一种熔盐堆及其运行方法技术

本发明专利技术公开了一种熔盐堆及其运行方法。该熔盐堆包括堆容器、泵和换热装置；该堆容器的内部自下而上设有下腔室、与该堆容器同轴的堆芯、上腔室和顶盖，下腔室和堆芯通过与堆容器内径相同的下支撑板分割，堆芯和上腔室通过与堆容器内径相同的上支撑板分割；堆芯的内径小于堆容器的内径，堆芯的外壁面与堆容器的内壁面形成环形空间；换热装置包括U型换热管，U型换热管设于环形空间内，U型换热管的入口端和出口端穿过顶盖，在堆容器的外部，与冷却介质管路连接；泵设于上腔室中，用于驱动下腔室中的熔盐燃料经堆芯向上腔室流动。本发明专利技术的熔盐堆具有更高的可靠性和更长的使用寿命。堆具有更高的可靠性和更长的使用寿命。堆具有更高的可靠性和更长的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种熔盐堆及其运行方法


[0001]本专利技术涉及一种熔盐堆及其运行方法。

技术介绍

[0002]熔盐堆是第四代先进核能候选堆型之一，熔盐堆运行采用熔融液态燃料，简化了燃料装卸料过程，具有在线加料，在线燃料分离等优点。但堆内熔盐燃料具有高强度放射性，熔盐燃料的流动和高温特性对现有熔盐堆结构设计提出了重要挑战，如何在任何工况下包容并防止其放射性泄漏是熔盐堆急需解决的关键技术问题。
[0003]熔盐堆换热器是熔盐堆放射性包容边界的薄弱环节，换热器的表面积占总包容边界的80％以上，同时换热器的管壁较薄，一般为1mm级别，存在大量的焊接工艺，因此最有可能导致放射性的泄漏。MSRE运行4年后的检查已观察到换热器传热管道存在一定的裂纹，继续使用将存在较大的失效风险。目前在压水堆中，也存在换热器管道失效的问题，但由于放射性不高，可以定期维修后继续使用。而熔盐堆的换热器在检修方面仍是一个难题。
[0004]另外，熔盐堆采用镍基合金结构材料，高温腐蚀和高温蠕变使得结构材料的力学性能大大降低，尤其是在温度超过600摄氏度以后，各项力学性能具有显著下降，限制了熔盐堆本体的使用寿命。如何维持熔盐堆的高温输出能力和保障堆本体结构的可靠性同样是熔盐堆设计面临的一个难题。尤其是堆芯内控制棒套管，承受较高的快中子辐照，易导致材料肿胀、脆化，是限制堆本体使用寿命的主要因素之一。
[0005]最后，堆本体的高放射性对其更换和退役也构成较大挑战。MSRE采用回路结构，布局较为复杂，其一回路拆卸必须采用现场切割处理，易导致放射性的释放及二次污染问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是为了克服现有熔盐堆易被腐蚀，机械强度低，寿命短，难组装、运输和装卸并且放射性容纳能力低的缺陷，而提供了一种熔盐堆。
[0007]本专利技术通过下述技术方案来解决上述技术问题：
[0008]本专利技术提供一种熔盐堆，其包括堆容器、泵和换热装置；
[0009]所述堆容器的内部自下而上设有下腔室、与所述堆容器同轴的堆芯、上腔室和顶盖，所述下腔室和所述堆芯通过与所述堆容器内径相同的下支撑板分割，所述堆芯和所述上腔室通过与所述堆容器内径相同的上支撑板分割；所述堆芯的内径小于所述堆容器的内径，所述堆芯的外壁面与所述堆容器的内壁面形成环形空间；
[0010]所述换热装置包括U型换热管，所述U型换热管设于所述环形空间内，所述U型换热管的入口端和出口端穿过所述顶盖，在所述堆容器的外部，与冷却介质管路连接；
[0011]所述泵设于所述上腔室中，用于驱动所述下腔室中的熔盐燃料经所述堆芯向所述上腔室流动。
[0012]本专利技术中，所述下腔室可按本领域常规设有若干流量分配板。
[0013]本专利技术中，所述堆芯可按本领域常规，用于放置堆芯，一般包括由外至内同轴紧固
设置的围筒、吸收层、反射层和堆芯活性区。
[0014]其中，所述吸收层可为本领域常规，用于吸收热中子；较佳地，所述吸收层为含硼石墨吸收层。
[0015]其中，所述反射层可为本领域常规，用于反射中子并慢化快中子；较佳地，所述反射层为石墨反射层。
[0016]其中，所述堆芯活性区可为本领域常规，一般包括活性区石墨(例如有柱状空隙的活性区石墨)；较佳地，所述活性区石墨为石墨慢化组件；所述石墨慢化组件的结构可为本领域常规，较佳地为削棱六棱柱结构。
[0017]本领域技术人员均知晓，所述熔盐堆内所设有的流动的熔盐燃料通过所述泵的泵取从所述下腔室经所述石墨慢化组件泵至上腔室，再自然流入所述环形空间，经所述换热装置后，流回所述下腔室。
[0018]本专利技术中，所述顶盖可设有进气口和出气口，用于向所述上腔室的内部通入保护气体以隔离所述熔盐燃料与所述顶盖。其中，所述保护气体的压力可由所述进气路和所述出气路的流量调节。
[0019]本专利技术中，所述堆芯的内部还可设有若干堆内套管，所述堆内套管依次穿过所述顶盖、所述上腔室和所述上支撑板并插设于所述堆容器的堆芯活性区(例如活性区石墨的柱状孔隙)中。
