[发明专利]基于CECE法的核电站含氚水处理方法及装置

权利要求书

1.一种基于CECE法的核电站含氚水处理装置，包括液相催化交换柱(3)、电解槽(4)、与电解槽(4)连接的电源，电解槽(4)用于获电后电解核电站含氚水制得含氚的氢气，含氚的氢气经液相催化交换柱(3)去除氢气中含有的氚得到贫氚氢气，其特征在于：还包括氢燃料电池(10)，所述氢氧燃料电池(10)包括氢气输入端、空气输入端和电源输出端，液相催化交换柱(3)的贫氚氢气出口端与氢氧燃料电池(10)的氢气输入端联接，以将贫氚氢气导入氢氧燃料电池(10)，电解槽(4)电解生成的氧气通过氧气输出端与氢氧燃料电池(10)的空气输入端连接，氢氧燃料电池(10)的电源输出端与电解槽(4)的电源端连接，氢氧燃料电池(10)用于将输入的贫氚氢气和氧气复合产生电能，所得电能用于电解槽(4)的运行。

2.如权利要求1所述的基于CECE法的核电站含氚水处理装置，其特征在于：还包括氢气压缩机(6)、第一氢气输出阀(14)，所述液相催化交换柱(3)的贫氚氢气出口端通过氢气压缩机(6)与第一氢气输出阀(14)相连，第一氢气输出阀(14)与氢氧燃料电池(10)的氢气输入端连接。

3.如权利要求1或2所述的基于CECE法的核电站含氚水处理装置，其特征在于：还包括物理储氢罐(8)和化学储氢罐(9)，所述液相催化交换柱(3)的贫氚氢气出口端通过氢气压缩机(6)分别与第一氢气输入阀(15)、第二氢气输入阀(16)相连，第一氢气输入阀(15)依次通过物理储氢罐(8)、第二氢气输出阀(17)后与氢氧燃料电池(10)的氢气输入端连接，第二氢气输入阀(16)依次通过化学储氢罐(9)、第三氢气输出阀(18)后与氢氧燃料电池(10)的氢气输入端连接。

4.如权利要求3所述的基于CECE法的核电站含氚水处理装置，其特征在于：第一氢气输入阀(15)、第二氢气输入阀(16)、第二氢气输出阀(17)、第三氢气输出阀(18)为电动或气动阀门，通过燃料电池供气控制系统进行控制。

5.如权利要求3所述的基于CECE法的核电站含氚水处理装置，其特征在于：物理储氢罐(8)与化学储氢罐(9)的体积比为1:2～6。

6.如权利要求5所述的基于CECE法的核电站含氚水处理装置，其特征在于：物理储氢罐(8)与化学储氢罐(9)的体积比为1:3～4。

7.如权利要求1所述的基于CECE法的核电站含氚水处理装置，其特征在于：还包括物理储氧罐(7)，电解槽(4)的氧气输出端通过氧气压缩机(5)分为两路供氧，一路经第一氧气输出阀(11)直接与氢氧燃料电池(10)的空气输入端相连，一路经氧气输入阀(12)、物理储氧罐(7)、第二氧气输出阀(13)与氢氧燃料电池(10)的空气输入端相连。

8.如权利要求1所述的基于CECE法的核电站含氚水处理装置，其特征在于：还包括由氢气转化换热器(19)、燃料电池换热器(20)、电解槽换热器(21)、电加热器(22)、热循环流量控制阀(23)及热循环泵(24)串联组成的热循环回路，其中氢气转化换热器(19)位于化学储氢罐(9)内部，燃料电池换热器(20)位于氢氧燃料电池(10)内部，电解槽换热器(21)位于电解槽(4)内部；氢气转化换热器(19)和燃料电池换热器(20)用于将氢氧燃料电池(10)工作时放出的热量传输给化学储氢罐(9)，促使化学储氢罐(9)的氢气快速释放；电解槽换热器(21)用于将将化学储氢罐(9)吸氢过程放出的热量传输给电解槽(4)，使电解液达到最优反应温度，从而制取更多的氢气；电加热器(22)位于化学储氢罐(9)与第二氢气输入阀(16)之间的输氢管线和热循环回路上，为两路共用加热器，在化学储氢罐(9)进行吸氢反应初期及氢氧燃料电池(10)启动初期对其预热。

9.一种基于CECE法的核电站含氚水处理方法，其特征在于：将含氚水经包括电解槽(4)、液相催化交换柱(3)的除氚装置对水中的氚进行富集，然后由低温精馏装置制得纯氚加以利用，或由固化装置固化成稳定的放射性废物包进行处置，其特征在于：液相催化交换柱(3)去除氢气中含有的氚得到贫氚氢气经氢气出口端与氢氧燃料电池(10)的氢气输入端连接，电解槽(4)制得的氧气与氢氧燃料电池的(10)空气输入端连接，通过氢氧燃料电池(10)内部设置的氢、氧流量及压力控制阀对输入的气体进行精确控制，将除氚装置产生的氢气和氧气再次复合产生电能，所得电能用于电解槽(4)的运行。

10.一种基于CECE法的核电站含氚水处理方法，其特征在于：

启动初期，通过外电源为电解槽(4)供电，电解槽(4)获电后电解核电站含氚水制得含氚的氢气，含氚的氢气经液相催化交换柱(3)去除氢气中含有的氚得到贫氚氢气，电解槽(4)、液相催化交换柱(3)组成的除氚装置对水中的氚进行富集，然后由低温精馏装置制得纯氚加以利用，或由固化装置固化成稳定的放射性废物包进行处置；

贫氚氢气经氢气压缩机(6)增压后，经由第一氢气输入阀(15)、第二氢气输入阀(16)分配，分别输入物理储氢罐(8)和化学储氢罐(9)，化学储氢罐(9)内部开始吸氢反应，吸氢反应初期开启电加热器(22)，通过氢气转化换热器(19)给化学储氢罐(9)进行短暂加热，使其达到吸氢反应需要的温度，随着吸氢反应进程的深入，化学储氢罐(9)内部不断放出热量、温度不断升高，此时启动热循环泵(24)，通过氢气转化换热器(19)和电解槽换热器(21)将多余的热量随着热循环回路输送到电解槽(4)中，给正在反应的电解液加热，使电解液温度稳定在最佳工作范围，直至化学储氢罐9达到饱和状态；

电解槽(4)持续工作，将所产生的氢气输送到物理储氢罐(8)和化学储氢罐(9)中，将所产生的氧气输送到物理储氧罐(7)，在氢氧燃料电池(10)启动初期，由物理储氢罐(8)对其供氢、物理储氧罐(7)对其供氧，开启电加热器(22)，通过燃料电池换热器(20)给氢氧燃料电池(10)预热，使其达到70℃左右的初始温度，氢氧燃料电池(10)将输入的氢气和氧气复合产生电能，所得电能用于电解槽(4)的运行，此后主要由化学储氢罐(9)对其供氢；

氢氧燃料电池(10)连续工作放热，其内温度升高超超过阈值后，通过氢气转化换热器(19)将多余的热量通过热循环回路输送到化学储氢罐(9)中，使化学储氢罐(9)吸收热量，释放出更多的氢气，以保障氢氧燃料电池(10)稳定安全运行；当氢氧燃料电池(10)或化学储氢罐(9)的温度过高时，通过控制装置启动燃料电池散热器(26)或冷却风扇(25)开启，为整个系统散热降温，冷却风扇(25)设于化学储氢罐(9)外部，燃料电池散热器(26)设于氢氧燃料电池(10)外部。