【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于从核技术设备的冷却剂中分离中子吸收剂的方法，其中冷却剂通过在可与冷却循环(也称为冷却循环回路)连接的分离装置里加热而汽化并使汽化的冷却剂与未汽化的中子吸收剂分开从分离装置里排出。另外本专利技术还涉及一种用于从核技术设备的冷却剂中分离中子吸收剂的装置。
技术介绍
为了冷却核技术设备使用了冷却剂，在该冷却剂中溶解有一种所谓的中子吸收齐U，例如硼酸。为了调节冷却剂的组成成分，从压水反应堆的冷却循环里取出反应堆冷却剂并使之分离成纯的冷却水(去离子水)和中子吸收剂，例如浓缩的硼酸溶液状。去离子水和浓缩的中子吸收剂在分离之后以所希望的定量配比又输入到反应堆冷却循环里去。对于从冷却剂中分离中子吸收剂来说已知的是:含有中子吸收剂的反应堆冷却剂差不多完全汽化了。从分离装置里或者连续地借助于浓度和液位控制的调节装置来取出具有所希望浓度的中子吸收剂溶液并补充冷却剂(连续的方法)。可替换的方式是在达到所希望的中子吸收剂浓度时使分离过程中断并将分离装置下面部位里的汽化器池槽清空(不连续的方法)。汽化的冷却剂在作为分离装置的底部塔里由同样也部分地转化为蒸汽相的硼酸进行清洗，而且汽化的冷却剂在冷凝器里冷凝为所希望的冷却剂去离子水(Deionat)。由于蒸汽挥发性小，溶解在输入的反应堆冷却剂中的中子吸收剂，例如硼酸(H3BO3)，就作为浓缩物返回停留在分离装置的池槽里。这两种产物去离子水和中子吸收剂被储存在储存容器里并在需要时又输送给反应堆冷却循环。如果要使在汽化设备中所产生的冷却剂去离子水从反应堆循环回路中输出以用于减少反应堆冷却剂中的氚含量，那就使溶解的放射性...
【技术保护点】
一种用于从核技术设备（１）的反应堆冷却剂（ＲＫ）中分离中子吸收剂（ＮＡ）的方法，其中所述反应堆冷却剂（ＲＫ）通过在分离装置（３）里加热而汽化并使汽化的冷却剂（ＫＤ）与未汽化的中子吸收剂（ＮＡ）分离后从所述分离装置（３）里排出，其特征在于，从所述汽化的冷却剂（ＫＤ）里至少部分地取回热能并将热能放出至具有冷却水（ＫＷ）的冷却循环，其中通过至少一个连接于具有所述冷却水（ＫＷ）的所述冷却循环的热泵循环（５，１５，２５）从所述冷却循环中取回热能并提供用于其它的工艺过程。
【技术特征摘要】
DE 2008-3-12 102008013933.51所述的特征来解决。根据本发明设计为:至少一个布置在具有冷却水的冷却循环中的换热器从冷却循环中取得热能并利用该热能用于其它的过程加热，尤其是用于在作为分离装置的硼酸塔里使反应堆冷却剂汽化。为了从技术上可以利用在冷却水中所含的余热，设计有热泵，其具有在热泵循环中被引导的制冷介质，其中通过压缩机的机械压缩功率确保了制冷介质的对于实际应用所必需的升温。通过应用一种单独的具有作为载热介质的非放射性制冷介质的热泵循环(也称为热泵循环回路)就不需要在温度升高的情况下，在具有难于控制的轴密封性和冷却要求的压缩机里来压缩带有放射性的反应堆冷却剂。同时在仅使用表面换热器时在热能传输至反应堆冷却剂的情况下就避免了反应堆冷却剂蒸汽的过热并因此避免了中子吸收剂(硼酸)以结晶形式的一种化学沉积(Ausfall)的风险，否则的话这可能会引起核技术设备的故障。