[其他]一體化自然循環低溫供熱核反應堆

無效

• 申請號: 85100179
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100179B
• 公開（公告）日: 1987-12-02
• 發明（設計）人: 王大中;馬昌文;吳元強;吳洪林;李仲三;王永慶;董鐸
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G21C1/32
• 分類號: G21C1/32;G21D9/00
• 代理公司: 清華大學專利事務所
• 代理人: 張志東,姚桂芬

本發明屬于核能（由核反應堆提供）在供熱方面的利用。

聯邦德國電站聯盟（KWU）在和我國交換核能資料時介紹了他們設計的一體化、自然循環低溫供熱堆的設計。它在堆內采用蒸汽自保壓方式、這就需要在堆內產生足夠的含汽量，使堆在運行時的不穩定性有所增加。為了增加堆的安全性，在壓力殼上裝有安全閥，使安全性增加;但由于裝置一套安全閥排放系統，又使建造費用增加。對于控制棒傳動機構，西德采用“階梯套管式”水力傳動機構，簡化了結構，但步距大，調節性能差，調節用水量大。該堆的注硼系統，在堆內的管路部分直接引向殼內底部，當殼外發生斷管時則易于引起堆芯失水事故。上述供熱堆是專為冬季供暖而設計的，沒有考慮多種用途，因此經濟效益較差。

本發明的目的在于提供一種更為經濟和安全的低溫供熱堆，可以在堆裝置上綜合利用核能。

本發明的要點是，堆內采用充氫自保壓方法。一方面用堆內生產的蒸汽來維持壓力殼內的壓力，另一方面充入氫氣到堆腔頂部，這樣可以要求蒸汽產量小，提高反應堆的穩定性。并且由于充氫使堆內水含氫量達到飽和，從而可以抑制水的裂解，因此不需要再設置氫氧復合系統，就可以使水中的含氧量達到很低值。

控制棒傳動機構采用“對孔式水力傳動機構”。和“階梯套管式”水力傳動機構相比具有如下的優點：步距小，調節性能好;所需循環水量少;安全性好，沒有可能發生控制棒的意外彈棒事故。

壓力殼安全閥的卸壓管接入容積補償水箱內，省去安全閥排放系統，在具有同樣安全的條件下。改善了經濟性。

改善二回路的水質，使二回路內充滿含氧中性純水，減少了碳鋼管路和設備的腐蝕性。當有二回路水漏進一回路的事故發生時，也不會惡化一回路的水質。

在本反應堆裝置上可以開展綜合利用。為此本堆裝有銦-鎵輻照回路，依靠堆內的輻照生產作為放射源的材料。在堆內裝有單晶硅輻照裝置，可以進行輻照操作。反應堆供熱系統的熱工參數可調，三回路出口處可以得到15.0大氣壓（其中供應工業用蒸汽時最高可達13.5大氣壓），190℃的工業用蒸汽或熱水，也可以用輸出的熱能制冷。

本發明的一個實例如圖1和圖2所示。

圖1是5MW低溫供熱堆裝置的回路系統圖。在圖中可見，本裝置共有三個主要回路系統。主回路系統也稱一回路系統是在壓力殼1之內，這種布置稱為一體化布置方法。作為載熱劑的水在堆芯2和主換熱器3之間依靠自然循環而流通，不用泵。

二回路系統也稱中間回路系統，它由主換熱器、循環泵4、穩壓器5和中間換熱器6組成。為了防止在事故情況下，主回路系統的水不向中間回路系統泄漏，中間回路系統的壓力略高于主回路系統的壓力。同時在中間回路中利用含氧中性純水，（PH接近于7，符合電廠鍋爐水標準），以減少對碳鋼管路和設備的腐蝕性。

三回路系統即供熱回路系統。由中間換熱器出來的熱水進入熱網8，再由泵7送回中間換熱器。

上述三個回路中水的熱工參數是：

壓力入口溫度出口溫度

一回路15大氣壓178℃198℃

二回路17大氣壓110℃150℃

三回路5大氣壓60℃120℃

為了擴大低溫堆的應用范圍，三回路可以給出熱水或蒸汽，其出口壓力可達15大氣壓（其中供應工業用蒸汽時最高可達13.5大氣壓），溫度可達190℃，這些供熱的水也可以用來做為制冷之用。

圖中12是壓力殼的安全閥，它有專用的管路連向容積補償水箱10，而后者通過管路分別連向凈化系統9和容積補償系統11。13是剩余發熱冷卻系統。

圖2表示壓力殼以內的結構。壓力殼12為長園筒形容器，內經為1.8米，內高為6.28米，壁厚為9厘米。材料為22號鍋爐鋼板。內復不銹鋼襯。壓力殼放在安全殼內，后者是由低碳鋼制成，作為輻照防護的一道屏障。安全殼坐在生物屏蔽層內，生物屏蔽層是由400號水泥制成的厚壁園筒狀設備。在生物屏蔽層外，輻照劑量達到工作人員正常接近的標準值以下。

堆芯由燃料元件組件1和控制棒2組成。共有12個燃料組件。每個燃料組件由96根燃料棒組成，其中8個固定棒，在棒束的外面包有元件盒。燃料棒直徑為10毫米，包殼為鋯-4合金，包殼管內裝有豐度為3%的燒結的UO₂燃料塊?？刂瓢魹槭中?，吸收材料是B₄C，外包不銹鋼殼。為了減輕在堆芯上部空間的擁擠狀態，采用“對孔式”水力傳動機構，傳動機構就放在堆芯內，控制棒可以由堆芯向上運動。