專利名稱:一種充氦氣體顆粒物脫除系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核電站安全和環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種充氦氣體顆粒物脫除系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在世界能源緊缺的今天，除化石能源，核電是唯一可實(shí)現(xiàn)連續(xù)供電的能源。在2011年日本福島發(fā)生人類第三次核電站嚴(yán)重事故之后，中國(guó)政府確定了 “安全高效”發(fā)展核電的基本方針。因此，研制并發(fā)展有效的應(yīng)對(duì)核電嚴(yán)重事故的措施是一項(xiàng)非常重要的工作。
核電站嚴(yán)重事故時(shí)產(chǎn)生的放射性顆粒物是人們最為擔(dān)心的事項(xiàng)。眾所周知，即使是沒(méi)有放射性的顆粒物對(duì)人類都極具危害，PM1(I、PM2.5等細(xì)顆粒物已經(jīng)是國(guó)際社會(huì)積極想辦法處理的重要難題，核電站帶有放射性的顆粒物更值得人們嚴(yán)重關(guān)切。無(wú)論現(xiàn)在已經(jīng)在運(yùn)行的第二代反應(yīng)堆，還是正在設(shè)計(jì)的第三代先進(jìn)反應(yīng)堆，無(wú)論嚴(yán)重事故的概率如何低和如 何先進(jìn)，都是工程的概率安全性，嚴(yán)重事故不能完全避免，因此放射性細(xì)顆粒也不能完全避免。就先進(jìn)堆而言，AP1000和EPR都有可能發(fā)生核電嚴(yán)重事故。即使是第四代超臨界水堆，由于超臨界水特性顆粒運(yùn)動(dòng)也存在特殊問(wèn)題，影響周圍環(huán)境安全。高溫氣冷堆中石墨粉塵的產(chǎn)生也會(huì)引發(fā)一系列的問(wèn)題，并可能會(huì)影響反應(yīng)堆的安全與正常運(yùn)行。第四代堆鈉冷快堆中，事故鈉顆粒的遷移也會(huì)危及系統(tǒng)安全性以及周圍人們的安全。因此，有效脫除在核電站的嚴(yán)重事故中可能產(chǎn)生大量放射性裂變顆粒，是關(guān)系到核電站的周邊環(huán)境和人們的生命安全的重大事務(wù)。
核電站所產(chǎn)生的細(xì)顆粒主要是PMltl細(xì)顆粒物，不容易沉積。目前，核電站對(duì)顆粒物的脫除主要有法國(guó)制造的沙堆式過(guò)濾器、瑞典的卵石式過(guò)濾器以及德國(guó)文丘利管式水過(guò)濾器，這些措施對(duì)核電站嚴(yán)重事故產(chǎn)生的較大碎片過(guò)濾效果較好，但對(duì)細(xì)顆粒脫除效果不佳。細(xì)顆粒脫除難題在能源界也是一個(gè)難題，除了靜電除塵器效果較好外，還沒(méi)有形成產(chǎn)品的有效措施。而靜電除塵器由于其功率較小等問(wèn)題，無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用于核電站。二代及二代加核電主要通過(guò)噴淋來(lái)脫除碘的同時(shí)，來(lái)脫除細(xì)顆粒，甚至在使用自然沉降來(lái)處理顆粒的脫除。無(wú)論是二代核電站，還是先進(jìn)反應(yīng)堆，對(duì)于細(xì)顆粒物的脫除，都還是一個(gè)需要解決的難題。因此，必須尋找脫除細(xì)顆粒的新原理和新方法，來(lái)滿足目前嚴(yán)格的核電安全法規(guī)和環(huán)保要求。
