压水反应堆水处理系统介绍讲稿.ppt

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1、压水反应堆水处理系统介绍第一页，讲稿共六十一页哦1 离子交换树脂基础知识离子交换树脂基础知识 最常用的有机合成离子交换树脂的本体最常用的有机合成离子交换树脂的本体(又称骨架又称骨架)由由苯乙烯与二乙烯苯聚合而成的高分子化合物苯乙烯与二乙烯苯聚合而成的高分子化合物.离子交换树脂的结构离子交换树脂的结构第二页，讲稿共六十一页哦 通过加入适量表面活性剂并连续搅拌通过加入适量表面活性剂并连续搅拌,可得到一定颗可得到一定颗粒度的聚合体小球粒度的聚合体小球,通常称为通常称为白球白球.这是一种三度空间的网状这是一种三度空间的网状结构聚合体结构聚合体,其中苯乙烯的长链被二乙烯苯其中苯乙烯的长链被二乙烯苯“交联

2、交联”成一个整成一个整体体.聚合物中二乙烯苯的百分含量称为聚合物中二乙烯苯的百分含量称为交联度交联度.一般商品树一般商品树脂的交联度为脂的交联度为8-10%.向聚合体骨架上引进各种交换基团向聚合体骨架上引进各种交换基团,可以得到不同性可以得到不同性能的离子交换树脂能的离子交换树脂,根据交换基团的酸碱性强弱根据交换基团的酸碱性强弱,这些树脂分这些树脂分别称为强酸别称为强酸(碱碱)性树脂或弱酸性树脂或弱酸(碱碱)性树脂性树脂.其中强酸和强碱其中强酸和强碱性树脂已在核工业中广泛应用性树脂已在核工业中广泛应用.第三页，讲稿共六十一页哦离子交换基团的引入离子交换基团的引入 强酸性阳离子交换树脂强酸性阳离

3、子交换树脂 白球的白球的磺化反应磺化反应是在加热条件下是在加热条件下,在二氯乙烷和浓在二氯乙烷和浓硫酸作用下完成的硫酸作用下完成的第四页，讲稿共六十一页哦 强碱性阴离子交换树脂强碱性阴离子交换树脂向白球上引进向白球上引进季铵基团季铵基团则要先经氯甲基化则要先经氯甲基化,然后再用叔胺然后再用叔胺(R3N)处理处理第五页，讲稿共六十一页哦离子交换树脂的主要物理性能离子交换树脂的主要物理性能外形和颗度外形和颗度 离子交换树脂是一种半透明的网状球形物质离子交换树脂是一种半透明的网状球形物质,颜色有白、颜色有白、黄、黑和赤褐色数种黄、黑和赤褐色数种.树脂的颜色与性能关系不大树脂的颜色与性能关系不大.在使

4、在使用过程中用过程中,随着树脂渐趋饱和随着树脂渐趋饱和,颜色往往逐渐加深颜色往往逐渐加深.第六页，讲稿共六十一页哦 树脂颗粒大小树脂颗粒大小对树脂的对树脂的交换能力交换能力、净化效率净化效率、水流水流通过树脂层的压力降通过树脂层的压力降以及以及水流分布的均匀程度水流分布的均匀程度都有一都有一定影响。树脂颗粒越小，离子在其内的扩散路程越短，交定影响。树脂颗粒越小，离子在其内的扩散路程越短，交换过程就越迅速、越充分。但换过程就越迅速、越充分。但颗粒过小将引起树脂床压颗粒过小将引起树脂床压降剧增，逆洗时容易流失。降剧增，逆洗时容易流失。常用树脂的粒度在常用树脂的粒度在16-50目目之间，相应的颗粒直

5、径为之间，相应的颗粒直径为0.3-1.2毫米毫米.第七页，讲稿共六十一页哦溶胀性和含水率溶胀性和含水率 树脂一经浸入水中，水即扩散到树脂网状结构的空树脂一经浸入水中，水即扩散到树脂网状结构的空隙中，这时交换基团发生离解，形成水合离子，使树隙中，这时交换基团发生离解，形成水合离子，使树脂交联网孔增大，树脂体积也因此增大，这种现象称脂交联网孔增大，树脂体积也因此增大，这种现象称为为树脂的溶胀树脂的溶胀.溶胀率溶胀率:溶胀前、后树脂的体积比，即树脂层体积变化溶胀前、后树脂的体积比，即树脂层体积变化的百分比。的百分比。第八页，讲稿共六十一页哦树脂溶胀性和含水率均与交联度有关，树脂溶胀性和含水率均与交联

