一种基于有机工质朗肯循环的乏燃料池非能动冷却系统技术方案

根据本发明专利技术所涉及的一种基于有机工质朗肯循环低温余热发电技术的乏燃料池的非能动冷却系统，包括乏燃料池，池中的低沸点有机工质吸收乏燃料衰变热量，产生过热蒸汽；通过管路顺次连通的蒸汽涡轮机、热交换器、储液箱、循环工质泵、流量控制阀、过滤器、发电机，具有旋转轴，其中，蒸汽涡轮机具有输出轴，该输出轴同旋转轴连接，发电机由蒸汽涡轮机带动旋转而发电。因为本发明专利技术所涉及的乏燃料池的非能动冷却系统将乏燃料池的冷却与现有有机工质朗肯循环低温余热发电技术结合起来，采用了低温有机朗肯循环发电方式，将乏燃料余热进行回收，而且没有原料成本，所以，本发明专利技术的技术方案不仅能减少污染物的排放量，而且能提高能源的利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于有机工质朗肯循环的乏燃料池非能动冷却系统
本专利技术属于核反应堆安全领域，具体涉及一种基于有机工质朗肯循环的乏燃料池的非能动冷却系统。
技术介绍
核能具有高能源密度性和相对清洁性。随着化石燃料的逐渐消耗，近年来核能在能源领域中占据越来越重要的地位。安全利用核能一直是核领域的研究重点与关注焦点。核燃料在反应堆中发生核反应释放的能量达不到设计要求，不能稳定地提供能量时被卸下来，称为乏燃料。从核反应堆中移除的乏核燃料通常会储存在的乏核燃料池中，乏燃料仍会持续进行衰变放出大量的热，需经过冷却至放热量低于安全标准才可进行下一步的处理。当核反应堆关闭的时候，链式核反应也随之停止，然而由于衰变产物的β衰变，乏燃料仍然会放出大量的热量，衰变热功率随着时间会继续慢慢的减小。乏燃料具有的衰变热，需要在储存池中进行长期的冷却。当乏燃料池一旦发生长时间失去冷却的事故后，池内的温度会持续升高，直至沸腾产生蒸汽。当乏燃料池的冷却功能丧失的情况下，使得池内的冷却工质会不断的下降，当液位下降到乏燃料组件与空气裸漏，便会存在乏燃料组件包壳熔化大量放射性物质释放的风险，同时发生反应而引发爆炸和火灾，造成核事故。所以我们需要解决的就是在不依赖外部动力的情况下，能不断输出乏燃料池的衰变热量，使乏燃料池的温度保持在安全范围内，同时能够对外部热交换器进行安全，高效的冷却。从而系统在断电等事故情况下也能对乏燃料池进行自主的冷却，保证乏燃料厂房的安全。对于乏燃料池内具有不断衰变的余热，随着技术的进步，我们可以加以回收利用，以低沸点有机物为工质的朗肯循环低温发电技术是回收中低品位热能的有效手段,不仅节能降耗,还能为企业带来可观的经济效益。将余热能转化为电能，是提高能源利用效率和降低环境污染的有效途径。2011年福岛核事故以来，乏燃料池受到越来越多的关注，其安全问题成为了核资源利用中的研究重点。福岛核电站的乏燃料池是基于美国的AP1000修建的，具有一定的非能动冷却能力，然而，事实证明，福岛核电站应对事故的冷却能力还远远不够，实现乏燃料池的长期非能动冷却尤为重要。西屋公司针对长期非能动冷却，在AP1000的基础上提出了一种在乏燃料池上方布置热管管阵的非能动冷却方案。而法国阿海珐公司则提出了一种在乏池周围布置分离式热管的冷却方案来提高乏燃料池的冷却能力。T.Fuchs,R.Trewin和M.Reck等人对比了阿海珐公司热管冷却系统中管内使用单项液体与双相液体的自然循环与导热能力的差异。国内，中广核的王耀东，宫爱成等人针对乏燃料池的监测、排放蒸汽等工艺提出了一系列的改进方案。上海交通大学的王明路研究了乏燃料池的分离式热管非能动冷却方案，肯定了其可行性，且针对这种大尺度分离式热管进行了一系列研究。郑文龙等人则研究了该种乏燃料池内自然对流换热特性。