一種充氦氣體顆粒物脫除裝置能有效的脫除細(xì)顆粒物是一種新型核電先進(jìn)安全裝置，可以保障工作人員和公眾健康，也就保護(hù)了環(huán)境。該裝置可以直接應(yīng)用于各代核反應(yīng)堆，既可在核電大修時(shí)，安裝在已經(jīng)運(yùn)行的反應(yīng)堆；也可以與先進(jìn)反應(yīng)堆配套使用，具有廣泛的實(shí)用性和適應(yīng)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有核電技術(shù)不足提出一種充氦氣體顆粒物脫除系統(tǒng)。利用所引出的夾帶顆粒物氣體作為高溫流體，并基于氦氣是惰性氣體并且有較大熱導(dǎo)率，在所形成的混合氣體溫度梯度場(chǎng)中，利用細(xì)顆粒物熱泳沉積效應(yīng)和湍流效應(yīng)，對(duì)核電站嚴(yán)重事故產(chǎn)生細(xì)顆粒進(jìn)行脫除。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
該系統(tǒng)的核心部分為氦氣箱，其結(jié)構(gòu)為由上至下分為上聯(lián)箱、氦氣箱箱體和下聯(lián)箱三個(gè)部分；在氦氣箱箱體內(nèi)設(shè)置若干交錯(cuò)分布的顆粒脫除通道和水冷通道，氦氣箱箱體的側(cè)壁上部設(shè)置氦氣充氣ロ，下部設(shè)置排氣ロ ；在上聯(lián)箱內(nèi)設(shè)置網(wǎng)格狀的進(jìn)氣管道，進(jìn)氣管道具有兩個(gè)入口和若干個(gè)出口，兩個(gè)入口分別是位于中心的進(jìn)氣口和位于邊緣處的氦氣回氣ロ，若干個(gè)出口分別與顆粒脫除通道連接；上聯(lián)箱的頂部還設(shè)置冷卻劑出口 ；下聯(lián)箱的底部設(shè)置冷卻劑入口；
安全殼的頂部通過(guò)輸氣管道與氦氣箱的進(jìn)氣ロ連接，在輸氣管道上設(shè)置并聯(lián)的自動(dòng)啟動(dòng)閥門和電動(dòng)啟動(dòng)閥門；儲(chǔ)氣箱的出口與氦氣箱的氦氣充氣ロ連接；氦氣箱下部的排氣ロ分兩路，一路與氦氣分離裝置的入口連接，另一路與氦氣分離裝置的氫氣出口連接；氦氣分離裝置的氦氣出口與氦氣箱的氦氣回氣ロ連接，氦氣分離裝置的氫氣出口分兩路，一路與安全殼下部的入口連接，另一路與氫氣復(fù)合器串聯(lián)后再與安全殼下部的入口連接；氦 氣箱的冷卻劑出口與冷卻水儲(chǔ)存箱的上部連接；冷卻水儲(chǔ)存箱底部的出ロ分兩路，一路直接與氦氣箱底部的冷卻劑入口連接，另一路串聯(lián)備用循環(huán)水泵后與氦氣箱底部的冷卻劑入ロ連接。
所述氦氣箱在高溫顆粒氣體及水冷壁形成的溫度梯度場(chǎng)中，由于氦氣的高熱導(dǎo)率，產(chǎn)生熱泳效應(yīng)和湍流效應(yīng)脫除細(xì)顆粒。
所述水冷通道內(nèi)的水流方向與顆粒脫除通道內(nèi)的高溫氣體流動(dòng)方向相反。
所述氦氣箱箱體的下部設(shè)置兩個(gè)對(duì)稱分布的清除ロ，用于清除沉積的細(xì)顆粒。
本發(fā)明的有益效果為
( I)具有能動(dòng)和非能動(dòng)雙閥門特點(diǎn)，滿足單一故障準(zhǔn)則，細(xì)顆粒物在該氦氣箱內(nèi)有較高的沉積率。
(2)氦氣箱內(nèi)高溫氦氣和冷卻水形成溫度梯度場(chǎng)，有利于細(xì)顆粒沉積。
(3)氦氣分離裝置可以采用深度冷凍、吸附、膜分離等方法，從氦氣箱排出的水蒸氣、空氣、氫氣、氦氣等混合氣體中分離出氦氣，使氦氣得以循環(huán)再利用。
