核蒸汽供给系统技术方案

一种核蒸汽供给系统，其利用重力驱动自然循环来使一次冷却剂流过流体互连的反应堆容器和蒸汽发生容器。在一个实施方式中，所述蒸汽发生容器包括垂直堆叠的多个热交换器，利用来自反应堆容器核燃料芯的一次冷却剂所获得的热量,可操作地将二次冷却剂从饱和液体转换为过热蒸汽。在某些实施方式中，二次冷却剂可以是与兰金动力循环涡轮发电机组相关的工作流体。蒸汽发生容器和反应堆容器都可包括垂直细长型外壳，在一个实施方式中，这些外壳采用侧向相邻关系配置。在一个实施方式中，反应堆容器和蒸汽发生容器都在物理上为独立的自支撑结构件，在物理上位于同一个安全壳容器中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】核蒸汽供给系统相关申请的交叉引用本申请要求2012年4月25日提交的美国临时申请序列号为No.61/638,257的权益，该申请的全文通过引用并入本文。专利
本专利技术涉及核蒸汽供给系统，更具体地，涉及小型模块式反应堆的蒸汽供给系统，所述反应堆具有自然重力驱动冷却剂流动循环系统。专利技术背景核发电设施用的压水反应堆(PWR)利用一次冷却剂泵浦和自然循环来冷却反应堆芯并对二次冷却剂进行加热，以产生蒸汽，二次冷却剂可作为兰金(Rankine)发电循环的工作流体。目前的自然循环压水反应堆存在的缺陷是热交换设备与反应堆压力容器集成在一起并位于其内。这种配置形式不仅使得热交换设备难以维修和/或保养，而且，使得设备处于腐蚀条件下，增加了复杂性并且潜在地增加了反应堆压力容器贯穿件数量。此外，将热交换设备置于反应堆压力容器内会带来辐射强度方面的问题，因为维修人员在修理反应堆容器放射性热部件附近的热交换设备时会遭遇辐射。另外，一般认为，热交换器应该位于反应堆容器内，以便在利用这种流动循环的这些系统内实现自然循环。需要一种改进的核蒸汽供给系统。
技术实现思路
本专利技术提出了一种改进的核蒸汽供给系统，该系统克服了上述现有布局中的缺陷。根据本专利技术的一个实施方式，采用自然重力驱动冷却剂循环的核蒸汽供给系统包括：包括形成内部空腔的外壳的垂直细长形反应堆容器，包括设置在内部空腔内的核燃料的反应堆芯，包括外壳和设置成垂直堆叠关系的多个热交换器部分的蒸汽发生容器，所述蒸汽发生容器外壳由反应堆容器外壳单独形成并经由流体接头流体地连接在一起，和闭路一次冷却剂系统，该系统在反应堆容器和蒸汽发生容器之间形成，一次冷却剂系统具有流过反应堆压力容器的一次冷却剂，以冷却反应堆芯，并通过蒸汽发生系统来将热量传输给流过蒸汽发生容器的二次冷却剂。一次冷却剂系统配置成可使一次冷却剂重力驱动循环流过反应堆容器和蒸汽发生容器。二次冷却剂垂直流过蒸汽发生容器的每个热交换器部分并从液相转为汽相。因此，在一个实施方式中，一次冷却剂系统不包括泵。反应堆芯的运行对一次冷却剂加热到一定程度，足以使得一次冷却剂自然循环流过反应堆容器和蒸汽发生容器之间的闭环一次冷却剂系统。根据另一个实施方式，采用自然重力驱动冷却剂循环的核蒸汽供给系统包括具有第一垂直轴线并包括形成内部空腔的外壳的垂直细长形反应堆容器，立管(verticalriser)和设置在反应堆容器的空腔内用于引导流动流体的下降环腔(downcomer)，下降环腔与立管流体相通，反应堆芯包括设置在反应堆容器内部空腔内的核燃料，垂直细长形蒸汽发生容器具有第二垂直轴线和圆筒形外壳，包括以垂直堆叠关系流体相通的多个热交换器部分，蒸汽发生容器外壳由反应堆容器外壳独立形成，并经由流体接头流体地连接在一起，以及反应堆一次冷却剂系统具有重力驱动闭式流动环路，一次冷却剂流过下降环腔和反应堆容器的立管，用来由反应堆芯加热，一次冷却剂进一步流过蒸汽发生容器的热交换器部分，将热量传输给流过蒸汽发生容器的二次冷却剂。二次冷却剂垂直流过蒸汽发生容器的热交换器部分并从液相转为汽相。反应堆容器的第一垂直轴线与蒸汽发生容器的第二垂直轴线侧向偏移。提供了一种采用容器系统存储放射性废料的示例性方法。