一种两回路间接循环式超临界水堆的制作方法

本发明涉及核电站领域，尤其涉及一种两回路间接循环式超临界水堆。

背景技术：

1、作为第四代核能国际论坛（gif）筛选出的最具发展潜力的六种先进核能系统之一，超临界水堆是唯一继承自水冷堆的四代堆技术路线。国内外典型超临界水堆采用类似于沸水堆的单回路直接循环式技术设计，堆芯进口冷却剂处于亚临界态，通过堆芯后加热至超临界态，一回路直接循环推动汽轮机，具有系统简化、热效率高等特点。但是冷却剂从堆芯入口至堆芯出口历经亚临界态向超临界态的跨临界区转变，堆芯进出口温差大（高达200℃），堆芯跨临界区冷却剂物性急剧变化（堆芯进出口冷却剂密度变化达到7倍以上）引起复杂的堆芯核特性、堆芯热工特性及堆芯核热强耦合效应，使得功率分布不均、温度分布不均、流动不稳定、反应堆功率难以控制，典型超临界水堆设计为了减小堆芯冷却剂温度不均匀性、提升堆芯流速以增强堆芯换热，多采用单回路堆芯冷却剂双流程甚至三流程等复杂的堆芯流动方案，使得组件及堆芯结构设计非常复杂，工程可实现性低。另一方面，典型超临界水堆单回路直接循环式技术设计，天然地缺少一回路压力边界这一道安全屏障，包括汽轮机在内的系统设备带放射性，放射性管理成本大、技术难度高。因此，非常有必要探索研究超临界水堆系统循环方式、堆芯冷却剂流动、燃料方案的简单可靠方法及其实现途径，提升超临界水堆的安全性、可靠性与工程化可实现性。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述问题，本发明提出了一种两回路间接循环式超临界水堆，能够提升超临界水堆的安全性。

2、具体地，本发明提出了一种两回路间接循环式超临界水堆，包括：

3、一回路系统，包括经由第一管路串联的压力容器、主换热器、主泵和稳压装置，所述压力容器内设有水堆，所述主泵用于驱动一回路冷却剂沿所述第一管路流动，使所述一回路冷却剂经由所述稳压装置进入所述压力容器的堆芯，并吸收所述堆芯产生的热量并进入所述主换热器；在所述一回路系统中所述一回路冷却剂运行在水的超临界态以上；

4、二回路系统，包括接入所述主换热器的第二管路，二回路工质运行于所述第二管路内，所述二回路工质与所述一回路冷却剂在所述主换热器内交换热量，所述二回路系统用于向所述第二管路连接的外部设备提供热能。

5、根据本发明的一个实施例，所述主换热器包括u形管束以及沿所述主换热器的轴线由内向外依次设置的中心管、第一圆筒、第二圆筒和外壳，所述中心管、第一圆筒、第二圆筒和外壳结构配合形成所述一回路冷却剂的流过换热通道，所述u形管束设置在所述中心管、第一圆筒和第二圆筒配合形成的结构空间中，所述二回路工质在所述u形管束中流动，与所述流过换热通道内的一回路冷却剂换热。

6、根据本发明的一个实施例，所述主换热器还包括设置在所述外壳下部的隔板，所述隔板使所述外壳形成位于所述隔板之上的上腔室和位于隔板下的下腔室，所述第一圆筒的底部位于所述下腔室，所述第一圆筒的顶部向上穿过所述隔板进入所述上腔室；所述第二圆筒设置在所述上腔室内且围绕所述第一圆筒的外围设置，所述第二圆筒的底部开口；

7、所述中心管的底部插入所述第一圆筒内，所述中心管的顶部向上穿出所述第二圆筒及外壳的顶部；

8、在所述外壳内壁和第二圆筒内壁之间形成所述一回路冷却剂的第一下降通道，在所述第一圆筒内壁与第二圆筒的外壁之间形成所述一回路冷却剂的第一上升通道，在所述第二圆筒内形成所述一回路冷却剂的第二下降通道，在所述中心管内形成所述一回路冷却剂的第二上升通道；所述第一下降通道、第一上升通道、第二下降通道和第二上升通道顺序连通。

9、根据本发明的一个实施例，所述u形管束的一端设置在所述下腔室内，所述u形管束向上穿过隔板进入所述第一圆筒内壁与第二圆筒的外壁之间，再向下穿过所述第一圆筒的顶部，在所述第一圆筒内向下穿过所述隔板并伸入到所述第一圆筒的底部；

10、所述二回路工质在所述u形管束中流动，与所述一回路冷却剂换热。

11、根据本发明的一个实施例，在所述外壳上部设有一回路入口，所述中心管顶部形成一回路出口，所述一回路冷却剂依次经过所述一回路入口、第一下降通道、第一上升通道、第二下降通道、第二上升通道和一回路出口，所述一回路冷却剂保持在水的超临界态；

12、所述第一圆筒底部通过连接管向下穿过所述外壳底部并形成二回路入口，在所述下腔室一侧的外壳管壁上设有二回路出口，所述二回路工质依次经过所述二回路入口、u形管束和二回路出口，所述二回路工质在进入所述二回路入口前为亚临界态，吸收所述一回路冷却剂热量后转变为超临界态。

13、根据本发明的一个实施例，所述压力容器包括上部封头、下部封头和圆柱筒体，所述圆柱筒体的顶端和底端分别密封连接所述上部封头和下部封头；

14、在所述圆柱筒体内设有吊篮，用于悬吊所述堆芯，所述吊篮和圆柱筒体内壁之间形成环形通道，在所述吊篮内形成所述堆芯的活性区；

15、在所述圆柱筒体上，且位于所述吊篮上方设有冷却剂入口和冷却剂出口，所述冷却剂入口和环形通道的顶部连通，所述环形通道的底部与所述活性区的底部连通，所述堆芯活性区的顶部与所述冷却剂出口连通。

