[发明专利]一种小型模块化流动球床氟盐冷却高温反应堆

说明书

本发明涉及一种小型模块化流动球床氟盐冷却高温反应堆，包括：用于存储核燃料的核燃料操作系统；用于控制核燃料的裂变并产生核热的核热产生系统，其具有反应堆主容器以及在反应堆主容器中与核燃料进行热交换的氟盐；核热传输系统，一回路和二回路之间通过一二回路换热器传递热量，二回路具有通过管道与一二回路换热器相连的用于存储换热介质的高温熔盐储罐和低温熔盐储罐；以及利用核热进行热利用的核热利用系统，核燃料操作系统与核热产生系统连接以将核燃料装入核热产生系统并将核燃料从核热产生系统卸载；核热传输系统分别与核热产生系统和核热利用系统连接以将核热从核热产生系统传输至核热利用系统。该反应堆同时满足经济性和安全性需求。

技术领域

本发明涉及熔盐堆，更具体地涉及一种小型模块化流动球床氟盐冷却高温反应堆。

背景技术

流动球床氟盐冷却高温反应堆，又被称为氟盐冷却高温球床堆，在第四代核能系统熔盐堆的基础上发展而来，具体使用包覆燃料颗粒的石墨基体球形燃料元件(燃料球)在堆芯堆积形成球床，流动熔盐将热量带出堆芯。

氟盐冷却高温球床堆通常使用在线换料模式：燃料球利用浮力从堆芯容器底部进入堆芯，经过一段时间的燃烧后，利用浮力上升至堆芯容器顶部，利用卸料装置离开堆芯，这也对设计提出了较大的挑战。流动球床氟盐冷却高温示范堆，其设计受安全性的约束，而设计的难点在于经济性。需要在保证安全性达到经济性指标。其具体设计中，热工水力设计需要堆芯流动场和温度场设计满足将核热从燃料球导出的要求，并通过熔盐回路系统将热量传输至发电系统的；堆芯设计需满足堆芯燃料球运动的需要，保持负反应性温度系数，保证反应性控制系统足够的价值，同时使燃料球达到高卸料燃耗以保持经济性。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种小型模块化流动球床氟盐冷却高温反应堆。

本发明所述的小型模块化流动球床氟盐冷却高温反应堆，包括：用于存储核燃料的核燃料操作系统；用于控制核燃料的裂变并产生核热的核热产生系统，其具有反应堆主容器以及在反应堆主容器中与核燃料进行热交换的氟盐；核热传输系统，其包括供氟盐通过的一回路、供换热介质通过的二回路和一二回路换热器，其中，一回路和二回路之间通过一二回路换热器传递热量，二回路具有通过管道与一二回路换热器相连的用于存储换热介质的高温熔盐储罐和低温熔盐储罐；以及利用核热进行热利用的核热利用系统，其中，核燃料操作系统与核热产生系统连接以将核燃料装入核热产生系统并将核燃料从核热产生系统卸载；核热传输系统分别与核热产生系统和核热利用系统连接以将核热从核热产生系统传输至核热利用系统。

反应堆主容器包括间隔开设置的外壁和堆芯围筒，其中，外壁和堆芯围筒之间的环形空间形成为与一回路连通的熔盐下降环腔，堆芯围筒的朝向下敞开的开口形成为与熔盐下降环腔连通的熔盐下腔室，堆芯围筒的朝向上敞开的开口形成为与一回路连通的熔盐上腔室；在熔盐上腔室和熔盐下腔室之间，堆芯围筒的内部的空间形成为堆芯。

堆芯包括紧贴于堆芯围筒的径向向内的一侧设置的侧反射层和位于侧反射层的内部的堆芯活性区，该堆芯活性区包括位于中部的堆芯活性区圆柱区、位于堆芯活性区圆柱区的顶部的堆芯活性区上圆台、以及位于堆芯活性区圆柱区的底部的堆芯活性区下圆台，在堆芯活性区上圆台的径向外侧与侧反射层的径向内侧之间形成有上反射层，在堆芯活性区下圆台的径向外侧与侧反射层的径向内侧之间形成有下反射层。

核热产生系统还具有设置于堆芯活性区中的用于调节核燃料的裂变的反应性控制系统，其包括交替地分布在堆芯活性区内的控制棒系统和控制刀片系统。

控制棒系统包括多根竖直地插入堆芯中的通道中的控制棒，该控制棒为金属包裹的中子吸收体以通过调节中子通量来调节反应堆运行功率。

控制刀片系统包括多根直接竖直地插入堆芯中的控制刀片，该控制刀片为金属吸收体板以通过调节中子通量来调节反应堆运行功率。

上反射层和下反射层中形成有若干熔盐通道，其连通熔盐上、下腔室和堆芯活性区以调节堆芯流场。