基于等离子体发电和生物质热解制氢的乏燃料再利用装置制造方法及图纸

基于等离子体发电和生物质热解制氢的乏燃料再利用装置，属于乏燃料再利用领域，解决了现有核燃料一次通过循环方式因未对乏燃料进行再利用而导致资源浪费和核污染的问题。所述乏燃料再利用装置：高温气冷堆的堆芯为从乏燃料中分离出来的铀和钚。高温气冷堆输出的氦气在混入易电离物质分离单元输出的易电离物质后依次进入等离子体预电离单元和等离子体发电单元。等离子体发电单元输出的氦气经再热后进入生物质热解制氢单元。易电离物质分离单元用于将易电离物质从生物质热解制氢单元输出的氦气中分离出来，易电离物质分离单元输出的氦气经再热和压缩后进入高温气冷堆。等离子体发电单元接入电网。生物质热解制氢单元与氢气收集设备相连。

Spent fuel reusing device based on plasma generation and biomass pyrolysis

The spent fuel reuse device based on plasma power generation and biomass pyrolysis for hydrogen production belongs to the field of spent fuel reuse, which solves the problems of waste of resources and nuclear pollution caused by the existing nuclear fuel reuse through a single cycle. The spent fuel reuse device: the core of the HTGR is uranium and plutonium separated from spent fuel. The helium output from HTGR is mixed with the easily ionized material output from the easily ionized material separation unit and then enters the plasma preionization unit and the plasma power generation unit in turn. The helium output from the plasma generating unit is reheated into the biomass pyrolysis unit. The Easy Ionization Material Separation Unit is used to separate the easily ionized material from the helium output from the biomass pyrolysis hydrogen production unit. The helium output from the Easy Ionization Material Separation Unit is reheated and compressed and then enters the HTGR. The plasma generating unit is connected to the power grid. The biomass pyrolysis unit is connected to the hydrogen collection equipment.

