基于ATF燃料的反应堆制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于ATF燃料的反应堆，包括堆芯采用ATF燃料组件的压力容器、至少一个蒸汽发生器以及至少一个非能动安注系统；蒸汽发生器的进口和出口分别通过热管和冷管连接压力容器，形成一个冷却剂流通回路；非能动安注系统包括一回路非能动安注单元和非能动硼酸注入单元；一回路非能动安注单元包括设置位置高于冷管的非能动安注水箱、连接在非能动安注水箱和压力容器之间的注入管道；非能动硼酸注入单元连接在所述注入管道和热管之间。本实用新型专利技术中压力容器的堆芯采用ATF燃料(事故容错燃料)，提高反应堆安全裕量，在增加安全性能的同时提高经济性。安注系统的简化减少了的核级设备的数量，降低造价，缩短了建设周期，提高经济性能。

【技术实现步骤摘要】
基于ATF燃料的反应堆
本专利技术涉及核电
，尤其涉及一种基于ATF燃料的反应堆。
技术介绍
常规核电站反应堆(CPR1000)的核燃料组件中芯块使用的是锆合金材料，发生事故时锆合金温度上升较快，且会和水反应(锆水反应)使得燃料组件失效。并且，常规反应堆的安全注入系统由高压安注系统、中压安注(安注箱)系统和低压安注系统三个子系统组成，三个子系统根据事故引起的反应堆冷却剂的降压情况，在不同的压力下分别投入运行。多个子系统的组成使得系统冗余度大，造价高。在福岛事故发生后，核电站的安全性能受到了质疑，确保反应堆安全，减轻事故后果，成了制约核电发展的最关键因素。事故容错燃料(AccidentToleranceFuel，简称ATF)是为了提高反应堆在严重事故工况下的容错性能而提出的新一代燃料概念，目前还未有将该事故容错燃料应用到核反应堆中，以有效提高核电的安全性和经济性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种提高反应堆安全裕量、增加安全可靠性能和简化安注系统的基于ATF燃料的反应堆。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于ATF燃料的反应堆，包括堆芯采用ATF燃料组件的压力容器、至少一个蒸汽发生器以及至少一个非能动安注系统；所述蒸汽发生器的进口和出口分别通过热管和冷管连接所述压力容器，形成一个冷却剂流通回路；所述非能动安注系统包括一回路非能动安注单元和非能动硼酸注入单元；所述一回路非能动安注单元包括设置位置高于所述冷管的非能动安注水箱、连接在所述非能动安注水箱和压力容器之间的注入管道；所述非能动硼酸注入单元连接在所述注入管道和冷管之间。优选地，所述ATF燃料组件为FCM燃料组件；该FCM燃料组件中，芯块为氮化铀芯块，包壳为碳化硅包壳。优选地，所述非能动安注水箱的设置位置在所述冷管的安注点上方至少10米。优选地，所述非能动硼酸注入单元包括应急硼酸注入箱；所述应急硼酸注入箱的出口通过硼酸输入管道连接所述注入管道，所述应急硼酸注入箱的顶部通过压力平衡管道连接所述热管；所述硼酸输入管道和压力平衡管道上分别设有开关阀门。优选地，所述非能动安注水箱的容量≥2000m3。优选地，所述反应堆还包括至少一个主泵；所述主泵设置在所述冷却剂流通回路中，连接在所述蒸汽发生器的出口和冷管之间。优选地，所述反应堆还包括至少一个稳压器，所述稳压器连接所述热管；所述稳压器的顶部连接有一级卸压阀，所述热管上连接有二级卸压阀。优选地，所述反应堆还包括至少一个非能动二次侧余热排出单元，所述蒸汽发生器的进水口和蒸汽出口分别连接所述非能动二次侧余热排出单元。优选地，所述非能动二次侧余热排出单元包括冷却水箱、设置在所述冷却水箱内的换热器、连接在所述蒸汽发生器的主蒸汽管道和换热器之间的蒸汽管道、连接在所述蒸汽发生器的主给水管道和换热器之间的给水管道。优选地，所述非能动二次侧余热排出单元还包括补水箱；所述补水箱的底部连接所述给水管道，顶部连接所述蒸汽管道。本专利技术的有益效果：压力容器的堆芯采用ATF燃料(事故容错燃料)，其具有抗高温、抗和水反应等性能，提高反应堆安全裕量，在增加安全可靠性能的同时提高经济性。安注系统中采用非能动安注单元代替常规的低、中、高三个安注系统，简化了安注系统，实现在发生大破口叠加全厂失电时，在不需要操纵员干预的情况下，实现非能动安注并保证反应堆在12小时内堆芯包壳不会破损，很好地提高了反应堆的安全可靠性。安注系统的简化减少了的核级设备的数量，降低造价，缩短了电站的建设周期，从而使得经济性能相对常规核电站有较大的提高。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术一实施例的反应堆的连接结构示意图。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。如图1所示，本专利技术一实施例的基于ATF燃料的反应堆，包括压力容器10、至少一个蒸汽发生器20、以及至少一个非能动安注系统。蒸汽发生器20的进口和出口分别通过热管21和冷管22连接压力容器10，两者间相连通形成一个冷却剂流通回路。非能动安注系统连接压力容器10，进行非能动安注。在冷却剂流通回路中，冷却剂通过蒸汽发生器20的出口和冷管22输送至压力容器10内，经过与堆芯热交换后通过热管21和进口进入蒸汽发生器20。其中，压力容器10的堆芯采用ATF(事故容错燃料)燃料组件。ATF较之常规的锆合金或氧化铀燃料组件具有抗高温、抗和水反应等性能，在事故发生时不会和水反应导致失效。