在该方法的一个有利的设计方案中，将汽化的冷却剂输送给回流换热的预热器和/或冷凝器和/或气体冷却器。冷凝器和/或气体冷却器把在汽化的冷却剂冷凝时所释放的热能输送给冷却水，其中换热器则由于闭合的冷却循环系统从冷却水里又吸出热能。这样获得的热能又尤其是用于使反应堆冷却剂汽化和/或在分离装置里用于使冷却剂脱气。冷却水的循环回路有利地与核技术设备的中间冷却水系统相连接。在冷凝器里和/或在气体冷却器里被冷却水所吸收的热能和输出至冷却水的热能大部分又从冷却水的冷却循环中利用换热器取出并又应用于在各自的分离装置里使冷却剂汽化。与已知的辅助蒸汽加热的硼酸汽化-和脱气设备不同的是:对于实施分离过程所必需的很大的过程热量根据本发明大部分又被回收并将这些热能继续应用于持续的分离过程。热量回收在闭合的冷却循环中进行，从而使借助于换热器又取出了通过冷凝器和/或气体冷却器而输出至冷却循环中的热能。不带有放射性冷却水的闭合的冷却循环因此根据本发明用作一种热存储器。有利的是将这在冷却水的循环回路中可以取得的热能借助于换热器同样也用于给其它的分离装置输送热量并且/或者用于升高在以换热器形式的补加水预热器里的新的含氧的冷却剂的温度。这还减少了在核技术设备内部的热负荷，这种热负荷必须利用中间冷却水系统排出至周围环境。尤其是在具有很高辅助冷却水温度的位置上，热负荷的加大带来了对于从核技术设备里放出热量的附带的高成本。闭合的冷却水循环回路因此可以用作为用于不同热源的储热器，如冷凝器或者气体冷却器，以及用于不同的换热器形式的冷却源，其中换热器借助于具有循环的制冷介质的闭合的热泵循环尤其是对分离装置里的汽化过程提供了所吸收的热能。把冷却水循环回路连接于核技术设备的中间冷却循环还提供了以下优点:用于换热器循环回路的热能可以用于系统的起动过程。因此其优点是不需要附带的热源。为了在热力学方面有利地利用该方法，将热泵循环中的制冷介质在汽化器里汽化并使汽化的制冷介质在提高压缩机里温度的情况下进行压缩。接着使汽化的制冷介质在冷凝器里在放出热量的情况下液化并通过节流器卸压地又输送给换热器的汽化器。通过对在热泵循环的初级侧上由于热量而从冷却水中汽化出的制冷介质的压缩，使制冷介质蒸汽进一步加热。这种加热的制冷介质蒸汽则用作热介质，该热介质用于在分离装置的池槽里使利用中子吸收剂而富集(angereichten)的反应堆冷却剂汽化。借助于冷凝器，制冷介质只是与该利用中子吸收剂富集的反应堆冷却剂处于热工技术方面的接触状态，该反应堆冷却剂由于热对流而在分离装置的池槽和换热器之间循环。通过将循环回路分开来防止制冷介质的污染，尤其是放射性作用。布置在热泵循环中的带有节流器的管路将液化的制冷介质又输送给热泵循环的初级侧，从而使这样冷却的制冷介质在热循环之内又用来重新吸收来自中间冷却系统的热能。真空泵有利地在分离装置之内产生一个与环境压力不同的压力，尤其是一个比环境压力较小的静压。通过真空泵有利地在分离装置里产生一个0.125巴的静压。通过降低在分离装置里的静压提供了以下可能性:在较低的压力情况下并因此在较低的温度时如以前那样实施分离过程，将汽化的冷却剂分离成组成部分，即冷却剂和中子吸收剂。此外这可以在同时相对小的压力情况下使可靠的和证明合适的制冷介质应用在闭合的换热器循环回路里，例如象四氟乙烷，和因此实现了良好的流量系数(Lieferzahl)。