一體化高溫氣冷球床型核反應(yīng)堆發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及核電領(lǐng)域，具體涉及利用高溫氣冷核反應(yīng)堆在發(fā)電中的應(yīng)用，進(jìn)一步涉及一種一體化高溫氣冷球床型核反應(yīng)堆發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]核能是未來不可替代的能源之母，然而現(xiàn)有的傳統(tǒng)核能技術(shù)存在嚴(yán)重的設(shè)計觀念錯誤。不可避免的會造成各種嚴(yán)重核事故，盡管人們采取各種措施來補(bǔ)救，企圖避免發(fā)生核事故。但是由于設(shè)計理念未能從根本上突破現(xiàn)有的傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計固有缺陷的束縛，只是在錯誤的基礎(chǔ)上進(jìn)行修修補(bǔ)補(bǔ)的所謂改進(jìn)，不可能完全徹底的根除所有核事故隱患。必然還會存在發(fā)生核事故的隱患。
[0003]傳統(tǒng)核反應(yīng)堆的核燃料是由核燃料棒組件一次裝填到核反應(yīng)堆內(nèi)，然后封閉核反應(yīng)堆，啟動控制系統(tǒng)調(diào)控核反應(yīng)堆的控制棒，使核反應(yīng)堆芯中的核燃料在超臨界狀態(tài)，因中子相互碰撞激發(fā)，發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生熱能?，F(xiàn)在正在實(shí)驗(yàn)的第四代高溫氣冷球型核燃料核反應(yīng)堆和現(xiàn)已建成的第三代壓水堆，都是核反應(yīng)堆和蒸汽發(fā)生器分為體兩體結(jié)構(gòu)，如圖1所示，分體式核反應(yīng)堆23是設(shè)置在蒸汽發(fā)生器24的外面，之間通過第一回路換熱管8傳遞熱量，效率低、不安全、不環(huán)保，存在發(fā)生核事故的危險和放射性泄漏危險。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種一體化高溫氣冷球床型核反應(yīng)堆，為了徹底克服現(xiàn)有壓水堆型和分體高溫氣冷球形核燃料核反應(yīng)堆中存在的效率低、不安全、不環(huán)保等問題，存在發(fā)生核事故的危險和發(fā)生核泄漏的危險等缺點(diǎn)，提供的一種更安全、更環(huán)保、更高效的一體化高溫氣冷球床型核反應(yīng)堆發(fā)電系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]一體化高溫氣冷球床型核反應(yīng)堆發(fā)電系統(tǒng)，包括核反應(yīng)堆芯，所述核反應(yīng)堆芯的外側(cè)套裝設(shè)有核反應(yīng)堆中殼，所述核反應(yīng)堆中殼的上下兩端均連通第一換熱循環(huán)回路，所述第一換熱循環(huán)回路的外側(cè)套裝設(shè)有核反應(yīng)堆外殼，所述核反應(yīng)堆外殼頂部的蒸汽出氣口通過管道連接蒸汽發(fā)電機(jī)，所述蒸汽發(fā)電機(jī)的進(jìn)氣口處設(shè)有蒸汽閥門，所述蒸汽發(fā)電機(jī)的底部通過管道連接冷凝器，所述冷凝器的底部通過管道連接水泵，所述水泵通過管道連接所述核反應(yīng)堆外殼的底部進(jìn)液口，形成第二換熱作功循環(huán)回路，核反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量與第一換熱循環(huán)回路中的惰性氣體交換熱量，惰性氣體在第一換熱循環(huán)回路中循環(huán)移動，提高換熱效率，惰性氣體與核反應(yīng)堆外殼內(nèi)的純凈水交換熱量，將純凈水加熱蒸發(fā)出的水蒸氣從核反應(yīng)堆外殼頂部的蒸汽出氣口排出，進(jìn)入蒸汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，作功后水蒸氣從蒸汽發(fā)電機(jī)底部的管道進(jìn)入到冷凝器中，降溫形成冷凝水，最后通過水泵從核反應(yīng)堆外殼底部的進(jìn)液口進(jìn)入，回到核反應(yīng)堆外殼內(nèi)進(jìn)行下次循環(huán)。
[0007]進(jìn)一步的，所述核反應(yīng)堆包括核反應(yīng)堆內(nèi)殼，所述核反應(yīng)堆內(nèi)殼內(nèi)設(shè)有核反應(yīng)堆芯，所述核反應(yīng)堆內(nèi)殼的底部設(shè)有呈圓周狀均勻分布且插入所述核反應(yīng)堆新內(nèi)的核反應(yīng)控制棒，所述核反應(yīng)控制棒的底端連接設(shè)置在所述核反應(yīng)堆內(nèi)殼下方的核反應(yīng)控制器，所述核反應(yīng)堆內(nèi)殼的上下兩端通過管道分別連接核燃料儲料箱與核廢料箱，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)是將核燃料棒組件從核反應(yīng)堆外殼的頂部吊裝到核反應(yīng)堆內(nèi)，核燃料控制棒是從反應(yīng)堆頂部向下插入到核燃料棒組件內(nèi)，相對于這種結(jié)構(gòu)，本發(fā)明是用核燃料球，將核燃料控制棒從底部向上插入到反應(yīng)堆芯中，核燃料控制棒可以完全抽出，直到接觸到反應(yīng)堆芯的底部，從而使核燃料更加充分反應(yīng)。