该方法包括如下步骤：在设置于反应堆容器中的核反应堆芯中加热液态一次冷却剂；在与反应堆芯流体相连的立管内，沿第一垂直方向，经加热的一次冷却剂向上流过反应堆容器；将经加热的一次冷却剂从反应堆容器顶部经出口排出；在蒸汽发生容器的底部通过入口接收经加热的一次冷却剂；经加热的一次冷却剂向上流动，在立管内，沿第一垂直方向，流过蒸汽发生容器；在容器顶部接收经加热的一次冷却剂；经加热的一次冷却剂流动方向垂直反向流动，由沿第一垂直方向向上流动转为沿第二垂直方向向下流动；经加热的一次冷却剂向下沿第二方向流过蒸汽发生容器，其中，所述一次冷却剂得到冷却；以及将经冷却的一次冷却剂返回到反应堆容器中；以及在反应堆容器中重复加热步骤；其中，一次冷却剂通过反应堆容器和蒸汽发生容器的流动形成了闭环循环流动回路。在一个实施方式中，所述方法进一步包括二次冷却剂向上流动，与一次冷却剂第一和第二垂直方向相平行，流过蒸汽发生容器。在一个实施方式中，该方法进一步包括二次冷却剂作为饱和液体进入蒸汽发生容器的底部，并作为过热蒸汽离开蒸汽发生容器的顶部。本专利技术的优点和方面包括如下：堆芯深深置于地下：反应堆芯在采用ASME法规材料制成的厚壁反应堆容器(RV)中深深置于地下，该材料经过几十年的使用证明，能有效保持大型压水堆和沸水堆中的反应堆的完整性。反应堆冷却剂浸湿的所有表面都采用不锈钢或铬镍铁合金(Inconel)制成，消除了反应堆容器中腐蚀和污垢堆积的主要来源。反应堆冷却剂的重力驱动循环：根据本公开内容的核蒸汽供给系统并不依赖任何活动部件(即，反应堆冷却剂泵)来使反应堆冷却剂流过堆芯循环。相反，反应堆冷却剂流过反应堆容器、蒸汽发生器热交换器，以及其它各种设备，是通过一次回路的热和冷区段之间流动水密度差异所产生的压头来进行的。作为原动力的重力的可靠性加强了其固有安全性。反应堆冷却剂的移动不需要泵、阀门、或任何种类的移动机械。黑启动(Black-start)功能(不依赖场外动力)：场外动力对于核蒸汽供给系统的启动或停机不再重要。另外，在停机期间反应堆残余热量的排放也通过重力驱动循环来实现。这样，对现场应急停机电源的需求(核电站最担心的问题)得以消除。实际上，在正常运行和意外事故情况下，核蒸汽供给系统使用重力(而且，只是重力)作为原动力来满足其使用需求。保证反应堆芯周围和上方大量的存水：本专利技术核蒸汽供给系统反应堆容器(RV)除了在其顶部外没有任何贯穿件，这意味着即使在所有正常排热通道都失去的假设情况下，堆芯仍保持浸没在大量存水中。反应堆容器(RV)中无大型贯穿件：反应堆容器(RV)中的所有贯穿件都位于反应堆容器顶部区域，且尺寸小。反应堆冷却剂系统中不采用大型管件可排除“大破口”冷却剂泄漏事故(LOCA)的发生。所有关键部件的易进入性：与所谓的“整体式”反应堆系统相比，蒸汽发生器和控制棒驱动系统位于反应堆容器外部，方便进入，方便进行防护性保养和修理。蒸汽发生器由单环路组成，在某些实施方式中，该环路包括预热器、蒸汽发生器和过热器，过热器顶部是稳压器。环路中的热交换器，即预热器、蒸汽发生器，和过热器都采用内置式设计特征，方便进入和插接管子，诸如合适位置的人孔，便于进入热交换器管板和/或管束。人们知道，在过去30多年中，在核蒸汽供给系统中的反应堆腔室恶劣环境的外部使用热交换设备的决定，使得压水堆蒸汽发生器的可靠性差，工业界为取代这些设备付出了大量成本。反应堆容器凸缘特征是使用反向接头，将伸出反应堆容器罐周缘的突出部分降到最小。这种创新设计可以将燃料堆直接连接到反应堆容器喷嘴上，即刨槽到锻造的连接(gorgingtoforgingconnection)方式，省略了二者之间的任何管路连接。这种设计特点也消除了大型管件破口LOCA的风险。软化水作为反应堆冷却剂：反应堆冷却剂采用软化水，可改善临界安全性，因为随着温度升高其具有很强的负反应梯度。