6、度有关，交联度越大交联度越大,溶胀溶胀性越小，性越小，含水率也越低。含水率也越低。树脂的溶胀性还与交换基团和交换离子的特性有关，树脂的溶胀性还与交换基团和交换离子的特性有关，交换基团的电离度越大，或交换离子的水合度以及水合离交换基团的电离度越大，或交换离子的水合度以及水合离子的半径越大，子的半径越大，树脂的溶胀率也越高。树脂的溶胀率也越高。强酸性阳离子交换树脂离子交换时溶胀率的大小顺序为强酸性阳离子交换树脂离子交换时溶胀率的大小顺序为:强碱性阴离子交换树脂离子交换时溶胀率的大小顺序为强碱性阴离子交换树脂离子交换时溶胀率的大小顺序为:第九页，讲稿共六十一页哦热稳定性和机械强度热稳定性和机械强度

7、温度对树脂机械强度和交换容量有很大影响温度对树脂机械强度和交换容量有很大影响,温度过温度过高易使交换基团分解高易使交换基团分解,温度过低树脂的强度降低温度过低树脂的强度降低.当水温达当水温达到零度时到零度时,其内部水分的冻结能将树脂胀裂其内部水分的冻结能将树脂胀裂,因此不可将因此不可将树脂存放在冰点温度以下树脂存放在冰点温度以下.树脂的机械强度与交联度有关树脂的机械强度与交联度有关,交联度越大交联度越大,机械强度机械强度越好越好.在实际操作条件下树脂会磨损破碎在实际操作条件下树脂会磨损破碎,年损耗率一般年损耗率一般为为3-7%.为防止破碎树脂颗粒流出为防止破碎树脂颗粒流出,在净化树脂床后在净化

8、树脂床后,设有高设有高效率过滤器效率过滤器.第十页，讲稿共六十一页哦离子交换机理离子交换机理 若将含有若将含有M离子的溶液在一定的温度下离子的溶液在一定的温度下,以一定的速度以一定的速度通过结构为通过结构为R-A型树脂床型树脂床,并测量进、出口溶液浓度的并测量进、出口溶液浓度的变化变化,M离子能被相当彻底地去除离子能被相当彻底地去除,以后树脂逐渐饱和以后树脂逐渐饱和,交换能力下降交换能力下降,直至完全失效直至完全失效.这一离子交换过程表示为这一离子交换过程表示为:第十一页，讲稿共六十一页哦第十二页，讲稿共六十一页哦离子交换树脂的选择性离子交换树脂的选择性 离子电荷离子电荷在低浓度水溶液中在低浓

9、度水溶液中,交换离子的电荷越大交换离子的电荷越大,越易被树脂吸越易被树脂吸附附,对阳离子有下列顺序对阳离子有下列顺序:Th4+A13+Ca2+Na+对阴离子则有：对阴离子则有：PO43-SO42-NO3-但在高浓度水溶液中但在高浓度水溶液中,选择性差别缩小选择性差别缩小,高浓度的低价离高浓度的低价离子往往具有较高的交换子往往具有较高的交换“势势”,这就是树脂的再生原理这就是树脂的再生原理.第十三页，讲稿共六十一页哦 离子半径与水合作用离子半径与水合作用低浓度水溶液中低浓度水溶液中,相同电荷的离子相同电荷的离子,水合半径越小水合半径越小,或离子或离子的水合能越小的水合能越小,就越容易被交换吸附就

10、越容易被交换吸附.原子序数越大原子序数越大,水水合能越小合能越小,越易吸附越易吸附.选择性吸附顺序选择性吸附顺序:但随着温度或浓度增高但随着温度或浓度增高,同价离子交换同价离子交换“势势”的差别的差别逐渐缩小逐渐缩小,甚至出现反常甚至出现反常.因此因此,分离溶液浓度不宜太高分离溶液浓度不宜太高,但树脂再生溶液浓度却应稍高些但树脂再生溶液浓度却应稍高些.第十四页，讲稿共六十一页哦离子交换树脂的交换容量与净化效率离子交换树脂的交换容量与净化效率离子交换树脂的交换容量：离子交换树脂的交换容量：单位体积或重量树脂能够交单位体积或重量树脂能够交换的离子数量换的离子数量.在树脂网状结构中，在树脂网状结构中

