[发明专利]一种复合型的加速器驱动次临界堆事故余热排出系统

说明书

技术领域

本发明涉及加速器驱动次临界堆事故余热排出系统，属于加速器驱动次临界堆的安全设施技术领域。

背景技术

加速器驱动次临界堆是目前致力于嬗变放射性核废物、有效利用核资源及产出核能量的理想装置。主要由质子加速器、散裂靶、次临界反应堆三个部分组成，是一种铅铋冷却的池式快堆。其基本原理是：由加速器产生的质子束流轰击设在次临界堆中的重金属靶件(铅铋合金)，引起散裂反应，再通过核内级联和核外级联产生中子，1个能量为1GeV的质子在厚靶上约产生30个中子，散裂中子靶为次临界堆提供外源中子。

在核反应堆中，冷却剂在外部驱动力或自然循环驱动力的驱使下实现循环流动，通过导热、对流换热和辐射换热的方式实现热量传递，由一回路和二回路组成的热量传输系统实现此功能。其中，一回路的功能是由一回路冷却剂将堆芯中因核裂变产生的热量传输给二回路冷却剂，从而冷却堆芯，防止燃料棒烧毁。二回路的功能是由二回路冷却剂将一回路系统的热量传递给热阱，实现全系统的最终冷却。

当遭遇地震、全厂断电、蒸汽发生器损坏、二回路失效、一回路边界破裂等事故工况时，堆芯的余热无法通过一回路、二回路导出。为了能够顺利地释放出堆芯余热，避免堆芯裂变燃料熔化，必须设置一个事故余热排出系统。

国外设计的加速器驱动次临界堆的事故余热排出系统通常是在反应堆安全容器外侧设置一个反应容器空气冷却系统，用于事故时排出堆芯余热，如欧盟的XADS、MYRRHA和EA都是采用这种形式。这种形式虽然可以在铅铋温度超过限值时排出堆芯的余热，但是由于反应容器空气冷却系统是由温差引起的完全非能动系统，只有铅铋和容器壁温度较高时，才能有效的带走余热，在反应堆刚停堆时，该系统不能有效启动，不能及时的导出堆芯热量。

国内已建成的池式钠冷快堆-中国实验快堆的事故余热排出系统是一套独立的热传输系统，有独立的一回路和二回路，且采用自然循环的方式进行冷却，在系统的主管道中不设任何阀门，具有较好的非能动安全特性。但是空气热交换器的进出口风门的启动是能动的，在一定程度上降低了系统的非能动性。

国外已建成的池式钠冷快堆的事故余热排出系统通常是在二回路并联一个辅助冷却系统，用于事故时排出堆芯余热。这种设计虽然可以在事故时排出堆芯余热，但是由于辅助冷却系统与二回路并联，当两个系统共用的部分出现故障时，可能导致辅助冷却系统失效，从而无法带走余热。

发明内容

本发明的技术解决问题：针对现有的加速器驱动次临界堆的事故余热排出系统非能动性差、有效性差的问题，提供一种依靠自然循环就能将堆芯的余热有效的排出，具有非能动性、安全特性和独立性，而且可以提供很大的可靠性的复合型的加速器驱动次临界堆事故余热排出系统。

本发明的技术解决方案：一种复合型的加速器驱动次临界堆事故余热排出系统，由反应堆堆芯直接冷却系统和反应堆安全容器辅助冷却系统组成，在反应堆出现紧急事故，所有能动冷却系统都无法启动时，一方面可以由堆芯直接冷却系统从反应堆堆芯带走热量，防止堆芯熔化；另一方面由安全容器辅助冷却系统直接从安全容器的表面带走热量，防止容器温度过高而烧毁；所述反应堆堆芯直接冷却系统与主冷却回路相连，包括安装在反应堆堆芯的铅铋池内的独立热交换器、反应堆堆芯的安全壳外部的空气热交换器、第一排气烟囱及连接管道，独立热交换器和空气热交换器通过连接管道连接，环境空气作为最终热阱，通过安全壳外部的空气热交换器冷却铅铋，由第一排气烟囱排到大气环境；所述反应堆安全容器辅助冷却系统是在安全容器的外侧直接接触环境空气，包括冷空气下降管道、热空气上升管道、第二排气烟囱，所述冷空气下降管道和热空气上升管道由一层绝热壁隔离开；环境空气作为最终热阱，冷空气直接通过冷空气下降管道进入安全壳内部，热空气通过热空气上升管道从上部出口流出安全壳，由第二排气烟囱排到大气环境。

所述反应堆堆芯直接冷却系统和反应堆安全容器辅助冷却系统均具有非能动特性。目前非能动余热排出系统很多是基于空气在排气烟囱中的自然循环，本发明充分利用该原理，设计了两套复合系统最终热阱都是环境空气，可以共用安全壳外部的排气烟囱，非但没有增加额外设施，反而提高了系统的充分利用，同时可以冷却反应堆堆芯和反应堆安全容器，即同时保证堆芯安全和安全容器的完整。