不用含硼酸(borated)的水也可简化核蒸汽供给系统(NSSS)，因为略去了保持和控制一次冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用自然重力驱动冷却剂循环的核蒸汽供给系统，所述系统包括：垂直细长型反应堆容器，其包括形成内部空腔的外壳；反应堆芯，其包括设置在所述内部空腔内的核燃料；蒸汽发生容器，其包括壳体和以垂直堆叠关系设置的多个热交换器部分，所述蒸汽发生容器外壳形成为独立于所述反应堆容器外壳，并且经由流体接头流体地连接到一起；闭环一次冷却剂系统，其在所述反应堆容器和所述蒸汽发生容器之间形成，所述一次冷却剂系统具有流过所述反应堆压力容器的一次冷却剂，以冷却所述反应堆芯，并流过所述蒸汽发生容器，以将热量传输给流过所述蒸汽发生容器的二次冷却剂，其中所述一次冷却剂系统配置成可促使所述一次冷却剂的重力驱动循环流过所述反应堆容器和蒸汽发生容器；其中所述二次冷却剂垂直流过所述蒸汽发生容器的每个热交换器部分，并从液相改变为蒸汽相。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.25 US 61/638,2571.一种采用自然重力驱动冷却剂循环的核蒸汽供给系统，所述系统包括：垂直细长型反应堆容器，其包括形成内部空腔的外壳；反应堆芯，其包括设置在所述内部空腔内的核燃料；蒸汽发生容器，其包括壳体和以垂直堆叠关系设置的多个热交换器部分，所述蒸汽发生容器的外壳形成为独立于所述反应堆容器的外壳，两者经由流体接头流体地连接到一起，并且蒸汽发生容器的外壳与反应堆容器的外壳为侧向连接，蒸汽发生容器进一步包括一支撑凸缘，该支撑凸缘和反应堆容器的支撑凸缘位于同一水平面上；闭环一次冷却剂系统，其在所述反应堆容器和所述蒸汽发生容器之间形成，所述闭环一次冷却剂系统具有流过所述反应堆容器的一次冷却剂，以冷却所述反应堆芯，并流过所述蒸汽发生容器，以将热量传输给流过所述蒸汽发生容器的二次冷却剂，其中所述闭环一次冷却剂系统配置成可促使所述一次冷却剂在重力驱动下循环流过所述反应堆容器和蒸汽发生容器；其中所述二次冷却剂垂直流过所述蒸汽发生容器的每个热交换器部分，并从液相改变为蒸汽相；其中所述反应堆容器进一步包括第一一次冷却剂出口喷嘴和第一一次冷却剂入口喷嘴，该第一一次冷却剂入口喷嘴与所述第一一次冷却剂出口喷嘴同心对准，以及其中，所述蒸汽发生容器进一步包括第二一次冷却剂出口喷嘴和第二一次冷却剂入口喷嘴，该第二一次冷却剂入口喷嘴与所述第二一次冷却剂出口喷嘴同心对准；其中，所述第一一次冷却剂出口喷嘴流体连接到所述第二一次冷却剂入口喷嘴，以及所述第二一次冷却剂出口喷嘴流体连接到所述第一一次冷却剂入口喷嘴，所述一次冷却剂通过所述第一一次冷却剂出口喷嘴排出所述反应堆容器，并且通过所述第二一次冷却剂入口喷嘴进入所述蒸汽发生容器，所述一次冷却剂通过所述第二一次冷却剂出口喷嘴排出所述蒸汽发生容器并且通过所述第一一次冷却剂入口喷嘴进入所述反应堆容器。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述闭环一次冷却剂系统不包括泵。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述反应堆芯的运转将所述一次冷却剂加热到一定程度，足以使得所述一次冷却剂自然循环流过所述反应堆容器和所述蒸汽发生容器之间的所述闭环一次冷却剂系统。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述反应堆容器和所述蒸汽发生容器都是被独立支撑的。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述蒸汽发生容器的所述热交换器部分包括下蒸汽产生部分和上过热器部分，该上过热器部分设置在所述下蒸汽产生部分上方，所述上过热器部分可操作地将二次冷却剂加热至过热蒸汽状态。6.根据权利要求5所述的系统，其中所述蒸汽发生容器进一步包括位于所述下蒸汽产生部分下方的预热器部分。7.根据权利要求6所述的系统，其中所述预热器部分由所述下蒸汽产生部分的下部分形成。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述二次冷却剂向上流过所述蒸汽发生容器，同时所述一次冷却剂向下流过所述蒸汽发生容器。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述二次冷却剂作为饱和液体进入所述蒸汽发生容器的底部部分，而作为过热蒸汽流出所述蒸汽发生容器的上部部分。10.