一种高温气冷堆的冷却方法与流程

1.本发明涉及高温气冷堆冷却技术领域，尤其涉及一种高温气冷堆的冷却方法。


背景技术：

2.高温气冷堆作为国内第一座具备第四代核电特征的新型核电厂，较其他核电项目最显著的特征为使用具备氦气作为其热交换的主体，而这也是首次在核电领域如此大规模的使用高纯度氦气。
3.氦气作为高温气冷堆的冷却剂使用是高温气冷堆冷却的关键步骤发挥重要的作用，且因为高温气冷堆运行特性，对于水分含量要求高于现有纯氦生产标准(gb/t 4844)，且低纯度的氦气水分含量无法满足高温气冷堆使用特性。现有氦气生产标准，低纯度的氦气水分含量无法满足高温气冷堆使用特性，而满足水分要求的高纯度的氦气价格较低纯度氦气高出近20％，因此如何提供一种高温气冷堆的冷却方法在大幅度降低高温气冷堆的冷却成本。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
5.为此，本发明的目的在于提出一种高温气冷堆的冷却方法，利用的冷却气体相较于对纯氦气，其杂质组份要求明显下降，降低了高温气冷堆冷却的成本，而且冷却气体在相较于纯氦气水分含量有所提高可更好的满足高温气冷堆使用特性，利用本发明实施例中的冷却气体对高温气冷堆进行冷却后，可成功实现顺利并网发电。
6.为达到上述目的，根据本发明提出了一种高温气冷堆的冷却方法，其中使用包含以下各项或由以下各项组成的气体混合物作为冷却气体：以所述冷却气体总体积为100％(v/v)，其中冷却气体包括体积分数等于或大于99.995％(v/v)的氦气、体积分数小于0.003％(v/v)的氢气、体积分数小于0.003％(v/v)的co、体积分数小于0.0006％(v/v)的co2和体积分数小于0.0002％(v/v)的h2o。
7.在一些实施例中，以所述冷却气体总体积为100％(v/v)，其中冷却气体包括体积分数等于或大于99.995％(v/v)的氦气、体积分数不超过0.002％(v/v)的氢气、体积分数不超过0.002％(v/v)的co、体积分数不超过0.0005％(v/v)的co2和体积分数不超过0.0002％(v/v)的h2o。
8.在一些实施例中，以所述冷却气体总体积为100％(v/v)，其中冷却气体包括体积分数为99.995％(v/v)的氦气、体积分数为0.002％(v/v)的氢气、体积分数为0.002％(v/v)的co、体积分数为0.0005％(v/v)的co2、体积分数为0.0002％(v/v)的h2o和其他混合物。
9.在一些实施例中，以所述冷却气体总体积为100％(v/v)，其中所述其他混合物包括体积分数小于0.0002％(v/v)的氧、氩混合气以及体积分数小于0.0003％(v/v)的ch4和杂质。
10.在一些实施例中，以所述冷却气体总体积为100％(v/v)，以所述冷却气体总体积
为100％(v/v)，其中所述其他混合物包括体积分数小于0.0002％(v/v)的n2和杂质。
11.在一些实施例中，以所述冷却气体总体积为100％(v/v)，以所述冷却气体总体积为100％(v/v)，其中所述冷却气体包括体积分数小于0.005％(v/v)的杂质。
12.在一些实施例中，所述冷却气体在风机驱动下流经所述高温气冷堆的活性区，且冷却气体的温度提升后对蒸汽发生器换热管中的二回路水加热后再经过所述风机回到所述活性区。
13.在一些实施例中，所述冷却气体通过气冷方式对所述高温气冷堆冷却，且所述高温气冷堆在任何压力值下均无物质三态的转化。
14.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
15.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
16.图1是本发明实施例提出的高温气冷堆的冷却方法流程图。
具体实施方式