[0020]其中，所述堆内套管可为本领域常规，一般包括套管内构件和套管内冷却装置。
[0021]其中，所述套管内构件可为本领域常规，例如控制棒或测量设备。
[0022]其中，所述套管内冷却装置可为本领域常规，用于冷却所述堆内套管；较佳地，用于使所述堆内套管的内壁面温度维持在600℃以下。
[0023]较佳地，所述套管内冷却装置为冷却引管；所述冷却引管中的冷却介质可为本领域常规；较佳地为惰性气体(例如氮气)。
[0024]本专利技术中，所述堆容器的外壁还可设有堆容器冷却装置。
[0025]其中，所述堆容器冷却装置可为本领域常规，用于冷却所述堆容器；较佳地，用于使所述堆容器的内壁温度维持在600℃以下。
[0026]较佳地，所述堆容器冷却装置为水冷壁管或池式盐冷却系统。更佳地，所述池式盐冷却系统包括冷却容器、填充于所述冷却容器中的冷却介质、以及浸没于所述冷却介质的冷却U型管。所述冷却介质可为本领域常规，较佳地为低熔点高沸点的熔盐，例如氯盐和/或FLiNaK盐。所述冷却U型管内部可为导热油。
[0027]本专利技术中，所述围筒、所述堆内套管、所述上支撑板、所述下支撑板、所述堆容器外壁的材料可为镍基合金。
[0028]本专利技术中，所述泵可为本领域常规；较佳地，所述泵设于所述堆芯的上方。较佳地，所述泵包括叶轮和泵轴，所述叶轮设于所述上腔室的内部，所述泵轴穿设于所述顶盖的轴心。
[0029]本专利技术中，本领域技术人员均知晓，根据换热需求确定所述U型换热管的个数和尺寸。
[0030]本专利技术中，所述换热装置可包括一个以上的U型换热管和两个环形管，每一个所述U型换热管设于所述环形空间内，每一个所述U型换热管的入口端和出口端均穿过所述顶
盖，所述入口端在所述堆容器的外部与一个所述环形管连接，所述出口端在所述堆容器的外部与另一个所述环形管连接，所述环形管与所述冷却介质管路连接。
[0031]本专利技术中，所述U型换热管可由折流板固定。
[0032]本专利技术中，所述冷却介质管路中的冷却介质可为本领域常规，例如NaF
‑
BeF2盐。
[0033]本专利技术中，各部件之间的连接方式可为本领域常规，例如焊接。
[0034]本专利技术还提供一种如上所述的熔盐堆的运行方法，其包括以下步骤：在所述熔盐堆运行过程中，所述熔盐堆内所设有的熔盐燃料通过所述泵的泵取从所述下腔室经所述堆芯泵至所述上腔室，再自然流入所述环形空间，至所述换热装置处，所述换热装置将熔盐燃料的热量带出，熔盐燃料自然流回所述下腔室，实现循环。
[0035]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。
[0036]本专利技术所用试剂和原料均市售可得。
[0037]本专利技术的积极进步效果在于：
[0038]1、本专利技术的熔盐堆控制了堆容器内与熔盐接触的各区域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种熔盐堆，其特征在于，所述熔盐堆包括堆容器、泵和换热装置；所述堆容器的内部自下而上设有下腔室、与所述堆容器同轴的堆芯、上腔室和顶盖，所述下腔室和所述堆芯通过与所述堆容器内径相同的下支撑板分割，所述堆芯和所述上腔室通过与所述堆容器内径相同的上支撑板分割；所述堆芯的内径小于所述堆容器的内径，所述堆芯的外壁面与所述堆容器的内壁面形成环形空间；所述换热装置包括U型换热管，所述U型换热管设于所述环形空间内，所述U型换热管的入口端和出口端穿过所述顶盖，在所述堆容器的外部，与冷却介质管路连接；所述泵设于所述上腔室中，用于驱动所述下腔室中的熔盐燃料经所述堆芯向所述上腔室流动。2.如权利要求1所述的熔盐堆，其特征在于，所述堆芯包括由外至内同轴紧固设置的围筒、吸收层、反射层和堆芯活性区。3.如权利要求2所述的熔盐堆，其特征在于，所述围筒的材料为镍基合金；和/或，所述吸收层为含硼石墨吸收层；和/或，所述反射层为石墨反射层；和/或，所述堆芯活性区包括活性区石墨；所述活性区石墨较佳地为石墨慢化组件，所述石墨慢化组件较佳地为削棱六棱柱结构。4.如权利要求2所述的熔盐堆，其特征在于，所述堆芯的内部设有若干堆内套管，所述堆内套管依次穿过所述顶盖、所述上腔室和所述上支撑板并插设于所述堆容器的堆芯活性区中。5.如权利要求4所述的熔盐堆，其特征在于，所述堆内套管的材料为镍基合金；和/或，所述堆内套管包括套管内构件和套管内冷却装置；其中，所述套管内构件较佳地为控制棒或测量设备，所述套管内冷却装置较佳地为冷却引管，所述冷却引管中的冷却介质较佳地为惰性气体。6.如权利要求1所述的熔盐堆，其特征在于，所述堆容器的外壁设有堆容器冷却装...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱贵凤，邹杨，严睿，郭威，陈金根，康旭忠，邹春燕，马玉雯，周波，
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：