一種高溫氣冷堆冷卻劑優(yōu)化凈化系統(tǒng)及再生方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高溫氣冷堆冷卻劑優(yōu)化凈化系統(tǒng)及再生方法，屬于核反應(yīng)堆技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]高溫氣冷堆是以氦為冷卻劑，具有第四代核能系統(tǒng)主要特征的新型核反應(yīng)堆，具有固有安全性、發(fā)電效率高、系統(tǒng)簡(jiǎn)單和用途廣泛等特點(diǎn)。在運(yùn)行過程中會(huì)有多種化學(xué)雜質(zhì)和放射性雜質(zhì)進(jìn)入一回路氦冷卻劑中，通常設(shè)置氦凈化系統(tǒng)用于控制氦冷卻劑中的化學(xué)和放射性雜質(zhì)濃度。
[0003]目前，氦凈化系統(tǒng)通常依次設(shè)置氧化銅床、分子篩床和低溫活性炭床對(duì)氦中氣體雜質(zhì)進(jìn)行凈化。其中，氧化銅床主要將氫氣、氚和一氧化碳分別氧化為水、氚水和二氧化碳，并脫除微量氧氣；分子篩床主要吸附水、氚水和二氧化碳；低溫活性炭床用于吸附氮?dú)?、甲烷及氪、氙等放射性核素和剩余雜質(zhì)氣體。氧化銅床、分子篩床和低溫活性炭床通常為間歇操作，通過設(shè)置的氦凈化再生系統(tǒng)為氧化銅床、分子篩床和低溫活性炭床提供再生，在對(duì)分子篩床再生時(shí)收集含氚廢水并排至放射性廢液系統(tǒng)。
[0004]然而，實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)分子篩床中含氚廢水量較少時(shí)，很難將其脫附并有效收集起來，致使含氚廢水在分子篩床內(nèi)的滯留；而分子篩床用于同時(shí)吸附水和二氧化碳，分子篩床內(nèi)的滯留水會(huì)導(dǎo)致分子篩對(duì)二氧化碳吸附容量的嚴(yán)重下降；因此在分子篩床再生時(shí)必須增設(shè)輔助水吸附床將分子篩床內(nèi)的滯留含氚廢水脫除干凈，使含氚廢水先轉(zhuǎn)移到輔助水吸附床中，再通過再生輔助水吸附床收集含氚廢水，如此大大增加了含氚廢水收集復(fù)雜程度；并且由于含氚廢水的存在，致使整個(gè)分子篩床的再生操作需在較高溫度條件下進(jìn)行，引起再生能耗的增加，降低了二氧化碳再生效率，不適合現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種高溫氣冷堆冷卻劑優(yōu)化凈化系統(tǒng)及再生方法。本發(fā)明將水和二氧化碳凈化進(jìn)行吸附分離切割，避免水對(duì)二氧化碳吸附性能的影響；而且氦凈化系統(tǒng)內(nèi)的含氚廢水可直接收集，無需轉(zhuǎn)移，提高了高溫氣冷堆含氚廢水收集運(yùn)行效率；同時(shí)還降低了二氧化碳吸附劑的再生溫度，提高二氧化碳吸附劑的再生效率。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種高溫氣冷堆冷卻劑優(yōu)化凈化系統(tǒng)(即氦優(yōu)化凈化系統(tǒng))，包括水吸附床、與水吸附床連接的二氧化碳吸附床；
[0008]其中，所述水吸附床用于脫除氦中含氚廢水至0.lppm以下；二氧化碳吸附床用于脫除氦中二氧化碳至0.lppm以下。
[0009]其中，所述水吸附床內(nèi)裝填對(duì)水、氚水有強(qiáng)吸附作用的吸附劑，優(yōu)選沸石分子篩，進(jìn)一步優(yōu)選3A、4A、5A、10X、13X等類型沸石分子篩。
[0010]其中，所述二氧化碳吸附床內(nèi)裝填對(duì)二氧化碳有強(qiáng)吸附作用的吸附劑，優(yōu)選沸石分子篩，進(jìn)一步優(yōu)選4A、5A、10X、13X等類型沸石分子篩。
[0011]本發(fā)明通過將水和二氧化碳凈化進(jìn)行吸附分離切割，避免水對(duì)二氧化碳吸附性能的影響，有利于進(jìn)一步提高二氧化碳吸附效率；而且利用水吸附床的再生系統(tǒng)可直接對(duì)冷卻劑凈化系統(tǒng)內(nèi)的含氚廢水進(jìn)行收集，無需轉(zhuǎn)移，從而提高了高溫氣冷堆含氚廢水收集運(yùn)行效率。
[0012]本發(fā)明所述的氦優(yōu)化凈化系統(tǒng)中，還可包括氧化銅床、低溫活性炭床等其它用于凈化氦氣的裝置。
[0013]本發(fā)明所述的高溫氣冷堆氦優(yōu)化凈化系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，所述水吸附床和二氧化碳吸附床的正常凈化工作溫度均為5-25 °C。當(dāng)水吸附床出口水濃度、二氧化碳吸附床出口二氧化碳濃度到達(dá)穿透點(diǎn)時(shí)，須對(duì)水吸附床、二氧化碳吸附床分別進(jìn)行再生。
[0014]本發(fā)明提供為上述氦優(yōu)化凈化系統(tǒng)提供再生的氦凈化再生系統(tǒng)，其由隔膜壓縮機(jī)、電加熱器、水/氦冷卻器1、氣/水分離器、輔助水吸附床和內(nèi)設(shè)卸放管路的抽真空裝置組成；可形成水吸附床再生回路、二氧化碳吸附床再生回路、輔助水吸附床再生回路。
[0015]下面將對(duì)水吸附床再生回路、二氧化碳吸附床再生回路、輔助水吸附床再生回路及其再生運(yùn)行工藝進(jìn)行重點(diǎn)說明。
[0016]本發(fā)明所述的氦凈化再生系統(tǒng)中，所述水吸附床再生回路為:將水吸附床與氦凈化再生系統(tǒng)相連，由隔膜壓縮機(jī)、電加熱器、水吸附床、水/氦冷卻器1、氣/水分離器依次連接組成；
[0017]本發(fā)明所述的氦凈化再生系統(tǒng)中，所述二氧化碳吸附床再生回路為:將二氧化碳吸附床與氦凈化再生系統(tǒng)相連，由隔膜壓縮機(jī)、電加熱器、二氧化碳吸附床、水/氦冷卻器
1、氣/水分離器、輔助水吸附床依次連接組成；優(yōu)選地，在水/氦冷卻器1和氣/水分離器處還可設(shè)一帶有水/氦冷卻器2的旁路，并由此得到由隔膜壓縮機(jī)、電加熱器、二氧化碳吸附床、水/氦冷卻器2、輔助水吸附床依次連接組成的二氧化碳吸附床再生回路。
[0018]本發(fā)明所述的氦凈化再生系統(tǒng)中，所述輔助水吸附床再生回路為:由氦凈化再生系統(tǒng)形成輔助水吸附床再生自循環(huán)回路，由隔膜壓縮機(jī)、電加熱器、輔助水吸附床、水/氦冷卻器1、氣/水分離器依次連接組成。其中，所述輔助水吸附床中裝填對(duì)水、氚水有強(qiáng)吸附作用的吸附劑，優(yōu)選沸石分子篩，進(jìn)一步優(yōu)選3A、4A、5A、10X、13X等類型沸石分子篩。
[0019]本發(fā)明為所述氦優(yōu)化凈化系統(tǒng)提供再生的氦凈化再生系統(tǒng)還可包括氧化銅床再生回路、低溫活性炭床再生回路。
[0020]本發(fā)明所述的氦優(yōu)化凈化系統(tǒng)的氦凈化再生系統(tǒng)中，所有再生回路上均設(shè)有抽真空裝置；優(yōu)選地，所述抽真空裝置設(shè)在輔助水吸附床出口處。
[0021]本發(fā)明還提供針對(duì)上述氦優(yōu)化凈化系統(tǒng)的再生方法，具體包括水吸附床的再生運(yùn)行工藝、二氧化碳吸附床的再生運(yùn)行工藝和輔助水吸附床的再生運(yùn)行工藝。
[0022]其中，所述水吸附床再生運(yùn)行方法具體為:向水吸附床再生回路內(nèi)充氦至低壓，啟動(dòng)氦凈化再生系統(tǒng)隔膜壓縮機(jī)，然后啟動(dòng)氦凈化再生系統(tǒng)電加熱器；氦氣經(jīng)氦凈化再生系統(tǒng)隔膜壓縮機(jī)進(jìn)入氦凈化再生系統(tǒng)電加熱器加熱后進(jìn)入水吸附床，使其在高溫下加熱再生；從水吸附床出來的熱氦氣經(jīng)氦凈化再生系統(tǒng)水/氦冷卻器1降溫后進(jìn)入氦凈化再生系統(tǒng)氣/水分離器，其中飽和含氚廢水冷凝后分離收集，最終排至高溫氣冷堆放射性廢液系統(tǒng)；最后，水吸附床再生回路和水吸附床降溫并充氦至大于0.llMPa備用。
[0023]其中，優(yōu)選地，所述低壓條件為0.5MPa-0.75MPa ;所述水吸附床再生溫度為200-350°C ;所述氦凈化再生系統(tǒng)水/氦冷卻器將氦氣降溫至5°C-25°C。所述水吸附床的再生流向優(yōu)選與正常凈化運(yùn)行流向相反。水吸附床的再生流向與正常凈化運(yùn)行流向相反，可提高水吸附床再生效率，避免含氚廢水由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)轉(zhuǎn)移。
[0024]所述二氧化碳吸附床再生運(yùn)行工藝為:向二氧化碳吸附床再生回路內(nèi)充氦至低壓，啟動(dòng)氦凈化再生系統(tǒng)隔膜壓縮機(jī)，然后啟動(dòng)氦凈化再生系統(tǒng)電加熱器；氦氣經(jīng)氦凈化再生系統(tǒng)隔膜壓縮機(jī)進(jìn)入氦凈化再生系統(tǒng)電加熱器加熱后進(jìn)入二氧化碳吸附床，使其在較高再生溫度下加熱再生；從二氧化碳吸附床出來的熱氦氣經(jīng)氦凈化再生系統(tǒng)水/氦冷卻器降溫后進(jìn)入輔助水吸附床吸附微量水；隔離輔助水吸附床，對(duì)二氧化碳吸附床再生回路和二氧化碳吸附床進(jìn)行抽真空操作；最后，二氧化碳吸附床降溫并充氦至大于0.llMPa備用。
[0025]其中，優(yōu)選地，所述低壓條件為0.5MPa-0.75MPa ;所述二氧化碳吸附床再生溫度為100-350°C，進(jìn)一步優(yōu)選1