(4)可安裝于各類型核電站中，可有效脫除核電站嚴(yán)重事故產(chǎn)生的PMltl等細(xì)顆粒物，達(dá)到保護(hù)公眾健康和環(huán)境的目的。該裝置實(shí)施方便，控制簡(jiǎn)單，具有安全、高效、可靠、可模塊化組裝等特點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明所述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為氦氣箱剖面圖；
圖3為輸氣管道立體示意圖；
圖4為氦氣箱A-A面俯視圖。
圖中標(biāo)號(hào)
I-自動(dòng)啟動(dòng)閥門；2-電動(dòng)啟動(dòng)閥門；3_輸氣管道；4_儲(chǔ)氣箱；5_氦氣箱；6_清除ロ ；7_冷卻水儲(chǔ)存箱；8_備用循環(huán)水泵；9_氦氣分離裝置；10_氫氣復(fù)合器；11_安全殼；12-氦氣回氣口 ； 13-進(jìn)氣管道；14-氦氣箱箱體；15-顆粒脫除通道；16-排氣口 ；17_冷卻劑入口 ； 18-下聯(lián)箱；19-水冷通道；20-氦氣充氣口 ；21_上聯(lián)箱；22-冷卻劑出口 ；23_進(jìn)氣□。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了一種充氦氣體顆粒物脫除系統(tǒng)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
該系統(tǒng)的核心部分為氦氣箱5，其結(jié)構(gòu)如圖2所示氦氣箱5由上至下分為上聯(lián)箱21、氦氣箱箱體14和下聯(lián)箱18三個(gè)部分；在氦氣箱箱體14內(nèi)設(shè)置若干交錯(cuò)分布的顆粒脫除通道15和水冷通道19 (如圖4)，氦氣箱箱體14的側(cè)壁上部設(shè)置氦氣充氣口 20，下部設(shè)置排氣口 16;在上聯(lián)箱21內(nèi)設(shè)置網(wǎng)格狀的進(jìn)氣管道13，進(jìn)氣管道13具有兩個(gè)入口和若干個(gè)出口，兩個(gè)入口分別是位于中心的進(jìn)氣口 23和位于邊緣處的氦氣回氣口 12，若干個(gè)出口 分別與顆粒脫除通道15連接，其結(jié)構(gòu)如圖3所示；上聯(lián)箱21的頂部還設(shè)置冷卻劑出口 22 ；下聯(lián)箱18的底部設(shè)置冷卻劑入口 17。氦氣箱箱體14的下部還設(shè)置兩個(gè)對(duì)稱分布的清除口6，用于清除沉積的細(xì)顆粒。
該系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖I所示安全殼11的頂部通過(guò)輸氣管道3與氦氣箱5的進(jìn)氣口 23連接，在輸氣管道3上設(shè)置并聯(lián)的自動(dòng)啟動(dòng)閥門I和電動(dòng)啟動(dòng)閥門2 ;儲(chǔ)氣箱4的出口與氦氣箱5的氦氣充氣口 20連接；氦氣箱5下部的排氣口 16分兩路，一路與氦氣分離裝置9的入口連接，另一路與氦氣分離裝置9的氫氣出口連接；氦氣分離裝置9的氦氣出口與氦氣箱5的氦氣回氣口 12連接，氦氣分離裝置9的氫氣出口分兩路,一路與安全殼11下部的入口連接，另一路與氫氣復(fù)合器10串聯(lián)后再與安全殼11下部的入口連接；氦氣箱5的冷卻劑出口 22與冷卻水儲(chǔ)存箱7的上部連接；冷卻水儲(chǔ)存箱7底部的出口分兩路，一路直接與氦氣箱5底部的冷卻劑入口 17連接，另一路串聯(lián)備用循環(huán)水泵8后與氦氣箱5底部的冷卻劑入口 17連接。
