熔盐堆排盐罐非能动排热系统及研究.pdfVIP

2013．09 中国宁波 先进核电站技术研讨会 熔盐堆排盐罐非能动排热系统研究 王晶 山东核电有限公司，海阳市265116； 摘要：熔盐堆以液态熔盐作为燃料，熔盐堆停堆后，系统将燃料盐排入排盐罐中，余热排出系统利用 排盐罐中冷却套管内的循环冷却水将余热导出，产生的蒸汽通过外部换热器带出，冷凝水通过自然循 环返回到排盐罐的汽包中。本文通过查阅相关文献，参考美国橡树岭国家实验室熔盐实验堆的堆型， 详细介绍了熔盐堆余热排出系统的工作原理，并对主要设备及其附属结构进行描述，此外，介绍了与 熔盐堆余热排出系统相关系统的流程及功能，并参照各个系统的原型绘制了简要示意图。查阅非能动 系统相关资料，参照熔盐堆的余热排出系统，初步设计熔盐堆的非能动余热排出系统，并根据系统的 热工水力特性及传热特性，论证了各个系统与设备的可行性；建立合适的数学模型并提出假设，对模 型进行了计算及验证，并根据计算结果给出汽包、冷凝器、给水罐和管道等设备和附属结构的参数。 对于所设计的非能动余热排出系统，分析冷热芯差、风速等因素对系统的影响，并计算得出系统的压 力变化。 关键词：熔盐堆；余热排出；非能动系统；自然循环 1绪论 1．1概述 核电作为安全、清洁、高效和唯一现实可行的工业化替代能源，过去的数十年中在满足人类的电 力需求和缓解温室气体带来的环境压力方面，发挥了重要的作用。IAEA必威体育精装版统计表明，截至2007 是其它无温室气体排放的可再生能源所无法比拟的。因此，为满足经济增长对电力的需求和应对化石 燃料所带来的环境压力，世界各国纷纷重启核电计划，核电事业在世界范围内呈现出全面复苏的势头 【21。然而，2011年日本福岛核电站因海啸引发的灾难并联系到前苏联切尔诺贝利、美国三哩岛也曾 经出现的这类核事故，使人们对核能的安全性缺失了信心并重新考虑现有的核电技术。本世纪初，美 国政府推动第四代核能开发，熔盐堆作为6种第四代反应堆堆型中唯一的液体燃料反应堆，在固有安 全性、经济性、核资源可持续发展及防核扩散等方面具有其它反应堆无法比拟的优点。被第四代国际 论坛选中，推荐为待开发的系统之一，开始受到全世界的关注。对此，中国科学院表示已经选择了“钍 基熔盐反应堆系统”。 1．2课题研究背景与意义 熔盐反应堆的发展历程的初始阶段是为了支持美国空军航空航天器反应器项目，橡树岭实验室有 限的研究也只一直持续到1980年前后，当时更侧重于最大化防扩散能力。然而，在20世纪70年代， 由于种种原因，人们在政治上的争论超过了在技术方面。美国原子能委员会下令停止了熔盐堆项目。 几十年前的概念几乎靠口耳相传地存活下来，也只有少数国家如法国、俄罗斯和捷克现在有缓慢的计 划，其它许多国家还有一些小规模的研究。直到2002年，熔盐反应堆被选为第四代反应堆六模型之 一，突然间，这个几乎被遗忘的技术成了热门研究课题【3】。反应堆正常及紧急停堆以后，虽然核功 率消失但是由裂变碎片及中子的俘获产物的放射性衰变所产生的剩余功率却下降缓慢，此时，为保证 2013．09 中国宁波 先进核电站技术研讨会 系统安全，需要启动余热排出系统，由此可见，余热排出系统在反应堆系统中占有重要地位。 在熔盐堆中，当系统正常或紧急停堆时，主回路中的熔盐在重力作用下通过排盐线路自然流入熔 盐罐中，余热排出系统开始运行；而当反应堆需要重新启动时，再通过与排盐时相同的线路使熔盐进 入主回路中。在余热排出过程中，通过采取对熔盐罐中的熔盐进行冷却的方式来达到排出余热的目的。 由此可见，熔盐罐作为系统启动以及余热排出过程中的主要设备，其研究设计对于熔盐堆的安全以及 整个系统都有着重要意义。 1．3国内外研究现状 熔盐堆的概念最早由美国橡树岭国家实验室(ORNL)提出，并于1954年建成第1个用于军用空 于当时技术、经济及核电发展大环境的影响，美国决定集中精力研究钠冷快堆，熔盐堆的相关研究计 划被迫终止。俄罗斯也曾于20世纪70年代开展过熔盐堆的研究。日本于20世纪80年代开始，以 【5】5。2011年我国也由中国科学院牵头开展了熔盐堆的相关研究【6l。而对于非能动安全概念是20世纪 80年代提出来的一种全新的概念，可以无需任何外部动力，只依赖重力、冷热工质密度差以及回路压 差，