水处理系统PPT课件

1、冷却剂水质恶化的原因及后果冷却剂水质恶化的原因及后果回路结构材料的腐蚀回路结构材料的腐蚀 大型压水堆主回路系统每天大型压水堆主回路系统每天可产生数十克腐蚀产物可产生数十克腐蚀产物, 腐蚀产物的积累不仅会恶腐蚀产物的积累不仅会恶化传热条件化传热条件, 提高冷却剂及设备表面的辐射剂量提高冷却剂及设备表面的辐射剂量, 甚至有可能造成堆芯燃料组件局部流道阻塞甚至有可能造成堆芯燃料组件局部流道阻塞.裂变产物从元件中逸出裂变产物从元件中逸出 使冷却剂的放射性水平大使冷却剂的放射性水平大大提高大提高, 对核电站的运行维护以及环境保护都十分对核电站的运行维护以及环境保护都十分不利不利.中子反应的影响中子反应的

2、影响 例如例如10B (n,)反应可生成反应可生成7Li , 7Li能逐渐改变冷却剂的能逐渐改变冷却剂的pH值值.第1页/共50页1 冷却剂循环净化系统冷却剂循环净化系统系统功能系统功能减少反应堆冷却剂中裂变产物和腐蚀产物杂质的减少反应堆冷却剂中裂变产物和腐蚀产物杂质的数量数量, 使主系统的放射性在允许水平使主系统的放射性在允许水平.保持冷却剂内合适的腐蚀抑制剂的浓度保持冷却剂内合适的腐蚀抑制剂的浓度(pH值值), 减少冷却剂对设备和管系的腐蚀减少冷却剂对设备和管系的腐蚀.调节冷却剂中硼浓度调节冷却剂中硼浓度, 控制堆芯反应性控制堆芯反应性.系统工艺系统工艺在化学和容积控制系统中在化学和容积控

3、制系统中, 由反应堆高压回路引出由反应堆高压回路引出的一股下泄流的一股下泄流, 经再生和下泄热交换器冷却并降压经再生和下泄热交换器冷却并降压后后, 顺次通过前置过滤器、混合离子交换器和后过顺次通过前置过滤器、混合离子交换器和后过滤器滤器, 经喷嘴雾化后喷入容积控制箱经喷嘴雾化后喷入容积控制箱, 而后再经泵而后再经泵加压通过再生热交换器的被加热侧升温补入主回路加压通过再生热交换器的被加热侧升温补入主回路.第2页/共50页第3页/共50页第4页/共50页第5页/共50页前置过滤器去除冷却剂中悬浮腐蚀产物颗粒前置过滤器去除冷却剂中悬浮腐蚀产物颗粒;离子交换器去除可溶性裂变产物和腐蚀产物离子交换器去除

4、可溶性裂变产物和腐蚀产物;系统中设有并联的除锂离子交换器和除硼的离子交系统中设有并联的除锂离子交换器和除硼的离子交换器换器, 分别用于去除冷却剂中超限值的锂离子和硼分别用于去除冷却剂中超限值的锂离子和硼酸离子酸离子.后过滤器的作用后过滤器的作用是防止细碎树脂漏入主回路是防止细碎树脂漏入主回路;在在容积控制箱中将净化流雾化容积控制箱中将净化流雾化的目的在于除去部分的目的在于除去部分裂变气体。裂变气体。一般净化流量为主回路流量的一般净化流量为主回路流量的0.05-0.1, 对一座对一座百万千瓦级的压水堆来说百万千瓦级的压水堆来说, 约在约在10-20吨吨/小时左小时左右右, 可使所有的冷却剂能在一

5、天内得到一到两次净可使所有的冷却剂能在一天内得到一到两次净化化.第6页/共50页系统组成及其各部性能系统组成及其各部性能前置过滤器前置过滤器前置过滤器置于锂前置过滤器置于锂-硼型混合树脂床之前的机械过硼型混合树脂床之前的机械过滤器滤器, 具有截获不溶性腐蚀产物和放射性物质的功具有截获不溶性腐蚀产物和放射性物质的功能能. 在水处理中常采用在水处理中常采用高温过滤器高温过滤器或或电磁过滤器电磁过滤器.高温过滤器高温过滤器 用于高温过滤的设备是由抗腐蚀的惰用于高温过滤的设备是由抗腐蚀的惰性陶瓷材料所构成性陶瓷材料所构成, 它们可有效地除去它们可有效地除去0.5微米微米的的悬浮物质点悬浮物质点, 水冷

6、反应堆开发早期阶段水冷反应堆开发早期阶段, 采用多层采用多层不锈钢网过滤器不锈钢网过滤器.第7页/共50页目前采用高温磁性过滤器目前采用高温磁性过滤器. 其特点是利用反应堆一其特点是利用反应堆一、二回路系统冷却剂中的腐蚀产物、二回路系统冷却剂中的腐蚀产物85%以上是磁以上是磁性的性的Fe3O4或含有或含有Co, Ni, Cr的的Fe3-xCOxO4固态悬固态悬浮物浮物. 磁性过滤曾用过永久性磁铁磁性过滤曾用过永久性磁铁. 但永久性磁铁的但永久性磁铁的磁性会随着冷却剂温度的升高不断下降磁性会随着冷却剂温度的升高不断下降. 近年来对近年来对永久性磁铁的材料进行了很大改进以减少温度的影永久性磁铁的材