11、，交换基团的密度越交换基团的密度越高高,交换容量就越大交换容量就越大.总交换容量总交换容量指树脂完全失效、全部交换基团都起作用时的交换能力指树脂完全失效、全部交换基团都起作用时的交换能力.可用单位体积或重量的离子交换剂中交换基团的总数可用单位体积或重量的离子交换剂中交换基团的总数表示表示,单位一般为毫克当量单位一般为毫克当量/毫升湿树脂毫升湿树脂.工作交换容量工作交换容量又称又称穿透容量穿透容量,在在动态条件下单位体积或重量树脂中能动态条件下单位体积或重量树脂中能够参加交换反应的基团数够参加交换反应的基团数,单位也为毫克当量单位也为毫克当量/毫升湿树毫升湿树脂脂.第十五页，讲稿共六十一页哦工作

12、交换容量除了与交换过程的物理化学条件有关工作交换容量除了与交换过程的物理化学条件有关外外,还取决于出水的水质要求还取决于出水的水质要求.出水水质越高出水水质越高,工作交换工作交换容量越低容量越低.工作交换容量与总交换容量之比称为工作交换容量与总交换容量之比称为离子交换树脂的离子交换树脂的利用率利用率.离子交换的净化效率和去污因子离子交换的净化效率和去污因子净化效率定义：净化效率定义：流经树脂床后溶液中杂质被去除的份流经树脂床后溶液中杂质被去除的份额额,常用百分数表示常用百分数表示.C1和和C2分别为树脂床进出口溶液中核素浓度分别为树脂床进出口溶液中核素浓度,或进出或进出口料液的比放放射性口料液

13、的比放放射性.去污因子定义：去污因子定义：树脂床进出料液中特定核素的浓度或放树脂床进出料液中特定核素的浓度或放射性强度之比射性强度之比.第十六页，讲稿共六十一页哦2 核级离子交换树脂性能核级离子交换树脂性能核工业应用的离子交换树脂在性能上的核工业应用的离子交换树脂在性能上的要求要求:出水水质纯度高出水水质纯度高。无论从补给水的纯度无论从补给水的纯度,还是从废水处还是从废水处理的放射性物质去除的程度考虑理的放射性物质去除的程度考虑,都必须优于商用树都必须优于商用树脂脂.通常采用通常采用核级强酸和强碱性树脂核级强酸和强碱性树脂,它们具备它们具备交换速交换速度快、交换能力强、对选择性低的离子，如硅酸

14、根度快、交换能力强、对选择性低的离子，如硅酸根,铯铯离子等也有较好的去除效果离子等也有较好的去除效果.对对pH值变化不敏感。值变化不敏感。在反应堆运行中在反应堆运行中,冷却剂中硼酸的冷却剂中硼酸的浓度变化很大浓度变化很大,pH值随之变化值随之变化.强酸强酸(碱碱)性树脂性树脂在很宽在很宽pH值值范围内都具有良好的离子交换作用范围内都具有良好的离子交换作用.稳定性好稳定性好,耐热性能、耐辐照性能都较强耐热性能、耐辐照性能都较强,机械强度高机械强度高,树脂的磨损率低树脂的磨损率低.核级树脂杂质含量低核级树脂杂质含量低,颗度均匀颗度均匀,转型率高转型率高.第十七页，讲稿共六十一页哦第十八页，讲稿共六

15、十一页哦第十九页，讲稿共六十一页哦第二十页，讲稿共六十一页哦3 放射性核素的离子交换过程放射性核素的离子交换过程在核动力堆中，设置离子交换系统在核动力堆中，设置离子交换系统主要目的：主要目的：去除微量的放射性核素去除微量的放射性核素运行环境：运行环境：在含有常量浓度的阳离子在含有常量浓度的阳离子(如如Li+,NH4+)和阴和阴离子离子(如硼酸离子如硼酸离子)溶液中进行溶液中进行.微量放射性元素在离子交换过程中的行为微量放射性元素在离子交换过程中的行为在正常情况下在正常情况下,一回路冷却剂中一回路冷却剂中单个放射性核素单个放射性核素的浓度还的浓度还不到不到g/kg级水平级水平,其行为十分复杂其行

16、为十分复杂.它们除了以它们除了以离子态形离子态形式式存在外存在外.还可以其它多种形式出现还可以其它多种形式出现,如中性分子如中性分子(I2),络络合物合物,胶体粒子胶体粒子(粒径粒径10-3-1微米微米)以及悬浮固体粒子以及悬浮固体粒子(粒径粒径大于大于1微米微米)等等.第二十一页，讲稿共六十一页哦裂变产物裂变产物144Ce-144Pr,106Ru106Rh,95Zr-95Nb在碱性水中在碱性水中几乎都不以离子形式存在；几乎都不以离子形式存在；钇、铝、铜、铁、钴、稀土元素等金属氧化物钇、铝、铜、铁、钴、稀土元素等金属氧化物在碱性水中在碱性水中易发生水解易发生水解,或沉积在设备表面或沉积在设备表