17.为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照实施例，对本发明进一步详细说明。显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他技术方案，都属于本发明保护的范围。
18.本发明的目的在于提出一种高温气冷堆的冷却方法，利用的冷却气体相较于对纯氦气，其杂质组份要求明显下降，降低了高温气冷堆冷却的成本，而且冷却气体在相较于纯氦气水分含量有所提高可更好的满足高温气冷堆使用特性，利用本发明实施例中的冷却气体对高温气冷堆进行冷却后，可成功实现顺利并网发电，且随着高温气冷堆的商业化推广，本发明实施例中的冷却方法具有巨大的应用推广价值。
19.为达到上述目的，本发明的目的在于提出一种高温气冷堆的冷却方法，利用的冷却气体相较于对纯氦气，其杂质组份要求明显下降，降低了高温气冷堆冷却的成本，而且冷却气体在相较于纯氦气水分含量有所提高可更好的满足高温气冷堆使用特性，利用本发明实施例中的冷却气体对高温气冷堆进行冷却后，可成功实现顺利并网发电。
20.为达到上述目的，根据本发明提出了一种高温气冷堆的冷却方法，其中使用包含以下各项或由以下各项组成的气体混合物作为冷却气体：以冷却气体总体积为100％(v/v)，其中冷却气体包括体积分数等于或大于99.995％(v/v)的氦气、体积分数小于0.003％(v/v)的氢气、体积分数小于0.003％(v/v)的co、体积分数小于0.0006％(v/v)的co2和体积分数小于0.0002％(v/v)的h2o。
21.具体的，本发明中的使用包含以下各项或由以下各项组成的气体混合物作为冷却气体，其中以冷却气体总体积为100％(v/v)，其中冷却气体包括体积分数等于或大于99.995％(v/v)的氦气、体积分数小于0.003％(v/v)的氢气、体积分数小于0.003％(v/v)的co、体积分数小于0.0006％(v/v)的co2和体积分数小于0.0002％(v/v)的h2o；优选的以所述
冷却气体总体积为100％(v/v)，其中冷却气体包括体积分数等于或大于99.995％(v/v)的氦气、体积分数不超过0.002％(v/v)的氢气、体积分数不超过0.002％(v/v)的co、体积分数不超过0.0005％(v/v)的co2和体积分数不超过0.0002％(v/v)的h2o；更优选地冷却气体包含以下各项或由以下各项组成：以冷却气体总体积为100％(v/v)，其中冷却气体包括体积分数为99.995％(v/v)的氦气、体积分数为0.002％(v/v)的氢气、体积分数为0.002％(v/v)的co、体积分数为0.0005％(v/v)的co2、体积分数为0.0002％(v/v)的h2o和其他混合物。
22.优选地，其他混合物可以由氧气、氮气和氩气组成。杂质可以含有其他组分，像氖气、n2o、no、或其混合物。
23.在一些实施例中，以冷却气体总体积为100％(v/v)，其中所述其他混合物包括体积分数小于0.0002％(v/v)的氧、氩混合气以及体积分数小于0.0003％(v/v)的ch4和杂质。
24.具体的，本实施例中的其他混合物包括体积分数小于0.0002％(v/v)的氧、氩混合气，可理解的氧、氩混合气的体积分数为0％、0.00005％、0.0001％、0.00015％、小于0.0002％以及其范围内的任意值(不包括0.0002％)；同理示例性的体积分数小于0.0003％(v/v)的ch4可理解为ch4的体积分数为0％、0.0001％、0.0002％、小于0.0003％及其范围内的任意值(不包括0.0003％)。
25.在一些实施例中，以冷却气体总体积为100％(v/v)，其中所述其他混合物包括体积分数小于0.0002％(v/v)的n2和杂质。示例性的，本实施例中的其他混合物包括体积分数小于0.0002％(v/v)的n2，可理解的n2的体积分数为0％、0.00005％、0.0001％、0.00015％、小于0.0002％以及其范围内的任意值(不包括0.0002％)。