所述氦氣箱5在高溫顆粒氣體及水冷壁形成的溫度梯度場(chǎng)中，由于氦氣的高熱導(dǎo)率，產(chǎn)生熱泳效應(yīng)和湍流效應(yīng)脫除細(xì)顆粒。
所述水冷通道19內(nèi)的水流方向與顆粒脫除通道15內(nèi)的高溫氣體流動(dòng)方向相反。
核電站發(fā)生嚴(yán)重事故時(shí)，安全殼11內(nèi)可能會(huì)產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽、空氣等混合氣體并夾帶細(xì)顆粒；在達(dá)到一定壓力后，自動(dòng)啟動(dòng)閥門I或者電動(dòng)啟動(dòng)閥門2開啟，混合氣體夾帶細(xì)顆粒經(jīng)輸氣管道3進(jìn)入帶有水冷壁的氦氣箱5 ;在氦氣箱5內(nèi)的顆粒物由于溫度梯度場(chǎng)和湍流作用，發(fā)生沉積；除去細(xì)顆粒的氣體經(jīng)氦氣分離裝置9之后，經(jīng)過(guò)氫氣復(fù)合器10將氫氣從混合氣體中分離出去，再繼續(xù)被輸送回安全殼11，由此完成一個(gè)循環(huán)。也可以將氦氣箱5輸出的含有氦氣的混合氣體直接輸送回安全殼11，這樣利用氦氣的高熱導(dǎo)率特性可以在安全殼11內(nèi)繼續(xù)實(shí)現(xiàn)顆粒脫除，但需要向氦氣箱補(bǔ)充氦氣以確保裝置的顆粒物脫除效率。
所涉及啟動(dòng)閥門在受到高壓力時(shí)開啟，開啟時(shí)電動(dòng)閥門和非能動(dòng)閥門是兩種不同路徑，非能動(dòng)自動(dòng)啟動(dòng)閥門I優(yōu)先自動(dòng)開啟，需要時(shí)再打開電動(dòng)啟動(dòng)閥門2。
氦氣箱5在高溫顆粒氣體及水冷管壁形成的溫度梯度場(chǎng)中，利用氦氣的高熱導(dǎo)率，利用熱泳效應(yīng)和湍流效應(yīng)脫除細(xì)顆粒。儲(chǔ)氣箱4為氦氣體顆粒物脫除裝置提供氦氣原始?xì)庠?，?dāng)啟動(dòng)氦氣體顆粒物脫除裝置時(shí)投入。必要時(shí)也可以向氦氣箱提供氦氣補(bǔ)充氣源。混合氣體進(jìn)氣管道3采用多管道連接的柵格布置，可為來(lái)自安全殼11的夾帶細(xì)顆粒的混合氣體、來(lái)自氦氣分離裝置9的氦氣提供充分的混合。冷卻水儲(chǔ)存箱7采用高水位布置，與氦氣箱的冷卻劑通道ー側(cè)共同組成氦氣箱冷卻回路。正常情況下依靠冷卻水儲(chǔ)存箱與氦氣箱高度差而形成的驅(qū)動(dòng)壓頭實(shí)現(xiàn)非能動(dòng)運(yùn)行。水冷通道19與高溫氣體成順流或逆流的水，并 優(yōu)先逆流，用以冷卻氦氣箱。上聯(lián)箱21與下聯(lián)箱18用于確保水冷通道19中的冷卻劑分布均勻。
權(quán)利要求
1.一種充氦氣體顆粒物脫除系統(tǒng)，其特征在于，核心部分為氦氣箱(5)，其結(jié)構(gòu)為由上至下分為上聯(lián)箱(21)、氦氣箱箱體(14)和下聯(lián)箱(18)三個(gè)部分；在氦氣箱箱體(14)內(nèi)設(shè)置若干交錯(cuò)分布的顆粒脫除通道(15)和水冷通道(19)，氦氣箱箱體(14)的側(cè)壁上部設(shè)置氦氣充氣ロ(20)，下部設(shè)置排氣ロ(16);在上聯(lián)箱(21)內(nèi)設(shè)置網(wǎng)格狀的進(jìn)氣管道(13)，進(jìn)氣管道(13)具有兩個(gè)入口和若干個(gè)出口，兩個(gè)入口分別是位于中心的進(jìn)氣ロ(23)和位于邊緣處的氦氣回氣ロ(12)，若干個(gè)出口分別與顆粒脫除通道(15)連接；上聯(lián)箱(21)的頂部還設(shè)置冷卻劑出口(22);下聯(lián)箱(18)的底部設(shè)置冷卻劑入口(17)； 