一种核电厂厂房内气载氚浓度降低系统的制作方法

文档序号:14475843阅读:296来源:国知局
一种核电厂厂房内气载氚浓度降低系统的制作方法

本发明属于辐射防护技术领域,具体涉及一种核电厂厂房内气载氚浓度降低系统。



背景技术:

氚(3h/t)是一种纯β射线的发射体,半衰期为12.35年,发射β射线的最大能量为18.6kev,平均能量为5.7kev。压水堆核电厂中通过核燃料的三分裂变,可燃毒物棒中硼的活化,以及主冷却剂中硼、锂和氘流经堆芯时被活化等,都可以产生氚。联合国原子辐射影响科学委员会(unscear)2000年的报告指出,截至1997年全球所有核电站和燃料后处理厂向大气释放的氚总量为2.96×1017bq,全世界日益增长的核电站的氚排放已经成为环境氚的主要人为来源。核设施排放的气态氚中主要包含hto/t2o、ht,还可能有氚化甲烷(ch3t),其中氚气(ht)可以通过氧化与同位素交换反应转变为氚化水蒸汽(hto/t2o)。由于hto/t2o比ht和ch3t具有更强的生物活性和辐射危害,因此氚化水是核工业排放中最受关注的氚化合物。

我国《核动力厂环境辐射防护规定》(gb6249-2011)规定了核动力厂气载氚流出物的排放控制值:3000mw热功率的反应堆,轻水堆为1.5×1013bq/a,重水堆为4.5×1014bq/a。实用新型专利“一种除氚净化装置”

(申请号:201420740542)公开了一种在氚系统中氚浓度超标时快速处理含氚气体的除氚净化装置,但是该系统较复杂、成本较高、不便维修,不适用于核电厂厂房降低氚的浓度;手套箱小型除氚器等设备主要事故性释放氚的紧急包容,其贵金属催化剂成本过高。调研压水堆的运行经验表明,

氚主要以液态氚化水的形式存在,气液两相的分配比主要与主冷却剂向反应堆厂房和辅助厂房的泄漏率相关。氚以氚化水蒸汽的形式,通过气态排放的主要途径有:安全壳、辅助厂房等各类通风系统,及气体废物处理系统。气体废物处理系统收集并处理废气,对于压水堆核电厂,通过该系统处理的气体废物主要来自卸压箱、疏排水箱、容控箱、硼回暂存箱、脱气塔等。气体经过气体冷却器形成冷凝湿气,送往汽水分离器,收集到的冷凝液送往液体废物处理系统。因此,从气体废物处理系统排放到环境的气态氚可忽略不计。由此可见,核电厂的气态氚排放主要来自于各类通风系统,在通风系统中安装氚化水除湿装置(用于去除氚化水蒸气),是一种有效的降低环境氚排放量的方式。

传统的常规除湿原理上大致可以分为四种:冷却至露点凝结分离、压缩分压饱和分离、液体吸湿剂除湿、固体吸附剂除湿等。此外,还有一些新兴的气体干燥技术,如热泵除湿、热点冷凝除湿、电化除湿等。

但是常规的除湿装置无法用于降低核电厂厂房内的气载氚浓度。如:

1)常规除湿器主要用于降低室内空气的湿度,吸入室内潮湿空气,除湿后的“再生气体”一般会再返回室内,并且这样处理后的“再生气体”仍然含有氚,因此无法起到降低核电厂厂房内气载氚浓度的作用。

2)常规除湿器的除湿剂再生时,蒸发湿气最终排放至外环境,但是因为核电厂厂房内的除湿废水是含放射性的废水,不能直接排放至外环境中。

3)核电厂厂房中的含氚废气有多种,常规除湿器无法针对所有含氚废气起作用。



技术实现要素:

针对目前常规的除湿装置的不足本发明的目的是提供一中系统,通过氚水除湿,降低核电厂厂房环境中的氚化水蒸汽含量,从而降低厂房内的气载氚浓度。

为达到以上目的,本发明公开了一种核电厂厂房内气载氚浓度降低系统,用于去除待处理气体中的氚化水蒸汽,所述待处理气体为核电厂厂房内部及其通风系统内的气体,包括设置在机箱内的氚水除湿装置、氚水收集装置,所述通风系统内的所述待处理气体进入所述机箱内,所述氚水除湿装置将所述待处理气体中的所述氚化水蒸汽转化为氚水,所述氚水收集装置将所述氚水收集,所述待处理气体去除所述氚化水蒸汽后作为再生气体从所述机箱中排出。

进一步,所述氚水除湿装置包括加热器、氚水收集腔、除湿轮,所述除湿轮被隔板分割为若干个扇区,用于所述氚化水蒸汽的吸附操作;所述氚水收集腔、加热器的造型与所述扇区相适应,并相对应地设置在所述除湿轮的两侧构成再生区,所述除湿轮能够绕位于自身轴心的转轴转动,随着所述除湿轮的转动,各个所述扇区能够依次进入所述再生区将所述扇区上吸附的所述氚化水蒸汽转化为所述氚水并收集。

