一種深井式常壓供熱核反應(yīng)堆的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆領(lǐng)域，尤其涉及一種深井內(nèi)低溫常壓供熱核反應(yīng)堆。
【背景技術(shù)】
[0002]深井式常壓供熱核反應(yīng)堆是一種低溫供熱反應(yīng)堆，這種反應(yīng)堆工作在較低的溫度下，將核裂變產(chǎn)生的熱能直接供給低溫用戶，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，建造容易，但需要有較高的安全性和可靠性。目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)與建造的低溫核供熱堆是利用深水池，由水靜壓力提高堆芯出口水的溫度，從而達(dá)到提高供水溫度的目的。
[0003]壓水堆核電站一回路傳熱系統(tǒng)是指在反應(yīng)堆安全殼里的壓力殼內(nèi)堆芯燃料裂變熱，將高壓主栗栗入的冷卻劑加熱到327°C、15.5MPa，流入蒸汽發(fā)生器將壓水堆核電站二回路進(jìn)水加熱蒸發(fā)成高溫高壓蒸汽、驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。被冷卻的冷卻劑回流入堆芯吸收核熱能，持續(xù)此工藝將核能轉(zhuǎn)換成電能。
[0004]堆芯、壓力殼與蒸汽發(fā)生器U形管、其之間的主栗、主管段構(gòu)成壓水堆一回路。要求是核電站最高的核安全一級(jí)、其各自材料、制造設(shè)備、工藝、實(shí)驗(yàn)與監(jiān)測(cè)要求最高、是現(xiàn)今世界上要求最嚴(yán)格的前沿與高端技術(shù)設(shè)備。
[0005]當(dāng)前在研發(fā)的鈉快堆與熔鹽堆核電站屬于常壓、高溫池式堆是四代反應(yīng)堆，都面臨巨額費(fèi)用并漫長(zhǎng)的研發(fā)艱難征程。
[0006]低溫常壓核供熱站、與城市集中供暖及低溫多效蒸餾海水淡化技術(shù)要求密切契合，特別符合治理霧霾、降低碳排放政策要求的安全可靠性高、造價(jià)低和經(jīng)濟(jì)性好，應(yīng)用廣泛、潛在市場(chǎng)巨大的新核能源技術(shù)，是高于第四代的核安全技術(shù)裝備，必然受到各級(jí)政府與各方面越來越大支持、很快將會(huì)見到:在越來越多的地方、越來越快出現(xiàn)低溫常壓井式核供熱站用于供熱，海水淡化、供空調(diào)用冷水，工業(yè)用熱等。
[0007]隨著制造強(qiáng)國(guó)《中國(guó)制造2025》戰(zhàn)略實(shí)施，井式核供熱技術(shù)升級(jí)與多種系統(tǒng)匹配功能會(huì)更多、應(yīng)用更廣，帶來新的更大發(fā)展。
[0008]現(xiàn)存的技術(shù)問題:其是在高壓高溫條件下進(jìn)行核裂變釋放核能，雖經(jīng)50多年的研發(fā)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、建造、運(yùn)行的發(fā)展與持續(xù)進(jìn)步，圍繞堆芯、安全殼、壓力殼設(shè)置越來越多的安全屏障，其安全堆年的概率仍然偏低，國(guó)內(nèi)的如眾多的CPR1000、二代加都為二代半級(jí)核電站；美國(guó)AP1000、法國(guó)EPR與中國(guó)華龍一號(hào):主要是增加堆芯余熱非能動(dòng)排出系統(tǒng)，為三代核電站，都尚無示范堆。