7、料进行了很大改进以减少温度的影响响. 但也有采用电磁过滤器但也有采用电磁过滤器. 内装直径为内装直径为6毫米铁素毫米铁素体钢小球体钢小球. 在直流电场下在直流电场下, 小钢球均成为小磁性体小钢球均成为小磁性体.试验结果表明试验结果表明: 试验中如含有试验中如含有Fe3O4等悬浮物固体等悬浮物固体, 尺寸小于尺寸小于0.2微米微米, 浓度浓度40 g/kg, 以以30cm/sec流流速流经过滤器速流经过滤器, 过滤效率通常是过滤效率通常是97%, 有时高达有时高达99.5%, 如浓度为如浓度为25 g/kg, 过滤效率下降到过滤效率下降到72%.第8页/共50页低温过滤器低温过滤器 目前广泛应用

8、于压水反应堆处理系统目前广泛应用于压水反应堆处理系统的是低温的是低温(1, 即即RLiRH, 表示离子表示离子交换剂对交换剂对Li+的结合力大于的结合力大于H+;若若K=1, 即即RLiRH, 表示离子交换剂对表示离子交换剂对H+和和Li+的结合力相同的结合力相同;若若K1, 即即RLiRH, 表示离子交换剂对表示离子交换剂对Li+的的结合力小于结合力小于H+.第13页/共50页选择系数选择系数KLiH约等于约等于0.8. 若溶液中有硼酸存在若溶液中有硼酸存在, 则则因因pH值的变化将使反应向左移动值的变化将使反应向左移动. 但是但是, 当溶液硼当溶液硼浓度超过浓度超过800ppm时时, 它对

9、它对pH值的影响已不显著值的影响已不显著, 树脂上的锂的释放也基本趋于稳定树脂上的锂的释放也基本趋于稳定. 所以所以, 冷却剂中冷却剂中硼酸的存在对于除锂树脂性能影响并不大硼酸的存在对于除锂树脂性能影响并不大. 而且而且, 树树脂对锂的交换容量也不受溶液锂浓度的影响脂对锂的交换容量也不受溶液锂浓度的影响.除硼离子交换器除硼离子交换器功用功用: 采用采用OH-型阴离子交换器去除冷却剂中硼酸型阴离子交换器去除冷却剂中硼酸.随着反应堆的运行随着反应堆的运行, 燃料的过剩反应性逐渐下降燃料的过剩反应性逐渐下降, 冷冷却剂中的硼也应随之逐渐稀释却剂中的硼也应随之逐渐稀释. 在换料周期的前半在换料周期的前

10、半段时间段时间, 当冷却剂中硼浓度较高时当冷却剂中硼浓度较高时, 用注入清水的方用注入清水的方法使之稀释法使之稀释. 而在后半段时间而在后半段时间, 当硼酸浓度已较低时当硼酸浓度已较低时(小于小于l00ppm), 充水稀释将引起大量的冷却剂排充水稀释将引起大量的冷却剂排放放.此时此时, 启用启用OH-型除硼离子交换器以去除冷却剂型除硼离子交换器以去除冷却剂中的硼酸中的硼酸, 更为经济合理更为经济合理.第14页/共50页为什么在冷却剂中硼浓度较高时不用树脂除硼为什么在冷却剂中硼浓度较高时不用树脂除硼?在较高的硼浓度下树脂极易饱和在较高的硼浓度下树脂极易饱和, 再生树脂将产生再生树脂将产生大量难以

11、处理的放射性再生废水大量难以处理的放射性再生废水. 如果将一次饱和如果将一次饱和了的树脂当作固体废物抛弃了的树脂当作固体废物抛弃, 树脂的消耗量太大树脂的消耗量太大.树脂不论是再生或者是直接抛弃树脂不论是再生或者是直接抛弃, 吸附的硼酸都不吸附的硼酸都不能回收使用能回收使用, 这将造成每年数十吨的硼酸消耗这将造成每年数十吨的硼酸消耗.第15页/共50页秦山核电 化容系统里的水净化装置第16页/共50页容积控制箱容积控制箱功能：功能：承担反应堆从冷态到热态零功率启动过程承担反应堆从冷态到热态零功率启动过程中的最大温升速率和从热态零功率到冷停堆过程中的最大温升速率和从热态零功率到冷停堆过程中的最大