本实施例中，ATF燃料组件为FCM(FullyCeramicMicroencapsulated，全陶瓷微粒燃料)燃料组件。该FCM燃料组件中，燃料棒的芯块为采用UN(氮化铀)材料制成的氮化铀芯块；包壳为采用SiC(碳化硅)材料制成的碳化硅包壳，包覆在芯块外，因此燃料棒包括氮化铀芯块和碳化硅包壳。SiC材料熔点为2727℃，不会发生常规燃料的锆水反应。FCM燃料组件的比热容和导热率都比常规UO2燃料组件有大幅度提高。FCM燃料组件中，结合芯块和包壳材料的选择，包壳的熔点约为2727℃，使得FCM燃料组件具有良好的导热性能和可承受较高的包壳温度，具有更大的安全裕量。得益于FCM燃料组件的上述性能，安注系统可通过非能动安注单元30代替常规的高、中、低压三个安注子系统，整体得到简化。蒸汽发生器20顶部的蒸汽出口连接有主蒸汽管道23，输出蒸汽；蒸汽发生器20的给水口连接有主给水管道24，主给水管道24连接至给水来源，为蒸汽发生器20供水。非能动安注系统包括一回路非能动安注单元30和非能动硼酸注入单元40。一回路非能动安注单元30包括非能动安注水箱31以及注入管道32。注入管道32连接在非能动安注水箱31和压力容器10之间，非能动安注水箱31高位设置，其设置位置高于冷管22，使得非能动安注水箱31内的安注水可以利用重力注入压力容器10内，实现非能动安注。优选地，非能动安注水箱31的设置位置在冷管22的安注点上方至少10米。非能动安注水箱40的容量≥2000m3，具有大容量的特点。非能动硼酸注入单元40连接在注入管道32和热管21之间。非能动硼酸注入单元40包括应急硼酸注入箱41，用于装浓硼酸。应急硼酸注入箱41的出口连接注入管道32，顶部连接热管21，形成一个非能动硼酸注入管线。具体地，应急硼酸注入箱41的出口通过硼酸输入管道42连接注入管道32，应急硼酸注入箱41的顶部通过压力平衡管道43连接热管21。使用时，应急硼酸注入箱41内的浓硼酸通过硼酸输入管道42和注入管道32进入压力容器10内；压力平衡管道43的设置在于平衡应急硼酸注入箱41和压力容器10之间的压力，利于浓硼酸的输出，并且在一些情况下热管21内的水可通过压力平衡管道43流入应急硼酸注入箱41内，驱使浓硼酸输出。硼酸输入管道42和压力平衡管道43上分别设有开关阀门，控制非能动硼酸注入管线的开放或关闭。进一步地，本专利技术的反应堆还包括至少一个主泵40；主泵40设置在冷却剂流通回路中，连接在蒸汽发生器20的出口和冷管22之间，为冷却剂的流通提供动力。本专利技术的反应堆还包括至少一个稳压器60，通过波动管63连接热管21。稳压器60的顶部连接有一级卸压阀61，热管21上连接有二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ATF燃料的反应堆，其特征在于，包括堆芯采用ATF燃料组件的压力容器（10）、至少一个蒸汽发生器（20）以及至少一个非能动安注单元系统；所述蒸汽发生器（20）的进口和出口分别通过热管（21）和冷管（22）连接所述压力容器（10），形成一个冷却剂流通回路；所述非能动安注系统包括一回路非能动安注单元（30）和非能动硼酸注入单元（40）；所述一回路非能动安注单元（30）包括设置位置高于所述冷管（22）的非能动安注水箱（31）、连接在所述非能动安注水箱（31）和压力容器（10）之间的注入管道（32）；所述非能动硼酸注入单元（40）连接在所述注入管道（32）和热管（21）之间。

【技术特征摘要】
1.一种基于ATF燃料的反应堆，其特征在于，包括堆芯采用ATF燃料组件的压力容器（10）、至少一个蒸汽发生器（20）以及至少一个非能动安注单元系统；所述蒸汽发生器（20）的进口和出口分别通过热管（21）和冷管（22）连接所述压力容器（10），形成一个冷却剂流通回路；所述非能动安注系统包括一回路非能动安注单元（30）和非能动硼酸注入单元（40）；所述一回路非能动安注单元（30）包括设置位置高于所述冷管（22）的非能动安注水箱（31）、连接在所述非能动安注水箱（31）和压力容器（10）之间的注入管道（32）；所述非能动硼酸注入单元（40）连接在所述注入管道（32）和热管（21）之间。2.根据权利要求1所述的基于ATF燃料的反应堆，其特征在于，所述ATF燃料组件为FCM燃料组件；该FCM燃料组件中，芯块为氮化铀芯块，包壳为碳化硅包壳。3.根据权利要求1所述的基于ATF燃料的反应堆，其特征在于，所述非能动安注水箱（31）的设置位置在所述冷管（22）的安注点上方至少10米。4.根据权利要求1所述的基于ATF燃料的反应堆，其特征在于，所述非能动硼酸注入单元（40）包括应急硼酸注入箱（41）；所述应急硼酸注入箱（41）的出口通过硼酸输入管道（42）连接所述注入管道（32），顶部通过压力平衡管道（43）连接所述热管（21）；所述硼酸输入管道（42）和压力平衡管道（43）上分别设有开关阀门。5.根据权利要求1所述的基于ATF燃料的反应堆，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：方思远，梁活，刘萍萍，雷云，宋建阳，杨江，蒋晓华，梁任，王晓峰，刘梦影，王婷，林支康，吕逸君，曹志伟，徐苗苗，卢向晖，
申请(专利权)人：中广核研究院有限公司，广东核电合营有限公司，中国广核集团有限公司，中国广核电力股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44