17、面,或生成胶体吸附在氧化或生成胶体吸附在氧化物上物上;某些过渡元素某些过渡元素,如如90Mo,51Cr在碱性溶液中可以形成阴离子在碱性溶液中可以形成阴离子.有些微量核素有些微量核素可能吸附在固体粒子上或者与粒子中的离子可能吸附在固体粒子上或者与粒子中的离子发生交换发生交换,此后其行为犹如固体颗粒此后其行为犹如固体颗粒.某些非离子态核素某些非离子态核素可通过离子核素的化学反应可通过离子核素的化学反应(如氧化如氧化还原还原)产生。例如产生。例如,含氧溶液中部分含氧溶液中部分131I不能被阴离子交换不能被阴离子交换树脂去除树脂去除,可能归因于可能归因于I-被氧化成被氧化成I2.第二十二页，讲稿共六十

18、一页哦按理说按理说,树脂的交换作用仅能去除离子态核素树脂的交换作用仅能去除离子态核素,但因但因树脂有很大的荷电表面积以及堆积深度树脂有很大的荷电表面积以及堆积深度,对非离子态对非离子态胶体和悬浮颗粒也有一定去除作用胶体和悬浮颗粒也有一定去除作用,只是效率较低而只是效率较低而已已.通常通常,非离子态核素的存在是离子交换系统放射性漏泄的非离子态核素的存在是离子交换系统放射性漏泄的原因原因.运行中经常可以发现运行中经常可以发现,树脂床表层沉积了很多粘稠树脂床表层沉积了很多粘稠胶体物质和固体颗粒胶体物质和固体颗粒,因而树脂床流阻增大因而树脂床流阻增大,甚至被迫更甚至被迫更换树脂换树脂,尽管此时树脂的交

19、换容量尚未耗竭尽管此时树脂的交换容量尚未耗竭.酸性介质有助于胶体的破坏和核素的离子化酸性介质有助于胶体的破坏和核素的离子化,故在废故在废水处理时水处理时,将蒸发冷凝液先通过阳床将蒸发冷凝液先通过阳床,使流出液呈微酸使流出液呈微酸性性,再经热力除气再经热力除气,有效地破坏胶体颗粒有效地破坏胶体颗粒,可使其后阴床和可使其后阴床和混床的净化效率大为提高混床的净化效率大为提高.第二十三页，讲稿共六十一页哦 由于放射性衰变在树脂床流出液中会出现某些离由于放射性衰变在树脂床流出液中会出现某些离子态核素子态核素.树脂对于惰性气体没有交换作用树脂对于惰性气体没有交换作用,流过树脂流过树脂床的某些惰性气体可衰变

20、成碱金属核素及一系列衰变子床的某些惰性气体可衰变成碱金属核素及一系列衰变子体体,如如Xe的穿透的穿透,将造成流出液中的将造成流出液中的Cs,Ba,Ce,La等核等核素的产生素的产生,而这些核素照理是可以被树脂去除的而这些核素照理是可以被树脂去除的.某些核素在离子状态下被树脂截留某些核素在离子状态下被树脂截留,转化为其它形态转化为其它形态时又可能解吸下来时又可能解吸下来,如树脂上碘离子衰变成氙如树脂上碘离子衰变成氙,解吸后再解吸后再衰变成碱金属衰变成碱金属.所以所以,放射性衰变效应有时甚至会导致放射性衰变效应有时甚至会导致树脂床流出液中某些核素的放射性高于进口料液树脂床流出液中某些核素的放射性高

21、于进口料液.第二十四页，讲稿共六十一页哦 此外此外,被离子交换树脂截留的被离子交换树脂截留的Sr同位素同位素,经衰变后生成经衰变后生成Y,Zr-Nb.这些高价元素对树脂的亲和力比这些高价元素对树脂的亲和力比Sr还高还高,本本应继续留在树脂上应继续留在树脂上,但常因它的转化为非离子状态但常因它的转化为非离子状态,而穿而穿透树脂床透树脂床.微量放射性核素的行为十分复杂微量放射性核素的行为十分复杂,同时冷却剂中往往有同时冷却剂中往往有常量元素常量元素B,Li等等,这将带来某些异常现象这将带来某些异常现象,对此应引起对此应引起注意注意.第二十五页，讲稿共六十一页哦4 水处理系统水处理系统冷却剂循环净化

