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CN106297914A - 一种非能动高温热管快堆堆芯传热系统及其方法 - Google Patents

一种非能动高温热管快堆堆芯传热系统及其方法 Download PDF

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CN106297914A
CN106297914A CN201610824344.3A CN201610824344A CN106297914A CN 106297914 A CN106297914 A CN 106297914A CN 201610824344 A CN201610824344 A CN 201610824344A CN 106297914 A CN106297914 A CN 106297914A
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heat
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liquid
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许雄文
刘金平
潘垚池
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South China University of Technology SCUT
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Abstract

本发明公开了一种非能动高温热管快堆堆芯传热系统及其方法；包括盛装有纳液的快堆冷却剂池、热管和蒸汽发生器；所述热管的下端置于快堆冷却剂池的纳液内，热管的上端部置于蒸汽发生器的水内；快堆冷却剂池内放置反应堆燃料组件，反应堆燃料组件淹没于纳液的液面下。将钠冷却剂与堆芯燃料组件封闭，通过热管对蒸汽发生器进行传热，热管内可充注不易与水发生化学反应的汞、铅、铋、锡或其合金作为工质，钠冷却剂与水不直接进行传热，大大提高了安全性能。若采用汞作为热管工质，由于单根热管充注量小，即使热管泄漏也不会造成直接的安全威胁。