[0009]游泳池式反應(yīng)堆，在水流經(jīng)核心區(qū)域時(shí)很快就會(huì)達(dá)到極限功率(3到5mv)，這樣如果這些水再次直接上升至反應(yīng)堆表面時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)出現(xiàn)過量輻射的問題。我們當(dāng)然可以嘗試通過相應(yīng)的解決方案來解決這些難題。例如，可以在泳池的水流經(jīng)核心區(qū)域時(shí)，同時(shí)讓其通過凈化池設(shè)施，并采用樹脂離子交換的處理工藝。非常不幸，由于采用這種方法產(chǎn)生的泳池水輻射量大大超過了常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，無法完全通過樹脂床進(jìn)行處理。人們也曾提出過在泳池表面上方使用熱水層、油層或酒精層的方案，或者在水下一兩米處鋪設(shè)樹脂玻璃，不過這些方法的效率不高或者會(huì)影響到核心區(qū)域的可訪問性，因此，基本上完全退出了泳池反應(yīng)堆應(yīng)用市場(chǎng)。
[0010]目前核電站卸出的大量的乏燃料，都存放在保存水池中，等待以后送后處理廠解體處理。這些乏燃料組件都沒有使用到燃耗的最高限值，沒有充分發(fā)揮燃料組件進(jìn)一步加深燃耗的潛力(是現(xiàn)有技術(shù)存在問題嗎？)并非是現(xiàn)有技術(shù)問題，而是有核電站反應(yīng)堆的功率及運(yùn)行條件所決定的。核電站在高溫高壓的條件下，通過將核裂變產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)化為電能。要求反應(yīng)堆燃料組件具有較大的功率密度，才能達(dá)到預(yù)定的功率；當(dāng)功率密度降低不能滿足要求時(shí)，即成為乏燃料。而低溫堆的原理是直接將核能轉(zhuǎn)化為熱能，功率遠(yuǎn)低于核電站，同時(shí)在低溫常壓下運(yùn)行，因此對(duì)于反應(yīng)堆的堆芯密度要求較低，使得核電站的乏燃料滿足低溫堆功率密度要求，從而可進(jìn)一步利用，加深燃耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]為解決以上問題，本發(fā)明提出了一種深井式常壓供熱核反應(yīng)堆，它采取的技術(shù)方案是:一種深井式常壓供熱核反應(yīng)堆，包括深井、置于井底部的堆芯、控制棒、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，還包括安全池、η個(gè)輻射衰減筒、η個(gè)慣性水箱、堆芯余熱排出系統(tǒng)和可移動(dòng)井蓋，所述輻射衰減筒布置在堆芯的四周，所述輻射衰減筒和慣性水箱相連，η ^ 2 ;其中，
[0012]所述深井的側(cè)壁和底部包括內(nèi)側(cè)襯不銹鋼壁、外側(cè)襯碳鋼壁的混凝土，所述安全池設(shè)置在深井的中上部，所述深井內(nèi)充滿水；
[0013]所述安全池包括乏燃料池、燃料暫存池和儲(chǔ)水池，所述乏燃料池、燃料暫存池和儲(chǔ)水池和深井反應(yīng)堆相連形成大容積水系統(tǒng)；
[0014]所述堆芯裝有新燃料和乏燃料的混合核燃料；
[0015]所述堆芯余熱排出系統(tǒng)用于非能動(dòng)排出深井中的余熱，包括安裝在深井上部的板式換熱器和安裝在深井上面的空氣冷卻塔，所述板式換熱器與空氣冷卻塔中的板式空冷器相連；
[0016]所述可移動(dòng)井蓋安裝在深井頂部，用于防止飛行物沖撞。
[0017]進(jìn)一步地，所述堆中的混合燃料，其新燃料與乏燃料混合比為:1:9—6:4。
[0018]進(jìn)一步地，所述堆芯的外周區(qū)設(shè)置由乏燃料構(gòu)成的模擬堆芯。
[0019]進(jìn)一步地，所述乏燃料為所述堆芯中用過的或是外來核反應(yīng)堆的乏燃料。
[0020]進(jìn)一步地，所述移動(dòng)井蓋由井上方的起重吊機(jī)控制開啟和關(guān)閉。
[0021]進(jìn)一步地，所述控制棒有多根，每根控制棒從下方或上方可插入堆芯中，所述控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別控制每根控制棒的上下運(yùn)動(dòng)，用于進(jìn)行功率調(diào)節(jié)或停堆。
