[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。虽然也有专家采用“碳海绵”进行吸附，但是其“碳海绵”吸附层的比表面积小，很容易达到吸附饱和，导致颗粒去除效率逐渐降低。

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、突扩突缩效应与“碳海绵”吸附效应相结合，去除超临界二氧化碳流体中的颗粒，同时，对工作段的结构进行了特殊设计，增大了“碳海绵”吸附层的比表面积，提高了颗粒脱除效率，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，所述颗粒脱除器包括工作段1和过度段2，所述工作段1包括流体通道11和冷却水通道12，其中，

在流体通道11的管道内壁上设置有“碳海绵”吸附层111；

(2)根据上述(1)所述的颗粒脱除器，其中，

所述流体通道11用于含有颗粒的超临界二氧化碳流体的流通，

所述冷却水通道用于冷却水的流通，

流体通道11中的超临界二氧化碳流体的流向与冷却水通道12中冷却水的流向为同方向的顺流或反方向的逆流；

(3)根据上述(1)所述的颗粒脱除器，其中，所述“碳海绵”吸附层111为有机高分子气凝胶；优选地，所述有机高分子气凝胶由单碳原子链的纤维素纳米制备而成；更优选地，所述纤维素纳米的直径小于1000nm；

(4)根据上述(1)所述的颗粒脱除器，其中，

所述流体通道11设置于工作段1的管道内，其中，所述流体通道11为多个，优选地，所述流体通道11为圆形柱体或多边形柱体，例如四方形柱体和六方形柱体，

在工作段1内，除去流体通道11，剩余空间为冷却水通道12；

(5)根据上述(4)所述的颗粒脱除器，其中，在工作段1的管道内，所述流体通道11为间断式设置或连续式设置；例如，当流体通道11为圆形柱体时，其在工作段1的管道内为间断式设置；当流体通道11为多边形柱体时，其在工作段1的管道内为连续式设置；

(6)根据上述(5)所述的颗粒脱除器，其中，

所述流体通道11的两端分别与过度段2连接，

所述冷却水通道12包括进水口和出水口，用于形成循环水冷系统；

(7)根据上述(1)至(6)之一所述的颗粒脱除器，其中，所述过度段2的内径大于工作段1的内径；

(8)根据上述(7)所述的颗粒脱除器，其中，

所述工作段1的内径为15～35mm，长度为250～500mm，优选地，其内径为20～30mm，长度为300～450mm，更优选地，其内径为25mm，长度为350～400mm，和/或

所述过度段2的内径为35～75mm，长度为45～65mm，优选地，其内径为40～70mm，长度为50～60mm，更优选地，其内径为50～60mm，长度为55mm，和/或

所述工作段1和过度段2的壁厚均为1.5～3.5mm，优选为2～3mm，更优选为2.5mm；