一种带有干井的可调节功率的核供热反应堆

1.本发明属于核反应堆技术领域，特别是涉及一种带有干井的可调节功率的核供热反应堆。


背景技术：

2.近几十年，国内外供热反应堆的设计有很多，如苏联壳式一体化自然循环压水堆ats-500、加拿大slow poke自然循环池式供热堆、瑞典的agesta，但经济性和安全性未受到广泛认可，存在结构复杂等问题。
3.现有供热堆中多采用自然循环设计，而自然循环驱动力与带热能力有限，在堆芯功率较大时仅依靠单相自然循环难以带出堆芯产热，故多采用降低反应堆功率或提升反应堆内冷热段高度差的方法来提高反应堆自然循环能力。这些方法一方面限制了反应堆功率水平，局限了反应堆的应用需求；另一方面增加了反应堆的结构尺寸，不利于反应堆的小型化。
4.反应堆内冷却剂在接近饱和温度的条件下会由于压力减小而发生闪蒸现象，闪蒸现象可有效增强自然循环驱动力，并提高一回路冷却剂流量，但同时会导致大幅度振荡，这对于核供热堆的运行是不利的。
5.反应堆的控制棒一般自压力容器上封头插入，当反应堆整体长度较长时，控制棒长度也必须随之变长，而控制棒相当部分都浸泡在冷却剂中受热、受辐照，增大了其弯曲甚至断裂的风险。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明旨在提出一种带有干井的可调节功率的核供热反应堆，以解决现有核供热反应堆功率受限的问题。
7.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种带有干井的可调节功率的核供热反应堆，它包括反应堆容器、堆芯、干井、控制棒、热升隔板、扰流组件和可调节功率换热系统，所述堆芯和干井设置在反应堆容器内部，所述干井位于堆芯正上方一定距离处，所述干井顶端与反应堆容器上部相连，所述干井内为常压且无冷却剂，所述控制棒数量为多个，多个控制棒设置在干井内并通过对应导向管插入堆芯中，每个控制棒上均设置有驱动机构，所述干井外侧设置有热升隔板，所述堆芯外侧设置有堆芯围筒，所述堆芯围筒上部与热升隔板下部相连，所述热升隔板围绕干井竖直向上发展，且热升隔板顶端位于冷却剂液面下方，通过热升隔板隔离出冷却剂的上升通道和下降通道，冷却剂在上升通道内发生闪蒸，所述上升通道中设置有若干个内隔板，将上升通道均匀分割为若干个分流道，每个分流道内均设置有扰流组件，所述可调节功率换热系统包括总线和若干子换热系统，所述总线设置在干井中，每个分流道中均一个子换热系统，所述子换热系统与总线相连。
8.更进一步的，所述扰流组件包括若干个扰流板和扰流器，所述扰流板设置在上升通道内，将上升通道均匀分划为多个流道，所述扰流器设置在扰流板和热升隔板的内壁上。
9.更进一步的，所述子换热系统包括若干个可调式换热器、分级总线接道和分级中继管线，所述分级中继管线的两端分别与不同的可调式换热器相连，所述分级总线接道一端与分级中继管线相连，另一端与总线相连。
10.更进一步的，所述分级总线接道上设置有分级接道阀，所述分级总线接道与分级中继管线连接处的上方设置有分级功率阀。
11.更进一步的，所述冷却剂液面上方的气体区内设置有气区换热器。
12.更进一步的，所述干井顶部设置有干井上封板，所述干井的下部设置有干井下封板，所述干井下封板位于堆芯正上方一定距离处。
13.更进一步的，所述干井下封板上设置导向管，控制棒通过对应导向管插入堆芯中。
14.更进一步的，所述堆芯和堆芯围筒放置在支撑板上，所述支撑板下方与支撑组件固定相连，所述支撑组件与反应堆容器底部相连。
15.更进一步的，所述反应堆容器与混凝土地基相连。
16.更进一步的，所述反应堆容器顶部设置有安全阀。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的目的在于提供一种带有干井的可调节功率的核供热反应堆，采用常压降低对反应堆容器的承压需求，且提高了供热厂房的选址便利程度；利用闪蒸提高反应堆内冷却剂流量，同时通过设置热升隔板与扰流组件分划流道以消除闪蒸所导致的振荡，延长堆内组件使用寿命；并且采用非能动气冷余热排出安全系统，简化安全系统结构，提高反应堆整体可靠性与固有安全性。本发明为了缩短控制棒长度、优化堆芯换料流程以及更好地检测反应堆容器内情况，提出了在堆芯正上方的干井设计。
18.本发明所述反应堆采用全自然循环，省去主泵、简化结构，提高了固有安全性。在正常运行时，冷却剂以堆芯为热源、液区换热器为热阱形成冷热芯位差驱动自然循环，冷却剂在上升通道内发生闪蒸从而提高驱动力，而扰流组件在上升通道内分划流道，消除了闪蒸造成的振荡并避免由振荡导致的组件损害。
