專利名稱:一種熱動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于核反應(yīng)堆工程技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種采用鉛或鉛鉍合金中間回路的熱動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
反應(yīng)堆熱動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是以冷卻劑為載體，把反應(yīng)堆堆芯產(chǎn)生的熱量帶出反應(yīng)堆，使其在蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生高溫蒸汽，并推動汽輪機(jī)做功，將反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的系統(tǒng)。
與傳統(tǒng)壓水堆相比，快中子反應(yīng)堆(以下簡稱快堆)最顯著的特點(diǎn)就是堆內(nèi)中子具有較高的能量，使快堆具有增殖核燃料和嬗變高放核廢物的能力，這樣就能顯著提高天然鈾資源的利用率，從而實(shí)現(xiàn)核能的長期可持續(xù)發(fā)展。
由于需要維持堆芯內(nèi)較硬的中子能譜，因此快堆不能像壓水堆一樣使用慢化能力很強(qiáng)的水作為冷卻劑，通?？於咽褂靡簯B(tài)金屬鈉作為冷卻劑。由于鈉的化學(xué)活性較強(qiáng)，因此鈉冷快堆需要設(shè)計(jì)密封的主冷卻劑系統(tǒng)，多采用雙層反應(yīng)堆容器設(shè)計(jì)，雙層容器之間充入惰性氣體。堆容器內(nèi)熱鈉池自由鈉液面上部覆蓋有純凈的惰性氣體。鈉冷快堆熱動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)一般采用三回路設(shè)計(jì)，以避免一回路內(nèi)的放射性鈉直接與三回路內(nèi)的水或蒸汽發(fā)生反應(yīng)的可能，這樣即使發(fā)生鈉水反應(yīng)也不會導(dǎo)致放射性泄漏。鈉冷快堆一回路多采用池式結(jié)構(gòu)，所有一回路設(shè)備均位于主容器內(nèi)，這樣的設(shè)計(jì)具有高的熱冗余，保證了堆芯的安全性。一回路由多個環(huán)路組成，每個環(huán)路都備有主泵和中間熱交換器，連同堆芯和鈉池組成一回路鈉循環(huán)系統(tǒng)。熱動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)二回路(中間回路)也采用液態(tài)金屬鈉作為冷卻劑，主要設(shè)備包括二次鈉泵、蒸汽發(fā)生器、位于主容器內(nèi)的中間熱交換器等。三回路為水-蒸汽回路，由蒸汽發(fā)生器和汽輪發(fā)電機(jī)組組成，蒸汽發(fā)生器由給水泵供水，產(chǎn)生蒸汽供給汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。
上述設(shè)計(jì)雖然可以避免一回路鈉直接泄露，但二回路管道內(nèi)的鈉依然存在泄漏風(fēng)險，并且不能避免蒸汽發(fā)生器內(nèi)發(fā)生鈉水反應(yīng)的風(fēng)險。針對這些問題都必須配備相應(yīng)的輔助設(shè)備，增加了整個系統(tǒng)的復(fù)雜度。
快堆熱動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)另一種設(shè)計(jì)方案是采用鉛或鉛鉍合金作為冷卻劑。與鈉相比，鉛或鉛鉍合金優(yōu)勢在于:化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，不易與空氣和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此，鉛冷快堆不需要中間回路；原子序數(shù)高，對中子慢化能力弱，使堆芯能譜更硬，對中子的有害吸收少；鉛資源豐富，價格不高；在運(yùn)行工況內(nèi)有較低的蒸汽壓力，沸點(diǎn)更高，使系統(tǒng)更簡單、緊湊；鉛還能有效的屏蔽Y射線；密度接近燃料密度，在堆芯融化的情況下能避免重返臨界；鉛還可以包容裂變產(chǎn)物，使鉛冷快堆具有更好的安全性；此外，盡管鉛的熔點(diǎn)很高，但鉛鉍合金具有與鈉相近的熔點(diǎn)，可以降低因冷卻劑凝固對反應(yīng)堆造成危害的風(fēng)險。
但同時，鉛冷快堆也面臨很大的挑戰(zhàn):熱物性能方面，相比于鈉，鉛的導(dǎo)熱性能較差；密度很大，在高溫下具有腐蝕性，對結(jié)構(gòu)材料的腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重，限制了流速和堆芯出口溫度，導(dǎo)致鉛冷快堆不能達(dá)到很高的功率密度，而且導(dǎo)致鉛回路中不能有太高的設(shè)備，高溫鉛環(huán)境中進(jìn)行換料也很困難；輻照后會生成釙-210，增加放射性危害。[0008]綜上所述，現(xiàn)有快堆熱動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)存在系統(tǒng)復(fù)雜、功率密度低等不足。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種熱動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以安全、高效的把堆芯產(chǎn)生的熱量帶出反應(yīng)堆，使其在蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生高溫蒸汽，并推動汽輪機(jī)做功，將反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案為:
一種熱動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括三個回路，一回路包括設(shè)置在主容器內(nèi)依次連接的冷池、主泵、堆芯、熱池、中間熱交換器；二回路包括依次連接的二回路循環(huán)泵、中間熱交換器、蒸汽發(fā)生器；三回路包括依次連接的給水泵、蒸汽發(fā)生器、汽輪機(jī)。