22、系统冷却剂循环净化系统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可产大型压水堆主回路系统每天可产生数十克腐蚀产物生数十克腐蚀产物,腐蚀产物的积累不仅会恶化传热腐蚀产物的积累不仅会恶化传热条件条件,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,甚至有可能造甚至有可能造成堆芯燃料组件局部流道阻塞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大提使冷却剂的放射性水平大大提高高,对核电站的运行维护以及环境保护都十分不利对核电站的运行维护以及环境保护都十分不利.中子反应的

23、影响中子反应的影响 例如例如10B(n,)反应可生成反应可生成7Li,7Li能逐能逐渐改变冷却剂的渐改变冷却剂的pH值值.第二十六页，讲稿共六十一页哦设立冷却剂循环净化系统的目的设立冷却剂循环净化系统的目的 不断除去冷却剂中的不断除去冷却剂中的腐蚀产物和裂变产物腐蚀产物和裂变产物,维持合适的冷却剂水质维持合适的冷却剂水质.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数量减少反应堆冷却剂中裂变产物和腐蚀产物杂质的数量,使使主系统的放射性在允许水平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),减少冷减少冷却剂对设备和管系的

24、腐蚀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制系统中,由反应堆高压回路引出的一由反应堆高压回路引出的一股下泄流股下泄流,经再生和下泄热交换器冷却并降压后经再生和下泄热交换器冷却并降压后,顺次通顺次通过前置过滤器、混合离子交换器和后过滤器过前置过滤器、混合离子交换器和后过滤器,经喷嘴雾经喷嘴雾化后喷入容积控制箱化后喷入容积控制箱,而后再经泵加压通过再生热交换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器的被加热侧升温补入主回路.第二十七页，讲稿共六十一页哦第二十八页，讲稿共六十一页哦

25、前置过滤器前置过滤器去除冷却剂中悬浮腐蚀产物颗粒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酸离子分别用于去除冷却剂中超限值的锂离子和硼酸离子.后过滤器后过滤器的作用是防止细碎树脂漏入主回路的作用是防止细碎树脂漏入主回路;在容积控制箱中将净化流雾化的目的在于除去部分在容积控制箱中将净化流雾化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,

26、对一座百万千对一座百万千瓦级的压水堆来说瓦级的压水堆来说,约在约在10-20吨吨/小时左右小时左右,可使所有的冷可使所有的冷却剂能在一天内得到一到两次净化却剂能在一天内得到一到两次净化.第二十九页，讲稿共六十一页哦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滤器硼型混合树脂床之前的机械过滤器,具有截获不溶性腐蚀产物和放射性物质的功能具有截获不溶性腐蚀产物和放射性物质的功能.在水处理在水处理中常采用高温过滤器或电磁过滤器中常采用高温过滤器或电磁过滤器.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性用于高温过滤的

27、设备是由抗腐蚀的惰性陶瓷材料所构成陶瓷材料所构成,它们可有效地除去它们可有效地除去0.5微米微米的悬浮物质的悬浮物质点点,水冷反应堆开发早期阶段水冷反应堆开发早期阶段,采用多层不锈钢网过滤器采用多层不锈钢网过滤器.第三十页，讲稿共六十一页哦 目前采用目前采用高温磁性过滤器高温磁性过滤器.其特点是利用反应堆一、二其特点是利用反应堆一、二回路系统冷却剂中的腐蚀产物回路系统冷却剂中的腐蚀产物85%以上是磁性的以上是磁性的Fe3O4或含有或含有Co,Ni,Cr的的Fe3-xCOxO4固态悬浮物固态悬浮物.磁性过滤曾磁性过滤曾用过永久性磁铁用过永久性磁铁.但永久性磁铁的磁性会随着冷却剂温度的但永久性磁铁

28、的磁性会随着冷却剂温度的升高不断下降升高不断下降.近年来对永久性磁铁的材料进行了很大改进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响以减少温度的影响.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毫米铁素体钢小球毫米铁素体钢小球.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.第三十一页，讲稿共六十一页哦低温过滤器低温过滤器 目前广泛应用于压水反应堆处理系统的是目前广泛应用于压水反应堆处理系统的是低温低温(60)过滤器过滤器.一般由不锈钢环一般由不锈钢环,不锈钢网或高分不锈钢网或高分子聚合物有孔纤微板组成子聚合物有孔纤微板组成.主要功能是除去以悬