12、降温速率所中的最大降温速率所引起的水容积的变化引起的水容积的变化.变功率运行时变功率运行时, 承担负荷线性变化最大速率为承担负荷线性变化最大速率为5%满功率满功率/分的约分的约40%的水容积变化的水容积变化.当下泄流被雾化喷入容积控制箱上部空间时当下泄流被雾化喷入容积控制箱上部空间时, 其余其余部分裂变气体即会通过液滴表面扩散而出部分裂变气体即会通过液滴表面扩散而出, 借此而借此而被除去被除去. 短半衰期的裂变气体在容积控制箱滞留过短半衰期的裂变气体在容积控制箱滞留过程中很快衰变了程中很快衰变了; 而对长期半衰期的核素而对长期半衰期的核素(如如85 Kr),喷雾除气的效果被气体重新溶解抵消了许

13、多喷雾除气的效果被气体重新溶解抵消了许多, 因此因此,喷雾除气对长半衰期裂变气体不明显喷雾除气对长半衰期裂变气体不明显.第17页/共50页2 反应堆排水处理与硼回收反应堆排水处理与硼回收系统系统2.1 反应堆排水的来源反应堆排水的来源反应堆的停闭和启动反应堆的停闭和启动停堆时停堆时, 特别是冷停堆时特别是冷停堆时, 一定要使冷却剂硼浓度一定要使冷却剂硼浓度维持较高值维持较高值, 以保证足够的反应性抑制量以保证足够的反应性抑制量, 而在堆而在堆启动时启动时, 则要将冷却剂硼浓度降低到临界所需数值则要将冷却剂硼浓度降低到临界所需数值.反应堆的停闭和启动反应堆的停闭和启动, 要求用改变硼浓度的方法来

14、要求用改变硼浓度的方法来补偿反应性变化补偿反应性变化:补偿多普勒效应引起的反应性变化补偿多普勒效应引起的反应性变化;补偿冷却剂补偿冷却剂(慢化剂慢化剂)温度效应引起的反应性变化温度效应引起的反应性变化;补偿中子吸收截面很高的裂变产物补偿中子吸收截面很高的裂变产物135Xe和和149Sm引起的反应性变化引起的反应性变化;由维持足够的停堆深度到堆启动所需反应性变化由维持足够的停堆深度到堆启动所需反应性变化;第18页/共50页一般来说一般来说, 一个大型压水堆的冷停堆和启动要求冷一个大型压水堆的冷停堆和启动要求冷却剂中溶解硼的反应性控制量在百分之几到百分却剂中溶解硼的反应性控制量在百分之几到百分之十

15、几之间之十几之间, 相应的硼浓度变化量为相应的硼浓度变化量为300-500mg/L.即在停堆时需要将冷却剂硼浓度提高即在停堆时需要将冷却剂硼浓度提高300-500mg/L 而在启动时而在启动时, 将硼浓度降低相应将硼浓度降低相应值值(减硼减硼).通常用注入浓硼酸或清水的方法来加硼或减硼通常用注入浓硼酸或清水的方法来加硼或减硼, 则则向堆中注入多少量的浓硼酸溶液或清水向堆中注入多少量的浓硼酸溶液或清水, 相应地需相应地需要由堆中排出相同数量的冷却剂要由堆中排出相同数量的冷却剂. 充水和排水并不充水和排水并不是简单的容积置换是简单的容积置换, 而是一种注入而是一种注入-混合混合-排放过程排放过程.

16、由于主回路冷却剂循环量每小时达由于主回路冷却剂循环量每小时达10万吨万吨, 大大大大超过注水流量超过注水流量, 可以认为注入的水迅速与整个回路可以认为注入的水迅速与整个回路混匀混匀, 排出的已是混匀了的冷却剂排出的已是混匀了的冷却剂.第19页/共50页如果以如果以C0表示注入溶液的硼浓度表示注入溶液的硼浓度, C1表示冷却剂表示冷却剂中的初始硼浓度中的初始硼浓度, C2表示需要达到的硼浓度表示需要达到的硼浓度, 可导可导出如下关系式出如下关系式:V-需要注入的清水或浓硼酸量需要注入的清水或浓硼酸量; V0-主回路总水量主回路总水量, 米米3.停堆时，由于停堆时，由于C0远远大于远远大于C1和和

17、C2, 故注水量故注水量(就相就相当于排放量当于排放量)很小很小. 在启动时注入的清水在启动时注入的清水(C0=0)量量就大得多就大得多, 并且并且C1/C2的值越大的值越大, 需要充入和排出需要充入和排出的水量越大的水量越大.第20页/共50页例如：例如：设设V0=200米米3, 冷却剂运行时的硼浓度为冷却剂运行时的硼浓度为800mg/L, 停堆所需的硼浓度增值为停堆所需的硼浓度增值为400mg/L, 则停堆一次需注入则停堆一次需注入C0=7000mg/L的浓硼酸约为的浓硼酸约为14米米3, 而启动时需而启动时需注入清水注入清水80米米3.当冷却剂运行硼浓度为当冷却剂运行硼浓度为100mg/