进一步,所述扇区上设有除湿膜,所述除湿膜为分散于石墨烯表面的干燥剂纳米颗粒,所述除湿膜为蜂巢网状或褶皱样,所述除湿膜用于吸附所述待处理气体中的所述氚化水蒸汽。

更进一步,所述干燥剂至少包括氯化锂、硅胶、沸石分子筛、活性氧化铝。

进一步,所述加热器用于向所述再生区吹入热风,使得所述再生区内的所述扇区上的所述除湿膜所吸附的所述氚化水蒸汽被加热释放并吹向所述氚水收集腔,实现所述除湿膜的再生操作。

进一步,所述氚水收集腔用于将所述再生区中被释放的所述氚化水蒸汽冷凝为氚水并进行收集;所述氚水收集腔通过冷水循环泵提供的冷却水进行冷却进而实现所述再生区中被释放的所述氚化水蒸汽的冷凝操作,所述氚水收集腔的弧度采用最速降线设计,便于经冷凝得到的所述氚水在重力作用下汇集,所述氚水收集腔的内壁涂抹防水涂料;所述冷水循环泵设置在所述机箱内。

进一步,所述氚水收集装置包括通过导流管与所述氚水收集腔的底部相连的废液存储罐,所述导流管与所述氚水收集腔之间通过漏斗连接,所述漏斗内能够设置过滤网,在所述导流管上还设有止逆阀,所述废液存储罐设有液位计,所述废液存储罐能够更换。

进一步,还包括设置在所述除湿轮前方的氧化膜,所述氧化膜用于将所述待处理气体中的氚气氧化为氚水,氧化后得到的所述氚水以氚化水蒸汽的形式随所述待处理气体通过所述除湿轮,以便所述除湿轮进行吸附,实现对所述待处理气体中的所述氚气进行去除;所述氧化膜的成分为金属氧化物,至少包括mno2+ag,所述氧化膜为蜂巢网状或褶皱样。

更进一步,所述除湿轮为两个,两个所述除湿轮同轴,且共用一个所述再生区。

进一步,还包括设置在所述机箱内的电机和控制器,所述电机用于带动所述除湿轮转动,所述控制器用于控制所述除湿轮运转、所述加热器的制热、所述冷水循环泵的工作,实现对所述吸附操作、再生操作、冷凝操作的控制;所述机箱上还设有进气口、出气口,所述进气口用于所述核电厂厂房的通风系统内的所述待处理气体进入所述机箱,所述出气口用于将所述再生气体从所述机箱中排出。

本发明的有益效果在于:

1.本发明所提供的核电厂厂房内气载氚浓度降低系统的结构紧凑,可以独立使用用于核电厂厂房内降低气载氚浓度,也可结合核电厂厂房的通风系统使用。该系统能动部件少,维修简单,有利于减少工作人员的职业照射。

2.本发明所提供的核电厂厂房内气载氚浓度降低系统的目的是通过氚水除湿,降低核电厂厂房内的环境中的氚化水蒸汽含量,从而降低核电厂厂房内的气载氚浓度,除湿后的“再生气体”经辐射监测后排放到外环境。

3.除了氚水除湿装置之外,可以增加氧化步骤,待处理气体通过进气口进入机箱,首先通过一层金属氧化物构成的氧化膜,将其中的氚气氧化为氚水,再以氚化水蒸气的形式随待处理气体进入氚水除湿装置并通过氚水除湿装置中的除湿膜进行氚水除湿(吸附操作+再生操作+冷凝操作),进一步的降低气载氚的浓度,提高了系统的除氚率。氧化膜与除湿膜隔离的设计,可以防止氧化膜上的金属氧化物(例如mno2+ag)混合在除湿膜的干燥剂中因加热再生引起其他副反应降低金属氧化物(例如mno2+ag)或干燥剂效率。

4.氚水除湿装置的每个扇区均处于除湿、再生交替进行状态,可以持续工作除氚,效率较高。除湿区与再生区的面积比可根据需求进行设定,最佳范围为3:1-5:1。

5.本发明所提供的核电厂厂房内气载氚浓度降低系统设计有氚水收集装置,收集并妥善存储含氚废水,最终转送至放射性液体废物处理系统,再生区的氚水收集腔的内壁可以用循环冷却水冷却,再生过程产生的高温氚水蒸汽遇温度较低的氚水收集腔内壁而迅速冷凝。氚水收集腔内部采用防水涂层,防止氚水残留。氚水收集腔弧度采用最速降线设计,有效提高氚水收集效率。冷凝得到的氚水在重力作用下汇集,经漏斗过滤,通过装有止逆阀的导流管收集在废液存储罐中暂存。废液存储罐配备液位仪,指示废液水位。

6.氚水除湿装置中的除湿膜为蜂巢状或褶皱样,除湿膜为分散于石墨烯表面的干燥剂纳米颗粒(如氯化锂、硅胶、沸石分子筛、活性氧化铝等)。石墨烯可以充分增加除湿膜比表面积,提高氚水除湿效率。同时,由于石墨烯具有良好的导热特性,再生过程可以在干燥剂内部形成有效的传导热源,提高再生效率;转换为吸湿过程时也可以迅速降温,提高干燥剂的吸湿效率。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中所述机箱的结构示意图;

