具有風電、熱電轉換功能的非能動氫復合器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種核電氫安全設備，具體涉及的是一種具有風電、熱電轉換功 能的非能動氫復合器。
【背景技術】
[0002] 日本福島核事故以后，核電安全殼內(nèi)的氫風險控制越來越受到重視，對氫安全設 備的要求也越來越高，特別是在嚴重事故工況下，氫安全設備是否仍然能發(fā)揮氫氣控制或 消除的功能便成了設備的重要考核依據(jù)。尤其是作為主要消氫手段的非能動氫復合器 (PARs)，更是要考核其在各種嚴重事故工況的運行性能。
[0003] 一般地，PARS可描述為底部裝填催化劑的豎直通道（俗稱"煙道")。事故發(fā)生后， 氫分子和空氣中的氧分子在催化劑表面接觸，發(fā)生如下反應：
[0005] 該反應為強放熱自由基反應。當使用活性組分為鉑或鈀的催化劑后，該反應活化 能會大大地減小，從而能夠在低溫條件下開始反應。反應遵循Langmuir - Hinchelwood兩 步法機理：首先是反應物向催化劑表面的擴散，然后是吸附在催化劑上的反應物發(fā)生反應。 反應放出的熱量為催化元件周圍的氣流上升提供推動力：氣體溫度升高，密度降低，在浮力 驅動下向上流動，同時從PARs下方吸入低溫高濃度混合氣，如此形成自然對流。催化反應 區(qū)出口的高溫低密度氣體將在復合器上部形成煙肉效應，提高復合器自然對流能力，增加 單位時間內(nèi)流過復合器的氣體，從而提高復合器的消氫能力，這個過程就是煙道效應。最 后，反應后的氣體經(jīng)過復合器頂部排出。PARs與安全殼大氣環(huán)境的自然對流循環(huán)有效地促 進了易燃氣體混合，避免了氫氣的累積。
[0006] 從以上描述可知，非能動氫復合器通過催化氧化的方式降低了安全殼氫爆的風 險，但同時也消耗了大量氫氣，釋放出大量的熱量。一臺氫復合器的消氫容量是2. 4kg/h，按 放熱238KJ/mol計算，一臺氫復合器滿負荷工作一小時放出熱量為285. 6MJ。氫氣本身是一 種清潔能源，其單位質量燃燒釋放出的熱量是所有燃料中最高的，但由于結構設計不夠合 理，在氫復合器消氫的過程中，這些熱能被白白浪費，并沒有得到有效的利用。同時，通過一 臺復合器的氣體總流量約l〇〇〇m3/h，平均線速度在2m/s以上。氫復合器消氫過程這些熱能 和氣體循環(huán)的動能同樣被浪費掉了，也沒有得到有效利用。
[0007] 另外，在安全殼嚴重事故狀態(tài)時，噴淋、測氫裝置等許多安全設備的使用均需要能 源，福島事故發(fā)生的一個重要原因即是備用發(fā)電機未正常啟動，無法為安全設備提供充足 的工作電源。
[0008] 因此，如何將氫復合器浪費的氫能源和氣流循環(huán)動能均有效地利用起來，并進一 步提高核電安全殼內(nèi)的氫風險控制能力，是一個需要解決的問題。 【實用新型內(nèi)容】
[0009] 針對上述技術不足，本實用新型提供了一種具有風電、熱電轉換功能的非能動氫 復合器，其能夠在實現(xiàn)氫復合器消氫功能的同時，將釋放的熱量以及氣流循環(huán)的動能均轉 化為電能，然后供其他安全設備使用。
[0010] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型解決問題的技術方案如下：
[0011] 具有風電、熱電轉換功能的非能動氫復合器，包括頂部設有煙道出口的氫復合器 本體，還包括風電轉換模塊、熱電轉換模塊和儲能模塊；所述氫復合器本體上方側壁設有開 口，所述風電轉換模塊設置在開口處；所述熱電轉換模塊設置在煙道出口處；所述儲能模 塊包括保護殼，內(nèi)置在該保護殼中的蓄電池，以及設置在保護殼內(nèi)壁與蓄電池之間、用于隔 熱的石棉層；所述風電轉換模塊和熱電轉換模塊均通過導線與蓄電池連接。
[0012] 進一步地，所述熱電轉換模塊與煙道出口尺寸相同。
[0013] 具體地說，所述風電轉換模塊為風力發(fā)電機組。
[0014] 作為優(yōu)選，所述蓄電池為鉛酸電池。
[0015] 再進一步地，所述氫復合器本體的高度為1. 2米~2米。
[0016] 與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：
[0017] (1)本實用新型在充分考慮到安全的基礎上，通過合理的結構設計，巧妙地將風電 轉換模塊、熱電轉換模塊和儲能模塊應用到了非能動氫復合器上，使得氫復合器消氫時釋 放的大量熱量以及煙道氣流循環(huán)的動能均可以有效地轉化為電能并進行存儲，從而供其它 安全設備使用。如此一來，本實用新型既可以用作核電安全殼內(nèi)的消氫設備，又可以在消氫 的同時成為支持其它安全設備工作的電源，并且電能十分充足，因而不僅實現(xiàn)了能源的綜 合利用，減輕了核電事故狀態(tài)時對備用能源的依賴，緩解了事故狀態(tài)應急能源緊張的狀況， 提高了核電站的安全性，而且節(jié)約了成本，真正做到了技術與安全、成本之間的平衡。
[0018] (2)本實用新型采用了現(xiàn)有的氫復合器作為主體結構設計，只需通過合理的結構 改動就能實現(xiàn)風電和熱電轉換，改動小，對現(xiàn)有設備的力學結構可靠性和熱學可靠性影響 非常小。
[0019] (3)本實用新型使用消氫釋放的熱量作為能源，可以完全安裝在安全殼內(nèi)，不需要 貫穿件，在發(fā)生事故狀態(tài)時，也不需要打開安全殼就可以給安全殼內(nèi)的設備提供能源，并且 能夠有效阻止放射性物質的外泄，進一步提高了核電站的安全性。
[0020] (4)本實用新型設計嚴謹、安全性高、改造成本低廉，其有效地拓寬了非能動氫復 合器的應用范圍，使其更加適用于核電事故狀態(tài)下的消氫，因此，本實用新型為非能動氫復 合器的設計能夠達到相應實際工況的技術標準提供了非常有價值的參考，其很好地順應了 科技的發(fā)展潮流，因而具有非常良好的應用前景和推廣前景。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本實用新型的結構示意圖。
[0022] 圖2為本實用新型中儲能模塊的結構示意圖。
[0023] 圖3為本實用新型消氫時的氣體流速CFD模擬結果示意圖。
[0024] 圖4為本實用新型進行低氫濃度消氫啟動試驗時的實際氫濃度與溫度測量曲線 圖。
[0025] 其中，附圖標記對應的名稱為：