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下图是一个核反应堆结构示意图,是一种可以输出核能的供热装置。在一个普通厂房的地下室,建有一个大水池,池内充满水,在池水的深处放置反应堆堆芯(红色表示),它把水加热后,送到水池外的换热器,经过两次换热后,就可以加热城市集中供热系统的热网水。这与燃煤热电站或锅炉房冬季采暖功能没有什么区别,但是却不用煤,没有任何燃煤污染排放物。它与核电站反应堆不同,它没有压力,不会泄漏,池内有很多水,有充分可靠的冷却能力,不会发生严重事故,也不会有影响环境的放射性泄漏问题,是一种十分安全的核能利用方式。
深水池供热堆结构示意图
1反应堆堆芯;2反应堆水池;3控制棒驱动机构;4一次换热器;5二次换热器;6供热管网;7可移动混凝土防护盖板;8装卸料机;9反应堆厂房;
这种反应堆称为池式反应堆,世界上已经建造了几百座,主要用于实验研究,建造地点一般没有限制,有些就建造在城市或大学校园内,多年运行没有发生过严重事故。1964年,我国在北京建成两座为科学研究用的池式反应堆,功率在10兆瓦以下,运行时间已经接近50年。世界上最大型的池式反应堆有70兆瓦,建在法国巴黎市郊,从上世纪60年代运行至今,都很安全。
关于池式堆还有一个有趣的小故事,早在1955年,第一届国际和平利用原子能会议在瑞士日内瓦召开。当时为转变人们对核能的恐惧心理,美国特意展出一个展品,他们花了5个月的时间,建造了一个供展览用的真实的池式反应堆。由于反应堆运行时,在水下发出闪闪的蓝光,称为契林科夫光,在水面上看下去非常好看,看过的人都说,这是“世界上最漂亮的反应堆”,吸引了成千上万人排队参观。由于有美国总统艾森豪威尔和前苏联领导人的参观和新闻报道,使得池式堆作为安全利用核能的形象为世人所知。
池式堆既简单又安全,不用担心核安全,可以放心应用。它的主要功能不是用于发电,而是代替煤炭为城市热网提供低温热能,这还是多年前中国特有的一项专利发明技术。技术特点是将水池加深,以深水静压力提高堆芯出口水温,使管网循环水温达到90/60℃或100/70℃,以满足国内高温差供热采暖基本热负荷的需要。这种被称为深水池供热堆的循环冷却水经过放射性衰减,到达池外泵房时,放射性水平很低,可以采用垫片式板式换热器,这种换热器技术成熟价格低廉,适合大面积使用。反应堆堆芯没有放在密闭的压力壳里,不需要加压力,一个开口的大容积水池有大量的水,既安全又经济,是一个很实用的技术。
一座200兆瓦的池式供热堆,可以为500万平方米建筑面积供应采暖基本热负荷。在京津冀地区每年大约可替代燃煤13万吨,每年减少向大气排放二氧化碳18万吨,二氧化硫2800吨,氮氧化物750吨,烟尘520吨,排放的放射性仅为燃煤锅炉的2%左右,具有明显的环境效益。
它每年消耗大约0.8吨核燃料,这些核燃料费用,与今天的锅炉燃烧煤炭费用相比,还不到四分之一。减少污染、改善环境的同时,还能降低供热成本,这是在治理污染中很少有的“反常”情况。
这项研究已经进展到一定深度,曾经完成北京郊区、辽宁阜新和天津等核供热工程预可行性研究。其中阜新市和天津市曾批准深水池核供热工程立项。但那时该项目没有继续下去的原因是国内的核供热研究只注意到国外的一些技术,忽视了国内可能具有的更合适的技术方案。
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