18、L, 停堆所需的硼停堆所需的硼浓度增值为浓度增值为300mg/L时时, 冷停堆一次需要充入的冷停堆一次需要充入的浓硼酸和清水分别约为浓硼酸和清水分别约为6米米3和和280米米3.这说明了为什么在冷却剂硼浓度较低时这说明了为什么在冷却剂硼浓度较低时, 用充水法用充水法稀释将引起大量的堆水排放稀释将引起大量的堆水排放.此外此外, 反应堆启动升温时反应堆启动升温时, 由于水体积的膨胀由于水体积的膨胀, 也也引起部分冷却剂的排放引起部分冷却剂的排放, 但其量很小但其量很小.第21页/共50页补后备反应性的降低补后备反应性的降低随着反应堆的运行随着反应堆的运行, 后备反应性逐渐降低后备反应性逐渐降低,

19、需要不需要不断降低冷却剂硼浓度断降低冷却剂硼浓度. 在换料周期的前期在换料周期的前期, 当冷却当冷却剂硼浓度较高时剂硼浓度较高时, 需要降低冷却剂硼浓度必须采取需要降低冷却剂硼浓度必须采取排出部分冷却剂注入同体积的纯水来实现排出部分冷却剂注入同体积的纯水来实现, 从而引从而引起冷却剂的排放起冷却剂的排放.反应堆负荷变化反应堆负荷变化对负荷跟踪电站对负荷跟踪电站, 运行负荷随电网用电要求改变运行负荷随电网用电要求改变, 在用电高峰时满功率甚至超功率发电在用电高峰时满功率甚至超功率发电, 在用电低谷在用电低谷时低功率甚至停止发电时低功率甚至停止发电. 现代压水堆电站的功率变现代压水堆电站的功率变化

20、也用调节冷却剂的硼浓度来实现化也用调节冷却剂的硼浓度来实现, 因而引起相应因而引起相应的排水的排水, 如果功率变化很频繁如果功率变化很频繁, 由此引起的排水量由此引起的排水量是很可观的是很可观的.第22页/共50页反应堆换料或检修排水反应堆换料或检修排水在反应堆换料或检修后在反应堆换料或检修后, 都需要排出一定量的水都需要排出一定量的水. 显然其排水量与停堆检修的次数有关显然其排水量与停堆检修的次数有关.主回路系统的泄压、引漏主回路系统的泄压、引漏主回路超压时主回路超压时, 稳压器泄压阀开启稳压器泄压阀开启, 将蒸汽排入泄将蒸汽排入泄压箱压箱, 并为箱中积水冷凝、吸收并为箱中积水冷凝、吸收,

21、最后排入堆排水最后排入堆排水贮槽贮槽. 由于辐射安全和环境保护的考虑由于辐射安全和环境保护的考虑, 主回路压主回路压力法兰以及泵阀的密封处都设有引漏装置力法兰以及泵阀的密封处都设有引漏装置, 以收集以收集泄漏出来的冷却剂并送往堆排水贮槽泄漏出来的冷却剂并送往堆排水贮槽.可见可见, 负荷跟踪引起的排水量是很大的负荷跟踪引起的排水量是很大的, 而基本负而基本负荷电站的排水量的就要少得多荷电站的排水量的就要少得多.第23页/共50页第24页/共50页由堆中排出的冷却剂有很强的放射性由堆中排出的冷却剂有很强的放射性, 未经严格处未经严格处理是绝对不能向环境排放的理是绝对不能向环境排放的. 经过处理的冷

22、却剂经过处理的冷却剂,完全可以满足堆补给水的要求完全可以满足堆补给水的要求. 将堆排水处理后重将堆排水处理后重新补回堆内新补回堆内, 既减少了对环境的污染既减少了对环境的污染, 又可使排出又可使排出的水复用的水复用, 节省水资源节省水资源.出于冷却剂硼浓度控制的要求出于冷却剂硼浓度控制的要求, 必须使复用补水的必须使复用补水的硼含量降低到允许程度硼含量降低到允许程度. 因此因此, 堆排水系统除了处堆排水系统除了处理之外理之外, 还有一个硼水分离任务还有一个硼水分离任务, 即生产合格的堆即生产合格的堆补给水和浓硼酸补给水和浓硼酸. 再生硼酸的浓度应符合堆浓硼酸再生硼酸的浓度应符合堆浓硼酸贮存要求

23、贮存要求, 有的取有的取4%, 有的取有的取12%, 主要考虑到主要考虑到硼酸水溶液的结晶温度硼酸水溶液的结晶温度. 4硼酸的结晶温度为硼酸的结晶温度为15,一般无需进行特殊加热保温一般无需进行特殊加热保温, 但设备容量要但设备容量要大些大些. 12%硼酸的结晶温度为硼酸的结晶温度为50, 为避免硼酸为避免硼酸结晶结晶, 需将所有的管道及设备的温度保持在需将所有的管道及设备的温度保持在50以上以上, 虽然比较麻烦虽然比较麻烦, 但设备容积相对可以小些但设备容积相对可以小些.第25页/共50页如年处理量为如年处理量为17200米米3的堆排水的堆排水, 平均硼浓度平均硼浓度700mg/L(相应的硼