此外视为优点的是:将一起引导的但不能冷凝的气体的成分在冷凝器里和/或在气体冷却器里进行分离并输送给排气系统。理想地，真空泵布置在排气系统之前并随着装置中压力的降低同时吸出不能冷凝的气体或者说在对含氧的去离子水进行脱气时吸出氧气。汽化的冷却剂有利地被输送给回流换热的预热器，从而使装置的热回收率因此再次提闻。[0021]压水反应堆的加硼的反应堆冷却剂蒸馏分离成产物，即作为冷却剂的去离子水和作为中子吸收剂的浓缩硼酸溶液，以及溶解的放射性惰性气体从去离子水中作为反应堆冷却剂的组成部分脱气或者从新鲜的、含氧的冷却剂中脱除氧气，这些相比于通常的分离方法在较低的压力情况下和因此在较低的温度时如以往通常的那样实施。因此减少了对于分离过程所必需的过程热量。此外将对于分离过程所必需的热能在回流换热的预热器中放出给待分离的反应堆冷却剂和/或在冷凝器里和/或在气体冷却器里放出给冷却水的闭合的冷却循环。冷却水的闭合的冷却循环将热能从冷凝器和/或从气体冷却器引向几个换热器。密封的装有制冷介质的换热器又吸收大部分热能，其中制冷介质汽化。在热泵循环之内的温度水平通过机械压缩制冷介质蒸汽而提高。接着将加热的制冷介质蒸汽在第二个闭合的换热器循环回路内引至系统中的耗热装置，例如硼酸塔或者脱气塔。用于分离过程的要从外面输入的功率和利用冷却水要向外排出的功率可以借助于本发明相比于对应的利用辅助汽化或者电阻加热装置加热的分离装置来说降低80%以上。因此借助于本发明减少了作用在中间冷却系统上的热负荷。本发明有助于使核技术设备即使在具有不利的冷却水情况，尤其是具有高冷却水温度的位置上也可以运行。在辅助设备建筑物里，通风系统的热负荷同样也被大大降低，这是因为在应用本发明的情况下，设备部件经受的过程温度不大于50°C，(在压力绝对为0.125巴时，在分离装置里)。这在通风系统中引起了大大的简化和引起了成本的降低。取消了提供来自于热电厂设备的常规部分的作为附加热源的辅助蒸汽。相比于现有技术中已知的具有机械的余汽压缩的设备来说，本发明的部件技术明显更简单、更少需要维护和更加可靠。不需要用于起动系统的附加装置。可靠地避免了反应堆冷却剂蒸汽的过热以及结晶残留硼酸的沉淀(Abscheidung)的风险。取消了用于电阻加热器的昂贵的附加的供电系统。该任务同样也通过权利要求11所述的特征来解决。根据本发明设计了一种装置，用于从核技术设备的反应堆冷却剂中分离中子吸收剂，这种装置具有热部件，该热部件从汽化的冷却剂里至少部分地吸出热能并放出给具有冷却水的冷却循环，其中至少一个布置在具有冷却水的冷却循环里的换热器从冷却循环里吸出热能并且该换热器为其它的工艺过程提供热能，尤其是用于分离装置的供热。在该装置的一个有利设计方案中设计了:至少一个冷凝器和/或至少一个气体冷却器作为热部件将汽化的冷却剂的热能传输至冷却水的冷却循环，其中换热器又从冷却水的冷却循环中吸出热能，并且用于汽化反应堆冷却剂的分离装置和/或用于使冷却剂脱气的分离装置将这样获得的热能应用于使反应堆冷却剂汽化。通过使用具有在闭合的中间循环回路中被引导的制冷介质的热泵，在采用机械压缩功的情况下实现了对于余热的可利用性来说必需的温度升高。热泵循环中的制冷介质在汽化器里汽化，而且汽化的制冷介质在温度升高的情况下在压缩机里被压缩。接着使汽化的制冷介质在放热的情况下在冷凝器里液化。