图2是本发明具体实施方式中所述的除湿装置、氚水收集装置的示意图;

图3是本发明具体实施方式中所述的除湿装置、氧化膜的关系示意图;图中:1-机箱,2-待处理气体进气口,3-再生气体出气口,4-电机,5-控制器,6-冷水循环泵,7-隔扇,8-隔板,9-转轴,10-加热器,11-氚水收集腔,12-漏斗,13-止逆阀,14-导流管,15-废液存储罐,16-液位仪,17-氧化膜,18-除湿轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

本发明提供的一种核电厂厂房内气载氚浓度降低系统,用于去除核电厂厂房的通风系统内的待处理气体(待处理气体就是核电厂厂房内的气体以及核电厂厂房的通风系统内的气体)中的氚化水蒸汽,包括机箱1(见图1)、氚水除湿装置、氚水收集装置,其中,氚水除湿装置、氚水收集装置设置在机箱1内。核电厂厂房的通风系统内的待处理气体进入机箱1内,氚水除湿装置将待处理气体中的氚化水蒸汽转化为氚水,氚水收集装置将氚水收集,待处理气体去除氚化水蒸汽后作为再生气体从机箱1中排出。

如图2所示,氚水除湿装置包括加热器10、氚水收集腔11、除湿轮18,除湿轮18被隔板8分割为若干个扇区(均匀分割,扇区数量优选的是4至6个),用于氚化水蒸汽的吸附操作;氚水收集腔11、加热器10的造型与扇区相适应,并相对应地设置在除湿轮18的两侧构成再生区,除湿轮18能够绕位于自身轴心的转轴9转动,随着除湿轮18的转动,各个扇区能够依次进入氚水收集腔11、加热器10之间的再生区,将扇区上吸附的氚化水蒸汽转化为氚水并收集,实现再生,再生后的扇区能够再次进行吸附操作,不处于再生区内的其他扇区则作为除湿区。这样,随着除湿轮18的转动,每个扇区都重复吸附(除湿)、再生过程。以图2中的扇区分割为例,共有4个扇区,其中的三个为除湿区,一个处于再生区,除湿区与再生区的面积比为1:3。

扇区上设有除湿膜,除湿膜为分散于石墨烯表面的干燥剂纳米颗粒,除湿膜为蜂巢网状或褶皱样,除湿膜用于吸附待处理气体中的氚化水蒸汽。干燥剂包括氯化锂、硅胶、沸石分子筛、活性氧化铝等等。

加热器10用于向再生区吹入热风,使得再生区内的扇区上的除湿膜所吸附的氚化水蒸汽被加热进而从除湿膜上被释放并被吹向氚水收集腔11,实现除湿膜的再生操作。

氚水收集腔11用于将再生区中被释放的氚化水蒸汽冷凝为氚水并进行收集;氚水收集腔11通过冷水循环泵6提供的冷却水进行冷却进而实现再生区中被释放的氚化水蒸汽的冷凝操作,所述冷凝是指氚化水蒸汽在低温的氚水收集腔11内壁遇冷后冷凝为氚水附着在氚水收集腔11内壁上。氚水收集腔11的弧度采用最速降线设计,便于经冷凝得到的氚水在重力作用下汇集,氚水收集腔11的内壁涂抹防水涂料;冷水循环泵6设置在机箱1内。

如图3所示,氚水收集装置包括漏斗12、止逆阀13、导流管14、废液存储罐15。其中废液存储罐15通过导流管14与氚水收集腔11的底部相连,导流管14与氚水收集腔11之间通过漏斗12连接,漏斗12内能够设置过滤网,止逆阀13设置在导流管14上,废液存储罐15设有液位计16,废液存储罐15能够更换。

为了进一步去除待处理气体中的氚气(ht)等其他含氚废气,还设置了氧化膜17。氧化膜17设置在除湿轮18前方(待处理气体首先通过氧化膜17然后才进入除湿轮18),氧化膜17用于将待处理气体中的氚气氧化为氚水,氧化后得到的氚水以氚化水蒸汽的形式随待处理气体通过除湿轮18,以便除湿轮18进行吸附,从而实现对待处理气体中的氚气进行去除;氧化膜17的成分为金属氧化物,在本发明中,金属氧化物的种类至少包括mno2+ag,氧化膜为蜂巢网状或褶皱样。

如图1所示,还包括电机4和控制器5,电机4和控制器5设置在机箱1内,电机4用于带动除湿轮18转动,控制器5用于控制除湿轮18运转、加热器10的制热、冷水循环泵6的工作,从而实现对吸附操作、再生操作、冷凝操作的控制;机箱1上还设有进气口2、出气口3,进气口2用于核电厂厂房的通风系统内的待处理气体进入机箱1,出气口3用于将再生气体从机箱1中排出。

由于再生气体经过辐射监测后直接排入外环境,为了提高除氚效率,更好的去除氚化水蒸汽,在本发明中,能够设置两个除湿轮18(扇区的分割及位置均一致),这两个除湿轮18同轴排列,且共用一个再生区。

本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例,本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式,同样属于本发明的技术创新范围。

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