安全殼(11)的頂部通過(guò)輸氣管道(3)與氦氣箱(5)的進(jìn)氣ロ(23)連接，在輸氣管道(3)上設(shè)置并聯(lián)的自動(dòng)啟動(dòng)閥門(I)和電動(dòng)啟動(dòng)閥門(2 );儲(chǔ)氣箱(4)的出口與氦氣箱(5 )的氦氣充氣ロ(20)連接；氦氣箱(5)下部的排氣ロ(16)分兩路，一路與氦氣分離裝置(9)的入ロ連接，另一路與氦氣分離裝置(9)的氫氣出ロ連接；氦氣分離裝置(9)的氦氣出口與氦氣箱(5)的氦氣回氣ロ(12)連接，氦氣分離裝置(9)的氫氣出口分兩路，一路與安全殼(11)下部的入口連接，另一路與氫氣復(fù)合器(10)串聯(lián)后再與安全殼(11)下部的入口連接；氦氣箱(5)的冷卻劑出ロ(22)與冷卻水儲(chǔ)存箱(7)的上部連接；冷卻水儲(chǔ)存箱(7)底部的出ロ分兩路，一路直接與氦氣箱(5)底部的冷卻劑入口( 17)連接，另一路串聯(lián)備用循環(huán)水泵(8)后與氦氣箱(5)底部的冷卻劑入口(17)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的ー種充氦氣體顆粒物脫除系統(tǒng)，其特征在于，所述氦氣箱(5)在高溫顆粒氣體及水冷壁形成的溫度梯度場(chǎng)中，由于氦氣的高熱導(dǎo)率，產(chǎn)生熱泳效應(yīng)和湍流效應(yīng)脫除細(xì)顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的ー種充氦氣體顆粒物脫除系統(tǒng)，其特征在于，所述水冷通道(19)內(nèi)的水流方向與顆粒脫除通道(15)內(nèi)的高溫氣體流動(dòng)方向相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的ー種充氦氣體顆粒物脫除系統(tǒng)，其特征在于，所述氦氣箱箱體(14)的下部設(shè)置兩個(gè)對(duì)稱分布的清除ロ(6)，用于清除沉積的細(xì)顆粒。
專利摘要
本發(fā)明公開了核電站安全和環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域：
的一種充氦氣體顆粒物脫除系統(tǒng)。在核電站出現(xiàn)嚴(yán)重事故時(shí)，安全殼內(nèi)壓力上升，連接閥門打開，顆粒物通過(guò)管道輸運(yùn)至氦氣箱，氦氣箱是具有水冷壁承壓不銹鋼箱體，由于熱泳及湍流效應(yīng)，顆粒物在箱內(nèi)發(fā)生沉積；同時(shí)，氦容積箱有外部設(shè)備輸水管進(jìn)行冷卻，以在氦容積箱內(nèi)形成有一定梯度的溫度場(chǎng)，并且氦氣由于較高熱導(dǎo)率促使熱泳沉積具有較高效率。該脫除裝置可安裝核電站安全殼外，實(shí)施方便，控制簡(jiǎn)單，由此保障核電站安全高效可靠運(yùn)行。
文檔編號(hào)G21F9/02GKCN102820070SQ201210303469
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月23日
發(fā)明者周濤, 陳娟, 樊昱楠, 汝小龍, 劉亮, 林達(dá)平, 王澤雷 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan