一種充氦氣體顆粒物脫除系統(tǒng)技術方案

本發(fā)明專利技術公開了核電站安全和環(huán)境保護技術領域的一種充氦氣體顆粒物脫除系統(tǒng)。在核電站出現(xiàn)嚴重事故時，安全殼內壓力上升，連接閥門打開，顆粒物通過管道輸運至氦氣箱，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，顆粒物在箱內發(fā)生沉積；同時，氦容積箱有外部設備輸水管進行冷卻，以在氦容積箱內形成有一定梯度的溫度場，并且氦氣由于較高熱導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，實施方便，控制簡單，由此保障核電站安全高效可靠運行。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術屬于核電站安全和環(huán)境保護
，尤其涉及一種充氦氣體顆粒物脫除系統(tǒng)。
技術介紹
在世界能源緊缺的今天，除化石能源，核電是唯一可實現(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重事故之后，中國政府確定了 “安全高效”發(fā)展核電的基本方針。因此，研制并發(fā)展有效的應對核電嚴重事故的措施是一項非常重要的工作。核電站嚴重事故時產生的放射性顆粒物是人們最為擔心的事項。眾所周知，即使是沒有放射性的顆粒物對人類都極具危害，PM1(I、PM2.5等細顆粒物已經是國際社會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重關切。無論現(xiàn)在已經在運行的第二代反應堆，還是正在設計的第三代先進反應堆，無論嚴重事故的概率如何低和如 何先進，都是工程的概率安全性，嚴重事故不能完全避免，因此放射性細顆粒也不能完全避免。就先進堆而言，AP1000和EPR都有可能發(fā)生核電嚴重事故。即使是第四代超臨界水堆，由于超臨界水特性顆粒運動也存在特殊問題，影響周圍環(huán)境安全。高溫氣冷堆中石墨粉塵的產生也會引發(fā)一系列的問題，并可能會影響反應堆的安全與正常運行。第四代堆鈉冷快堆中，事故鈉顆粒的遷移也會危及系統(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重事故中可能產生大量放射性裂變顆粒，是關系到核電站的周邊環(huán)境和人們的生命安全的重大事務。核電站所產生的細顆粒主要是PMltl細顆粒物，不容易沉積。目前，核電站對顆粒物的脫除主要有法國制造的沙堆式過濾器、瑞典的卵石式過濾器以及德國文丘利管式水過濾器，這些措施對核電站嚴重事故產生的較大碎片過濾效果較好，但對細顆粒脫除效果不佳。細顆粒脫除難題在能源界也是一個難題，除了靜電除塵器效果較好外，還沒有形成產品的有效措施。而靜電除塵器由于其功率較小等問題，無法大規(guī)模應用于核電站。二代及二代加核電主要通過噴淋來脫除碘的同時，來脫除細顆粒，甚至在使用自然沉降來處理顆粒的脫除。無論是二代核電站，還是先進反應堆，對于細顆粒物的脫除，都還是一個需要解決的難題。因此，必須尋找脫除細顆粒的新原理和新方法，來滿足目前嚴格的核電安全法規(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顆粒物是一種新型核電先進安全裝置，可以保障工作人員和公眾健康，也就保護了環(huán)境。該裝置可以直接應用于各代核反應堆，既可在核電大修時，安裝在已經運行的反應堆；也可以與先進反應堆配套使用，具有廣泛的實用性和適應性。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是針對現(xiàn)有核電技術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率，在所形成的混合氣體溫度梯度場中，利用細顆粒物熱泳沉積效應和湍流效應，對核電站嚴重事故產生細顆粒進行脫除。本專利技術采用的技術方案為該系統(tǒng)的核心部分為氦氣箱，其結構為由上至下分為上聯(lián)箱、氦氣箱箱體和下聯(lián)箱三個部分；在氦氣箱箱體內設置若干交錯分布的顆粒脫除通道和水冷通道，氦氣箱箱體的側壁上部設置氦氣充氣ロ，下部設置排氣ロ ；在上聯(lián)箱內設置網格狀的進氣管道，進氣管道具有兩個入口和若干個出口，兩個入口分別是位于中心的進氣口和位于邊緣處的氦氣回氣ロ，若干個出口分別與顆粒脫除通道連接；上聯(lián)箱的頂部還設置冷卻劑出口 ；下聯(lián)箱的底部設置冷卻劑入口；安全殼的頂部通過輸氣管道與氦氣箱的進氣ロ連接，在輸氣管道上設置并聯(lián)的自動啟動閥門和電動啟動閥門；儲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存箱的上部連接；冷卻水儲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中，由于氦氣的高熱導率，產生熱泳效應和湍流效應脫除細顆粒。 所述水冷通道內的水流方向與顆粒脫除通道內的高溫氣體流動方向相反。所述氦氣箱箱體的下部設置兩個對稱分布的清除ロ，用于清除沉積的細顆粒。本專利技術的有益效果為( I)具有能動和非能動雙閥門特點，滿足單一故障準則，細顆粒物在該氦氣箱內有較高的沉積率。(2)氦氣箱內高溫氦氣和冷卻水形成溫度梯度場，有利于細顆粒沉積。(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重事故產生的PMltl等細顆粒物，達到保護公眾健康和環(huán)境的目的。該裝置實施方便，控制簡單，具有安全、高效、可靠、可模塊化組裝等特點。附圖說明圖I為本專利技術所述系統(tǒng)的結構示意圖；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。圖中標號I-自動啟動閥門；2-電動啟動閥門；3_輸氣管道；4_儲氣箱；5_氦氣箱；6_清除ロ ；7_冷卻水儲存箱；8_備用循環(huán)水泵；9_氦氣分離裝置；10_氫氣復合器；11_安全殼；12-氦氣回氣口 ； 13-進氣管道；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_進氣□。具體實施方式本專利技術提供了一種充氦氣體顆粒物脫除系統(tǒng)，下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術做進一步說明。該系統(tǒng)的核心部分為氦氣箱5，其結構如圖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18三個部分；在氦氣箱箱體14內設置若干交錯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的側壁上部設置氦氣充氣口 20，下部設置排氣口 16;在上聯(lián)箱21內設置網格狀的進氣管道13，進氣管道13具有兩個入口和若干個出口，兩個入口分別是位于中心的進氣口 23和位于邊緣處的氦氣回氣口 12，若干個出口 分別與顆粒脫除通道15連接，其結構如圖3所示；上聯(lián)箱21的頂部還設置冷卻劑出口 22 ；下聯(lián)箱18的底部設置冷卻劑入口 17。氦氣箱箱體14的下部還設置兩個對稱分布的清除口6，用于清除沉積的細顆粒。該系統(tǒng)的整體結構如圖I所示安全殼11的頂部通過輸氣管道3與氦氣箱5的進氣口 23連接，在輸氣管道3上設置并聯(lián)的自動啟動閥門I和電動啟動閥門2 ;儲氣箱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與冷卻水儲存箱7的上部連接；冷卻水儲存箱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中，由于氦氣的高熱導率，產生熱泳效應和湍流效應脫除細本文檔來自技高網...

