專利名稱:均勻性水溶液核反應(yīng)堆氮?dú)廪D(zhuǎn)化和料液自動(dòng)補(bǔ)酸系統(tǒng)及補(bǔ)酸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及反應(yīng)堆運(yùn)行裝置，具體涉及一種均勻性水溶液核反應(yīng)堆氮?dú)廪D(zhuǎn)化和料 液自動(dòng)補(bǔ)酸系統(tǒng)及補(bǔ)酸方法。
背景技術(shù)：
以硝酸鈾酰(UA (NO3) 2)溶液為核燃料的均勻性水溶液核反應(yīng)堆在運(yùn)行過程中，由 于輻射的作用，燃料溶液中的硝酸(HNO3)將分解生成氮?dú)鈿?和氧氣(O2)，導(dǎo)致燃料溶液 HNO3濃度降低，引起鈾酰離子(UO2+2)水解沉淀。如以UO2 (NO3)2溶液為核燃料的均勻性水溶 液核反應(yīng)堆在額定功率200kW下運(yùn)行M小時(shí)將產(chǎn)生約720升隊(duì)氣、1800升O2氣(共2520 升氣體)，如果不補(bǔ)酸，堆芯料液酸度下降，將導(dǎo)致UO22+水解沉淀，使均勻性水溶液核反應(yīng) 堆不能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。如果采用外界補(bǔ)HNO3的辦法，均勻性水溶液核反應(yīng)堆氣回路中的 N2氣會(huì)越積越多，一年運(yùn)行250天將累計(jì)產(chǎn)生180M3 N2氣、450M%氣(共630M3氣體)。由 于氣回路中含有不少惰性放射性氣體(85Kr、133Xe等)和氣態(tài)碘(主要是131I和133I)，這些氣 體不能直接向大氣排放，排放前必須經(jīng)壓力罐長(zhǎng)期(3 6個(gè)月)貯存，并經(jīng)純化處理(如 在低溫條件下利用活性炭或分子篩吸附)，這將增加放射性氣體貯存設(shè)施和處理設(shè)施，增加 處理費(fèi)用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可使堆芯料液的酸度穩(wěn)定，保證反應(yīng)堆長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行 的均勻性水溶液核反應(yīng)堆氮?dú)廪D(zhuǎn)化和料液自動(dòng)補(bǔ)酸系統(tǒng)及補(bǔ)酸方法，從而避免從外補(bǔ)HNO3 和帶放射性的隊(duì)氣和O2氣的排放。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種均勻性水溶液核反應(yīng)堆氮?dú)廪D(zhuǎn)化和料液自動(dòng)補(bǔ)酸系 統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)與反應(yīng)堆氣回路連接的氮?dú)廪D(zhuǎn)化器，所述的氮?dú)廪D(zhuǎn)化器包括置于容器 內(nèi)的高壓電極，高壓電極與氮?dú)廪D(zhuǎn)化控制系統(tǒng)的高壓起弧裝置連接，氮?dú)廪D(zhuǎn)化控制系統(tǒng)還 包括中壓穩(wěn)弧裝置、穩(wěn)流裝置、強(qiáng)磁鐵、變壓器，氮?dú)廪D(zhuǎn)化器分別與氮?dú)廪D(zhuǎn)化控制系統(tǒng)和噴 淋器連接，噴淋器與補(bǔ)酸容器連接，補(bǔ)酸容器連接反應(yīng)堆堆芯容器。
如上所述的均勻性水溶液核反應(yīng)堆氮?dú)廪D(zhuǎn)化和料液自動(dòng)補(bǔ)酸系統(tǒng)，其中，氮?dú)廪D(zhuǎn) 化器的高壓電極為鉬電極、鉬-銥合金電極或石墨電極。
