[发明专利]一种以超临界二氧化碳为工质的颗粒脱除器

说明书

技术领域

本发明涉及核能领域，尤其涉及核能领域中的颗粒物脱除装置，特别地，涉及一种以超临界二氧化碳为工质的颗粒物脱除装置。

背景技术

采用超临界二氧化碳作为第四代高温气冷堆的工质，不仅可以避免临界热流密度的热工安全限制，而且还可以容易提升堆芯出口温度、简化堆芯系统结构等优势。

超临界二氧化碳介质由于其黏度为液体的1％，扩散系数为液体100倍，比液体更快的溶解溶质的速率，比气体更大的溶质的溶解能力，提高了细小颗粒物的溶解性能，使颗粒物在超临界二氧化碳介质中分散成更小的颗粒物。而高温气冷堆的燃料元件大部分是将全陶瓷型包覆颗粒弥散在石墨球基体中制成，虽然这种材料可以将绝大部分裂变产物阻挡在完整包覆颗粒的陶瓷SiC层内，但是仍然还会有一些细小的杂质以颗粒物的形式存在。这些细小的颗粒物(如石墨粉尘产生颗粒物)一般是具有放射性的颗粒，这些颗粒会引发一系列问题，影响冷却剂的传热性能、出现局部传热恶化、影响管道的使用寿命、影响反应堆的正常运行和安全，更为严重的还会威胁到核电站周围工作人员的生命健康。

目前，国内外大部分是常规高效除尘设备，常见的有电除尘器、袋除尘器、静电颗粒层除尘器、静电旋风除尘器、电袋复合除尘器等，这些除尘器，对于粒子直径大于10μm的颗粒物除尘效率高，但是对于细颗粒物(直径＜2.5μm)除尘效率明显降低。这些除尘器大多是利用单一的原理对颗粒物进行除尘，效果不明显。虽然也有专家利用电凝并技术和静电除尘器相结合，但其装置难以解决一些细小颗粒物粘贴在管道内壁的问题，如果这个问题发生在反应堆内，那么将给反应堆运行带来很大不便。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种以超临界二氧化碳为工质的颗粒脱除器，所述颗粒脱除器将热泳效应与电凝并结合，能够有效脱除颗粒物，且不会导致颗粒物粘附在管壁上，从而完成本发明。

本发明一方面提供了一种以超临界二氧化碳为工质的颗粒脱除器，具体体现在以下方面：

(1)一种以超临界二氧化碳为工质的颗粒脱除器，所述颗粒脱除器为圆筒状管道结构，其特征在于，所述颗粒脱除器包括管道进口1、管道壁2、电凝并区3、颗粒收集区4和管道出口5，在管道进口1处设置有电荷网11；

(2)根据上述(1)所述的颗粒脱除器，其中，

所述电凝并区3用于进行颗粒间的凝并作用，使小颗粒逐渐聚集形成大颗粒物，和/或

所述颗粒收集区4用于收集经凝并后形成的大颗粒物；和/或

所述电荷网11用于使小颗粒带上部分电荷，优选地，所述电荷网11由电荷网丝111交叉构成；

(3)根据上述(2)所述的颗粒脱除器，其中，

所述电荷网丝111为锰铜合金丝；和/或

邻近的电荷网丝111之间的间距为0.5～2.5mm，优选为1～2mm，更优选为1.5mm；

(4)根据上述(1)至(3)之一所述的颗粒脱除器，其中，在管道壁2的外侧设置有热泳涂层6，用于产生热泳效应；优选地，所述热泳涂层6包括导体61、线圈62和保温材料63，其中，所述线圈62缠绕于导体61上，所述保温材料63包裹于缠有线圈62的导体外侧；

(5)根据上述(4)所述的颗粒脱除器，其中，

所述线圈62为铸铁铝镍钴材料，和/或

在所述线圈62上通有交变电流，用于产生涡流效应，进而产生热量，和/或

所述保温材料63为云母材料，用于防止热泳涂层6的温度外散，保持热泳效应；

(6)根据上述(4)或(5)所述的颗粒脱除器，其中，所述热泳涂层6的厚度为20～30mm，其中，导体61的厚度为16～28mm，线圈62和保温材料63的厚度分别为1～2mm，其中，基于颗粒脱除器的管道内径为120～150mm；

(7)根据上述(1)至(6)之一所述的颗粒脱除器，其中，在电凝并区3设置有交流电装置31和电凝并装置32，优选地，

所述交流电装置31为环形，紧贴管道壁2的内侧；和/或

所述电凝并装置32设置于管道的中心，且为竖直设置；

(8)根据上述(1)至(7)之一所述的颗粒脱除器，其中，所述颗粒收集区4包括颗粒沉附装置41和颗粒收集装置42，其中，所述颗粒沉附装置41为竖直设置，与电凝并装置32平行；颗粒收集装置42设置于颗粒沉附装置41上，且与颗粒沉附装置41垂直；