19.本发明采用了反应堆容器内为常压的设计，相较于压水堆降低了反应堆一回路承压边界所受的压力，降低了发生破口事故与冷却剂流失事故的可能性，提高了固有安全性；同时常压可以简化各系统与管线设计，并使得供热厂房选址更方便。
20.本发明采用干井设计，大幅缩短控制棒长度，而干井也方便对反应堆的检修维护，干井壁上可以固定反应堆内测量组件与仪表等。
21.本发明采用了可调节功率的换热系统，可根据实际需求对阀门进行调节以获得所需输出功率。
22.本发明设置了多种安全措施如气区换热器与安全阀等，气区换热器可将反应堆内上封头处聚集的蒸汽所携带的热量排出反应堆，及时减小反应堆容器所受的压力；安全阀常闭，且可在反应堆容器内上部热量与压力超过一定值、或气区换热器失效无法排出热量时开启，及时泄压防止更严重事故的发生。
附图说明
23.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
24.图1为本发明所述的一种带有干井的可调节功率的核供热反应堆结构示意图；
25.图2为本发明所述的热升隔板与内隔板连接结构示意图；
26.图3为本发明所述的扰流组件布置方式结构示意图。
27.1-反应堆容器，2-堆芯，3-干井，4-干井上封板，5-干井下封板，6-堆芯围筒，7-支撑板，8-支撑组件，9-控制棒，10-热升隔板，11-内隔板，12-扰流组件，12.1-扰流板，12.2-扰流器，13-气区换热器，14-安全阀，15-总线，16-子换热系统，16.1-可调式换热器，16.2-分级总线接道，16.3-分级中继管线，16.4-分级接道阀，16.5-分级功率阀，17-混凝土地基。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
29.参见图1-3说明本实施方式，一种带有干井的可调节功率的核供热反应堆，它包括反应堆容器1、堆芯2、干井3、控制棒9、热升隔板10、扰流组件12和可调节功率换热系统等。
30.所述堆芯2和干井3设置在反应堆容器1内部，所述干井3顶端与反应堆容器1上部相连，所述干井3顶部设置有干井上封板4，干井上封板4常闭，可根据需求开启，所述干井3的下部设置有干井下封板5，所述干井3从反应堆容器1顶端延伸至干井下封板5处，所述干井下封板5位于堆芯2正上方一定距离处。
31.所述干井3内为常压且无冷却剂，所述控制棒9数量为多个，多个控制棒9设置在干井3内，所述干井下封板5上设置导向管，控制棒9通过对应导向管插入堆芯2中，每个控制棒9上均设置有驱动机构，控制棒9通过驱动机构进行驱动。
32.所述干井3外侧设置有热升隔板10，所述堆芯2外侧设置有堆芯围筒6，所述堆芯围筒6上部与热升隔板10下部相连，所述堆芯2和堆芯围筒6放置在支撑板7上，所述支撑板7下方与支撑组件8固定相连，所述支撑组件8与反应堆容器1底部相连，所述反应堆容器1与混凝土地基17相连，所述反应堆容器1顶部设置有安全阀14。
33.所述热升隔板10围绕干井3竖直向上发展，且热升隔板10顶端位于冷却剂液面下方，通过热升隔板10隔离出冷却剂的上升通道和下降通道，冷却剂在上升通道内发生闪蒸，以实现自然循环并强化驱动力。所述上升通道中设置有若干个内隔板11，将上升通道均匀分割为若干个分流道，每个分流道内均设置有扰流组件12，热所述扰流组件12包括若干个扰流板12.1和扰流器12.2，所述扰流板12.1设置在上升通道内，将上升通道均匀分划为多个流道，所述扰流器12.2设置在扰流板12.1和热升隔板10的内壁上。
34.以三级为例，所述可调节功率换热系统包括总线15和若干子换热系统16，所述总线15设置在干井3中，每个分流道中均一个子换热系统16，所述子换热系统16与总线15相连。所述子换热系统16包括若干个可调式换热器16.1、分级总线接道16.2和分级中继管线16.3，所述分级中继管线16.3的两端分别与不同的可调式换热器16.1相连，所述分级总线接道16.2一端与分级中继管线16.3相连，另一端与总线15相连，所述分级总线接道16.2上设置有分级接道阀16.4，所述分级总线接道16.2与分级中继管线16.3连接处的上方设置有分级功率阀16.5。可根据功率需求调节相应阀门。
35.所述冷却剂液面上方的气体区内设置有气区换热器13，可根据需求调节气区换热
器13的功率来控制气体区域的压力以及闪蒸程度。
36.以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