29、浮物固体和胶体形式存在于水中的主要功能是除去以悬浮物固体和胶体形式存在于水中的腐蚀产物和粉碎的离子交换树脂微粒腐蚀产物和粉碎的离子交换树脂微粒(化容系统净化器后化容系统净化器后过滤器过滤器).锂型和硼酸型混合离子交换器锂型和硼酸型混合离子交换器 冷却剂中都加入硼酸作为反应性补偿控制手段冷却剂中都加入硼酸作为反应性补偿控制手段,同时同时还要加入一定量的还要加入一定量的pH控制剂控制剂(LiOH),这就要求净化系统的这就要求净化系统的离子交换树脂在吸附杂质的同时离子交换树脂在吸附杂质的同时,不改变冷却剂中硼和不改变冷却剂中硼和pH控制剂的含量控制剂的含量.因此，混合离子交换器必须因此，混合离子交换

30、器必须采用硼酸型采用硼酸型阴离子树脂和阴离子树脂和pH控制剂相应的阳离子交换树脂控制剂相应的阳离子交换树脂(如锂型阳如锂型阳离子树脂离子树脂)混合组成混合组成.实现去除冷却剂中的杂质如腐蚀产实现去除冷却剂中的杂质如腐蚀产物和放射性物质物和放射性物质.第三十二页，讲稿共六十一页哦运行经验表明运行经验表明,此混合床对各种离子此混合床对各种离子(除铯外除铯外)的交换作用的交换作用都十分令人满意都十分令人满意.其中对腐蚀产物中的其中对腐蚀产物中的Ni2+,Cr2+,Fe2+以以及及I-的去污因子可达到数百以上的去污因子可达到数百以上.但是但是,这种混合床对于这种混合床对于Cs,Mo,Y和惰性气体等去除

31、效果不理想和惰性气体等去除效果不理想.第三十三页，讲稿共六十一页哦除锂离子交换器除锂离子交换器冷却剂循环净化系统还备有两种离子交换器冷却剂循环净化系统还备有两种离子交换器,一种是一种是H型阳离子树脂交换器型阳离子树脂交换器,另一种是另一种是OH-型阴离子交换器型阴离子交换器.其其主要功能在于维持合适的冷却剂水质主要功能在于维持合适的冷却剂水质.在冷却剂中在冷却剂中,10B(n,)反应将生成反应将生成7Li,特别在堆芯运行特别在堆芯运行初期初期,7Li的生成量相当大的生成量相当大,需要适时地使净化流通过需要适时地使净化流通过H+型型阳树脂床阳树脂床,以以除去冷却剂中多余的除去冷却剂中多余的7Li

32、,故常将其称为除锂故常将其称为除锂离子交换器离子交换器.该离子交换器除了对锂有很好的吸附作用外该离子交换器除了对锂有很好的吸附作用外,还能吸还能吸附附Li型和硼酸型混合离子交换器所不易吸附的型和硼酸型混合离子交换器所不易吸附的Mo,Y,Cs等等.这些微量放射性元素的浓度远小于水中锂浓度这些微量放射性元素的浓度远小于水中锂浓度,所以最终该床吸附的元素主要仍是锂所以最终该床吸附的元素主要仍是锂.第三十四页，讲稿共六十一页哦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

33、过剩反应性逐渐下降,冷却剂中冷却剂中的硼也应随之逐渐稀释的硼也应随之逐渐稀释.在换料周期的前半段时间在换料周期的前半段时间,当冷却剂当冷却剂中硼浓度较高时中硼浓度较高时,用注入清水的方法使之稀释用注入清水的方法使之稀释.而在后半而在后半段时间段时间,当硼酸浓度已较低时当硼酸浓度已较低时(小于小于l00ppm),充水稀释将充水稀释将引起大量的冷却剂排放引起大量的冷却剂排放.此时此时,启用启用OH-型除硼离子交换器型除硼离子交换器以去除冷却剂中的硼酸以去除冷却剂中的硼酸,更为经济合理更为经济合理.第三十五页，讲稿共六十一页哦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

34、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,再生树脂将产生大量难再生树脂将产生大量难以处理的放射性再生废水以处理的放射性再生废水.如果将一次饱和了的树脂当作固如果将一次饱和了的树脂当作固体废物抛弃体废物抛弃,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,吸附的硼酸都不能回收吸附的硼酸都不能回收使用使用,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.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中的最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降温大温升