Description

一种非能动高温热管快堆堆芯传热系统及其方法
技术领域
本发明涉及传热部件及工艺，尤其涉及一种非能动高温热管快堆堆芯传热系统及其方法。
背景技术
目前，在核电站中广泛应用的压水堆(如我国的秦山、大亚湾核电站堆型)对天然铀资源的利用率只有约1％，而快堆则可将这一利用率提高到60％～70％。这对充分利用铀资源，促进核电持续发展，解决后续能源供应问题具有重要意义。由于利用率的提高，相对较贫的铀矿也有了开采价值。就世界范围讲，这样能使可采铀的资源增加千倍。
为防止中子慢化，快堆中不能采用含有氢核的物质，因此不能采用水作为冷却剂。目前提出冷却剂有液态钠冷却和液态铅铋合金冷却两种方案。液态金属冷却剂具有较好的性能：在运行工况内有较低的蒸汽压力；高的原子序数；较高的散射截面和较小的吸收截面。但是，这两种冷却剂也存在致命缺点。其中钠冷却剂铅冷却剂易与空气和水起化学反应，对反应堆的安全运行造成巨大威胁；而铅铋冷却剂在运行温度下，对结构组件的材料腐蚀相当严重。另外，目前采用的泵动力循环导热系统也增加了快堆核电站的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单，安全高效的非能动高温热管快堆堆芯传热系统及其方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种非能动高温热管快堆堆芯传热系统，包括盛装有纳液的快堆冷却剂池7、热管2和蒸汽发生器1；所述热管2的下端置于快堆冷却剂池7的纳液内，热管2的上端部置于蒸汽发生器1的水内。
所述快堆冷却剂池7内放置反应堆燃料组件3，反应堆燃料组件3淹没于纳液的液面下。
所述热管2为多根竖直、并相互平行、间隔排布的热管阵列；所述蒸汽发生器1位于快堆冷却剂池7的上方。
所述蒸汽发生器的底部侧壁设有高压水进口6，顶部设有蒸汽出口4；反应堆燃料组件3放出热量，加热纳液，热管2的下端内的工质受热后气化，气化后的气体在热管2内向上流动，加热蒸汽发生器1内的水并将其汽化后由蒸汽出口4排出，热管2内的工质重新冷凝并向下流动，完成一个循环。
所述非能动高温热管快堆堆芯传热系统的传热方法，包括如下步骤：
将热管2处于直立状态，并将其下端插入快堆冷却剂池7的纳液中；反应堆燃料组件3放出热量，加热纳液；此时钠液在快堆冷却剂池7内涡旋对流，加热后的纳液将热量传递给热管2的下端，此时热管2内的工质受热后气化，气化后的气体在热管2(图中，热量传递方向5)内自下而上流动至热管的上端，并将其热量传递给蒸汽发生器1内的水，使蒸汽发生器1内的水汽化后由蒸汽出口4排出，实现换热后的工质重新冷凝并自上而下流向热管2的下端，完成一个循环。
所述涡旋对流是，钠液先由快堆冷却剂池7下底的中部向上流动，然后再由中上部向快堆冷却剂池7的外围翻滚流动，被热管2冷却后重新流向快堆冷却剂池7下底的中部，以此反复循环，实现整个传热过程不采用动力装置。
所述热管2分为两排，每排由数根热管构成一个热管排；在快堆冷却剂池7的中部自上而下插入控制棒8，控制棒8位于这两排热管的中部，两排热管分别布置在快堆冷却剂池7的内边缘。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
基于现有技术存在的不足，本发明非能动高温热管快堆堆芯传热系统，不采用任何动力设备，将钠冷却剂与堆芯燃料组件封闭，通过热管对蒸汽发生器进行传热，热管内可充注不易与水发生化学反应的汞、铅、铋、锡或其合金作为工质，钠冷却剂与水不直接进行传热，大大提高了安全性能。若采用汞作为热管工质，由于单根热管充注量小，即使热管泄漏也不会造成直接的安全威胁。
附图说明
图1为本发明非能动高温热管快堆堆芯传热系统结构示意图。
图2为本发明非能动高温热管快堆堆芯传热系统应用示例示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1、2所示。本发明公开了一种非能动高温热管快堆堆芯传热系统，包括盛装有纳液的快堆冷却剂池7、热管2和蒸汽发生器1；所述热管2的下端置于快堆冷却剂池7的纳液内，热管2的上端部置于蒸汽发生器1的水内。
所述快堆冷却剂池7内放置反应堆燃料组件3，反应堆燃料组件3淹没于纳液的液面下。
所述热管2为多根竖直、并相互平行、间隔排布的热管阵列；所述蒸汽发生器1位于快堆冷却剂池7的上方。
所述蒸汽发生器的底部侧壁设有高压水进口6，顶部设有蒸汽出口4；反应堆燃料组件3放出热量，加热纳液，热管2的下端(冷端)内的工质受热后气化，气化后的气体在热管2内向上流动，加热蒸汽发生器1内的水(高压水)并将其汽化后由蒸汽出口4排出，热管2内的工质重新冷凝并向下流动，完成一个循环。
所述非能动高温热管快堆堆芯传热系统的传热方法，包括如下步骤：
将热管2处于直立状态，并将其下端插入快堆冷却剂池7的纳液中；反应堆燃料组件3放出热量，加热纳液；此时钠液在快堆冷却剂池7内涡旋对流，加热后的纳液将热量传递给热管2的下端(冷端)，此时热管2内的工质受热后气化，气化后的气体在热管2内自下而上流动至热管的上端(热端)，并将其热量传递给蒸汽发生器1内的水，使蒸汽发生器1内的水汽化后由蒸汽出口4排出，实现换热后的工质重新冷凝并自上而下流向热管2的下端，完成一个循环。
所述涡旋对流是，钠液先由快堆冷却剂池7下底的中部向上流动，然后再由中上部向快堆冷却剂池7的外围翻滚流动，被热管2冷却后重新流向快堆冷却剂池7下底的中部，以此反复循环，实现整个传热过程不采用动力装置。
所述热管2分为两排，每排由数根热管构成一个热管排；在快堆冷却剂池7的中部自上而下插入控制棒8，控制棒8位于这两排热管的中部，两排热管分别布置在快堆冷却剂池7的内边缘。控制棒是反应堆燃料组件的一部分。
本发明将钠冷却剂与堆芯燃料组件封闭，通过热管对蒸汽发生器进行传热，热管内可充注不易与水发生化学反应的汞、铅、铋、锡或其合金作为工质，钠冷却剂与水不直接进行传热，大大提高了安全性能。同时，由于热管内工质的充注量非常小，因此，工质对热管壁面的熔解腐蚀性大大降低。若采用汞作为热管工质，由于充注量小，即使热管泄漏也不会造成直接的安全威胁。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种非能动高温热管快堆堆芯传热系统，其特征在于：包括盛装有纳液的快堆冷却剂池(7)、热管(2)和蒸汽发生器(1)；所述热管(2)的下端置于快堆冷却剂池(7)的纳液内，热管(2)的上端部置于蒸汽发生器(1)的水内。
2.根据权利要求1所述非能动高温热管快堆堆芯传热系统，其特征在于：所述快堆冷却剂池(7)内放置反应堆燃料组件(3)，反应堆燃料组件(3)淹没于纳液的液面下。
3.根据权利要求1或2所述非能动高温热管快堆堆芯传热系统，其特征在于：所述热管(2)为多根竖直、并相互平行、间隔排布的热管阵列；所述蒸汽发生器(1)位于快堆冷却剂池(7)的上方。
4.根据权利要求3所述非能动高温热管快堆堆芯传热系统，其特征在于：所述蒸汽发生器的底部侧壁设有高压水进口(6)，顶部设有蒸汽出口(4)；反应堆燃料组件(3)放出热量，加热纳液，热管(2)的下端内的工质受热后气化，气化后的气体在热管(2)内向上流动，加热蒸汽发生器(1)内的水并将其汽化后由蒸汽出口(4)排出，热管(2)内的工质重新冷凝并向下流动，完成一个循环。
5.权利要求1至4中任一项所述非能动高温热管快堆堆芯传热系统的传热方法，其特征在于包括如下步骤：
将热管(2)处于直立状态，并将其下端插入快堆冷却剂池(7)的纳液中；反应堆燃料组件(3)放出热量，加热纳液；此时钠液在快堆冷却剂池(7)内涡旋对流，加热后的纳液将热量传递给热管(2)的下端，此时热管(2)内的工质受热后气化，气化后的气体在热管(2)内自下而上流动至热管的上端，并将其热量传递给蒸汽发生器(1)内的水，使蒸汽发生器(1)内的水汽化后由蒸汽出口(4)排出，实现换热后的工质重新冷凝并自上而下流向热管(2)的下端，完成一个循环。
6.根据权利要求5所述非能动高温热管快堆堆芯传热系统的传热方法，其特征在于，所述涡旋对流是，钠液先由快堆冷却剂池(7)下底的中部向上流动，然后再由中上部向快堆冷却剂池(7)的外围翻滚流动，被热管(2)冷却后重新流向快堆冷却剂池(7)下底的中部，以此反复循环，实现整个传热过程不采用动力装置。
7.根据权利要求5所述非能动高温热管快堆堆芯传热系统的传热方法，其特征在于，所述热管(2)分为两排，每排由数根热管构成一个热管排；在快堆冷却剂池(7)的中部自上而下插入控制棒(8)，控制棒(8)位于这两排热管的中部，两排热管分别布置在快堆冷却剂池(7)的内边缘。
8.根据权利要求7所述非能动高温热管快堆堆芯传热系统的传热方法，其特征在于，热管(2)内的工质为汞。
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