本發(fā)明涉及反應(yīng)堆安全系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)，具體涉及一種能動與非能動相結(jié)合的安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
從上世紀(jì)八十年代開始，美國、日本、法國、德國、俄羅斯等國家開展了非能動技術(shù)的研究，其中以非能動安全先進(jìn)核電廠AP1000第三代核電機(jī)組為代表。美國AP1000的非能動安全殼冷卻系統(tǒng)采用非能動方式把安全殼內(nèi)的熱量散發(fā)到最終熱阱－大氣，如圖1所示。正常運(yùn)行工況下，空氣從屏蔽構(gòu)筑物頂部入口1進(jìn)入，流過下降通道后又反向通過上升流道，帶走安全殼容器壁傳遞的熱量，最后從煙囪排至環(huán)境，在安全殼上方設(shè)置重力注水箱2。接到安全殼高壓力信號后，系統(tǒng)的事故后運(yùn)行自動啟動，只需開啟三個常關(guān)隔離閥中的任何一個，不需其他動作即可啟動系統(tǒng)。系統(tǒng)的啟動也可由操縱員在主控室或遠(yuǎn)程停堆工作站手動啟動。無論從安全性還是經(jīng)濟(jì)性考慮，采用非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)來提高核電廠的安全水平是大勢所趨，采用非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)，保證在超設(shè)計基準(zhǔn)事故情況下安全殼的長期排熱，可以維持安全殼的完整性，緩解嚴(yán)重事故的后果。使反應(yīng)堆達(dá)到或具有三代核電站的安全水平。設(shè)置非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)可以滿足我國核安全法規(guī)HAF102（2004）《核動力廠設(shè)計安全規(guī)定》中規(guī)定的嚴(yán)重事故下保持安全殼完整性和安全殼排熱的要求，滿足EUR和URD中關(guān)于要保證超設(shè)計基準(zhǔn)事故下安全殼的排熱要求。另一方面，由于自然循環(huán)的技術(shù)特性，非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)的自然循環(huán)和排熱能力與作為冷源的水箱溫度是密切相關(guān)的，水溫越低，越能促進(jìn)排熱功率的提高。目前的非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)的設(shè)計方案中，沒有針對水箱（冷源）采用高效的冷卻手段，因此在長期運(yùn)行階段，由于水箱溫度較高并且得不到有效的冷卻，非能動安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)的自然循環(huán)和排熱能力會明顯下降，從而弱化了安全殼熱量導(dǎo)出的速率，可能會使安全殼溫度和壓力回升到更高的水平。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對核電站安全設(shè)計的需要，提供一種能動與非能動相結(jié)合的安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)，在核電站發(fā)生存在安全殼內(nèi)升溫升壓現(xiàn)象的事故工況（包括設(shè)計基準(zhǔn)事故和嚴(yán)重事故）時，將安全殼壓力和溫度降低至可接受的水平，并長時間保持在較低的溫度壓力水平下，以保持安全殼的完整性。