技术特征：
1.一种带有干井的可调节功率的核供热反应堆，其特征在于：它包括反应堆容器(1)、堆芯(2)、干井(3)、控制棒(9)、热升隔板(10)、扰流组件(12)和可调节功率换热系统，所述堆芯(2)和干井(3)设置在反应堆容器(1)内部，所述干井(3)位于堆芯(2)正上方一定距离处，所述干井(3)顶端与反应堆容器(1)上部相连，所述干井(3)内为常压且无冷却剂，所述控制棒(9)数量为多个，多个控制棒(9)设置在干井(3)内并通过对应导向管插入堆芯(2)中，每个控制棒(9)上均设置有驱动机构，所述干井(3)外侧设置有热升隔板(10)，所述堆芯(2)外侧设置有堆芯围筒(6)，所述堆芯围筒(6)上部与热升隔板(10)下部相连，所述热升隔板(10)围绕干井(3)竖直向上发展，且热升隔板(10)顶端位于冷却剂液面下方，通过热升隔板(10)隔离出冷却剂的上升通道和下降通道，冷却剂在上升通道内发生闪蒸，所述上升通道中设置有若干个内隔板(11)，将上升通道均匀分割为若干个分流道，每个分流道内均设置有扰流组件(12)，所述可调节功率换热系统包括总线(15)和若干子换热系统(16)，所述总线(15)设置在干井(3)中，每个分流道中均一个子换热系统(16)，所述子换热系统(16)与总线(15)相连。2.根据权利要求1所述的一种带有干井的可调节功率的核供热反应堆，其特征在于：所述扰流组件(12)包括若干个扰流板(12.1)和扰流器(12.2)，所述扰流板(12.1)设置在上升通道内，将上升通道均匀分划为多个流道，所述扰流器(12.2)设置在扰流板(12.1)和热升隔板(10)的内壁上。3.根据权利要求1所述的一种带有干井的可调节功率的核供热反应堆，其特征在于：所述子换热系统(16)包括若干个可调式换热器(16.1)、分级总线接道(16.2)和分级中继管线(16.3)，所述分级中继管线(16.3)的两端分别与不同的可调式换热器(16.1)相连，所述分级总线接道(16.2)一端与分级中继管线(16.3)相连，另一端与总线(15)相连。4.根据权利要求3所述的一种带有干井的可调节功率的核供热反应堆，其特征在于：所述分级总线接道(16.2)上设置有分级接道阀(16.4)，所述分级总线接道(16.2)与分级中继管线(16.3)连接处的上方设置有分级功率阀(16.5)。5.根据权利要求1所述的一种带有干井的可调节功率的核供热反应堆，其特征在于：所述冷却剂液面上方的气体区内设置有气区换热器(13)。6.根据权利要求1所述的一种带有干井的可调节功率的核供热反应堆，其特征在于：所述干井(3)顶部设置有干井上封板(4)，所述干井(3)的下部设置有干井下封板(5)，所述干井下封板(5)位于堆芯(2)正上方一定距离处。7.根据权利要求6所述的一种带有干井的可调节功率的核供热反应堆，其特征在于：所述干井下封板(5)上设置导向管，控制棒(9)通过对应导向管插入堆芯(2)中。8.根据权利要求1所述的一种带有干井的可调节功率的核供热反应堆，其特征在于：所述堆芯(2)和堆芯围筒(6)放置在支撑板(7)上，所述支撑板(7)下方与支撑组件(8)固定相连，所述支撑组件(8)与反应堆容器(1)底部相连。9.根据权利要求1所述的一种带有干井的可调节功率的核供热反应堆，其特征在于：所述反应堆容器(1)与混凝土地基(17)相连。10.根据权利要求1所述的一种带有干井的可调节功率的核供热反应堆，其特征在于：所述反应堆容器(1)顶部设置有安全阀(14)。

技术总结
本发明提出了一种带有干井的可调节功率的核供热反应堆，属于核反应堆技术领域。解决了现有核供热反应堆功率受限的问题。它包括反应堆容器、堆芯、干井、控制棒、热升隔板、扰流组件和可调节功率换热系统，所述堆芯和干井设置在反应堆容器内部，所述干井内为常压且无冷却剂，多个控制棒设置在干井内并插入堆芯中，所述干井外侧设置有热升隔板，通过热升隔板隔离出冷却剂的上升通道和下降通道，冷却剂在上升通道内发生闪蒸，每个分流道内均设置有扰流组件，所述可调节功率换热系统包括总线和若干子换热系统，所述总线设置在干井中，每个分流道中均一个子换热系统，所述子换热系统与总线相连。它主要用于核供热反应堆。连。它主要用于核供热反应堆。连。它主要用于核供热反应堆。


技术研发人员：丁铭 顾长盛 王阳明 曲昊杰 张峻逍 张晨耀 何宇 包庆涵 陈锐扬 封有财 郭泽华 梁辉 曹夏昕 孟兆明 边浩志
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/9/20