如上所述的均勻性水溶液核反應(yīng)堆氮?dú)廪D(zhuǎn)化和料液自動(dòng)補(bǔ)酸系統(tǒng)，其中，氮?dú)廪D(zhuǎn) 化器還通過水泵與補(bǔ)酸容器直接連接。
如上所述的均勻性水溶液核反應(yīng)堆氮?dú)廪D(zhuǎn)化和料液自動(dòng)補(bǔ)酸系統(tǒng)，其中，反應(yīng)堆 氣體回路通過抽氣泵與儲(chǔ)氣罐連接，儲(chǔ)氣罐連接氮?dú)廪D(zhuǎn)化器。
如上所述的均勻性水溶液核反應(yīng)堆氮?dú)廪D(zhuǎn)化和料液自動(dòng)補(bǔ)酸系統(tǒng)，其中，補(bǔ)酸容 器為一個(gè)不銹鋼密封容器，補(bǔ)酸容器上部設(shè)有溢流管與堆芯容器相通。
一種應(yīng)用上述系統(tǒng)對(duì)均勻性水溶液核反應(yīng)堆進(jìn)行補(bǔ)酸的方法，該方法采用高壓電極放電的方式將反應(yīng)堆氣體回路中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化成一氧化氮和二氧化氮，然后用水噴淋冷卻 使之轉(zhuǎn)化為HNO3，將生成的HNO3返回反應(yīng)堆堆芯容器。
如上所述的均勻性水溶液核反應(yīng)堆補(bǔ)酸方法，該方法通過控制高壓電極放電電弧 的功率大小和直徑大小來調(diào)節(jié)氮?dú)廪D(zhuǎn)化速率。
如上所述的均勻性水溶液核反應(yīng)堆補(bǔ)酸方法，其中，該方法在反應(yīng)堆運(yùn)行的同時(shí)， 使其產(chǎn)生的氮?dú)膺M(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化的速率等于反應(yīng)堆料液中HNO3輻射分解生成氮?dú)獾乃俾剩?從而使補(bǔ)酸箱中的HNO3濃度和反應(yīng)堆料液的HNO3*度不變；或者，在反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)，通過抽 氣泵將多余氣體抽到儲(chǔ)氣罐暫存，待反應(yīng)堆停止運(yùn)行后，再將貯存氣體放回氣回路系統(tǒng)，并 對(duì)氮?dú)膺M(jìn)行轉(zhuǎn)化，加大氮?dú)廪D(zhuǎn)化的放電功率，使氮?dú)饪焖俎D(zhuǎn)化成HNO3,直到使氣回路壓力回 復(fù)到常壓，補(bǔ)酸箱中HNO3濃度恢復(fù)到反應(yīng)堆運(yùn)行前的濃度為止。
本發(fā)明將均勻性水溶液核反應(yīng)堆中HNO3輻照分解產(chǎn)生的氮?dú)庵苯舆B續(xù)轉(zhuǎn)化或間 斷轉(zhuǎn)化成HNO3,使堆芯料液的酸度穩(wěn)定，反應(yīng)堆能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，避免了從外界補(bǔ)入HNO3和 帶放射性的隊(duì)氣和O2氣排放問題。用隊(duì)氣轉(zhuǎn)化裝置和補(bǔ)酸系統(tǒng)及補(bǔ)酸方法可非常方便地 將HNO3輻射分解產(chǎn)生的氮?dú)廪D(zhuǎn)化成HNO3,因此氮?dú)廪D(zhuǎn)化裝置和補(bǔ)酸系統(tǒng)的研制使以HNO3體 系為核燃料的均勻性水溶液核反應(yīng)堆能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，為其進(jìn)一步推廣應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的 技術(shù)基礎(chǔ)。


圖1為本發(fā)明所述系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1.氫氧復(fù)合器2.預(yù)熱器3.除滴器4.堆芯容器5.氮?dú)廪D(zhuǎn)化器6.氮?dú)廪D(zhuǎn)化 控制系統(tǒng)7.噴淋器8.補(bǔ)酸容器9.水泵10.換熱器