26.在一些实施例中，以冷却气体总体积为100％(v/v)，其中冷却气体还包括体积分数等于或小于0.005％(v/v)的杂质。示例性的杂质的体积分数为0％、0.001％、0.002％、0.003％、0.005％以及其范围内的任意值。
27.其通过将所设定量的氦气、氢气、co、co2、h2o和其他混合物凝缩或压制在压力瓶中可以容易地制备本发明实施例中的冷却气体。
28.在一些实施例中如图1所示，冷却气体在风机驱动下流经高温气冷堆的活性区，且冷却气体的温度提升后对蒸汽发生器换热管中的二回路水加热后再经过风机回到活性区。
29.具体的，对冷却气体内的氦气体积分数进行确认，保证以冷却气体总体积为100％(v/v)，其中冷却气体包括体积分数等于或大于99.995％(v/v)的氦气，冷却气体在氦风机驱动下流经高温气冷堆的活性区，冷却气体通过气冷方式与高温气冷堆发生热交换，保证冷却气体与高温气冷堆热交换的稳定性和可靠性，待冷却气体的温度提升至750℃后流出，流出后的冷却气体进入蒸汽发生器，并与蒸汽发生器换热管中的二回路水换热，此时冷却气体温度降至250℃，而二回路水升温至后产生蒸汽并推动汽轮机做功；冷却气体则继续在主氦风机驱动下进入高温气冷堆的活性区，每次冷却时间均在毫米单位内完成冷却，循环往复。
30.其中本实施例冷却气体通过气冷方式与高温气冷堆发生热交换，对高温气冷堆进行堆芯冷却和传导，充分利用高温气冷堆以氦气为主的冷却气体没有物质三态的转化的特点，即，无论高温气冷堆的堆内压力值高低，均不存在液相气相之间相互转化的情况，从而有限避免传统压水堆泡核沸腾造成压力突增的风险。因此本发明实施例通过确定高温气冷堆用氦气的纯度以及其他组份含量设置不同的生产要求，实现降低了高温气冷堆冷却的成
本的目的，且提高高温气冷堆运行的安全系数。
31.此外冷却后的冷却气体，在所有工况下均经过物理吸附、变温吸附净化，不存在直接向大气环境直接排放放射性氦气的工况，从而大幅提升高温气冷堆运行期间的固有安全性。
32.实施例1
33.以下，举出实施例及对比例来对本技术的实施方式进行更具体地说明。各种的试验及评价按照下述的方法进行。另外，只要无特别说明“％”为体积基准。
34.《冷却气体的制备》
35.以所述冷却气体总体积为100％(v/v)，其中冷却气体包括体积分数为99.995％(v/v)的氦气、体积分数为0.002％(v/v)的氢气、体积分数为0.002％(v/v)的co、体积分数为0.0005％(v/v)的co2、体积分数为0.0002％(v/v)的h2o和体积分数为0.0001％(v/v)的n2。
36.《利用冷却气体对高温气冷堆冷却的方法》
37.对冷却气体内的氦气体积分数进行确认，保证以冷却气体总体积为100％(v/v)，其中冷却气体包括体积分数等于99.995％(v/v)的氦气，冷却气体在氦风机驱动下流经高温气冷堆的活性区，冷却气体通过气冷方式与高温气冷堆发生热交换，待冷却气体的温度提升至750℃后流出，流出后的冷却气体进入蒸汽发生器，并与蒸汽发生器换热管中的二回路水换热，此时冷却气体温度降至250℃后则继续在主氦风机驱动下进入高温气冷堆的活性区，循环往复。
38.其中实施例2-实施例8中通过调整冷却气体中各组分以及各组分的含量，具体如表1所示，其他技术特征与实施例相同不再赘述。
39.表1：不同实施例中的冷却气体
[0040][0041]
分别利用实施例2-实施例7中的冷却气体对高温气冷堆冷却；同时利用现有的纯氦气作为对照，发现实施例2-实施例7中的冷却气体与纯氦气对高温气冷堆冷却效果相同。因此可利用本发明中的氦气代替现有的纯氦气对高温气冷堆冷却。
[0042]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0043]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。