【技術保護點】
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），其結構為：由上至下分為上聯(lián)箱（21）、氦氣箱箱體（14）和下聯(lián)箱（18）三個部分；在氦氣箱箱體（14）內設置若干交錯分布的顆粒脫除通道（15）和水冷通道（19），氦氣箱箱體（14）的側壁上部設置氦氣充氣口（20），下部設置排氣口（16）；在上聯(lián)箱（21）內設置網格狀的進氣管道（13），進氣管道（13）具有兩個入口和若干個出口，兩個入口分別是位于中心的進氣口（23）和位于邊緣處的氦氣回氣口（12），若干個出口分別與顆粒脫除通道（15）連接；上聯(lián)箱（21）的頂部還設置冷卻劑出口（22）；下聯(lián)箱（18）的底部設置冷卻劑入口（17）；安全殼（11）的頂部通過輸氣管道（3）與氦氣箱（5）的進氣口（23）連接，在輸氣管道（3）上設置并聯(lián)的自動啟動閥門（1）和電動啟動閥門（2）；儲氣箱（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）與冷卻水儲存箱（7）的上部連接；冷卻水儲存箱（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。...

【技術特征摘要】
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)，其結構為由上至下分為上聯(lián)箱(21)、氦氣箱箱體(14)和下聯(lián)箱(18)三個部分；在氦氣箱箱體(14)內設置若干交錯分布的顆粒脫除通道(15)和水冷通道(19)，氦氣箱箱體(14)的側壁上部設置氦氣充氣ロ(20)，下部設置排氣ロ(16);在上聯(lián)箱(21)內設置網格狀的進氣管道(13)，進氣管道(13)具有兩個入口和若干個出口，兩個入口分別是位于中心的進氣ロ(23)和位于邊緣處的氦氣回氣ロ(12)，若干個出口分別與顆粒脫除通道(15)連接；上聯(lián)箱(21)的頂部還設置冷卻劑出口(22);下聯(lián)箱(18)的底部設置冷卻劑入口(17)； 安全殼(11)的頂部通過輸氣管道(3)與氦氣箱(5)的進氣ロ(23)連接，在輸氣管道(3)上設置并聯(lián)的自動啟動閥門(I)和電動啟動閥門(2 );儲氣箱(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...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：周濤，陳娟，樊昱楠，汝小龍，劉亮，林達平，王澤雷，
申請(專利權)人：華北電力大學，
類型：發(fā)明
國別省市：