圖2為氮?dú)廪D(zhuǎn)化器(5)和氮?dú)廪D(zhuǎn)化控制系統(tǒng)(6)的結(jié)構(gòu)示意圖
圖中，1.強(qiáng)磁鐵2.正負(fù)電極3.高壓起弧裝置4.中壓穩(wěn)弧專裝置5.穩(wěn)流裝置 6.變壓器具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖1所示，均勻性水溶液核反應(yīng)堆氮?dú)廪D(zhuǎn)化和料液自動(dòng)補(bǔ)酸系統(tǒng)包括一個(gè)與反 應(yīng)堆氣回路連接的氮?dú)廪D(zhuǎn)化器5，氮?dú)廪D(zhuǎn)化器5分別與氮?dú)廪D(zhuǎn)化控制系統(tǒng)6和噴淋器7連 接，噴淋器7與補(bǔ)酸容器8連接，補(bǔ)酸容器8連接反應(yīng)堆堆芯容器4。氮?dú)廪D(zhuǎn)化器5還通過 噴淋器與補(bǔ)酸容器8直接連接。補(bǔ)酸容器8為一個(gè)不銹鋼密封容器，補(bǔ)酸容器8上部設(shè)有 溢流管與堆芯容器4相通。水泵9及其循環(huán)水回路和噴淋器構(gòu)成氣回路的循環(huán)動(dòng)力。噴淋 水冷卻高溫氣體，換熱器帶走熱量保持補(bǔ)酸液的溫度恒定。
氮?dú)庵苯愚D(zhuǎn)化成HNO3的原理
工業(yè)上制備HNO3是在高溫高壓(500°C， 300個(gè)大氣壓，)下將氮生成NH3,然后 在500°C催化氧化NH3生成HNO3。[0021 ] 直接將氮?dú)廪D(zhuǎn)化到HNO3是先將氮?dú)廪D(zhuǎn)化成N0，然后NO與仏反應(yīng)生成NO2, NO2再 與H2O反應(yīng)生成HNO3,直到NO全部轉(zhuǎn)化成HNO3為止，反應(yīng)式如下[0023]
權(quán)利要求
1.一種均勻性水溶液核反應(yīng)堆氮?dú)廪D(zhuǎn)化和料液自動(dòng)補(bǔ)酸系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包 括一個(gè)與反應(yīng)堆氣回路連接的氮?dú)廪D(zhuǎn)化器，所述氮?dú)廪D(zhuǎn)化器包括置于容器內(nèi)的高壓電極， 高壓電極與氮?dú)廪D(zhuǎn)化控制系統(tǒng)的高壓起弧裝置連接，氮?dú)廪D(zhuǎn)化控制系統(tǒng)還包括中壓穩(wěn)弧裝 置、穩(wěn)流裝置、強(qiáng)磁鐵、變壓器，氮?dú)廪D(zhuǎn)化器分別與氮?dú)廪D(zhuǎn)化控制系統(tǒng)和噴淋器連接，噴淋器 與補(bǔ)酸容器連接，補(bǔ)酸容器連接反應(yīng)堆堆芯容器。
2.如權(quán)利要求
1所述的均勻性水溶液核反應(yīng)堆氮?dú)廪D(zhuǎn)化和料液自動(dòng)補(bǔ)酸系統(tǒng)，其特征 在于氮?dú)廪D(zhuǎn)化器的高壓電極為鉬電極、鉬-銥合金電極或石墨電極。
3.如權(quán)利要求
1或2所述的均勻性水溶液核反應(yīng)堆氮?dú)廪D(zhuǎn)化和料液自動(dòng)補(bǔ)酸系統(tǒng)，其 特征在于氮?dú)廪D(zhuǎn)化器還通過噴淋器水泵與補(bǔ)酸容器直接連接。
4.如權(quán)利要求
1或2所述的均勻性水溶液核反應(yīng)堆氮?dú)廪D(zhuǎn)化和料液自動(dòng)補(bǔ)酸系統(tǒng)，其 特征在于反應(yīng)堆氣體回路通過抽氣泵與儲(chǔ)氣罐連接，儲(chǔ)氣罐連接氮?dú)廪D(zhuǎn)化器。
5.如權(quán)利要求