24、酸浓度为相应的硼酸浓度为4200mg/L), 每年每年可回收硼酸可回收硼酸72吨吨. 通常把这个系统称为通常把这个系统称为硼回收系硼回收系统统.堆的排水是间歇式堆的排水是间歇式, 所以硼回收系统的运行也必然所以硼回收系统的运行也必然是间歇式的是间歇式的. 系统的时间负荷因子一般取系统的时间负荷因子一般取30-50%,即系统仅有即系统仅有1/3或或1/2的时间运行的时间运行. 在堆排在堆排水量和系统运行时间负荷因子确定以后水量和系统运行时间负荷因子确定以后, 系统的处系统的处理能力亦随之而定理能力亦随之而定. 一个一个100万千瓦负荷跟踪电站万千瓦负荷跟踪电站的硼回收系统的处理能力一般在的硼回收

25、系统的处理能力一般在6-8吨吨/小时小时, 基基本负荷电站则要小些本负荷电站则要小些.第26页/共50页2.2 硼的回收系统硼的回收系统硼回收系统的功能硼回收系统的功能为堆排水提供足够的贮存容量；为堆排水提供足够的贮存容量；去除堆排水中的放射性物质及其它杂质；去除堆排水中的放射性物质及其它杂质；为堆的运行再生补给水和浓硼酸为堆的运行再生补给水和浓硼酸.硼回收系统组成与各部功能硼回收系统组成与各部功能堆排水堆排水贮存和贮存和输送单输送单元元净化单净化单元元硼水分硼水分离单元离单元第27页/共50页第28页/共50页堆排水贮存和输送单元堆排水贮存和输送单元包括堆排水贮槽和相应的泵组包括堆排水贮槽和

26、相应的泵组. 为保证反应堆排水为保证反应堆排水顺畅顺畅, 并为本系统的运行保留足够的机动能力并为本系统的运行保留足够的机动能力, 通通常堆排水贮槽的容量取一回路冷却剂总体积的常堆排水贮槽的容量取一回路冷却剂总体积的2.5倍以上倍以上. 这样的容量能够容纳任何条件下连续两次这样的容量能够容纳任何条件下连续两次停堆启动的排水停堆启动的排水.较大的贮存能力同时也可提供堆排水较长的放射较大的贮存能力同时也可提供堆排水较长的放射性衰变时间性衰变时间, 对于去除短半衰期核素很有效对于去除短半衰期核素很有效. 贮槽贮槽采用氮封采用氮封, 防止冷却剂中逸出的氢气和空气相混引防止冷却剂中逸出的氢气和空气相混引起

27、爆炸的可能性起爆炸的可能性.第29页/共50页净化单元净化单元组成组成: 由由过滤器、离子交换器和脱气器过滤器、离子交换器和脱气器构成构成, 分别分别去除堆排水中的不溶性颗粒杂质、可溶性离子杂去除堆排水中的不溶性颗粒杂质、可溶性离子杂质以及溶解气体质以及溶解气体.净化净化: 本系统的原料水大部分己经冷却剂循环净本系统的原料水大部分己经冷却剂循环净化系统混合床离子交换器处理化系统混合床离子交换器处理, 所以一般仅仅设置所以一般仅仅设置一组一组H+型阳树脂床型阳树脂床, 用以去除用以去除Cs, Mo, Y等循环净等循环净化系统不易除去的核素以及化系统不易除去的核素以及pH添加剂的阳离子添加剂的阳离

28、子(Li+, K+, NH4+). 树脂床后过滤器是用以防止破树脂床后过滤器是用以防止破碎树脂流出的碎树脂流出的. 为提高净化效果有的增设混合离子为提高净化效果有的增设混合离子交换器交换器.除气除气: 在冷却剂放射性组份中在冷却剂放射性组份中, 裂变气体占裂变气体占90以以上上, 为使净化水的比放显著降低为使净化水的比放显著降低, 就必须相当彻底就必须相当彻底地除去这些气体地除去这些气体, 因为即使将因为即使将90裂变气体除去裂变气体除去,其剩余比放仍然等于其它核素的比放之和其剩余比放仍然等于其它核素的比放之和. 所以所以, 除气效率必须达到除气效率必须达到103以上才能符合要求以上才能符合要

29、求.第30页/共50页一般采用一般采用热力除气方法以达到深度除气热力除气方法以达到深度除气的目的的目的. 水水流先经预热流先经预热, 雾化喷入脱气器雾化喷入脱气器, 使大部分气体由水使大部分气体由水中释出中释出. 随后使水流通过填料表面随后使水流通过填料表面, 与本系统蒸发与本系统蒸发器产生的二次蒸汽逆流接触器产生的二次蒸汽逆流接触, 蒸汽将水中剩余的气蒸汽将水中剩余的气体带出体带出, 进入脱气冷凝器进入脱气冷凝器, 把蒸汽冷凝下来把蒸汽冷凝下来, 使不使不凝性气体进入废气系统凝性气体进入废气系统.在原料水贮存期间在原料水贮存期间, 水中包含的氢和部分裂变气体水中包含的氢和部分裂变气体逐渐释放

30、到氮封气体中逐渐释放到氮封气体中, 而氮气则溶解于水中而氮气则溶解于水中, 并并逐渐达到平衡逐渐达到平衡. 当堆排水送去脱气时当堆排水送去脱气时, 主要的溶解主要的溶解气体是氮气气体是氮气. 在常温常压下在常温常压下, 氮气在水中的溶解度氮气在水中的溶解度为为10-15毫升毫升(标准状态标准状态)/升水升水, 脱气器的设计以脱气器的设计以此为基础此为基础. 除尽水中的不凝性气体除尽水中的不凝性气体, 利于其后的蒸利于其后的蒸发器、冷凝器的运行发器、冷凝器的运行, 因为二次蒸汽中只要含有少因为二次蒸汽中只要含有少量的不凝性气体量的不凝性气体, 即会显著降低冷凝器的传热系数即会显著降低冷凝器的传热

31、系数.第31页/共50页硼水分离单元硼水分离单元组成：组成：硼水分离是通过硼水分离是通过蒸发蒸发来实现的来实现的. 本单元由本单元由蒸发器、雾沫去除器、吸收塔、冷凝器以及冷却蒸发器、雾沫去除器、吸收塔、冷凝器以及冷却器构成器构成.流程：流程：绝大部分堆排水在蒸发器中被转为二次蒸绝大部分堆排水在蒸发器中被转为二次蒸汽汽, 经雾沫去除器除去夹带的雾沫经雾沫去除器除去夹带的雾沫, 以及经吸收塔以及经吸收塔除去挥发硼后除去挥发硼后, 在冷凝器中凝结下来在冷凝器中凝结下来, 再经过冷却再经过冷却器冷却器冷却, 检测合格后送堆补给水箱贮存检测合格后送堆补给水箱贮存. 蒸发器釜蒸发器釜底溶液浓缩到一定程度后

32、底溶液浓缩到一定程度后, 经冷却过滤送往浓硼酸经冷却过滤送往浓硼酸贮槽贮槽.蒸发的目的在于硼、水分离蒸发的目的在于硼、水分离. 蒸发后有两种产物蒸发后有两种产物:二次蒸汽冷凝液和浓硼酸二次蒸汽冷凝液和浓硼酸, 最后都被重新补入回路最后都被重新补入回路第32页/共50页蒸发对去除冷却剂中的放射性无效蒸发对去除冷却剂中的放射性无效. 硼回收系统对硼回收系统对堆排水放射性的去除仅堆排水放射性的去除仅借助于净化单元的过滤、借助于净化单元的过滤、离子交换和脱气来完成离子交换和脱气来完成. 这就是为什么硼回收系统这就是为什么硼回收系统与废液处理系统的工艺流程不同与废液处理系统的工艺流程不同, 并把离子交换

33、放并把离子交换放在蒸发之前的道理在蒸发之前的道理.既然蒸发以硼水分离为主要目的既然蒸发以硼水分离为主要目的, 那么就希望二次那么就希望二次蒸汽中挥发硼的含量越少越好蒸汽中挥发硼的含量越少越好, 所以蒸发单元除了所以蒸发单元除了一般的雾沫去除器之外一般的雾沫去除器之外, 还要加一个吸收塔以淋洗还要加一个吸收塔以淋洗吸收挥发硼吸收挥发硼. 这样处理后的二次蒸汽冷凝液的硼浓这样处理后的二次蒸汽冷凝液的硼浓度实际上降低到难以检测的水平度实际上降低到难以检测的水平. 必要时必要时, 可以借可以借助于一组附加的阴离子交换器或混合离子交换器助于一组附加的阴离子交换器或混合离子交换器,进一步去除凝结水中的残余

34、硼进一步去除凝结水中的残余硼, 即净化冷凝液即净化冷凝液.第33页/共50页硼回收蒸发器也可作为废液蒸发器使用硼回收蒸发器也可作为废液蒸发器使用. 事实上事实上,为了控制为了控制冷却剂的氚浓度冷却剂的氚浓度, 每年都要排掉数百吨蒸发冷凝液每年都要排掉数百吨蒸发冷凝液, 有时也有时也要排掉部分不合格的浓硼酸要排掉部分不合格的浓硼酸, 蒸发器起了废液处理的作用蒸发器起了废液处理的作用, 必要时可以替换使用必要时可以替换使用.回收硼回收硼 硼酸的热再生硼酸的热再生存在的问题：存在的问题：用硼酸进行反应性补偿控制的压水堆用硼酸进行反应性补偿控制的压水堆, 经常要循环往复地经常要循环往复地“加硼加硼”

35、或或“减硼减硼”, 冷却剂循环冷却剂循环净化系统和硼回收系统对硼酸的处理都有缺陷净化系统和硼回收系统对硼酸的处理都有缺陷. 除硼除硼离子交换器低温下很易除去水中的硼离子交换器低温下很易除去水中的硼, 但被吸附了的但被吸附了的硼很难回收使用硼很难回收使用; 如用清水将树脂上的硼洗下来如用清水将树脂上的硼洗下来, 得到得到的硼酸溶液浓度太低的硼酸溶液浓度太低; 如用碱溶液再生树脂如用碱溶液再生树脂, 则从再生则从再生液中提取硼又是一个难题液中提取硼又是一个难题. 实际上实际上, 硼酸一旦被吸附在硼酸一旦被吸附在硼床上即成了废物硼床上即成了废物.蒸发法回收硼是有效的蒸发法回收硼是有效的, 但成本很但

36、成本很高高, 特别是在排水硼浓度很低时特别是在排水硼浓度很低时, 蒸发大量的清水仅能蒸发大量的清水仅能回收数量很少的硼酸回收数量很少的硼酸.第34页/共50页解决办法：解决办法：从强碱型树脂对硼酸吸附的研究中发从强碱型树脂对硼酸吸附的研究中发现现, 树脂对硼酸的吸附有一个明显的特点树脂对硼酸的吸附有一个明显的特点: 吸附容吸附容量随温度而变量随温度而变, 在低温下的吸附容量高于高温下的在低温下的吸附容量高于高温下的吸附容量吸附容量. 由此引出这样的设想由此引出这样的设想: 用调节除硼离子用调节除硼离子交换器工作温度的办法来改变冷却剂的硼含量交换器工作温度的办法来改变冷却剂的硼含量. 在在需要需

37、要“减硼减硼”时时, 降低循环净化流的温度降低循环净化流的温度, 使其通使其通过阴树脂床过阴树脂床, 这时硼被吸附这时硼被吸附, 水液中的硼浓度降低水液中的硼浓度降低；在需要；在需要“加硼加硼”时时, 则提高水流的温度则提高水流的温度, 使其通使其通过同一个阴树脂床过同一个阴树脂床, 这时硼由树脂上解吸下来这时硼由树脂上解吸下来, 水水流中的硼浓度提高流中的硼浓度提高. 这种这种用改变通过离子交换器水用改变通过离子交换器水流温度来调节硼浓度的方法流温度来调节硼浓度的方法, 叫硼酸的热再生法叫硼酸的热再生法.第35页/共50页第36页/共50页下泄流经过循环净化系统净化之后下泄流经过循环净化系统

38、净化之后, 进入硼进入硼热再生系统热再生系统, 水流温度在水流温度在50左右左右. 如果冷如果冷却剂要却剂要“减硼减硼”,打开阀门打开阀门1, 水流经冷却器水流经冷却器降温降温, 由由上向下上向下通过热再生阴离子交换器通过热再生阴离子交换器(硼热再生器硼热再生器), 其中部分硼被吸附其中部分硼被吸附.相反相反, 如如果冷却剂需要果冷却剂需要“加硼加硼”, 关闭阀门关闭阀门1, 开启阀开启阀门门2, 温度为温度为50的水流的水流由下至上由下至上将硼热再将硼热再生器的部分硼洗下来生器的部分硼洗下来, 水流最后经容积控制水流最后经容积控制箱重新补回堆中箱重新补回堆中. 贮槽贮槽1, 2及阀门及阀门3

39、, 4可机可机动用动用.第37页/共50页实际上实际上, 因温度变化引起的树脂对硼酸的吸附容量因温度变化引起的树脂对硼酸的吸附容量的变化量有限的变化量有限, 如果冷却剂调硼全都采用硼热再生如果冷却剂调硼全都采用硼热再生法法, 则需设置很庞大的树脂床则需设置很庞大的树脂床, 给堆的设计带来许给堆的设计带来许多不便多不便, 经济上也不合算经济上也不合算. 比如比如, 为使为使34m3的冷却的冷却剂硼浓度发生剂硼浓度发生100mg/L变化变化, 需硼热再生树脂需硼热再生树脂8.5m3. 此外此外, 硼热再生法硼热再生法只适用于调节冷却剂硼只适用于调节冷却剂硼浓度的缓慢变化浓度的缓慢变化. 因此硼热再

40、生法不能完全替代充因此硼热再生法不能完全替代充水或充浓硼酸的调硼方法水或充浓硼酸的调硼方法.第38页/共50页合理的方法：合理的方法：采用采用充水与硼热再生综合调硼法充水与硼热再生综合调硼法. 在在换料周期的前期仍沿用充水调硼方法换料周期的前期仍沿用充水调硼方法, 此时充水法此时充水法有效有效, 且排水不多且排水不多. 在换料周期的后期在换料周期的后期, 启用硼热再启用硼热再生装置生装置. 用硼热再生调节负荷跟踪电站的负荷变化用硼热再生调节负荷跟踪电站的负荷变化是比较理想的是比较理想的. 西屋公司压水堆的标准设计已采用西屋公司压水堆的标准设计已采用硼热再生系统硼热再生系统, 该系统包括该系统包

