一种无时限非能动余热排出系统的制作方法

1.本发明涉及核电站或浮动核动力平台专设安全设施领域，具体涉及一种无时限非能动余热排出系统。


背景技术：

2.在专设安全设施设计时，应尽可能考虑采用无需外界动力即可投入使用的非能动安全技术，提高安全性与可靠性；同时还需考虑经济性的问题，在满足功能和安全要求牵头下，减少总体资源需求及建设成本。
3.apr1400、klt-40s、华龙一号等先进技术均采用了将冷却器布置于高位水箱、利用水箱内储存水沸腾蒸发的方式排出堆芯衰变热非能动余热排出方案。该方案中，系统的有效运行时间取决于水箱内储存水装量，水装量越多，系统运行时间越长。一方面，沸腾蒸发方案无法实现无时限非能动余热排出；同时，随着水箱尺寸增大，水箱支撑结构的抗冲击、抗震设计难度也随之增大，所需的建设成本也逐渐增高。
4.此外，wwer有采用基于空气冷却的非能动余热排出设计方案，但由于衰变热释放的特点，在事故初期衰变热较高、随后快速下降。为了满足初期大负荷衰变热排出要求，仍需要设置大容量空冷器及空气流道，经济性不高。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种基于沸腾蒸发-空气对流耦合冷却的无时限非能动余热排出系统，实现无时限非能动余热排出。
6.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
7.一种无时限非能动余热排出系统，包括由蒸汽发生器、蒸汽管道隔离阀、非能动余热排出冷却器、以及凝水管道隔离阀件依次串联连接构成的冷却回路，冷却回路与蒸汽发生器的二次侧相连，非能动余热排出冷却器的外部设有应急冷却水箱；其特征在于：在应急冷却水箱上设有排气烟囱和进气通道，排气烟囱竖直布设，排气烟囱的顶部穿过应急冷却水箱的底部与外界连通，排气烟囱的底部设有开口与应急冷却水箱内部连通，进气通道设在水箱侧壁上；非能动余热排出冷却器置于排气烟囱的内部。
8.按上述技术方案，非能动余热排出冷却器、应急冷却水箱、以及排气烟囱的高度高于蒸汽发生器的蒸汽输出端的高度。
9.按上述技术方案，排气烟囱采用上窄下宽的风筒状结构。
10.按上述技术方案，排气烟囱悬空布置在应急冷却水箱中，且在排气烟囱下侧外壁上设有用于连通应急冷却水箱的百叶窗结构。
11.按上述技术方案，非能动余热排出冷却器的最低高度不高于百叶窗结构的高度。
12.按上述技术方案，进气通道布设在应急冷却水箱的侧壁顶部。
13.本发明具有以下有益效果：
14.本装置前期利用冷却水、后期利用空气对流进行导热，采用的高效紧凑式换热单
元可兼顾水冷及空冷两种模式，与事故发生过程中产生的衰变热的多少相适应，在初期产生大量衰变热时利用水冷快速导热，在后期产生衰变热较少时利用空冷持续导热，实现无时限余热导出。在有限的资源条件下，实现无时限非能动余热排出；基于负荷分配、资源均衡设计理念，相较于传统依靠水箱储存水沸腾蒸发或者空气对流冷却方案，占用总体资源较少、经济性高。
附图说明
15.图1是本发明提供实施例的结构示意图；
16.图中，1、蒸汽发生器；2、蒸汽管道隔离阀；3、非能动余热排出冷却器；4、凝水管道隔离阀件；5、应急冷却水箱；6、进气通道；7排气烟囱；8、蒸汽管道；9、百叶窗结构。
具体实施方式
17.下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
