冷聚变世界科普：低温供热核反应堆技术介绍
2015-12-21 13:51:21   来源：中国核建   评论：0 点击：

　　一、技术特性

　　一体化壳式核供热堆（低温堆）技术，是在成熟的压水堆技术基础上发展起来的具有非能动安全特性的先进反应堆技术。低温堆在研发设计之初，即从原理上保证反应堆的安全运行，通过利用自然规律、非能动手段、非动力设施实现反应堆的安全控制。低温堆采用一体化布置、全功率自然循环冷却、自稳压、双层承压壳和三回路的设计方案，确保反应堆的安全运行，具体而言具有以下技术特点：

　　1. 具有低温、低压、低参数运行的特点，运行时的热工裕度比较大，相对高参数的反应堆，燃料元件运行温度低，破损概率小，安全性更好。

　　2. 采用一体化布置，把主换热器等设备内置在压力容器内，省去了传统压水堆的主管道。采用自稳压设计，省去了容易发生故障的稳压器。以上设计大大简化了系统，提高了反应堆的安全性；对于任何设计基准事故，不需要操作员干预，大大降低误操作的可能性。
 

一体化布置示意图

　　3. 采用全功率自然循环冷却。堆芯水受热后产生密度差，形成冷却剂的自然循环。冷却剂的流动不需要主泵等外在动力的驱动，堆芯冷却完全依靠最基本的物理规律。同时核供热站最重要的安全系统－余热排出系统也是采用自然循环方式，因此，即使丧失外电源，也可以长期维持反应堆堆芯的可靠冷却。

自然循环示意图

　　4. 通过热辐射和热传导即可排除余热，不需要设置外部动力设施，就可以实现非能动的安全控制。

　　5. 采用水力驱动控制棒和重力注硼。当控制棒驱动力意外中断时，能够实现重力落棒。仅依靠重力作用即可实现硼酸的注射。为安全停堆提供双重可靠手段。

多重停堆手段示意图

　　6. 采用双层承压壳紧贴式设计，在各种工况下保持堆芯淹没在水中，有效避免失水事故的发生。

　　7. 采用三回路设计。在堆芯一回路和用户三回路之间设置中间隔离二回路，形成放射性实体隔离，而且二回路压力高于一回路，有效防止堆内放射性的释放。

三回路工艺图

　　8. 由于一体化壳式核供热堆具有上述固有安全特征，因此，不需考虑堆芯熔化的严重事故，在任何工况下，不需要采取厂外撤离、隐蔽等应急措施。

　　二、应用领域

　　针对不同的用途，目前已经开发了NHR200-Ⅰ型和NHR200-Ⅱ型两种型号的核供热堆。NHR200-Ⅰ型供热堆主要用于用于城市供热、热法海水淡化工艺，NHR200-Ⅱ型供热堆主要用于工业蒸汽、热膜混合海水淡化工艺。两种型号主要区别是三个回路的运行参数和三回路提供的产品不同。NHR200-Ⅰ型核供热堆三回路产生的是0.25MPa、130℃的高温水或饱和蒸汽。NHR200-Ⅱ型核供热堆三回路产生的是1.6MPa、201℃的饱和蒸汽。

　　NHR200-Ⅰ型用于城市集中供热，单堆供热面积400～500万m2 ，供热半径20公里左右（一级管网）。NHR200-Ⅱ型用于工业蒸汽供应，单堆工业蒸汽供应能力300t/h，供汽半径8公里左右（一级管网）。采用NHR200-Ⅱ型进行热膜混合法海水淡化，可提供30万m3/d左右的淡化水。

　　三、环境特性

　　低温堆技术是名副其实的“零排放”能源技术。应用该技术一方面能够减少碳的消耗，一方面能够减少碳的排放。它的减排效果如下表所示：
 

200MW低温堆与化石燃料锅炉房排放物比较（年均）

　　不难看出，低温堆供热除了能够实现有害物质、温室气体的“零排放”以外，运输资源的占用也是微乎其微的，甚至向环境释放的放射性也大大低于燃煤供热。

　　四、经济特性

　　核供热与燃烧型供热的投资和成本有本质区别。核供热的投资和成本是完全价格，包括了项目建设、废物储存和处理、乏燃料处理和项目退役的全部费用。燃烧型供热的投资和成本是不完全价格，需要社会另外支付环境成本。

　　在能源短缺地区，核供热技术与化石燃料供热技术相比具有以下竞争优势：

　　1. 生产工业蒸汽的成本低于燃煤热电厂，或与之持平。与燃油和燃气热电厂相比具有明显优势；

　　2. 在不考虑环境效益的条件下，与燃煤城市供热、海水淡化相比，成本基本持平，与燃油、燃气城市供热和海水淡化相比具有明显优势；

　　3. 在考虑环境效益的情况下，与燃煤城市供热、海水淡化相比，具有明显的竞争优势。