[发明专利]一种燃料盐回路系统及运行方法

说明书

本发明公开了一种燃料盐回路系统及运行方法。该燃料盐回路系统包括燃料盐池和堆容器；燃料盐池分为用于容纳燃料盐和中子毒物的第一空腔和用于容纳气体第二空腔；堆容器分别通过出料系统和进料系统与燃料盐池形成燃料盐回路，其底部高于第二空腔的底部；进料系统包括设置在堆容器上部的堆容器进口管，其上设置有主泵，用于带动燃料盐从燃料盐池向堆容器中流动；出料系统包括设置在堆容器底部的堆容器出口管和设置在堆容器上的液位面控制管。本发明在熔盐堆设计思路上进行创新，从整个燃料盐回路系统来考虑剩余反应性控制以及热量排出，简化了反应堆本体的设计，提高了固有安全性。

技术领域

本发明属于熔盐堆设计领域，具体涉及一种燃料盐回路系统及运行方法。

背景技术

任何反应堆的安全功能包括：有效地控制反应性；确保堆芯冷却；包容放射性。为了确保反应堆的安全，反应堆所有的安全措施都为了执行以上安全功能。反应性控制方面，为补偿反应堆的剩余反应性，在堆芯内必须引入适量的可随意调节的负反应性，此种受控的反应性既可用于补偿堆芯长期运行所需的剩余反应性，也可用于调节反应堆功率的水平，使反应功率与所要求的负相适应，另外，它还可作为停堆的手段。一般反应堆采用控制棒、可燃毒物、可溶毒物三种方式，不管哪一种方式都需要在堆芯中加东西，同时需要相应的额外设备。堆芯冷却包括，正常运行时，冷却系统需要把堆芯的热量带出；停闭时或者事故下，堆芯内链式裂变反应虽被中止，但燃料元件中裂变产物的衰变继续放出热量，即剩余释热，同样需要继续导出热量。针对剩余释热，一般反应堆冷却手段有：采用有惰转功能的主泵；增加应急泵，在主泵失效时启动；或者设置专用安全设施(非能动余热排出系统)。这些不仅增加了设备或者系统的复杂性，同时对它们的安全等级要求也提高了。

熔盐堆的研究始于上世纪40年代末的美国。因熔盐堆在固有安全性、核燃料可持续发展及防核扩散等方面具有独特优势，熔盐堆重新成为国际先进堆的研究热点，国际上已有十余家公司开始投资研发熔盐堆技术，美国能源部自2016年也将熔盐堆重新列入其拟重点发展的先进堆方向之一。对于熔盐堆的安全措施，大多还是采用上述的方式或者手段。60年代，美国橡树岭国家实验室(ORNL)建成了，功率为7.2MWth的液态燃料熔盐堆MSRE(Molten Salt Reactor Experiment)。虽然可以采用排盐进行停堆，但是冷冻阀通过加热开启的时间为5分钟，不能用于紧急停堆，冷冻阀通过自动开启的时间更长。

现行熔盐堆的设计还是停留在分块设计考虑中，如堆芯的只关注堆芯，回路的只关注回路，没有充分利用燃料盐既是燃料又是冷却剂的特征。其实，不管中子物理、热工水力等专业，都需要从整个燃料盐回路系统上考虑设计方案。如在整个燃料盐回路系统中，堆芯活性区以外的燃料盐体积占系统总燃料盐体积的绝大部分，也是要参与发热、传热的。另外虽然采用先进的非能动余热排出系统，但是这个系统设计还是跟传统反应堆设计一样，即在堆本体上寻找解决方案，使原本复杂的堆本体更加复杂，限制熔盐堆单堆功率的进一步提升。因此，有必要从整个燃料盐回路系统出发，改变回路设备的布置及其功能，从而根本上解决上述问题或不足。

发明内容

为了改善上述现有反应堆堆型设计中存在的问题，本发明提供了一种固有安全的燃料盐回路系统，从整个燃料盐回路系统出发，改变回路设备的布置及其功能，利用液态燃料盐出口流量的大小来控制堆芯剩余反应性，重新布局回路设备，改变部分回路设备的功能，如堆本体只产生热量、不换热，提高熔盐堆运行时的固有安全特性。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种燃料盐回路系统，其包括燃料盐池和堆容器；

所述燃料盐池用于承载燃料盐和中子毒物，当承载燃料盐和中子毒物时，所述燃料盐池被分为位于下方的第一空腔和位于上方的第二空腔，所述第一空腔用于容纳所述燃料盐和所述中子毒物，所述第二空腔用于容纳气体；

所述堆容器分别通过出料系统和进料系统与所述燃料盐池连接，从而形成燃料盐回路，所述堆容器的底部高于所述第二空腔的底部；