然后在节流器中使液化的制冷介质减压并冷却，随后又输送给热泵循环回路的汽化器。在冷凝器中放出的热能被输送给在分离装置的池槽中利用中子吸收剂而富集的反应堆冷却水，从而使具有中子吸收剂的反应堆冷却水在管路系统中从分离装置的池槽至热泵循环进行循环，并吸收在热泵循环里的冷凝器的热能。真空泵有利地在一个分开装置里并因此在这些分离装置里，产生一种与环境压力不同的压力，因此在系统内部确保了一种与环境压力不同的，尤其是较小的静压。该任务同样也通过权利要求15所述的特征作为核技术设备，尤其是作为压水反应堆，利用一种用于从反应堆冷却剂中分离出一种中子吸收剂的具有热能回收的装置来解决。本发明的其它有利的设计方案见从属权利要求。附图说明以下根据实施例对本发明详细加以说明。附图举例所示为:图1:具有一些与冷却水的冷却循环相连接的换热器的根据本发明的装置的简化的管路系统图；图2:具有选出的热力学状态参数，用于具有2200ppm硼作为中子吸收剂的加硼水的汽化的根据本发明的装置的简化的管路系统图；图3:具有选出的热力学状态参数，仅用于含氧去离子水的脱气的根据本发明的装置的简化的管路系统图；和图4:热泵循环的详图。具体实施方式图1示出了具有三个连接于冷却水KW的冷却循环的热泵循环5，15，25的、根据本发明的装置2的简化的管路系统图。从储存容器14(未详细示出)出发利用汽化器进料泵21将含有硼酸的反应堆冷却剂RK输入装置2里，其中反应堆冷却剂RK被分离成可以再次应用的成分-去离子水作为冷却剂K和浓缩的硼酸溶液形式的中子吸收剂NA。在回流换热(rekuperative)的预热器22里将输入的反应堆冷却剂RK从储存容器里的温度，例如20°C环境温度加热到大约40°C。为了加热反应堆冷却剂RK，利用了一部分在50°C时从硼酸塔3里排出并汽化的冷却剂KD。然后将预热的反应堆冷却剂RK引入硼酸塔3的池槽20里，在那里它与那里已有的具有例如7000ppm硼(在50°C，0.125巴时处于沸腾状态)的硼酸溶液NA混和。硼酸塔3的池槽20的内容物通过自然的对流而被驱动，在硼酸塔3的池槽20和制冷介质KM的闭合的热泵循环5的换热器39之间循环，热泵循环其中通过硼酸塔3的加热将一部分反应堆冷却剂RK汽化。闭合的热泵循环5的制冷介质KM并不与反应堆冷却剂RK或者中子吸收剂NA直接接触，而只是在换热器39中向硼酸塔3释放出所储存的热能。汽化的冷却剂KD的量由热泵循环5的加热功率来确定。对于EPR-等级的压水反应堆来说，这种加热功率例如可以达到6600kW，因此可以达到汽化率为2.71kg/s。当反应堆冷却剂RK汽化时大部分硼酸作为中子吸收剂NA浓缩地保留在硼酸塔3的池槽20里(浓度大约为7000ppm硼)。较少部分的中子吸收剂NA随着冷却剂蒸汽KD从硼酸塔3的池槽20里对应于取决于浓度和压力的分配系数而流出，例如为lOppm。为了进一步降低在冷却剂蒸汽KD中的中子吸收剂NA的浓度，将冷却剂蒸汽KD从下向上经过硼酸塔3来输送。冷却剂蒸汽KD在通过硼酸塔3的每个底部时与位于底部上的沸腾的冷却剂K进行强烈的物质交换，其中中子吸收剂NA的浓度逐渐地进一步下降并且最终达到浓度小于2ppm。为了维持所述的物质交换过程，在硼酸塔3的头部输入所获得的去离子水K的例如为0.4kg/s的回流，该回流在压力侧被冷凝物泵23分流。