[0022]進(jìn)一步地，所述的輻射衰減筒包括多層多孔的金屬板，使熱水流速降低并繞流，延長(zhǎng)流動(dòng)時(shí)間使流水放射性大幅度衰減。
[0023]進(jìn)一步地，所述深井的內(nèi)徑8 — 12m、深10 — 150m、壁厚0.5 — 2.lm、厚底1 一4m。
[0024]進(jìn)一步地，所述深井內(nèi)側(cè)襯不銹鋼壁為0.3—0.8mm，所述外側(cè)襯碳鋼壁為5—1 5mm η
[0025]進(jìn)一步地，所述安全池容積為1000m3—1900m3。
[0026]本發(fā)明的有益效果是:在深井冷卻劑水體自然壓力(常壓)下:具有很低的運(yùn)行壓力，供熱低溫的要求大幅度降低反應(yīng)堆的運(yùn)行溫度，核裂變釋放核能將循環(huán)水由78°C加熱到98°C (如果在150米水深處，堆芯附近的最高溫度可到200°C )，大幅度提高了反應(yīng)堆的安全裕量，此常壓低溫深井式反應(yīng)堆沒有壓力殼、安全殼及安注等系統(tǒng)，是利用核能滿足供熱需要的最安全與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的反應(yīng)堆。深井與安全池相連大容積水體，將非常有效的屏蔽保障放射性物質(zhì)安全，在最大天災(zāi)人禍包括非能動(dòng)排出堆芯余熱系統(tǒng)的全部設(shè)備都失效，并且在不能干預(yù)條件下，仍能維持90天核堆安全。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明一種深井式常壓供熱核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]附圖標(biāo)記說明:1_深井、2-堆芯、3-控制棒、4-控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、5-輻射衰減筒、6-慣性水箱、7-可移動(dòng)井蓋、8-乏燃料池、9-燃料暫存池、10-儲(chǔ)水池、11-板式換熱器、12-空氣冷卻塔。
【具體實(shí)施方式】
[0029]面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明一種深井式常壓供熱核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步描述:該實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0030]如圖1所示，一種深井式常壓供熱核反應(yīng)堆，包括深井1、置于井底部的堆芯2、控制棒3、控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4，還包括安全池、η個(gè)輻射衰減筒5、η個(gè)慣性水箱6、堆芯余熱排出系統(tǒng)和可移動(dòng)井蓋7，所述輻射衰減筒5布置在堆芯2的四周，所述輻射衰減筒5和慣性水箱6相連，η彡2 ;其中，
[0031 ] 所述深井的側(cè)壁和底部包括內(nèi)側(cè)襯不銹鋼壁、外側(cè)襯碳鋼壁的混凝土，所述安全池設(shè)置在深井的中上部，所述深井內(nèi)充滿水；
[0032]所述安全池包括乏燃料池8、燃料暫存池9和儲(chǔ)水池10，所述乏燃料池8、燃料暫存池9和儲(chǔ)水池10和深井反應(yīng)堆相連形成大容積水系統(tǒng)；乏燃料池8和燃料暫存池9之間設(shè)有隔板，隔板底部設(shè)有水流動(dòng)口 ；
[0033]所述堆芯2裝有新燃料和乏燃料的混合核燃料；
[0034]所述堆芯余熱排出系統(tǒng)用于非能動(dòng)排出深井中的余熱，包括安裝在深井上部的板式換熱器11和安裝在深井上面的空氣冷卻塔12，所述板式換熱器與空氣冷卻塔中的板式空冷器相連；
[0035]所述可移動(dòng)井蓋7安裝在深井頂部，用于防止飛行物