35、速率和从热态零功率到冷停堆过程中的最大降温速率所速率所引起的水容积的变化引起的水容积的变化.第三十六页，讲稿共六十一页哦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,其余部其余部分裂变气体即会通过液滴表面扩散而出分裂变气体即会通过液滴表面扩散而出,借此而被除去借此而被除去.短半衰期的裂变气体在容积控制箱滞留过程中很快衰变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),喷雾除气的效果被喷雾除气的效果被气体重新溶解抵消了许多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喷雾除气对长半衰期裂变

36、气体不明显气体不明显.第三十七页，讲稿共六十一页哦反应堆排水的处理与硼的回收反应堆排水的处理与硼的回收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维一定要使冷却剂硼浓度维持较高值持较高值,以保证足够的反应性抑制量以保证足够的反应性抑制量,而在堆启动而在堆启动时时,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补偿要求用改变硼浓度的方法来补偿反应性变化反应性变化: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

37、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引起的引起的反应性变化反应性变化;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;第三十八页，讲稿共六十一页哦一般来说一般来说,一个大型压水堆的冷停堆和启动要求冷却剂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之十几之间中溶解硼的反应性控制量在百分之几到百分之十几之间,相应的硼浓度变化量为相应的硼浓度变化量为300-500mg/L.即在停堆时需要即在停堆

38、时需要将冷却剂硼浓度提高将冷却剂硼浓度提高300-500mg/L 而在启动时而在启动时,将硼浓将硼浓度降低相应值度降低相应值(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,则向堆中则向堆中注入多少量的浓硼酸溶液或清水注入多少量的浓硼酸溶液或清水,相应地需要由堆中排出相应地需要由堆中排出相同数量的冷却剂相同数量的冷却剂.充水和排水并不是简单的容积置充水和排水并不是简单的容积置换换,而是一种而是一种注入注入-混合混合-排放排放过程过程.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,大大超过大大超过注水流量注水流量,可以认为

39、注入的水迅速与整个回路混匀可以认为注入的水迅速与整个回路混匀,排出排出的已是混匀了的冷却剂的已是混匀了的冷却剂.第三十九页，讲稿共六十一页哦如果以如果以C0表示注入溶液的硼浓度表示注入溶液的硼浓度,C1表示冷却剂中的初表示冷却剂中的初始硼浓度始硼浓度,C2表示需要达到的硼浓度表示需要达到的硼浓度,可导出如下关系式可导出如下关系式: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C2,故注水量故注水量(就相当就相当于排放量于排放量)很小很小.在启动时注入的清水在启动时注入的清水(C0=0)量就大得多

40、量就大得多,并且并且C1/C2的值越大的值越大,需要充入和排出的水量越大需要充入和排出的水量越大.第四十页，讲稿共六十一页哦 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,则停堆一则停堆一次需注入次需注入C0=7000mg/L的浓硼酸约为的浓硼酸约为14米米3,而启动时而启动时需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/L,停堆所需的硼浓度增停堆所需的硼浓度增值为值为300mg/L时时,冷停堆一次需要充入的浓硼酸和清冷停堆一次需要充入的浓硼酸和清

41、水分别约为水分别约为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,用充水法稀用充水法稀释将引起大量的堆水排放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,也引也引起部分冷却剂的排放起部分冷却剂的排放,但其量很小但其量很小.第四十一页，讲稿共六十一页哦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,需要不断降低需要不断降低冷却剂硼浓度冷却剂硼浓度.在换料周期的前期在换料周期的前期,当冷却剂硼浓度较高当冷却剂硼浓度较高时时,需要降低冷

42、却剂硼浓度必须采取排出部分冷却剂注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入同体积的纯水来实现,从而引起冷却剂的排放从而引起冷却剂的排放.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,在用在用电高峰时满功率甚至超功率发电电高峰时满功率甚至超功率发电,在用电低谷时低功在用电低谷时低功率甚至停止发电率甚至停止发电.现代压水堆电站的功率变化也用调现代压水堆电站的功率变化也用调节冷却剂的硼浓度来实现节冷却剂的硼浓度来实现,因而引起相应的排水因而引起相应的排水,如果如果功率变化很频繁功率变化很频繁,由此引起的排水量

