng)隔膜壓縮機，然后啟動氦凈化再生系統(tǒng)電加熱器；氦氣經氦凈化再生系統(tǒng)隔膜壓縮機進入氦凈化再生系統(tǒng)電加熱器加熱后進入水吸附床，使其在高溫下加熱再生；從水吸附床出來的熱氦氣經氦凈化再生系統(tǒng)水/氦冷卻器1降溫后進入氦凈化再生系統(tǒng)氣/水分離器，其中飽和含氚廢水冷凝后分離收集，最終排至高溫氣冷堆放射性廢液系統(tǒng)；最后，水吸附床再生回路和水吸附床降溫并充氦至大于0.llMPa備用。
[0023]其中，優(yōu)選地，所述低壓條件為0.5MPa-0.75MPa ;所述水吸附床再生溫度為200-350°C ;所述氦凈化再生系統(tǒng)水/氦冷卻器將氦氣降溫至5°C-25°C。所述水吸附床的再生流向優(yōu)選與正常凈化運行流向相反。水吸附床的再生流向與正常凈化運行流向相反，可提高水吸附床再生效率，避免含氚廢水由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)轉移。
[0024]所述二氧化碳吸附床再生運行工藝為:向二氧化碳吸附床再生回路內充氦至低壓，啟動氦凈化再生系統(tǒng)隔膜壓縮機，然后啟動氦凈化再生系統(tǒng)電加熱器；氦氣經氦凈化再生系統(tǒng)隔膜壓縮機進入氦凈化再生系統(tǒng)電加熱器加熱后進入二氧化碳吸附床，使其在較高再生溫度下加熱再生；從二氧化碳吸附床出來的熱氦氣經氦凈化再生系統(tǒng)水/氦冷卻器降溫后進入輔助水吸附床吸附微量水；隔離輔助水吸附床，對二氧化碳吸附床再生回路和二氧化碳吸附床進行抽真空操作；最后，二氧化碳吸附床降溫并充氦至大于0.llMPa備用。
[0025]其中，優(yōu)選地，所述低壓條件為0.5MPa-0.75MPa ;所述二氧化碳吸附床再生溫度為100-350°C，進一步優(yōu)選1