[0008]進(jìn)一步的，所述核反應(yīng)內(nèi)殼的頂部與管道的連接處設(shè)有核燃料分配器，用于均勻分布核燃料球，防止核燃料球通過管道直接下降，堆在一個地方，從而造成堵塞和分布不均的問題。
[0009]進(jìn)一步的，第一熱循環(huán)系統(tǒng)包括套裝在所述核反應(yīng)堆外側(cè)的核反應(yīng)堆中殼，所述核反應(yīng)堆中殼的頂部連接多條第一回路換熱管，所述第一回路換熱管呈發(fā)散狀并向下延伸至所述核反應(yīng)堆中殼的下方，所述第一回路換熱管的下端連接循環(huán)氣泵，所述循環(huán)氣泵通過管道連接所述核反應(yīng)堆中殼的底端，形成第一回路氣體換熱循環(huán)。
[0010]進(jìn)一步的，所述蒸汽發(fā)電機(jī)包括蒸汽汽輪機(jī)與發(fā)電機(jī)，所述蒸汽汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過中心軸固定連接，蒸汽帶動蒸汽汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，該轉(zhuǎn)子通過中心軸帶動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)蒸汽發(fā)電。
[0011]進(jìn)一步的，所述冷凝器內(nèi)的第二回路換熱管與第三回路換熱管交換熱量后傳到空氣冷卻塔，所述空氣冷卻塔的第四回路換熱管連接市區(qū)供暖系統(tǒng)，從蒸汽發(fā)電機(jī)流出的水蒸氣進(jìn)入到冷凝器內(nèi)的第二回路換熱管，第二回路換熱管與第三回路換熱管交換熱量，形成冷凝水；在夏季空氣冷卻塔中的冷空氣吸收第三回路換熱管內(nèi)的熱量排放到空中，冬季第四回路換熱管將第三回路換熱管內(nèi)的熱量傳遞給市區(qū)供熱系統(tǒng)。
[0012]進(jìn)一步的，所述蒸汽出氣口處設(shè)有汽輪發(fā)電機(jī)組，所述汽輪發(fā)電機(jī)組與蒸汽出氣口之間裝有蒸汽控制閥門，在事故情況下，關(guān)閉主汽輪發(fā)電機(jī)閥門，當(dāng)其它備用電源因故障停止時，開啟蒸汽出氣口上的蒸汽控制閥門，將高壓蒸汽送到備用汽輪發(fā)電機(jī)組，無須其它輔助設(shè)備，直接起動備用汽輪發(fā)電機(jī)組，整個過程只需幾秒鐘就可實(shí)現(xiàn)正常供電，直到核反應(yīng)堆完全停堆冷卻為止，可大大提高核電站的安全性。
[0013]本發(fā)明將核反應(yīng)堆設(shè)置于第二換熱回路內(nèi)，第一換熱回路內(nèi)是采用氦氣作傳熱介質(zhì)，直接將熱能通過熱交換器加熱第二換熱回路內(nèi)的熱水，使之產(chǎn)生高壓蒸汽，該高壓蒸汽充滿核反應(yīng)堆二回路外殼內(nèi)，組成蒸汽發(fā)生器，該蒸汽發(fā)生器和核反應(yīng)堆芯是同心，嚴(yán)密包裹在核反應(yīng)堆芯的上下左右四周，所以蒸汽發(fā)生器的堅固外殼同時也是核反應(yīng)堆的外殼，這樣設(shè)計有以下好處:
[0014]1、核反應(yīng)堆芯完全由四周有蒸汽發(fā)生器中水的防護(hù)，可以大大降低核反應(yīng)堆芯的核輻射，再則，有堅固的蒸汽發(fā)生器金屬外殼保護(hù)，進(jìn)一步降低核輻射，把核輻射降到幾乎為零的最低水平，核反應(yīng)堆有堅固的蒸汽發(fā)生器外殼保護(hù)可以進(jìn)一步提高抗震能力，這是現(xiàn)有第三代核反應(yīng)堆和第四代其它核反應(yīng)堆無法企及的。
[0015]2、核反應(yīng)堆與換熱回路之間為全面積接觸，使之接觸面積最大，從而換熱效率最高，同時不會造成熱量的浪費(fèi)流失。
[0016]3、核反應(yīng)加熱的水蒸汽啟動蒸汽發(fā)電機(jī)發(fā)電，之后水蒸汽的余熱通過冷凝器吸收，輸送給市區(qū)供熱系統(tǒng)，進(jìn)一步提高熱能利用效率，節(jié)省能源避免浪費(fèi)。
[0017]4、在事故情況下，當(dāng)其它備用電源因故障停止時，開啟蒸汽出氣口上的蒸汽控制閥門13，將高壓蒸汽送到備用汽輪發(fā)電機(jī)組12，無須其它輔助設(shè)備，直接起動備用汽輪發(fā)電機(jī)組12，整個過程只需幾秒鐘就可實(shí)現(xiàn)正常供電，直到核反應(yīng)堆完全停堆冷卻為止，可大大提尚核電站的安全性。
[0018]5、本發(fā)明將控制棒從底部向上插入，使核燃料控制棒可以完全退出到核燃料球的底部，從而使核燃料充分反應(yīng)，提高核燃料的燃耗深度，進(jìn)一步提高核燃料利用效率。
[0019]6、球形核燃料具有穩(wěn)定的溫度特性，可以自動將核反應(yīng)堆的溫度穩(wěn)定在850°C至1000C，可以確保反應(yīng)堆不會因溫度失控