43、是很可观的由此引起的排水量是很可观的.第四十二页，讲稿共六十一页哦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.显然显然其排水量与停堆检修的次数有关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,将蒸汽排入泄压箱将蒸汽排入泄压箱,并并为箱中积水冷凝、吸收为箱中积水冷凝、吸收,最后排入堆排水贮槽最后排入堆排水贮槽.由于辐射由于辐射安全和环境保护的考虑安全和环境保护的考虑,主回路压力法兰以及泵阀的密封主回路压力法兰以及泵阀的密封处都设有

44、引漏装置处都设有引漏装置,以收集泄漏出来的冷却剂并送往堆排以收集泄漏出来的冷却剂并送往堆排水贮槽水贮槽.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,而基本负荷电而基本负荷电站的排水量的就要少得多站的排水量的就要少得多.第四十三页，讲稿共六十一页哦 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,未经严格处理未经严格处理是绝对不能向环境排放的是绝对不能向环境排放的.经过处理的冷却剂经过处理的冷却剂,完全可以完全可以满足堆补给水的要求满足堆补给水的要求.将堆排水处理后重新补回堆内将堆排水处理后重新补回堆内,既既减少了对环境的污染减少了对环境的污染,又可使排

45、出的水复用又可使排出的水复用,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,必须使复用补水必须使复用补水的硼含量降低到允许程度的硼含量降低到允许程度.因此因此,堆排水系统除了处理堆排水系统除了处理之外之外,还有一个硼水分离任务还有一个硼水分离任务,即生产合格的堆补给水和即生产合格的堆补给水和浓硼酸浓硼酸.再生硼酸的浓度应符合堆浓硼酸贮存要求再生硼酸的浓度应符合堆浓硼酸贮存要求,有的有的取取4%,有的取有的取12%,主要考虑到硼酸水溶液的结晶温度主要考虑到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一般无需进行特殊加热保温温,

46、但设备容量要大些但设备容量要大些.12%硼酸的结晶温度为硼酸的结晶温度为50,为为避免硼酸结晶避免硼酸结晶,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.第四十四页，讲稿共六十一页哦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贮存堆排水贮存和输

47、送单元和输送单元净化单元净化单元硼水分离单硼水分离单元元第四十五页，讲稿共六十一页哦第四十六页，讲稿共六十一页哦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,通常通常堆排水贮槽的容量取一回路冷却剂总体积的堆排水贮槽的容量取一回路冷却剂总体积的2.5倍以倍以上上.这样的容量能够容纳任何条件下连续两次停堆启动的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排水.较大的贮存能力同时也可提供堆排水较长的放射性较大的贮存能力同时也可提供堆排

48、水较长的放射性衰变时间衰变时间,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.贮槽采用氮贮槽采用氮封封,防止冷却剂中逸出的氢气和空气相混引起爆炸的可防止冷却剂中逸出的氢气和空气相混引起爆炸的可能性能性.第四十七页，讲稿共六十一页哦净化单元净化单元组成组成:由过滤器、离子交换器和脱气器构成由过滤器、离子交换器和脱气器构成,分别去除堆分别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排水中的不溶性颗粒杂质、可溶性离子杂质以及溶解气体.净化净化:本系统的原料水大部分己经冷却剂循环净化系统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混合床离子交换器处理,所以一般仅仅

49、设置一组所以一般仅仅设置一组H+型阳型阳树脂床树脂床,用以去除用以去除Cs,Mo,Y等循环净化系统不易除去的等循环净化系统不易除去的核素以及核素以及pH添加剂的阳离子添加剂的阳离子(Li+,K+,NH4+).树脂床后树脂床后过滤器是用以防止破碎树脂流出的过滤器是用以防止破碎树脂流出的.为提高净化效果为提高净化效果有的增设混合离子交换器有的增设混合离子交换器.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以上以上,为使净化水的比放显著降低为使净化水的比放显著降低,就必须相当彻底地除去这就必须相当彻底地除去这些气体些气体,因为即使将因为即使将90裂变气体除去裂变气体除

50、去,其剩余比放仍然其剩余比放仍然等于其它核素的比放之和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求.第四十八页，讲稿共六十一页哦 一般采用热力除气方法以达到深度除气的目的一般采用热力除气方法以达到深度除气的目的.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,使大部分气体由水中释出使大部分气体由水中释出.随后使水流通过填料表面随后使水流通过填料表面,与本系统蒸发器产生的二与本系统蒸发器产生的二次蒸汽逆流接触次蒸汽逆流接触,蒸汽将水中剩余的气体带出蒸汽将水中剩余的气体带出,进入脱进入脱气冷凝器气冷凝器,把蒸汽冷凝下来把蒸汽冷凝下