16、根据本发明的一个实施例，所述下部封头为半圆球型封头，其内形成流量分配区，所述环形通道的底部与所述活性区的底部通过所述流量分配区连通；

17、所述一回路冷却剂依次经过所述冷却剂入口、环形通道、流量分配区，由下往上经过堆芯的活性区，从所述冷却剂出口排出。

18、根据本发明的一个实施例，所述堆芯包括方形格栅、方形燃料组件、增殖组件、控制组件和反射层，所述方形格栅的外围包裹所述反射层，在所述方形格栅内设置方形燃料组件以及增殖组件和控制组件。

19、根据本发明的一个实施例，基于所述堆芯的功率分布，所述方形燃料组件装入所述方形格栅的不同格栅内以形成所述堆芯的燃料分区。

20、根据本发明的一个实施例，所述方形燃料组件包括位于中心的仪表管及依照排列成阵列的多根燃料棒。

21、根据本发明的一个实施例，所述方形燃料组件包括位于中心的仪表管，以及依照排列成阵列的多根燃料棒、多根慢化棒和多根导向管。

22、根据本发明的一个实施例，所述慢化棒为固体慢化剂棒或轻水慢化剂水棒，所述导向管为可沿所述堆芯轴向移动的圆柱形控制棒。

23、本发明提供的一种两回路间接循环式超临界水堆，利用两回路间接循环，有效解决典型超临界水堆单回路直接循环设计引起的放射性管理困难的问题，提升超临界水堆的安全性。

24、应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。

技术特征：

1.一种两回路间接循环式超临界水堆，包括：

2.如权利要求1所述的两回路间接循环式超临界水堆，其特征在于，所述主换热器还包括设置在所述外壳下部的隔板，所述隔板使所述外壳形成位于所述隔板之上的上腔室和位于隔板下的下腔室，所述第一圆筒的底部位于所述下腔室，所述第一圆筒的顶部向上穿过所述隔板进入所述上腔室；所述第二圆筒设置在所述上腔室内且围绕所述第一圆筒的外围设置，所述第二圆筒的底部开口；

3.如权利要求2所述的两回路间接循环式超临界水堆，其特征在于，所述u形管束的一端设置在所述下腔室内，所述u形管束向上穿过隔板进入所述第一圆筒内壁与第二圆筒的外壁之间，再向下穿过所述第一圆筒的顶部，在所述第一圆筒内向下穿过所述隔板并伸入到所述第一圆筒的底部；

4.如权利要求3所述的两回路间接循环式超临界水堆，其特征在于，在所述外壳上部设有一回路入口，所述中心管顶部形成一回路出口，所述一回路冷却剂依次经过所述一回路入口、第一下降通道、第一上升通道、第二下降通道、第二上升通道和一回路出口，所述一回路冷却剂保持在水的超临界态；

5.如权利要求1所述的两回路间接循环式超临界水堆，其特征在于，所述压力容器包括上部封头、下部封头和圆柱筒体，所述圆柱筒体的顶端和底端分别密封连接所述上部封头和下部封头；

6.如权利要求5所述的两回路间接循环式超临界水堆，其特征在于，所述下部封头为半圆球型封头，其内形成流量分配区，所述环形通道的底部与所述活性区的底部通过所述流量分配区连通；

7.如权利要求6所述的两回路间接循环式超临界水堆，其特征在于，所述堆芯包括方形格栅、方形燃料组件、增殖组件、控制组件和反射层，所述方形格栅的外围包裹所述反射层，在所述方形格栅内设置方形燃料组件、增殖组件和控制组件。

8.如权利要求7所述的两回路间接循环式超临界水堆，其特征在于，基于所述堆芯的功率分布，所述方形燃料组件装入所述方形格栅的不同格栅内以形成所述堆芯的燃料分区。

9.如权利要求7所述的两回路间接循环式超临界水堆，其特征在于，所述方形燃料组件包括位于中心的仪表管及依照排列成阵列的多根燃料棒。

10.如权利要求7所述的两回路间接循环式超临界水堆，其特征在于，所述方形燃料组件包括位于中心的仪表管，以及依照排列成阵列的多根燃料棒、多根慢化棒和多根导向管。

11.如权利要求10所述的两回路间接循环式超临界水堆，其特征在于，所述慢化棒为固体慢化剂棒或轻水慢化剂水棒，所述导向管为可沿所述堆芯轴向移动的圆柱形控制棒。

技术总结
本发明涉及一种两回路间接循环式超临界水堆。该两回路间接循环式超临界水堆包括一回路系统，包括经由第一管路串联的压力容器、主换热器、主泵和稳压装置，压力容器内设有水堆，主泵用于驱动一回路冷却剂沿第一管路流动，使一回路冷却剂经由稳压装置进入水堆压力容器的堆芯，并吸收堆芯产生的热量并进入主换热器，在一回路系统中一回路冷却剂运行在水的超临界态以上；二回路系统，包括接入主换热器的第二管路，二回路工质运行于第二管路内，二回路工质与一回路冷却剂在主换热器内交换热量，二回路系统用于向第二管路连接的外部设备提供热能。本发明能够提升超临界水堆的运行稳定性和安全性。

技术研发人员：王煦嘉,汤春桃,陈其昌,雷云,陈康,刘婵云,翁娜,李玲
受保护的技术使用者：上海核工程研究设计院股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5