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種能動與非能動相結(jié)合的安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)，包括設(shè)置在安全殼內(nèi)部的換熱器和設(shè)置在安全殼外部的水箱，所述水箱的布置位置高于所述換熱器，換熱器設(shè)有上升管段和下降管段，所述水箱底部通過所述下降管段與換熱器入口相連接，在所述水箱的上方設(shè)有具備冷卻、集水和過濾功能的噴淋冷卻和液態(tài)水收集系統(tǒng)，所述上升管段與噴淋冷卻和液態(tài)水收集系統(tǒng)的冷凝器入口相連接，所述冷凝器的出口與水箱注水口連接，冷凝器上方設(shè)有噴淋裝置。進(jìn)一步，如上所述的能動與非能動相結(jié)合的安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)，其中，所述的噴淋冷卻和液態(tài)水收集系統(tǒng)包括設(shè)置在水箱上方的引流罩，引流罩的頂部設(shè)有風(fēng)機(jī)，引流罩的底部設(shè)有引風(fēng)口，所述的冷凝器和噴淋裝置設(shè)置在引流罩的內(nèi)部，在所述冷凝器的下方設(shè)有與水箱連通的蒸發(fā)集水過濾板。更進(jìn)一步，如上所述的能動與非能動相結(jié)合的安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)，其中，所述噴淋裝置通過管線與水箱連接，將水箱中的冷卻水作為噴淋水源，在所述管線上設(shè)有噴淋泵、逆止閥、噴淋管線閥門。進(jìn)一步，如上所述的能動與非能動相結(jié)合的安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)，其中，在引流罩內(nèi)風(fēng)機(jī)的下方設(shè)有集水板，集水板位于所述噴淋裝置的上方。進(jìn)一步，如上所述的能動與非能動相結(jié)合的安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)，其中，在所述的上升管段和下降管段上分別在安全殼外設(shè)置常開的安全殼隔離閥。本發(fā)明的有益效果如下：（1）采用非能動的方案排出安全殼內(nèi)熱量，提高了系統(tǒng)的固有安全性；（2）能夠在系統(tǒng)投入運(yùn)行后始終為水箱提供高效的冷卻手段，將水箱溫度維持在較低水平，使得系統(tǒng)能夠獲得較高的自然循環(huán)能力和排熱功率，實現(xiàn)安全殼的長期有效降溫降壓；（3）系統(tǒng)能夠保證在設(shè)計基準(zhǔn)和超設(shè)計基準(zhǔn)事故情況下安全殼的長期排熱。改進(jìn)了傳統(tǒng)能動安全系統(tǒng)核電廠對安全級電源的依賴，提高電廠的安全性；（4）可以顯著提高嚴(yán)重事故下放射性物質(zhì)向環(huán)境釋放頻率（LERF）的概率安全指標(biāo)；（5）可以自動實現(xiàn)系統(tǒng)排熱能力與安全殼排熱需求的功率匹配，智能化的調(diào)節(jié)冷卻效果，尤其在事故初期可以提供明顯較高的排熱能力；（6）可以實現(xiàn)水箱內(nèi)冷卻劑的充分利用，為贏得更長的事故后不干預(yù)時間提供了裝備基礎(chǔ)。附圖說明圖1為美國AP1000的非能動安全殼冷卻系統(tǒng)示意圖；圖2為本發(fā)明的能動與非能動相結(jié)合的安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。本發(fā)明提供的能動與非能動相結(jié)合的安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)采用非能動技術(shù)，發(fā)生全廠斷電時，在沒有操縱員干預(yù)的情況下，系統(tǒng)自動投入運(yùn)行，利用自然循環(huán)實現(xiàn)安全殼的長期排熱。同時采用能動的方式，在系統(tǒng)投入運(yùn)行后，為水箱提供有效的冷卻手段。安全殼排熱時間可維持100小時以上，100小時后可以考慮其它補(bǔ)水或排熱手段。