所述一回路工質(zhì)為液態(tài)金屬鈉,二回路工質(zhì)為液態(tài)金屬鉛或鉛秘合金,三回路為傳統(tǒng)水-蒸汽回路。
本實(shí)用新型所取得的有益效果為:
本實(shí)用新型所述一種熱動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，可以安全、高效的把堆芯產(chǎn)生的熱量帶出反應(yīng)堆，使其在蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生高溫蒸汽，并推動汽輪機(jī)做功，將反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):
(I) 一回路采用液態(tài)金屬鈉作為冷卻劑，具有良好的導(dǎo)熱性能和很高的熱冗余；
(2) 二回路采用液態(tài)金屬鉛或鉛鉍合金作為冷卻劑，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，即使泄漏危害也不大；
(3)液態(tài)金屬鉛或鉛鉍合金不與水或蒸汽發(fā)生反應(yīng)，保證了蒸汽發(fā)生器的安全性；
(4)在高溫下，液態(tài)金屬鈉與液態(tài)金屬鉛或鉛鉍合金反應(yīng)會生成高熔點(diǎn)的固體產(chǎn)物，即使中間熱交換器發(fā)生泄漏，自焊接作用也會把破口堵上，保持一回路的完整性，系統(tǒng)更加安全可靠；
(5)該系統(tǒng)中，液態(tài)金屬鉛或鉛鉍合金不經(jīng)過堆芯，降低了生成釙-210帶來的放射性危害；
(6)—回路與二回路都是封閉式回路，與外界只有熱量交換，不會有放射性物質(zhì)的外泄。


圖1為本實(shí)用新型所述熱動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
圖中:1、冷池；2、熱池；3、主泵；4、堆芯；5、中間熱交換器；6、液態(tài)金屬鈉；7、二回路循環(huán)泵；8、鉛鉍合金；9、蒸汽發(fā)生器；10、汽輪機(jī)；11、給水泵；12、主容器。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
如圖1所示,本實(shí)用新型所述一種熱動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括三個回路,一回路包括設(shè)置在主容器12內(nèi)依次連接的冷池1、主泵3、堆芯4、熱池2、中間熱交換器5 ;二回路包括依次連接的二回路循環(huán)泵7、中間熱交換器5、蒸汽發(fā)生器9 ;三回路包括依次連接的給水泵11、蒸汽發(fā)生器9、汽輪機(jī)10 ;—回路工質(zhì)為液態(tài)金屬鈉6，二回路工質(zhì)為液態(tài)金屬鉛或鉛鉍合金8，三回路為傳統(tǒng)水-蒸汽回路；
該熱動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)熱量傳導(dǎo)具體過程如下:
在一回路主容器12內(nèi)，主泵3從冷池I中吸入液態(tài)金屬鈉6，液態(tài)金屬鈉6流經(jīng)堆芯4被加熱后進(jìn)入熱池2 ;熱池中的液態(tài)金屬鈉6進(jìn)入中間熱交換器5，將熱量傳遞至二回路，冷卻后的液態(tài)金屬鈉6從中間熱交換器5出口流回冷池I ;二回路中的液態(tài)金屬鉛或鉛鉍合金8流入中間熱交換器5中被加熱；加熱后的液態(tài)金屬鉛或鉛鉍合金8進(jìn)入蒸汽發(fā)生器9將熱量傳遞至三回路，冷卻后的液態(tài)金屬鉛或鉛鉍合金8經(jīng)過二回路循環(huán)泵7后將再次進(jìn)入中間熱交換器5 ;三回路給水經(jīng)過給水泵11進(jìn)入蒸汽發(fā)生器9加熱產(chǎn)生過熱蒸汽，蒸汽推動汽輪機(jī)10做功，將反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
權(quán)利要求
1.一種熱動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括三個回路，一回路包括設(shè)置在主容器(12)內(nèi)依次連接的冷池(I)、主泵(3)、堆芯(4)、熱池(2)、中間熱交換器(5);二回路包括依次連接的二回路循環(huán)泵(7)、中間熱交換器(5)、蒸汽發(fā)生器(9);三回路包括依次連接的給水泵(11)、蒸汽發(fā)生器(9)、汽輪機(jī)(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的熱動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于:所述一回路工質(zhì)為液態(tài)金屬鈉(6), 二回路工質(zhì)為液態(tài)金屬鉛或鉛秘合金(8),三回路為傳統(tǒng)水-蒸汽回路。
專利摘要
本實(shí)用新型屬于核反應(yīng)堆工程技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種采用鉛或鉛鉍合金中間回路的熱動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括三個回路，一回路包括設(shè)置在主容器內(nèi)依次連接的冷池、主泵、堆芯、熱池、中間熱交換器；二回路包括依次連接的二回路循環(huán)泵、中間熱交換器、蒸汽發(fā)生器；三回路包括依次連接的給水泵、蒸汽發(fā)生器、汽輪機(jī)。所述一回路工質(zhì)為液態(tài)金屬鈉，二回路工質(zhì)為液態(tài)金屬鉛或鉛鉍合金，三回路為傳統(tǒng)水-蒸汽回路。該系統(tǒng)可以安全、高效的把堆芯產(chǎn)生的熱量帶出反應(yīng)堆，使其在蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生高溫蒸汽，并推動汽輪機(jī)做功，將反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
文檔編號G21C15/12GKCN203070789SQ201320017166
公開日2013年7月17日 申請日期2013年1月14日
發(fā)明者司勝義, 趙金坤, 陳其昌, 卑華 申請人:上海核工程研究設(shè)計(jì)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan