一种池式熔盐堆及其运行方法技术

本发明专利技术公开了一种池式熔盐堆及其运行方法，所述池式熔盐堆包括一位于地坑中的熔盐池，所述熔盐池设有功能模块，所述功能模块包含沿所述熔盐池的顶端内侧壁设置的换热模块；所述熔盐池的底部设有一堆芯活性区，熔盐从所述堆芯活性区的中心流出，侧边流进；所述堆芯活性区由石墨块围设而成，所述石墨块之间至少留有径向缝隙通道以供熔盐流通；所述石墨块包括三类，即固定在所述熔盐池的底部的I类石墨块，未固定在所述熔盐池的底部而使用合金销与I类石墨块连接的II类石墨块，和未固定在所述熔盐池的底部而与外部驱动装置连接的可上下移动的III类石墨块。本发明专利技术提供的池式熔盐堆，简化了结构，提高了安全可靠性和实用性，便于紧急停堆。

【技术实现步骤摘要】
一种池式熔盐堆及其运行方法
本专利技术属于熔盐堆设计领域，具体涉及一种池式熔盐堆及其运行方法。
技术介绍
本世纪初，第四代国际核能论坛(GIF)提出六种第四代核能系统(Gen-IV)的概念，熔盐堆是六种候选堆型之一，也是唯一的液态堆型，在固有安全性、经济性、核燃料可持续发展及防核扩散等方面具有独特优势。在熔盐堆中，燃料盐是流动的，在反应堆堆芯发生裂变反应释放热量，不需传递热量，直接被自身带走；而在换热模块区，燃料盐不发热只传热，与传统的固态堆有显著的不同。世界对液态燃料熔盐堆设计研究主要有：美国增殖熔盐堆MSBR、日本石墨热谱熔盐堆FUJI、法国快谱钍基熔盐堆TMSR、俄罗斯嬗变熔盐堆MOSART。以上堆型熔盐回路都采用管道系统，需要由泵来驱动熔盐，同时还需相关阀门。这些回路设备直接与具有放射性的熔盐接触，严重影响了设备的可靠性与寿命。目前，熔盐堆反应性控制一般采用控制棒系统和排空熔盐系统。控制棒系统技术成熟，控制效果明显，但是中子吸收体及相关结构增加了不必要的中子吸收，占用了堆芯熔盐通道。熔盐堆与固态堆相比，熔盐不仅存在于堆芯，还存在回路中，因此熔盐的装载很大，对排空熔盐的速度有一定的要求，同时，排空熔盐的开始时间，还要取决于冷冻阀的开启时间。排空熔盐系统一般不作为紧急停堆使用。因此，急需一种堆型来实现大功率熔盐堆安全产热的能力。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中存在结构复杂、安全可靠性和实用性较差、不便于紧急停堆方式的问题，本专利技术从而提供了一种池式熔盐堆及其运行方法，简化了结构，提高了安全可靠性和实用性，便于紧急停堆。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供了一种池式熔盐堆，所述池式熔盐堆包括一位于地坑中的熔盐池，所述熔盐池设有一功能模块，所述功能模块包含沿所述熔盐池的顶端内侧壁设置的换热模块；所述熔盐池的底部设有一堆芯活性区，熔盐从所述堆芯活性区的中心流出，侧边流进；所述熔盐池的底部设有一堆芯活性区，所述堆芯活性区由石墨块围设而成，所述石墨块之间至少留有径向缝隙通道以供熔盐流通；所述石墨块包括三类，即固定在所述熔盐池的底部的I类石墨块，未固定在所述熔盐池的底部而使用合金销与I类石墨块连接的II类石墨块，和未固定在所述熔盐池的底部而与外部驱动装置连接的可上下移动的III类石墨块。在上述技术方案中，在所述堆芯活性区的上方较佳地围设有套筒，所述套筒在所述熔盐池中隔出中心的熔盐上升通道和四周的熔盐下降通道。在上述技术方案中，所述II类石墨块的体积占所述石墨块总体积的5％～20％。在上述技术方案中，所述III类石墨块的体积占所述石墨块总体积的1％～30％。在上述技术方案中，所述I类石墨块之间较佳地通过石墨键或石墨销连接。在上述技术方案中，所述石墨块可为细长实心石墨块或侧向开孔石墨块，当石墨块为侧向开孔石墨块时，所述开孔的孔道较佳地沿所述堆芯活性区的径向。在上述技术方案中，所述开孔的形状可为圆形、椭圆形或跑道形。在上述技术方案中，所述缝隙通道占所述堆芯活性区的体积之比可为1％～30％，所述堆芯活性区的体积包括所述石墨块的实体体积和所述缝隙通道的体积，当所述石墨块为侧向开孔石墨块时，所述缝隙通道还包括开孔的孔道。在上述技术方案中，所述功能模块较佳地还包括加料卸料模块、熔盐净化模块和除气模块中的一种或多种，所述除气模块用于除去反应过程中产生的不溶气体。在上述技术方案中，所述换热模块的个数较佳地为至少两个。在上述技术方案中，所述熔盐可为本领域常规熔盐，例如LiF、BeF2、ThF4、UF4。在上述技术方案中，所述熔盐池和所述套筒的结构材料可为本领域常规高温耐腐蚀耐辐照材料。本专利技术的一个较佳的实施方案为一座热功率为1～50GW的池式熔盐堆，其熔盐池为圆柱形，堆芯活性区为环形，套筒为圆柱形，所述熔盐池、所述堆芯活性区和所述套筒同轴，其中，所述熔盐池的内径为6m～20m，高度为18m～52m；所述堆芯活性区的内径为1m～6m，外径为5m～15m，高度为5m～30m，所述石墨块为侧向开孔石墨块，所述开孔的等效半径为0.05cm～20cm；所述套筒的高度为10m～20m，内径不小于所述堆芯活性区的内径且不大于所述堆芯活性区的外径。本专利技术还提供了一种熔盐堆运行方法，其采用本专利技术所述的池式熔盐堆，在熔盐堆在运行过程中，所述堆芯活性区的中心熔盐温度较高，密度较小，中心熔盐上升而流出堆芯活性区，至位于所述熔盐池顶部的换热模块处，所述换热模块用于将熔盐的热量带出，使熔盐温度降低，密度较大，熔盐从侧边下降，至少通过所述径向缝隙通道，返回至堆芯活性区，产生自然循环。其中，所述换热模块的个数可根据熔盐堆负载的大小调节。本专利技术中，当熔盐堆发生反应性引入事故，堆芯反应性增加，功率上升，熔盐温度增加，熔盐温度超过合金销熔点时，所述合金销断裂，II类石墨块分离，由于石墨块密度小于熔盐密度，石墨块上浮，造成堆芯活性区体积减小，堆芯反应性下降，实现非能动安全停堆。本专利技术中，熔盐堆在正常运行时，通过提升或下插III类石墨块来改变堆芯反应性大小，实现熔盐堆的正常启堆、运行、停堆。本专利技术中，本领域技术人员均理解，所述熔盐池中充满有熔盐。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实例。本专利技术所用试剂和原料均市售可得。本专利技术的积极进步效果在于：1、本专利技术提供的池式熔盐堆，利用自然循环方式带走堆芯热量，减少了燃料盐回路管道设备，使堆芯更简化、安全可靠；2、本专利技术的熔盐堆的紧急停堆方式具有结构简单、实用方便、被动安全性的特点；3、通过提升或下插石墨块来调节堆芯反应性大小，实现熔盐堆的正常启堆、运行、停堆，避免了传统控制棒占用的熔盐通道及不必要的中子吸收。附图说明图1为本专利技术实施例1中的池式熔盐堆的结构示意图。图2为图1的A-A剖面图。图3为图1的B-B剖面图，即堆芯活性区四分之一示意图。上述附图中，1、熔盐池，2、功能模块，3、堆芯活性区，4、套筒，5、熔盐上升通道，6、熔盐下降通道，7、石墨块，8、合金销，9、地坑。具体实施方式下面通过实施例的方式进一步说明本专利技术，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。实施例1本实施例以一座热功率为2.5GW的池式熔盐堆为例。如图1、图2和图3所示的池式熔盐堆，该池式熔盐堆包括位于地坑9中熔盐池1，熔盐池1设有功能模块2，功能模块2包含沿熔盐池1的顶端内侧壁设置的换热模块；熔盐池1的底部设有堆芯活性区3，熔盐从堆芯活性区3的中心流出，侧边流进；堆芯活性区3由石墨块7围设而成，石墨块7之间留有缝隙通道以供熔盐流通；石墨块7包括三类，即固定在熔盐池1的底部的I类石墨块，未固定在熔盐池1的底部而使用合金销8与I类石墨块连接的II类石墨块，和未固定在熔盐池1的底部而与外部驱动装置连接的可上下移动的III类石墨块；堆芯活性区3的上方围设有套筒4，套筒4在熔盐池1中隔出中心的熔盐上升通道5和四周的熔盐下降通道6。熔盐池1为圆柱形，其内径为7.0m，高度为20.0m；堆芯活性区3为环形，由96块横截面为扇形的石墨块7围合而成，堆芯活性区3的内径为1m，外径为6.0m，高度为6.0m；石墨块7中最外层石墨块为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种池式熔盐堆，其特征在于，所述池式熔盐堆包括一位于地坑中的熔盐池，所述熔盐池设有功能模块，所述功能模块包含沿所述熔盐池的顶端内侧壁设置的换热模块；所述熔盐池的底部设有一堆芯活性区，熔盐从所述堆芯活性区的中心流出，侧边流进；所述堆芯活性区由石墨块围设而成，所述石墨块之间至少留有径向缝隙通道以供熔盐流通；所述石墨块包括三类，即固定在所述熔盐池的底部的I类石墨块，未固定在所述熔盐池的底部而使用合金销与I类石墨块连接的II类石墨块，和未固定在所述熔盐池的底部而与外部驱动装置连接的可上下移动的III类石墨块。

【技术特征摘要】
1.一种池式熔盐堆，其特征在于，所述池式熔盐堆包括一位于地坑中的熔盐池，所述熔盐池设有功能模块，所述功能模块包含沿所述熔盐池的顶端内侧壁设置的换热模块；所述熔盐池的底部设有一堆芯活性区，熔盐从所述堆芯活性区的中心流出，侧边流进；所述堆芯活性区由石墨块围设而成，所述石墨块之间至少留有径向缝隙通道以供熔盐流通；所述石墨块包括三类，即固定在所述熔盐池的底部的I类石墨块，未固定在所述熔盐池的底部而使用合金销与I类石墨块连接的II类石墨块，和未固定在所述熔盐池的底部而与外部驱动装置连接的可上下移动的III类石墨块。2.如权利要求1所述的池式熔盐堆，其特征在于，在所述堆芯活性区的上方围设有套筒，所述套筒在所述熔盐池中隔出中心的熔盐上升通道和四周的熔盐下降通道。3.如权利要求1所述的池式熔盐堆，其特征在于，所述II类石墨块的体积占所述石墨块总体积的5％～20％；和/或，所述III类石墨块的体积占所述石墨块总体积的1％～30％。4.如权利要求1所述的池式熔盐堆，其特征在于，所述石墨块为细长实心石墨块或侧向开孔石墨块，所述开孔的形状为圆形、椭圆形或跑道形，所述开孔的孔道沿所述堆芯活性区的径向。5.如权利要求4所述的池式熔盐堆，其特征在于，所述缝隙通道占所述堆芯活性区的体积之比为1％～30％，所述堆芯活性区的体积包括所述石墨块的实体体积和所述缝隙通道的体积；所述缝隙通道还包括所述开孔的孔道。6.如权利要求1所述的池式熔盐堆，其特征在于，所述换热模块的个数为至少两个；所述功能模块还包括加料...

【专利技术属性】
技术研发人员：于世和，严睿，邹杨，冀锐敏，刘亚芬，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31