如圖2所示，能動與非能動相結(jié)合的安全殼熱量導(dǎo)出系統(tǒng)設(shè)計采用自然循環(huán)的工作機(jī)制。在安全殼9內(nèi)部設(shè)置換熱器10，在安全殼9外部設(shè)置水箱6，所述水箱6的布置位置高于所述換熱器10，換熱器10設(shè)有上升管段7和下降管段19，上升管段7和下降管段19上分別在安全殼外設(shè)置常開的安全殼隔離閥8、20，水箱6底部通過所述下降管段19與換熱器10入口相連接。在所述水箱6的上方設(shè)有具備冷卻、集水和過濾功能的噴淋冷卻和液態(tài)水收集系統(tǒng)，所述上升管段7與噴淋冷卻和液態(tài)水收集系統(tǒng)的冷凝器4入口相連接，所述冷凝器4的出口與水箱注水口連接，冷凝器4上方設(shè)有噴淋裝置13。利用布置于安全殼9內(nèi)的換熱器10，通過蒸汽在換熱器10傳熱管外壁面的冷凝和對流傳熱的方式，將安全殼9內(nèi)高溫高濕空氣的熱量帶出，借助下降管段19與上升管段7之間的密度差形成的自然循環(huán)流動，將被加熱的換熱器10中的熱量帶入位于安全殼9外的冷凝器4。噴淋冷卻和液態(tài)水收集系統(tǒng)包括設(shè)置在水箱6上方的引流罩3，引流罩3的頂部設(shè)有風(fēng)機(jī)11，引流罩3的底部設(shè)有引風(fēng)口5，所述的冷凝器4和噴淋裝置13設(shè)置在引流罩3的內(nèi)部，在所述冷凝器4的下方設(shè)有與水箱6連通的蒸發(fā)集水過濾板17。在風(fēng)機(jī)11的下方設(shè)有集水板12，所述集水板12位于所述噴淋裝置13的上方。噴淋裝置13通過管線與水箱6連接，將水箱6中的冷卻水作為噴淋水源，在所述管線上設(shè)有噴淋泵16、逆止閥15、噴淋管線閥門14。噴淋系統(tǒng)借助噴淋泵16從水箱6抽取噴淋水，再通過噴淋裝置13的噴頭噴灑到冷凝器4表面，一部分噴淋液滴吸收冷凝器4熱量后轉(zhuǎn)化為蒸汽，通過風(fēng)機(jī)11的抽吸作用排入環(huán)境大氣（被蒸汽夾帶的水滴被集水板12滯留）；另一部分以液態(tài)水的形式，連同集水板12滯留的液滴被重新收集，通過蒸發(fā)集水過濾板17重新匯入水箱6，為維持系統(tǒng)的自然循環(huán)提供補(bǔ)充水源。圖2中18為水箱6內(nèi)液面位置。借助噴淋液滴的強(qiáng)化蒸發(fā)冷卻，可以使冷凝器4內(nèi)的水得到明顯的冷卻（降溫20-40度），從而以較低溫度的匯入水箱6。水箱6的布置位置高于換熱器10，水箱6底部通過下降管段19與換熱器10入口相連，可在重力作用下將冷卻劑源源不斷的注入換熱器，以完成持續(xù)的系統(tǒng)帶熱循環(huán)。由于系統(tǒng)是由自然循環(huán)驅(qū)動的，安全殼9內(nèi)溫度越高，換熱器10表面的換熱強(qiáng)度越大，傳熱管內(nèi)的水將得到更高的溫度，也即意味著上升管段7具有更小的密度；而下降管段19的水由于得到了充分地冷卻，從而引起上升管段7與下降管段19之間更大的密度差，于是系統(tǒng)獲得更大的驅(qū)動壓頭，帶來更強(qiáng)烈的循環(huán)流速和更大的排熱能力，反之亦然。即系統(tǒng)的排熱能力可以實現(xiàn)與排熱需求的自動匹配和平衡。本發(fā)明通過噴淋系統(tǒng)的蒸發(fā)冷卻作用，使得冷凝器4內(nèi)的流體得到充分有效降溫。通過風(fēng)機(jī)11，引流罩3和經(jīng)由特殊設(shè)計的引風(fēng)口5，使得蒸發(fā)速率得到增強(qiáng)。通過集水板12和蒸發(fā)集水過濾板17的收集作用，避免了液滴的夾帶損失，使得水箱6中的冷卻水得到充分的收集和利用。通過上述手段，使得水箱6可以最終收集到更低溫度的冷卻劑，于是促進(jìn)了系統(tǒng)排熱能力的提高，并最終實現(xiàn)安全殼9內(nèi)更大程度的降溫降壓，為核電站提供了更加安全有效的事故緩解手段。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。