【技术实现步骤摘要】
基于等离子体发电和生物质热解制氢的乏燃料再利用装置
本专利技术涉及一种乏燃料再利用装置，属于乏燃料再利用领域。
技术介绍
核燃料在反应堆内经过一定时间的辐照后成为乏燃料，由于乏燃料的铀含量降低，无法继续维持核反应，需要从反应堆内卸出。每年从核电站反应堆内卸出的乏燃料约占反应堆总装料量的1/4～1/3。目前世界上投入运行的核电站有数百座，乏燃料的年卸出量相当可观。据估计，目前世界各国积存的乏燃料以重金属计约在20万吨以上。现有乏燃料的处理方式通常为不经过后处理而直接被当作废物处理，这种处理方式也被称为核燃料的一次通过循环。核燃料一次通过循环方式的铀资源利用率低于1％，而当作废物处置的乏燃料中仅含有3％～4％的高放废物，主要为裂变产物和次锕系核素，其余的96％～97％为可再利用的铀和钚。因此，核燃料一次通过循环方式将乏燃料中大量的可再利用资源与少量的废物一起直接处置，不仅大大增加了处置废物的体积，更浪费了宝贵资源，同时不符合核能的可持续发展战略。另一方面，由于乏燃料中包含有全部种类的放射性核素，要使乏燃料衰变到低于天然铀矿的放射性水平，需要10万年以上。因此，核燃料一次通过循环方式还会对环境安全产生长期的、极大的威胁。
技术实现思路
本专利技术为解决现有核燃料一次通过循环方式因未对乏燃料进行再利用而导致资源浪费和核污染的问题，提出了一种基于等离子体发电和生物质热解制氢的乏燃料再利用装置。本专利技术所述的基于等离子体发电和生物质热解制氢的乏燃料再利用装置包括高温气冷堆、等离子体预电离单元、等离子体发电单元、再热单元、生物质热解制氢单元、易电离物质分离单元和压缩单元；高温气冷堆的堆芯为从乏燃料中分离出来的铀和钚；高温气冷堆的氦气输出端口与等离子体预电离单元的氦气输入端口相连通，在高温气冷堆与等离子体预电离单元之间的氦气输送管道上设置有易电离物质输入端口，易电离物质输入端口与易电离物质分离单元的易电离物质输出端口相连通；等离子体预电离单元的氦气输出端口与等离子体发电单元的氦气输入端口相连通；等离子体发电单元的氦气输出端口经再热单元的第一加热通道与生物质热解制氢单元的氦气输入端口相连通，生物质热解制氢单元的氦气输出端口与易电离物质分离单元的氦气输入端口相连通；易电离物质分离单元用于将易电离物质从输入氦气中分离出来，易电离物质分离单元的氦气输出端口依次经压缩单元和再热单元的第二加热通道与高温气冷堆的氦气输入端口相连通；压缩单元用于提升输入氦气的气压；等离子体发电单元接入电网；生物质热解制氢单元与氢气收集设备相连。作为优选的是，所述乏燃料再利用装置还包括反应堆安全壳，高温气冷堆设置在反应堆安全壳内。作为优选的是，等离子体发电单元还用于为等离子体预电离单元、再热单元和压缩单元供电。本专利技术所述的基于等离子体发电和生物质热解制氢的乏燃料再利用装置的工作原理为：作为高温气冷堆冷却剂的氦气在吸收高温气冷堆堆芯的热量后成为高温高压氦气，高温高压氦气在混入易电离物质后进入等离子体预电离单元。等离子体预电离单元用于对混有易电离物质的高温高压氦气进行预电离，进一步提升混有易电离物质的高温高压氦气的导电率。等离子体发电单元基于等离子体预电离单元输出的高导电率的高温高压氦气实现等离子体发电。再热单元的第一加热通道用于为在等离子体发电单元内做完功的低温氦气加热。生物质热解制氢单元基于再热单元的第一加热通道输出的再热氦气实现生物质热解制氢。易电离物质分离单元用于将易电离物质从生物质热解制氢单元输出的低温氦气中分离出来，分离出来的易电离物质经高温气冷堆与等离子体预电离单元之间的氦气输送管道上的易电离物质输入端口进入氦气输送管道，并与高温气冷堆输出的高温高压氦气混合，进而实现易电离物质的循环利用。与此同时，被分离出易电离物质的低温氦气在依次经再热单元的第二加热通道的加热和压缩单元的升压后进入高温气冷堆内，对高温气冷堆堆芯进行冷却，进而实现氦气的循环利用。本专利技术所述的基于等离子体发电和生物质热解制氢的乏燃料再利用装置，采用从乏燃料中分离出来的铀和钚作为高温气冷堆的堆芯，并基于高温气冷堆输出的氦气和等离子体发电单元实现等离子体发电，基于等离子体发电单元输出的氦气和生物质热解制氢单元实现生物质热解制氢。除此之外，本专利技术所述的基于等离子体发电和生物质热解制氢的乏燃料再利用装置还能够对作为高温气冷堆冷却剂的氦气和易电离物质进行循环利用。因此，本专利技术所述的基于等离子体发电和生物质热解制氢的乏燃料再利用装置能够解决现有核燃料一次通过循环方式因未对乏燃料进行再利用而导致资源浪费和核污染的问题。附图说明在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术所述的基于等离子体发电和生物质热解制氢的乏燃料再利用装置进行更详细的描述，其中：图1为实施例所述的基于等离子体发电和生物质热解制氢的乏燃料再利用装置的原理框图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术所述的基于等离子体发电和生物质热解制氢的乏燃料再利用装置作进一步说明。