41、括3个热交换器和个热交换器和4个容积个容积为为6.5米米3的硼热再生树脂床的硼热再生树脂床, 主要用来调节负荷跟主要用来调节负荷跟踪要求冷却剂硼浓度变化踪要求冷却剂硼浓度变化.第39页/共50页3 放射性废水处理放射性废水处理系统系统放射性废水概况与处理原则放射性废水概况与处理原则放射性废水的来源放射性废水的来源: 在运行和检修过程中在运行和检修过程中, 一回路一回路各个系统不可避免地会产生相当数量的放射性废水各个系统不可避免地会产生相当数量的放射性废水,如放射性设备排放水如放射性设备排放水, 泵、阀门的泄漏水泵、阀门的泄漏水, 放射性放射性设备冲洗水设备冲洗水, 实验室的下水和洗涤水实验室的

42、下水和洗涤水, 乃至淋浴水、乃至淋浴水、洗衣水洗衣水, 以及一回路侧的高压放射性冷却剂进入二以及一回路侧的高压放射性冷却剂进入二回路侧回路侧, 随着蒸汽和蒸汽发生器排污水散布到整个随着蒸汽和蒸汽发生器排污水散布到整个二回路系统等二回路系统等.第40页/共50页计算表明计算表明, 一个大型压水堆电站一个大型压水堆电站, 当主回路向二回当主回路向二回路侧的泄漏率为路侧的泄漏率为每天每天75升升时时, 蒸汽发生器炉水的放蒸汽发生器炉水的放射性水平可达到主回路冷却剂的射性水平可达到主回路冷却剂的十万分之一十万分之一, 相应相应的汽轮机凝水的放射性水平可达到主回路冷却剂的的汽轮机凝水的放射性水平可达到主

43、回路冷却剂的千万分之一千万分之一. 如果反应堆燃料包壳没有破损或破损如果反应堆燃料包壳没有破损或破损率很低率很低, 主回路冷却剂的放射性水平较低主回路冷却剂的放射性水平较低(3.7104Bq/L) , 二回路可以不必当作放射性废二回路可以不必当作放射性废水处理水处理, 而当燃料破损率较高时而当燃料破损率较高时, 漏入二回路的放漏入二回路的放射性就不可忽视射性就不可忽视.第41页/共50页废水处理的目的废水处理的目的: 废水处理的目的在于保护环境废水处理的目的在于保护环境. 为此为此, 在废水处理系统中应该对废水的收集、贮存、在废水处理系统中应该对废水的收集、贮存、净化以及检测排放具备充分有效的

44、手段净化以及检测排放具备充分有效的手段, 严格控制严格控制废水的排放渠道和比放废水的排放渠道和比放, 保证符合标准保证符合标准. 美国规定美国规定瞬时最大排放浓度小于瞬时最大排放浓度小于3.7Bq/L.国际上对各种核设施的放射性排放提出了国际上对各种核设施的放射性排放提出了“尽可能尽可能少少”的原则的原则, 要求尽一切可能减少放射性的排放量要求尽一切可能减少放射性的排放量.因此因此, 除了对排放水的比放加以限制外除了对排放水的比放加以限制外, 还应对放还应对放射性的年排放量作出规定射性的年排放量作出规定. 例如例如, 美国规定每一个美国规定每一个压水堆机组每年经由水中排出的放射性总量不得超压水

45、堆机组每年经由水中排出的放射性总量不得超过过5居里居里(不包括氚不包括氚)(18.51010Bq/L).第42页/共50页一回路废水处理一回路废水处理废水来源不一废水来源不一, 成分复杂成分复杂, 不能采用一种处理方法不能采用一种处理方法, 必须按低、中、高放射性分级处理必须按低、中、高放射性分级处理.放射性较高的设备排水、取样废水和辅助设备泄漏放射性较高的设备排水、取样废水和辅助设备泄漏水水, 采用过滤、蒸发处理采用过滤、蒸发处理, 必要时必要时. 将二次蒸汽冷凝将二次蒸汽冷凝液再经一次离子交换液再经一次离子交换. 这样得到净化水的比放低于这样得到净化水的比放低于37Bq/L, 可以重新用作

46、设备清洗、树脂反洗等辅可以重新用作设备清洗、树脂反洗等辅助水源助水源, 必要时也可补回主回路必要时也可补回主回路.各种放射性水平较低的地面冲洗水各种放射性水平较低的地面冲洗水, 放射性输送容放射性输送容器的洗涤水器的洗涤水, 采用过滤和离子交换法采用过滤和离子交换法. 如果需要也如果需要也可送去蒸发处理可送去蒸发处理.洗衣水、淋浴水等洗衣水、淋浴水等, 则往往可以直接排放则往往可以直接排放.第43页/共50页二回路放射性废水的处理二回路放射性废水的处理只有当燃料元件包壳和蒸汽发生器换热管同时发生破只有当燃料元件包壳和蒸汽发生器换热管同时发生破损时损时, 二回路才带有显著的放射性二回路才带有显著的放射性. 当元件破损率达到当元件破损率达到1时时, 一回路向二回路的泄漏量达到一回路向二回路的泄漏量达到370 升升/天时天时, 蒸蒸汽发生器排污水的放射性水平可达汽发生器排污水的放射性水平可达 3.7104Bq/L. 由由于蒸汽的夹带于蒸汽的夹带, 汽轮机凝水也被污染汽轮机凝水也被