根据权利要求1所述的系统，其中所述蒸汽发生容器包括中央垂直延伸的立管，其与所述反应堆容器流体连接，所述一次冷却剂从所述反应堆容器向上流动流过所述立管。11.根据权利要求10所述的系统，其中所述二次冷却剂垂直向上流过所述蒸汽发生容器外壳和所述立管之间的所述蒸汽发生容器。12.根据权利要求11所述的系统，其中所述一次冷却剂进一步垂直向下流过所述蒸汽发生容器内的堆叠的热交换器。13.根据权利要求10所述的系统，进一步包括位于所述反应堆容器的内部空腔内的中央垂直立管，所述中央垂直立管经由所述反应堆容器与蒸汽发生容器之间侧向延伸的入口/出口接头流体连接到所述蒸汽发生容器的所述立管。14.根据权利要求1所述的系统，其中：堆叠的热交换器的每一层都包括一对垂直间隔的管板和管束，所述管束包括多个在所述管板之间延伸的垂直取向的管子，所述一次冷却剂向下从每个热交换器管子内流过；以及所述二次冷却剂在每个热交换器之间采用与一次冷却剂平行且交叉的流动形式向上流动。15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述蒸汽发生容器包括中央垂直延伸的立管，其与所述反应堆容器流体连接，所述一次冷却剂从所述反应堆容器向上流动，流过所述立管，以及其中，每个热交换器中的所述管子布置成在所述蒸汽发生容器的外壳和立管之间、且在所述立管周围沿圆周方向以间隔形式排列。16.根据权利要求1所述的系统，进一步包括安装在所述蒸汽发生容器顶端的稳压器，所述稳压器包括闭合所述顶端的封头。17.根据权利要求16所述的系统，其中所述稳压器在所述蒸汽发生容器顶端处形成所述一次冷却剂的液体/气体接口。18.根据权利要求5所述的系统，其中所述蒸汽发生容器包括位于所述下蒸汽产生部分的顶部管板和所述上过热器部分的底部管板之间的中间流动空间，所述一次冷却剂通过中间流动空间从所述上过热器部分流到所述下蒸汽产生部分。19.根据权利要求18所述的系统，进一步包括外部二次冷却剂旁通管路环路，其流体连接所述上过热器部分的壳体一侧和所述下蒸汽产生部分的壳体一侧，所述旁通管路环路布置成跨过所述中间流动空间。20.根据权利要求1所述的系统，进一步包括位于所述热交换器部分下方的所述蒸汽发生容器底端的底部流动空间，所述底部流动空间可操作地接收向下流过所述蒸汽发生容器的一次冷却剂，以便返回到所述反应堆容器。21.根据权利要求1所述的系统，其中所述蒸汽发生容器的高度与装有所述一次冷却剂的所述反应堆容器的部分一样高。22.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一和第二一次冷却剂入口喷嘴和第一和第二一次冷却剂出口喷嘴一起限定了紧密连接的一次冷却剂流体接头，其侧向长度小于所述蒸汽发生容器的直径。23.一种采用自然重力驱动冷却剂循环的核蒸汽供给系统，所述系统包括：垂直细长型反应堆容器，具有第一垂直轴线和包括形成内部空腔的外壳；垂直立管和下降环腔，设置在所述反应堆容器的所述内部空腔内，用来传导流动流体，所述下降环腔与所述垂直立管流体相通；反应堆芯，包括设置在所述反应堆容器的所述内部空腔内的核燃料；垂直细长型蒸汽发生容器，具有第二垂直轴线和圆筒形外壳，包括以垂直堆叠关系流体连通的多个热交换器部分，所述蒸汽发生容器的外壳独立于所述反应堆容器的外壳而形成，并经由流体接头流体地连接在一起，并且蒸汽发生容器的外壳与反应堆容器的外壳为侧向连接，蒸汽发生容器进一步包括一支撑凸缘，该支撑凸缘和反应堆容器的支撑凸缘位于同一水平面上；反应堆一次冷却剂系统，具有重力驱动闭路流动环路，一次冷却剂流过所述下降环腔和所述反应堆容器的垂直立管，通过所述反应堆芯加热，所述一次冷却剂进一步流过所述蒸汽发生容器的所述热交换器部分以将热量传输给流过所述蒸汽发生容器的二次冷却剂；其中所述二次冷却剂垂直流过所述蒸汽发...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里希纳·P·辛格，约瑟夫·拉杰库马尔，
申请(专利权)人：SMR发明技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US