[发明专利]反应堆全工况全范围非能动排出余热系统及其方法

说明书

本发明公开一种反应堆全工况全范围非能动排出余热系统及其方法，反应堆设于安全壳内，其包括一次侧非能动余热排出系统、二次侧非能动余热排出系统以及控制系统，该一次侧非能动余热排出系统设有第一阀门组件，该二次侧非能动余热排出系统设有第二阀门组件，该控制系统通过控制第一阀门组件和第二阀门组件的开闭以分别控制一次侧非能动余热排出系统和二次侧非能动余热排出系统的启停。该反应堆全工况全范围非能动排出余热系统及其方法减小了一次侧非能动余热排出系统传热面积，因而降低换热管破损风险，避免反应堆含放射性的一回路冷却剂从其边界泄漏，且可以大大一次侧非能动余热排出系统的体积和减小安全壳内换水箱容积，降低建造成本。

技术领域

本发明涉及核电厂系统设备和安全领域，尤其涉及一种反应堆全工况全范围非能动排出余热系统及其方法。

背景技术

反应堆排出余热，指的是反应堆停堆以后排出堆芯以衰变热为主的热量。对于正常运行工况的反应堆停堆和事故运行工况的反应堆停堆，均需要排出堆芯余热。对于正常运行工况的反应堆停堆，主要是反应堆启动和停堆阶段，需要排出堆芯余热；对于事故运行工况的反应堆停堆，主要是反应堆紧急停堆后，需要排出堆芯余热。

反应堆排出余热，需要经历反应堆温度从高到低的阶段，即通过排出余热，将反应堆温度从高温降低至低温。

在目前核电厂反应堆停堆后排出余热的方法中，存在以下3种现有技术，分别是：

现有技术1：正常运行工况的余热排出：在高温阶段采用SG排热，在低温阶段采用正常余热排出系统；

事故运行工况的余热排出：在高温阶段采用一次侧余热排出排热，在低温阶段采用正常余热排出系统。

现有技术2：正常运行工况的余热排出：在高温阶段采用SG排热，在低温阶段采用正常余热排出系统；

事故运行工况的余热排出：在高温阶段采用SG排热或者二次侧非能动余热排出排热，在低温阶段采用正常余热排出系统。

现有技术3：正常运行工况的余热排出：在高温阶段采用SG排热，在中温阶段采用二次侧非能动余热排出系统排热，在低温阶段(≤180℃)采用池水“浸泡”压力容器和堆芯进行排热；

事故运行工况的余热排出：在高温阶段采用二次侧非能动余热排出排热，在低温阶段(≤180℃)采用池水“浸泡”压力容器和堆芯进行排热。

现有技术中的二次侧非能动余热排出系统的一个缺点是，二次侧非能动余热排出系统需借助蒸汽发生器作为一二次侧传热界面、并且系统本身也需将位于空冷塔内(或冷却水箱内)的安全壳外换热器作为二三侧传热界面，因此总共存在2重传热热阻，总热阻较大，因此，不能将反应堆一次侧降低到较低的温度。根据现有技术3降低反应堆一次侧温度的模拟计算结果，结果表明，随着一次侧温度降低，一次侧和三次侧的温差越来越小，因此传热功率越来越小，导致一次侧温度降低速率越来越缓，最终一次侧温度降低到180℃左右之后，受限于传热温差很小，一次侧温度几乎不能再被降低。此时需要切换为其他余热排出系统执行一次侧的热量排出和降温，诸如采用直接连接于反应堆一次侧的能动的余热排出系统(正常余热排出系统)。

现有技术中的一次侧非能动余热排出装置，直接与反应堆一次侧相连接，该系统上有较多的换热管。这些换热管与反应堆一次侧直接相连接，因此相当于拓展了一回路边界，且这些换热管管壁较薄，因此增大了一回路边界破损的风险。

另外，一次侧余热排出系统包含一回路放射性流体，且相对于二次侧非能动余热排出系统，少了一道安全屏障(安全壳)，因此必须置于安全壳内。如果一次侧余热排出系统体积(容量)较大，会对安全壳内的容积和布置造成影响。

综上所述，现有技术中存在以下缺陷：

1.无法实现全范围工况的非能动余热排出，在当前核电厂中，无论是现有技术2还是现有技术1，配置正常余热排出系统用于实现低状态(一次侧温度较低时)的余热排出，该系统为能动系统；