技术实现思路
本专利技术与传统的利用水作为冷却工质的乏燃料池不同，本专利技术乏燃料池利用低沸点的有机工质来作为冷却工质。利用低沸点有机工质吸收衰变热量产生过热蒸汽，从而推动汽轮机，实现了电能的转换。解决了在不依赖外部动力的情况下对热交换器进行安全，高效的冷却，提供了一种基于有机工质朗肯循环低温余热发电技术的乏燃料池的非能动冷却系统。本专利技术提供的一种基于有机工质朗肯循环低温余热发电技术的乏燃料池的非能动冷却系统中，具有这样的特征，包括乏燃料池，池中的低沸点有机工质吸收乏燃料衰变热量，产生过热蒸汽；通过管路顺次连通的蒸汽涡轮机、热交换器、储液箱、循环工质泵、流量控制阀、过滤器、发电机，具有旋转轴，其中，蒸汽涡轮机具有输出轴，该输出轴同旋转轴连接，发电机由蒸汽涡轮机带动旋转而发电。在本专利技术提供的一种基于有机工质朗肯循环低温余热发电技术的乏燃料池的非能动冷却系统中，其特征在于，还包括设置在乏燃料池内的撇沫回路，该撇沫回路包括用于提高池内工质的纯度和透明度的撇沫器。另外，在本专利技术提供的一种基于有机工质朗肯循环低温余热发电技术的乏燃料池的非能动冷却系统中，其特征在于，还包括过滤器，设置在储液箱与循环工质泵之间的管路中，用于去除乏燃料池中的灰尘和离子态杂质。另外，在本专利技术提供的一种基于有机工质朗肯循环低温余热发电技术的乏燃料池的非能动冷却系统中，其特征在于，还包括与乏燃料池相连通的化学与容积单元，用于给乏燃料池补给一定浓度的硼水，防止链式反应的发生。另外，在本专利技术提供的一种基于有机工质朗肯循环低温余热发电技术的乏燃料池的非能动冷却系统中，其特征在于，还包括设备冷却回路，一种方案是风冷散热冷却回路，包括翅片管空冷器和多个风扇；另一种方案是水冷散热冷却回路，包括通过冷却管路顺次连通的热交换器、集水器、热水回收装置。另外，在本专利技术提供的一种基于有机工质朗肯循环低温余热发电技术的乏燃料池的非能动冷却系统中，其特征在于，还包括循环工质泵，设置在储液箱下方出口处，用于将储液箱液态冷却工质顺利流回乏燃料池。另外，在本专利技术提供的一种基于有机工质朗肯循环低温余热发电技术的乏燃料池的非能动冷却系统中，其特征在于，还包括第一水泵，设置在水冷换热器与自来水官网之间的冷却管路中；第二水泵，设置在集水器与热水回收装置之间的冷却管路中，第一水泵、第二水泵、循环工质泵均使用发电机生产的电力。另外，在专利技术提供的一种基于有机工质朗肯循环低温余热发电技术的乏燃料池的非能动冷却系统中，其特征在于，还包括流量调节阀，设置在循环工质泵并联旁路管路中，当工质泵不能正常运转时，用于调节使用重力流回乏燃料池的液量。另外，在本专利技术提供的一种基于有机工质朗肯循环低温余热发电技术的乏燃料池的非能动冷却系统中，其特征在于，其中，储液箱的位置高于乏燃料池，当工质泵不能正常运转时，储液箱中的冷凝液态工质可以在重力作用下流回乏燃料池。专利技术的作用与效果根据本专利技术所涉及一种基于有机工质朗肯循环低温余热发电技术的乏燃料池的非能动冷却系统中，包括乏燃料池，池中的低沸点有机工质吸收乏燃料衰变热量，产生过热蒸汽；通过管路顺次连通的蒸汽涡轮机、热交换器、储液箱、循环工质泵、流量控制阀、过滤器、发电机，具有旋转轴，其中，蒸汽涡轮机具有输出轴，该输出轴同旋转轴连接，发电机由蒸汽涡轮机带动旋转而发电。