[发明专利]用于蒸汽发生器和乏燃料水池的非能动冷却系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于核工程技术领域，涉及一种用于蒸汽发生器和乏燃料水池的非能动冷却系统及方法。

背景技术

福岛核电厂事故证明，核电厂全厂断电情况下依然能够保障完好的冷却链是确保堆芯完整性的重要措施。目前的多数二代(二代加)核电厂采用的是能动安全系统，这种系统将在全厂断电工况下因柴油机无法启动而失效。很多非能动安全系统的工作时间取决于最终热阱(水箱)的大小，且安全系统的换热能力受限于空冷器的空气自然对流换热能力。因此，安全系统有必要在采用非能动冷却的同时能够发电，为风机提供电力，使空气冷却器的冷却能力因空气的强迫对流换热而提高，从而确保在无外部能源持续驱动的情况下对热源进行有效冷却。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于蒸汽发生器和乏燃料水池的非能动冷却系统及方法，该系统及方法能够在无外部能源持续驱动的情况下对热源进行有效冷却。

为达到上述目的，本发明所述的超临界CO₂非能动冷却系统包括热交换器、气轮机、第二空冷热交换器、压气机及第一空冷热交换器；

所述热交换器的超临界CO₂出口与气轮机的入口相连通，气轮机的出口与第一空冷热交换器的入口相连通，第一空冷热交换器的出口与压气机的入口相连通，压气机的出口与第二空冷热交换器的入口相连通，第二空冷热交换器的出口与热交换器的入口相连通。

所述热交换器为乏燃料水池热交换器或蒸汽发生器二次侧热交换器。

该系统还包括第一风机及第二风机，第一风机正对第一空冷热交换器，第二风机正对第二空冷热交换器，通过两台风机，提高了空冷热交换器的换热能力。

该系统还包括用于为第一风机及第二风机提供电能的发电机，气轮机的输出轴与发电机的驱动轴相连接，发电机与第一风机及第二风机相连接。

本发明所述的超临界CO₂非能动冷却方法包括以下步骤：

热交换器出口的超临界CO₂进入到气轮机中，并经气轮机做功使所述超临界CO₂的温度及焓值下降，气轮机出口的超临界CO₂进入第二空冷热交换器中进行降温，温度下降后的超临界CO₂进入到压气机中进行增压，超临界CO₂的压力增加，然后再进入到第二空冷热交换器中进行冷却，经第二空冷热交换器冷却后的超临界CO₂回流到热交换器中吸热升温。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的用于蒸汽发生器和乏燃料水池的非能动冷却系统及方法在使用时，利用热源的热量来驱动整个系统，实现对热源的冷却。具体而言，通过热交换器将热源中的热量换热到超临界CO₂中，然后以换热后的超临界CO₂为工质，带动气轮机做功，超临界CO₂的温度和焓值下降，再经第一空冷热交换器及第二空冷热交换器进一步冷却，冷却过程中，通过压气机对超临界CO₂进行加压，冷却后的超临界CO₂进入到热交换器继续与热源进行换热。该系统除了具有能在无外部能源持续驱动的情况下实现对热源的有效冷却的特点外，，还具有结构简单、紧凑的优点，并且能够在温差较小的情况下实现循环，适用于各种类型的核电厂。

附图说明

图1为本发明的一结构示意图；

图2为本发明的又一结构示意图。

其中，1为压气机、2为第二空冷热交换器、3为热交换器、4为气轮机、5为第一空冷热交换器、6为第一风机、7为第二风机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1，本发明所述的用于蒸汽发生器和乏燃料水池的非能动冷却系统包括热交换器3、气轮机4、第二空冷热交换器2、压气机1及第一空冷热交换器5；所述热交换器3的超临界CO₂出口与气轮机4的入口相连通，气轮机4的出口与第一空冷热交换器5的入口相连通，第一空冷热交换器5的出口与压气机1的入口相连通，压气机1的出口与第二空冷热交换器2的入口相连通，第二空冷热交换器2的出口与热交换器3的入口相连通。