实施例：下面结合图1详细地说明本实施例。本实施例所述的基于等离子体发电和生物质热解制氢的乏燃料再利用装置包括高温气冷堆、等离子体预电离单元、等离子体发电单元、再热单元、生物质热解制氢单元、易电离物质分离单元和压缩单元；高温气冷堆的堆芯为从乏燃料中分离出来的铀和钚；高温气冷堆的氦气输出端口与等离子体预电离单元的氦气输入端口相连通，在高温气冷堆与等离子体预电离单元之间的氦气输送管道上设置有易电离物质输入端口，易电离物质输入端口与易电离物质分离单元的易电离物质输出端口相连通；等离子体预电离单元的氦气输出端口与等离子体发电单元的氦气输入端口相连通；等离子体发电单元的氦气输出端口经再热单元的第一加热通道与生物质热解制氢单元的氦气输入端口相连通，生物质热解制氢单元的氦气输出端口与易电离物质分离单元的氦气输入端口相连通；易电离物质分离单元用于将易电离物质从输入氦气中分离出来，易电离物质分离单元的氦气输出端口依次经压缩单元和再热单元的第二加热通道与高温气冷堆的氦气输入端口相连通；压缩单元用于提升输入氦气的气压；等离子体发电单元接入电网；生物质热解制氢单元与氢气收集设备相连。本实施例的易电离物质分离单元用于对混有易电离物质的高温高压氦气进行预电离，使之成为弱电离等离子体。弱电离等离子体进入外加磁场的等离子体发电单元，进而在等离子体发电单元的发电通道内部产生感应电动势，在发电通道接入负载，即可实现对外供电。本实施例的易电离物质为碱金属化合物，也被称为种子。在本实施例中，进入高温气冷堆的氦气的温度在300摄氏度左右，高温气冷堆输出氦气的温度在900摄氏度左右。本实施例所述的基于等离子体发电和生物质热解制氢的乏燃料再利用装置还包括反应堆安全壳，高温气冷堆设置在反应堆安全壳内。本实施例的等离子体发电单元还用于为等离子体预电离单元、再热单元和压缩单元供电。本实施例所述的基于等离子体发电和生物质热解制氢的乏燃料再利用装置采用等离子体发电技术进行发电。与现有汽轮机加发电机的发电方式相比，本实施例的发电方式直接将热能转换为电能，省去了热能转换为机械能的中间步骤，具有更高的发电效率。虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本专利技术，但是应该理解的是，这些实施例仅是本专利技术的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于等离子体发电和生物质热解制氢的乏燃料再利用装置，其特征在于，所述乏燃料再利用装置包括高温气冷堆、等离子体预电离单元、等离子体发电单元、再热单元、生物质热解制氢单元、易电离物质分离单元和压缩单元；高温气冷堆的堆芯为从乏燃料中分离出来的铀和钚；高温气冷堆的氦气输出端口与等离子体预电离单元的氦气输入端口相连通，在高温气冷堆与等离子体预电离单元之间的氦气输送管道上设置有易电离物质输入端口，易电离物质输入端口与易电离物质分离单元的易电离物质输出端口相连通；等离子体预电离单元的氦气输出端口与等离子体发电单元的氦气输入端口相连通；等离子体发电单元的氦气输出端口经再热单元的第一加热通道与生物质热解制氢单元的氦气输入端口相连通，生物质热解制氢单元的氦气输出端口与易电离物质分离单元的氦气输入端口相连通；易电离物质分离单元用于将易电离物质从输入氦气中分离出来，易电离物质分离单元的氦气输出端口依次经压缩单元和再热单元的第二加热通道与高温气冷堆的氦气输入端口相连通；压缩单元用于提升输入氦气的气压；等离子体发电单元接入电网；生物质热解制氢单元与氢气收集设备相连。

【技术特征摘要】
1.基于等离子体发电和生物质热解制氢的乏燃料再利用装置，其特征在于，所述乏燃料再利用装置包括高温气冷堆、等离子体预电离单元、等离子体发电单元、再热单元、生物质热解制氢单元、易电离物质分离单元和压缩单元；高温气冷堆的堆芯为从乏燃料中分离出来的铀和钚；高温气冷堆的氦气输出端口与等离子体预电离单元的氦气输入端口相连通，在高温气冷堆与等离子体预电离单元之间的氦气输送管道上设置有易电离物质输入端口，易电离物质输入端口与易电离物质分离单元的易电离物质输出端口相连通；等离子体预电离单元的氦气输出端口与等离子体发电单元的氦气输入端口相连通；等离子体发电单元的氦气输出端口经再热单元的第一加热通道与生物质热解制氢单元的氦气输入端口相连通，生物质热...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国栋，赵俊楠，张亚男，王帅，陆慧林，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23