[发明专利]能动与非能动相结合的船用反应堆应急余热排出系统

说明书

本发明涉及一种能动与非能动相结合的船用反应堆应急余热排出系统，包括直流蒸汽发生器、第一余热排出系统、第二余热排出系统以及输入管、输出管。直流蒸汽发生器设置在安全壳内，第一余热排出系统、第二余热排出系统设置在安全壳外。第一余热排出系统工作时，经第一出口流出的气态冷却剂进入第一冷凝装置冷凝后，经第二出口流入冷凝收集箱进行收集，抽水装置将冷凝收集箱内的冷却剂由第一入口输送到直流蒸汽发生器内；第二余热排出系统工作时，经第一出口流出的气态冷却剂进入第二冷凝装置冷凝后，靠重力经第一入口输送到直流蒸汽发生器内。结合两种排热方式各自优势，适用事故范围广，排热效率高，同时提高了系统可靠性和电厂安全性。

技术领域

本发明涉及船用反应堆专设安全系统，更具体地说，涉及一种能动与非能动相结合的船用反应堆应急余热排出系统。

背景技术

船用反应堆安全系统的主要目的是确保在发生事故以后，保证反应堆紧急停闭、堆芯余热的排出和安全壳的完整，以便限制事故的发展和减轻事故的后果。其中事故工况下反应堆余热排出问题尤为重要，它直接关系到反应堆安全，处理不好将导致一回路冷却剂沸腾甚至是堆芯的融化，因此反应堆应急余热排系统的设计一直是反应堆设计的关键技术之一。

船用反应堆与陆上反应堆相比有明显不同，例如船上空间有限，要求反应堆及其系统尽量小型化；海上船舶远离陆地，淡水有限，难于补充；相比于陆上普遍应用的U型管蒸汽发生器，船用蒸汽发生器以直流蒸汽发生器为主，其具有体积小、效率高及水容积小的特点等。

目前国内的船用反应堆主要是军事用途，尚未民用，应急余热排出技术相对封闭。陆上反应堆应急余热排出系统主要有采用的能动应急余热排出技术的二代反应堆和采用非能动应急余热排出技术的三代反应堆。

二代能动的应急余热排出系统，以典型的M310型反应堆为例，其应急余热排出功能利用能动的辅助给水系统实现，系统主要由辅助给水箱、辅助给水泵及相应的管路阀门组成。通过将辅助给水箱中的冷却水泵送入U形管蒸汽发生器二次侧进行换热，并将产生的蒸汽排往最终热阱—大气，形成开式循环，达到带走反应堆余热的目的。能动的应急余热排出系统特点是排热效率高，但在发生全场断电等超设计基准事故时，系统无法运行，应急余热排出功能将丧失。因此，能动的应急余热排出系统应对的事故工况有限，存在安全隐患。

三代核电站因为采用了非能动技术而具有更高的固有安全性。以AP1000的非能动余热排出系统为例，系统由非能动余热排出热交换器、安全壳内置换料水箱以及相应的管路阀门组成。其设置在安全壳内，采用一回路非能动余热排出方案，利用一回路冷却剂的密度差产生驱动力，形成闭式循环，将反应堆余热传至最终热阱—换料水箱中的冷却水。非能动系统由于取消了能动部件，不依赖外部电源等特点，使系统设计简化，并且提高了系统的可靠性，提高了电厂安全性。但非能动系统也存在传热效率较低，在运核电站运行经验不足等问题。

另外，还有一种能动与非能动相结合的二次侧堆芯热量导出装置，将能动的辅助给水系统和二次侧非能动余热排出系统相结合，可以在不同事故工况下执行反应堆余热导出功能。该方案发挥了能动与非能动系统各自优势，但该方案更适合陆上核反应堆，如果应用于船用核反应堆仍存在以下问题难以克服：

1、船用反应堆船体空间有限，无法设置过大水箱，如果采用能动的辅助给水系统排出余热，需要设置体积较大的辅助给水箱；

2、海上淡水资源有限，水处理较陆上困难，如果采用能动的辅助给水系统排出余热，需将大量经过蒸汽发生器产生的蒸汽排放到大气，形成开式循环，这对船上的淡水造成浪费。

船用反应堆由于自身特点倾向于选用体积小、效率高的直流蒸汽发生器，由于直流蒸汽发生器二次侧容量很小(与U形管蒸汽发生器相比)，如果采用能动的辅助给水系统排出余热，需将大量由蒸汽发生器产生的蒸汽排放到大气，容易造成直流蒸汽发生器二次侧“闪蒸”，有可能使传热恶化，造成更严重的事故。

发明内容