将在硼酸塔3的头部排出的冷却剂蒸汽KD输送经过回流换热的预热器22，在这预热器里将一部分所含的热能为了进行预热而传送至输入的反应堆冷却剂RK。冷却剂蒸汽KD从回流换热的预热器22里流出，并继续流入冷凝器24。在冷凝器24里使冷却剂蒸汽KD几乎完全冷凝，然而并不过冷。使少量残留的冷却剂蒸汽KD流入气体冷却器26，在该冷却器中通过进一步的冷却使剩余的冷却剂蒸汽KD冷凝。来自气体冷却器26和冷凝器24的冷凝物作为冷却剂K被收集在冷凝物容器27里，而利用真空泵6将不能冷凝的气体GAS从气体冷却器26里吸出并继续输送至排气系统35。在冷凝物容器27里所收集的冷凝物是所希望的冷却剂去离子水K。利用冷凝物泵28将去离子水K泵入去离子水储存容器17，在那里随时准备好将其在反应堆冷却循环中再次应用。对应于硼酸作为中子吸收剂NA随输入的含有硼酸的反应堆冷却剂RK的输送，从硼酸塔3的池槽20里利用吸出泵13将浓缩的硼酸溶液NA吸出，并输入未详细示出的硼酸储存容器18。中子吸收剂NA的吸出量这样来设定，从而确保了在预先设定的浓度例如为7000ppm的情况下，在硼酸塔3的池槽20里和在装置2内部的生产流程里，中子吸收剂NA总是有恒定的浓度。为了吸收在冷凝器24和气体冷却器26里的冷凝热，应用来自发电厂的中间冷却水系统16的冷却水KW，使之通过这两个装置。冷却水KW从中间冷却水系统16的温度例如为36°C时通过吸收在冷凝器24和气体冷却器26里的冷凝热而升温至例如46°C，并在冷却水集水池7里汇集。利用冷却水循环泵12将冷却水KW从冷却水集水池7里经过回流分配器8通过换热器38又输送回前置分配器9。换热器38是热泵循环5的组成部分，属于该热泵循环的也还有换热器39、压缩机37和节流器40。在图1中示出了热泵循环5的图示简化的管路系统图。在图4中再次将热泵循环5放大并详细地示出，其中在次级侧只示出与这两个换热器38和39的管路连接，然而未示出热泵循环与分离装置3的冷却剂循环回路或汽化器循环回路的连接。在热泵循环5的汽化器中，冷却水KW将以前在冷凝器24和/或在气体冷却器26里所吸收的热能在换热器38的初级侧上释放至热泵循环5内的制冷介质KM。在热泵循环5的另一侧上流动的冷却剂K来自硼酸塔3的池槽20，它在换热器39里吸收通过压缩机37压缩的、并因此温度升高的制冷介质蒸汽KMD的热能。在硼酸塔3的池槽20和换热器39之间循环的冷却剂K被继续加热和汽化，并作为冷却剂/冷却剂蒸汽的混合物K/KD导回硼酸塔3。冷却水KW通过在换热器38里的放热从较高温度(46°C )冷却到中间冷却水系统16的温度(36°C )。然后冷却水KW又被前置分配器9输送给冷凝器24和气体冷却器26用于使来自硼酸塔3的冷却剂蒸汽KD冷凝/冷却。由此形成冷却水循环回路，利用该冷却水循环回路将随冷却剂蒸汽KD在塔的头部从硼酸塔3里排出的热能通过两个闭合的循环回路(冷却水KW的冷却循环和具有制冷介质KM的热泵循环5)输送至硼酸塔3的池槽20热栗。因为换热器38或者说热泵循环5不能从冷却水KW里将在冷凝器24和/或在气体冷却器26上吸收的热能完全取出，因此总是从发电厂的中间冷却水系统16中有少量的冷却水KW经过前置分配器9流入上述的冷却水循环回路。相同量的冷却水在温度相应升高时被回流分配器8又输出至中间冷却水系统16里。