[发明专利]一种深井式常压供热核反应堆

说明书

技术领域

本发明涉及核反应堆领域，尤其涉及一种深井内低温常压供热核反应堆。

背景技术

深井式常压供热核反应堆是一种低温供热反应堆，这种反应堆工作在较低的温度下，将核裂变产生的热能直接供给低温用户，它的结构简单，建造容易，但需要有较高的安全性和可靠性。目前国内外设计与建造的低温核供热堆是利用深水池，由水静压力提高堆芯出口水的温度，从而达到提高供水温度的目的。

压水堆核电站一回路传热系统是指在反应堆安全壳里的压力壳内堆芯燃料裂变热，将高压主泵泵入的冷却剂加热到327℃、15.5MPa，流入蒸汽发生器将压水堆核电站二回路进水加热蒸发成高温高压蒸汽、驱动汽轮发电机组发电。被冷却的冷却剂回流入堆芯吸收核热能，持续此工艺将核能转换成电能。

堆芯、压力壳与蒸汽发生器U形管、其之间的主泵、主管段构成压水堆一回路。要求是核电站最高的核安全一级、其各自材料、制造设备、工艺、实验与监测要求最高、是现今世界上要求最严格的前沿与高端技术设备。

当前在研发的钠快堆与熔盐堆核电站属于常压、高温池式堆是四代反应堆，都面临巨额费用并漫长的研发艰难征程。

低温常压核供热站、与城市集中供暖及低温多效蒸馏海水淡化技术要求密切契合，特别符合治理雾霾、降低碳排放政策要求的安全可靠性高、造价低和经济性好，应用广泛、潜在市场巨大的新核能源技术，是高于第四代的核安全技术装备，必然受到各级政府与各方面越来越大支持、很快将会见到：在越来越多的地方、越来越快出现低温常压井式核供热站用于供热，海水淡化、供空调用冷水，工业用热等。

随着制造强国《中国制造2025》战略实施，井式核供热技术升级与多种系统匹配功能会更多、应用更广，带来新的更大发展。

现存的技术问题：其是在高压高温条件下进行核裂变释放核能，虽经50多年的研发设计、实验、建造、运行的发展与持续进步，围绕堆芯、安全壳、压力壳设置越来越多的安全屏障，其安全堆年的概率仍然偏低，国内的如众多的CPR1000、二代加都为二代半级核电站；美国AP1000、法国EPR与中国华龙一号：主要是增加堆芯余热非能动排出系统，为三代核电站，都尚无示范堆。

游泳池式反应堆，在水流经核心区域时很快就会达到极限功率(3到5mv)，这样如果这些水再次直接上升至反应堆表面时，就会导致试验出现过量辐射的问题。我们当然可以尝试通过相应的解决方案来解决这些难题。例如，可以在泳池的水流经核心区域时，同时让其通过净化池设施，并采用树脂离子交换的处理工艺。非常不幸，由于采用这种方法产生的泳池水辐射量大大超过了常规标准，无法完全通过树脂床进行处理。人们也曾提出过在泳池表面上方使用热水层、油层或酒精层的方案，或者在水下一两米处铺设树脂玻璃，不过这些方法的效率不高或者会影响到核心区域的可访问性，因此，基本上完全退出了泳池反应堆应用市场。

目前核电站卸出的大量的乏燃料，都存放在保存水池中，等待以后送后处理厂解体处理。这些乏燃料组件都没有使用到燃耗的最高限值，没有充分发挥燃料组件进一步加深燃耗的潜力(是现有技术存在问题吗？)并非是现有技术问题，而是有核电站反应堆的功率及运行条件所决定的。核电站在高温高压的条件下，通过将核裂变产生的热转化为电能。要求反应堆燃料组件具有较大的功率密度，才能达到预定的功率；当功率密度降低不能满足要求时，即成为乏燃料。而低温堆的原理是直接将核能转化为热能，功率远低于核电站，同时在低温常压下运行，因此对于反应堆的堆芯密度要求较低，使得核电站的乏燃料满足低温堆功率密度要求，从而可进一步利用，加深燃耗。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出了一种深井式常压供热核反应堆，它采取的技术方案是：一种深井式常压供热核反应堆，包括深井、置于井底部的堆芯、控制棒、控制棒驱动机构，还包括安全池、n个辐射衰减筒、n个惯性水箱、堆芯余热排出系统和可移动井盖，所述辐射衰减筒布置在堆芯的四周，所述辐射衰减筒和惯性水箱相连，n≥2；其中，

所述深井的侧壁和底部包括内侧衬不锈钢壁、外侧衬碳钢壁的混凝土，所述安全池设置在深井的中上部，所述深井内充满水；

所述安全池包括乏燃料池、燃料暂存池和储水池，所述乏燃料池、燃料暂存池和储水池和深井反应堆相连形成大容积水系统；

所述堆芯装有新燃料和乏燃料的混合核燃料；

所述堆芯余热排出系统用于非能动排出深井中的余热，包括安装在深井上部的板式换热器和安装在深井上面的空气冷却塔，所述板式换热器与空气冷却塔中的板式空冷器相连；

所述可移动井盖安装在深井顶部，用于防止飞行物冲撞。