一種高溫氣冷堆冷卻劑優(yōu)化凈化系統(tǒng)及再生系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種高溫氣冷堆冷卻劑優(yōu)化凈化系統(tǒng)及再生系統(tǒng)，屬于核反應(yīng)堆技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[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(yīng)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(diǎn)。在運(yùn)行過程中會有多種化學(xué)雜質(zhì)和放射性雜質(zhì)進(jìn)入一回路氦冷卻劑中，通常設(shè)置氦凈化系統(tǒng)用于控制氦冷卻劑中的化學(xué)和放射性雜質(zhì)濃度。
[0003]目前，氦凈化系統(tǒng)通常依次設(shè)置氧化銅床、分子篩床和低溫活性炭床對氦中氣體雜質(zhì)進(jìn)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?dú)?、甲烷及氪、氙等放射性核素和剩余雜質(zhì)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(shè)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(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)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(nèi)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(nèi)的滯留水會導(dǎo)致分子篩對二氧化碳吸附容量的嚴(yán)重下降；因此在分子篩床再生時必須增設(shè)輔助水吸附床將分子篩床內(nèi)的滯留含氚廢水脫除干凈，使含氚廢水先轉(zhuǎn)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(fù)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(jìn)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。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種高溫氣冷堆冷卻劑優(yōu)化凈化系統(tǒng)及再生系統(tǒng)。通過將水和二氧化碳凈化進(jìn)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(nèi)的含氚廢水可直接收集，無需轉(zhuǎn)移，提高了高溫氣冷堆含氚廢水收集運(yùn)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(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)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(nèi)裝填對水、氚水有強(qiáng)吸附作用的吸附劑，優(yōu)選沸石分子篩，進(jìn)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(nèi)裝填對二氧化碳有強(qiáng)吸附作用的吸附劑，優(yōu)選沸石分子篩，進(jìn)一步優(yōu)選4A、5A、10X、13X等類型沸石分子篩。
[0011]本實(shí)用新型通過將水和二氧化碳凈化進(jìn)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(jìn)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(nèi)的含氚廢水進(jìn)行收集，無需轉(zhuǎn)移，從而提高了高溫氣冷堆含氚廢水收集運(yùn)行效率。
[0012]本實(shí)用新型所述的氦優(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]本實(shí)用新型所述的高溫氣冷堆氦優(yōu)化凈化系統(tǒng)在運(yùn)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(dāng)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(dá)穿透點(diǎn)時，須對水吸附床、二氧化碳吸附床分別進(jìn)行再生。
[0014]本實(shí)用新型提供為上述氦優(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(jī)、電加熱器、第一水/氦冷卻器、氣/水分離器、輔助水吸附床和內(nèi)設(shè)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(yùn)行工藝進(jìn)行重點(diǎn)說明。
[0016]本實(shí)用新型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(jī)、電加熱器、水吸附床、第一水/氦冷卻器、氣/水分離器依次連接組成；
[0017]本實(shí)用新型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(jī)、電加熱器、二氧化碳吸附床、第一水/氦冷卻器、氣/水分離器、輔助水吸附床依次連接組成；優(yōu)選地，在第一水/氦冷卻器和氣/水分離器處還可設(shè)一帶有第二水/氦冷卻器的旁路，并由此得到由隔膜壓縮機(jī)、電加熱器、二氧化碳吸附床、第二水/氦冷卻器、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]本實(shí)用新型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(jī)、電加熱器、輔助水吸附床、第一水/氦冷卻器、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(qiáng)吸附作用的吸附劑，優(yōu)選沸石分子篩，進(jìn)一步優(yōu)選3A、4A、5A、10X、13X等類型沸石分子篩。