18.参照图1所示，本发明提供的一种无时限非能动余热排出系统，包括由蒸汽发生器1、蒸汽管道隔离阀2、非能动余热排出冷却器3、以及凝水管道隔离阀件4依次串联连接构成的冷却回路(各个部件通过蒸汽管道8相连)，冷却回路与蒸汽发生器的二次侧相连，非能动余热排出冷却器的外部设有应急冷却水箱5。在应急冷却水箱上设有排气烟囱7和进气通道6，排气烟囱竖直布设，排气烟囱的顶部穿过应急冷却水箱的底部与外界连通，排气烟囱的底部设有开口与应急冷却水箱内部连通，进气通道设在水箱侧壁上；非能动余热排出冷却器置于排气烟囱的内部，非能动余热排出冷却器加热沸腾产生的蒸汽及外部空气均可通过烟囱携带热量排出。
19.采用水箱内储存水沸腾蒸发与空气自然对流的耦合冷却技术途径，初始状态，在应急冷却水箱内注入冷却水。在事故发生初期产生大量的衰变热，经过非能动余热排出冷却器传递至排气烟囱内部的冷却水内，利用冷却水的沸腾蒸发(即冷却水的自然对流和池式沸腾)快速导出事故初期产生的大量衰变热。在事故发生中期产生较少的衰变热，非能动余热排出冷却器大部分暴露在空气中，此时利用冷却水的沸腾蒸发、以及通过排气烟囱和进气通道形成的空气对流对衰变热进行导热。在事故发生后期产生少量的衰变热，此时冷却水耗尽，在应急冷却水箱的冷却水蒸发完毕后，通过排气烟囱和进气通道形成的空气对流(即利用排气烟囱形成“烟囱效应”)，利用空气对流对事故后期产生的低衰变热进行导热，实现无时限余热导出。本装置前期利用冷却水、后期利用空气对流进行导热，采用的高效紧凑式换热单元可兼顾水冷及空冷两种模式，与事故发生过程中产生的衰变热的多少相适应，在初期产生大量衰变热时利用水冷快速导热，在后期产生衰变热较少时利用空冷持续导热，实现无时限余热导出。
20.进一步，非能动余热排出冷却器、应急冷却水箱、以及排气烟囱的高度高于蒸汽发生器的蒸汽输出端的高度，以利于建立自然循环。
21.进一步，排气烟囱采用上窄下宽的风筒状结构，在水箱液位下降到预定的高度时(即排气烟囱内部与应急冷却水箱内部连通)，可自动形成“烟囱效应”，提升系统的空气自然循环排热能力。
22.进一步，排气烟囱悬空布置在应急冷却水箱中，且在排气烟囱下侧外壁上设有用
于连通应急冷却水箱的百叶窗结构9。在排气烟囱内的冷却水位下降至百叶窗结构时，排气烟囱内部通过百叶窗结构与应急冷却水箱内部连通，从而形成“烟囱效应”，提升系统的空气自然循环排热能力。
23.进一步，非能动余热排出冷却器的最低高度不高于百叶窗结构的高度。
24.进一步，进气通道布设在应急冷却水箱的侧壁顶部。
25.本发明的工作原理：
26.在非能动余热排出系统启动后，需要冷却的蒸汽发生器二次侧蒸汽通过蒸汽管道进入非能动余热排出冷却器。在事故初期，由于释放的衰变热较大，依靠非能动余热排出冷却器与排气烟囱内冷却水的热交换，将冷却水加热至沸腾蒸发。冷却水沸腾产生的蒸汽通过排气烟囱排向大气环境，从而达到导热的作用。
27.随着应急冷却水箱内液位降低，排气烟囱下部侧壁上的百叶窗结构露出水线后，外部空气开始通过进气通道进入排气烟囱，在“烟囱效应”作用下，开始形成自然对流。
28.随着衰变热释放并不断加热，直至将应急冷却水箱内的冷却水蒸干，排气烟囱下部侧壁上的百叶窗结构及底部开口完全与应急冷却水箱内的空气联通。此时，外部大量空气开始通过应急冷却水箱侧壁上的进气通道进入烟囱，通过对流的空气与非能动余热排出冷却器之间的换热，将衰变热排向大气环境，实现无时限的非能动余热排出。
29.以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。