因为本专利技术所涉及的乏燃料池的非能动冷却系统将乏燃料池的冷却与现有有机工质朗肯循环低温余热发电技术结合起来，采用了低温有机朗肯循环发电方式，将乏燃料余热进行回收，而且没有原料成本，所以，本专利技术的技术方案不仅能减少污染物的排放量，而且能提高能源的利用率。附图说明图1是本专利技术的实施例中带有空冷换热器的乏燃料池非能动冷却系统示意图；以及图2是本专利技术的实施例中带有水冷换热器的乏燃料池非能动冷却系统示意图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本专利技术的一种基于有机工质朗肯循环低温余热发电技术的乏燃料池的非能动冷却系统中作具体阐述。有机工质朗肯循环(OrganicRankineCycle,简称ORC)：是以低沸点有机物代替常规水蒸气作为循环工质的热力系统。对于中低等的焓热,ORC系统在回收显热方面有较高的效率,比水蒸气循环回收更多的热量。ORC低温发电技术就是基于有机工质朗肯循环的发电系统。有机工质吸热后产生高压蒸汽,推动汽轮机或其他膨胀动力机带动发电机运转发电。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于有机工质朗肯循环的乏燃料池的非能动冷却系统，其特征在于，包括：乏燃料池，在乏燃料池充入足够液态低沸点有机工质，池中的有机工质吸收乏燃料衰变热量，产生过热蒸汽；通过管路顺次连通的蒸汽涡轮机、热交换器、储液箱、循环工质泵、流量调节阀；发电机，具有旋转轴，其中，所述蒸汽涡轮机具有输出轴，该输出轴同所述旋转轴连接，所述发电机由所述蒸汽涡轮机带动旋转而发电。

【技术特征摘要】
1.一种基于有机工质朗肯循环的乏燃料池的非能动冷却系统，其特征在于，包括：乏燃料池，在乏燃料池充入足够液态低沸点有机工质，池中的有机工质吸收乏燃料衰变热量，产生过热蒸汽；通过管路顺次连通的蒸汽涡轮机、热交换器、储液箱、循环工质泵、流量调节阀；发电机，具有旋转轴，其中，所述蒸汽涡轮机具有输出轴，该输出轴同所述旋转轴连接，所述发电机由所述蒸汽涡轮机带动旋转而发电。2.根据权利要求1所述的一种基于有机工质朗肯循环的乏燃料池的非能动冷却系统，其特征在于，还包括：设置在所述乏燃料池内的撇沫回路，该撇沫回路包括用于提高池内水的纯度和透明度的撇沫器。3.根据权利要求1所述的一种基于有机工质朗肯循环的乏燃料池的非能动冷却系统，其特征在于，还包括：过滤器，设置在所述储液箱与所述循环工质泵之间的所述管路中，所述过滤器，用于去除所述乏燃料池中的灰尘和离子态杂质。4.根据权利要求1所述的一种基于有机工质朗肯循环的乏燃料池的非能动冷却系统，其特征在于，还包括：与所述乏燃料池相连通的化学与容积单元，用于给所述乏燃料池补给一定浓度的硼水，防止链式反应的发生。5.根据权利要求1所述的一种基于有机工质朗肯循环的乏燃料池的非能动冷却系统，其特征在于，还包括：设备冷却回路方案1，包括空冷式热交换器和进行散热的多个风扇。6.根据权利要求1所述的一种基于有机...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔晓钰，程涛涛，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31