冷却水调节阀19用于调节该冷却水流量。按此方式输出的热能小于热泵循环5的压缩机37的电功率，其被输送给装置2作为可利用的热能。在电输送的可利用热能和利用冷却水KW引出的热能之间的差相当于相对于从反应堆冷却剂储存容器14里添加的含有硼酸的反应堆冷却剂RK的温度来说在储存容器17，18里的冷却剂K的加热升温和作为中子吸收剂NA的浓缩硼酸溶液的加热。在热泵循环5里借助于从冷却水KW的循环回路中所吸收的热能使制冷介质KM汽化并在温度升高的情况下通过压缩机37继续压缩，从而使制冷介质蒸汽KMD将热能通过换热器39又传输至在硼酸塔3的池槽20里循环的、沸腾的、浓缩的硼酸溶液。压缩机37是密封闭合的电驱动的压缩机热泵。在热泵循环5的汽化器里，也就是在换热器38里，通过由冷却水KW所传输的热能使制冷介质KM，优选为四氟乙烷，在恒定的温度下汽化。在热泵循环5的冷凝器里，也就是在换热器39里，在初级侧，使汽化的制冷介质KMD冷凝，并同时，在次级侧，使在汽化器循环回路36里引导的含硼的反应堆冷却剂K汽化。在热泵循环5的汽化器里，也就是在换热器38里必要时使汽化的制冷介质KMD还略微地过热。热泵循环5的压缩机37抽吸在汽化器里所产生的制冷介质蒸汽KMD，和在温度升高的情况下压缩该蒸汽，并将汽化的制冷介质KMD输送至热泵循环5的冷凝器里，也就是换热器39里。汽化的制冷介质KMD在此过热了。汽化的制冷介质KMD通过冷却至饱和状态而释放出热能用于加热在硼酸塔3池槽20里的作为中子吸收剂NA的硼酸溶液。在恒定温度时通过汽化的制冷介质KMD的冷凝而放热并接着使液态的制冷介质KM略微地过冷。使制冷介质KM经过节流器40流出至热泵循环5的汽化器里，也就是说换热器38里，从而使热泵循环过程变完整。通过在换热器39里的放热，制冷介质KM的温度如此地降低，以至于在热泵循环5的汽化器里，也就是在换热器38里，重新吸收来自冷却水KW的热能。对于根据本发明的方法来说，只需要通过热泵循环5的压缩机37使汽化的制冷介质KMD的压力相对小地从大约6巴升高到差不多20巴。因此热泵过程(取决于压缩机结构类型)可以达到一个很好的流量系数ε >6。这流量系数意味着:仅有小于对硼酸塔3所必需热能的1/6必须通过电功率经过热泵循环5的压缩机37输入，而其余大于5/6的所需要的热能则从中间冷却水系统16的冷却水KW中取得。如果要将在硼酸汽化器设备3，20至28里所获得的去离子水作为冷却剂K从核技术设备I里排出，那就需要除了上述的分离过程之外还要在这些属于根据本发明的分离装置2的脱气设备29至31里进行脱气。利用冷凝物泵23将冷却剂K输送至脱气塔30的头部并在位于其中的填料堆积物31之上送入。在脱气塔30里，同样如在硼酸塔3里借助于真空泵6设定一个压力0.125巴(绝对压)。送入的来自冷凝物容器27的冷却剂K的温度差不多为50°C并因此处于沸腾状态，如果它通过从上向下的重力经过填料堆积物在脱气塔30里缓缓流动的话。在脱气塔30的池槽29上经过一个汽化器循环36'连有一个在次级侧接入在一个热泵循环15里的换热器39'，该换热器使一...
【专利技术属性】
技术研发人员：曼弗雷德迈因特科尔，
申请(专利权)人：阿雷瓦核能有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。