1或2所述的均勻性水溶液核反應(yīng)堆氮?dú)廪D(zhuǎn)化和料液自動(dòng)補(bǔ)酸系統(tǒng)，其 特征在于補(bǔ)酸容器為一個(gè)不銹鋼密封容器，補(bǔ)酸容器上部設(shè)有溢流管與堆芯容器相通。
6.一種應(yīng)用上述系統(tǒng)對(duì)均勻性水溶液核反應(yīng)堆進(jìn)行補(bǔ)酸的方法，其特征在于該方法 采用高壓電極放電的方式將反應(yīng)堆氣體回路中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化成一氧化氮和二氧化氮，然后用 水噴淋冷卻使之轉(zhuǎn)化為HNO3，將生成的HNO3通過補(bǔ)酸箱返回反應(yīng)堆堆芯容器。
7.如權(quán)利要求
6所述的均勻性水溶液核反應(yīng)堆補(bǔ)酸方法，其特征在于該方法通過控 制高壓電極放電電弧的直徑大小和功率大小來調(diào)節(jié)氮?dú)廪D(zhuǎn)化速率。
8.如權(quán)利要求
6或7所述的均勻性水溶液核反應(yīng)堆補(bǔ)酸方法，其特征在于該方法在 反應(yīng)堆運(yùn)行的同時(shí)，使其產(chǎn)生的氮?dú)膺M(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化的速率等于反應(yīng)堆料液中HNO3輻射分 解生成氮?dú)獾乃俾?，從而使補(bǔ)酸箱中的HNO3濃度和反應(yīng)堆料液的HNO3濃度不變。
9.如權(quán)利要求
6或7所述的均勻性水溶液核反應(yīng)堆補(bǔ)酸方法，其特征在于在反應(yīng)堆 運(yùn)行時(shí)，通過抽氣泵將多余氣體抽到儲(chǔ)氣罐暫存，待反應(yīng)堆停止運(yùn)行后，再將貯存氣體放回 氣回路系統(tǒng)，并對(duì)氮?dú)膺M(jìn)行轉(zhuǎn)化，加大氮?dú)廪D(zhuǎn)化的放電功率，使氮?dú)饪焖俎D(zhuǎn)化成HNO3，直到 使氣回路壓力回復(fù)到常壓，補(bǔ)酸箱中HNO3濃度恢復(fù)到反應(yīng)堆運(yùn)行前的濃度為止。
專利摘要
本發(fā)明提供了一種均勻性水溶液核反應(yīng)堆氮?dú)廪D(zhuǎn)化和料液自動(dòng)補(bǔ)酸系統(tǒng)及補(bǔ)酸方法。此系統(tǒng)采用鉑等耐高溫電極，通過高壓放電將氮?dú)廪D(zhuǎn)化成NO和NO2，并用水噴淋冷卻轉(zhuǎn)化為HNO3，再通過一個(gè)補(bǔ)酸系統(tǒng)將HNO3連續(xù)返回反應(yīng)堆堆芯容器，通過調(diào)節(jié)氣回路中氮?dú)鉂舛?，氮?dú)廪D(zhuǎn)化裝置功率等可控制氮?dú)廪D(zhuǎn)化速率，通過選擇補(bǔ)酸箱的酸液體積和原始酸液的HNO3濃度可以調(diào)節(jié)補(bǔ)酸速度，控制反應(yīng)堆料液的酸度恒定為0.2mol/L或在0.20-0.25mol/L范圍內(nèi)，使反應(yīng)堆料液的UO2(NO3)2不水解沉淀，確保反應(yīng)堆料液的均勻穩(wěn)定性和反應(yīng)堆的運(yùn)行安全。
文檔編號(hào)G21C19/28GKCN101471149 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請(qǐng)?zhí)朇N 200710306053
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2007年12月29日
發(fā)明者包崇興, 李海穎, 李茂良, 程作用, 鄧啟民 申請(qǐng)人:中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (4), 非專利引用 (1),