[0019]本實(shí)用新型為所述氦優(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]本實(shí)用新型所述的氦優(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(shè)有抽真空裝置；優(yōu)選地，所述抽真空裝置設(shè)在輔助水吸附床出口處。
[0021]本實(shí)用新型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(yùn)行工藝、二氧化碳吸附床的再生運(yùn)行工藝和輔助水吸附床的再生運(yùn)行工藝。
[0022]其中，所述水吸附床再生運(yùn)行方法具體為:向水吸附床再生回路內(nèi)充氦至低壓，啟動氦凈化再生系統(tǒng)隔膜壓縮機(jī)，然后啟動氦凈化再生系統(tǒng)電加熱器；氦氣經(jīng)氦凈化再生系統(tǒng)隔膜壓縮機(jī)進(jìn)入氦凈化再生系統(tǒng)電加熱器加熱后進(jìn)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(jīng)氦凈化再生系統(tǒng)第一水/氦冷卻器降溫后進(jìn)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(yùn)行流向相反。水吸附床的再生流向與正常凈化運(yùn)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(zhuǎn)移。
[0024]所述二氧化碳吸附床再生運(yùn)行工藝為:向二氧化碳吸附床再生回路內(nèi)充氦至低壓，啟動氦凈化再生系統(tǒng)隔膜壓縮機(jī)，然后啟動氦凈化再生系統(tǒng)電加熱器；氦氣經(jīng)氦凈化再生系統(tǒng)隔膜壓縮機(jī)進(jìn)入氦凈化再生系統(tǒng)電加熱器加熱后進(jìn)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(jīng)氦凈化再生系統(tǒng)水/氦冷卻器降溫后進(jìn)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(jìn)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(jìn)一步優(yōu)選100°C -200°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 ;所述抽真空具體條件為:二氧化碳吸附床在100°C _200°C下抽真空至低于lOOPa。溫度越高，二氧化碳吸附床再生能耗越大，二氧化碳吸附床優(yōu)選再生溫度為100°c -200°C ;當(dāng)輔助水吸附床吸附飽和時，通過輔助水吸附床再生回路對輔助水吸附床進(jìn)行再生。
[0026]所述二氧化碳吸附床的再生流向與正常凈化運(yùn)行流向相反，可提高二氧化碳吸附床再生效率。輔助水吸附床用于吸附二氧化碳吸附床再生回路中的微量水。
[0027]所述輔助水吸附床再生運(yùn)行工藝為:將氦優(yōu)化凈化系統(tǒng)與氦凈化再生系統(tǒng)隔離，并形成輔助水吸附床再生自循環(huán)回路；向輔助水吸附床再生回路中充氦至低壓，啟動氦凈化再生系統(tǒng)隔膜壓縮機(jī)，然后啟動氦凈化再生系統(tǒng)電加熱器；氦氣在氦凈化再生系統(tǒng)隔膜壓縮機(jī)驅(qū)動下，經(jīng)過氦凈化再生系統(tǒng)電加熱器，使輔助水吸附床在高溫條件下再生，從輔助水吸附床出來的熱氦氣進(jìn)入氦凈化再生系統(tǒng)第一水/氦冷卻器冷卻降溫后進(jìn)入氦凈化再生系統(tǒng)氣/水分離器，使輔助水吸附床中的含氚廢水轉(zhuǎn)移至氦凈化再生系統(tǒng)氣/水分離器處，最終高溫氣冷堆含氚廢水排入放射性廢水系統(tǒng)；最后輔助水吸附床降溫至室溫。
[0028]其中，優(yōu)選地，所述低壓條件為0.5MPa-0.75MPa ;所述輔助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。
[0029]采用本實(shí)用新型所述的氦優(yōu)化凈化系統(tǒng)及再生方法，可在水吸附床再生時直接將含氚廢水收集到氦凈化再生系統(tǒng)氣/水分離器中，提高含氚廢水收集運(yùn)行效率；同時，降低二氧化碳吸附床的再生溫度至100-200°C，提高了高溫氣冷堆氦優(yōu)化凈化系統(tǒng)二氧化碳吸附床的再生運(yùn)行效率。本實(shí)用新型可保證高溫氣冷堆冷卻劑凈化系統(tǒng)高效運(yùn)行，對高溫氣冷堆技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。
【附圖說明】
[0030]圖1為本實(shí)用新型所述高溫氣冷堆氦優(yōu)化凈化系統(tǒng)及再生方法流程示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0031]以下實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型，但不用來限制本實(shí)用新型的范圍。
[0032]實(shí)施例1 一種高溫氣冷堆氦優(yōu)化凈化系統(tǒng)
[0033]—種高溫氣冷堆氦優(yōu)化凈化系統(tǒng)，如圖1所示，包括依次連接的氧化銅床、水吸附床、二氧化碳吸附床、低溫活性炭床；
[0034]其中，水吸附床用于脫除