壓水反應(yīng)堆水處理系統(tǒng)

壓水反應(yīng)堆水處理系統(tǒng)第1頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三通過加入適量表面活性劑并連續(xù)攪拌,可得到一定顆粒度的聚合體小球,通常稱為白球.這是一種三度空間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合體,其中苯乙烯的長(zhǎng)鏈被二乙烯苯“交聯(lián)”成一個(gè)整體.聚合物中二乙烯苯的百分含量稱為交聯(lián)度.一般商品樹脂的交聯(lián)度為8-10%.向聚合體骨架上引進(jìn)各種交換基團(tuán),可以得到不同性能的離子交換樹脂,根據(jù)交換基團(tuán)的酸堿性強(qiáng)弱,這些樹脂分別稱為強(qiáng)酸(堿)性樹脂或弱酸(堿)性樹脂.其中強(qiáng)酸和強(qiáng)堿性樹脂已在核工業(yè)中廣泛應(yīng)用.第2頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三離子交換基團(tuán)的引入

強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂白球的磺化反應(yīng)是在加熱條件下,在二氯乙烷和濃硫酸作用下完成的第3頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三

強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂向白球上引進(jìn)季銨基團(tuán)則要先經(jīng)氯甲基化,然后再用叔胺(R3N)處理第4頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三離子交換樹脂的主要物理性能外形和顆度離子交換樹脂是一種半透明的網(wǎng)狀球形物質(zhì),顏色有白、黃、黑和赤褐色數(shù)種.樹脂的顏色與性能關(guān)系不大.在使用過程中,隨著樹脂漸趨飽和,顏色往往逐漸加深.第5頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三樹脂顆粒大小對(duì)樹脂的交換能力、凈化效率、水流通過樹脂層的壓力降以及水流分布的均勻程度都有一定影響。樹脂顆粒越小，離子在其內(nèi)的擴(kuò)散路程越短，交換過程就越迅速、越充分。但顆粒過小將引起樹脂床壓降劇增，逆洗時(shí)容易流失。

常用樹脂的粒度在16-50目之間，相應(yīng)的顆粒直徑為0.3-1.2毫米.第6頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三溶脹性和含水率樹脂一經(jīng)浸入水中，水即擴(kuò)散到樹脂網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙中，這時(shí)交換基團(tuán)發(fā)生離解，形成水合離子，使樹脂交聯(lián)網(wǎng)孔增大，樹脂體積也因此增大，這種現(xiàn)象稱為樹脂的溶脹.溶脹率:溶脹前、后樹脂的體積比，即樹脂層體積變化的百分比。第7頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三樹脂溶脹性和含水率均與交聯(lián)度有關(guān)，交聯(lián)度越大,溶脹性越小，

含水率也越低。樹脂的溶脹性還與交換基團(tuán)和交換離子的特性有關(guān)，交換基團(tuán)的電離度越大，或交換離子的水合度以及水合離子的半徑越大，

樹脂的溶脹率也越高。強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂離子交換時(shí)溶脹率的大小順序?yàn)?強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂離子交換時(shí)溶脹率的大小順序?yàn)?第8頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度溫度對(duì)樹脂機(jī)械強(qiáng)度和交換容量有很大影響,溫度過高易使交換基團(tuán)分解,溫度過低樹脂的強(qiáng)度降低.當(dāng)水溫達(dá)到零度時(shí),其內(nèi)部水分的凍結(jié)能將樹脂脹裂,因此不可將樹脂存放在冰點(diǎn)溫度以下.樹脂的機(jī)械強(qiáng)度與交聯(lián)度有關(guān),交聯(lián)度越大,機(jī)械強(qiáng)度越好.在實(shí)際操作條件下樹脂會(huì)磨損破碎,年損耗率一般為3-7%.為防止破碎樹脂顆粒流出,在凈化樹脂床后,設(shè)有高效率過濾器.第9頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三離子交換機(jī)理若將含有M±離子的溶液在一定的溫度下,以一定的速度通過結(jié)構(gòu)為R-A±型樹脂床,并測(cè)量進(jìn)、出口溶液濃度的變化,M±離子能被相當(dāng)徹底地去除,以后樹脂逐漸飽和,交換能力下降,直至完全失效.這一離子交換過程表示為:第10頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三第11頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三離子交換樹脂的選擇性

離子電荷在低濃度水溶液中,交換離子的電荷越大,越易被樹脂吸附,對(duì)陽離子有下列順序:

Th4+＞A13+＞Ca2+＞Na+對(duì)陰離子則有：

PO43-＞SO42-

＞NO3-但在高濃度水溶液中,選擇性差別縮小,高濃度的低價(jià)離子往往具有較高的交換“勢(shì)”,這就是樹脂的再生原理.第12頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三

離子半徑與水合作用低濃度水溶液中,

相同電荷的離子,水合半徑越小,或離子的水合能越小,就越容易被交換吸附.

原子序數(shù)越大,水合能越小,越易吸附.選擇性吸附順序:

但隨著溫度或濃度增高,同價(jià)離子交換“勢(shì)”的差別逐漸縮小,甚至出現(xiàn)反常.因此,分離溶液濃度不宜太高,但樹脂再生溶液濃度卻應(yīng)稍高些.第13頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三離子交換樹脂的交換容量與凈化效率離子交換樹脂的交換容量：?jiǎn)挝惑w積或重量樹脂能夠交換的離子數(shù)量.

在樹脂網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，交換基團(tuán)的密度越高,交換容量就越大.總交換容量指樹脂完全失效、全部交換基團(tuán)都起作用時(shí)的交換能力.可用單位體積或重量的離子交換劑中交換基團(tuán)的總數(shù)表示,單位一般為毫克當(dāng)量/毫升濕樹脂.工作交換容量又稱穿透容量,在動(dòng)態(tài)條件下單位體積或重量樹脂中能夠參加交換反應(yīng)的基團(tuán)數(shù),單位也為毫克當(dāng)量/毫升濕樹脂.第14頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三工作交換容量除了與交換過程的物理化學(xué)條件有關(guān)外,還取決于出水的水質(zhì)要求.出水水質(zhì)越高,工作交換容量越低.工作交換容量與總交換容量之比稱為離子交換樹脂的利用率.離子交換的凈化效率和去污因子凈化效率定義：流經(jīng)樹脂床后溶液中雜質(zhì)被去除的份額,常用百分?jǐn)?shù)表示.C1和C2分別為樹脂床進(jìn)出口溶液中核素濃度,或進(jìn)出口料液的比放放射性.去污因子定義：樹脂床進(jìn)出料液中特定核素的濃度或放射性強(qiáng)度之比.第15頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三2核級(jí)離子交換樹脂性能核工業(yè)應(yīng)用的離子交換樹脂在性能上的要求:出水水質(zhì)純度高。無論從補(bǔ)給水的純度,還是從廢水處理的放射性物質(zhì)去除的程度考慮,都必須優(yōu)于商用樹脂.通常采用核級(jí)強(qiáng)酸和強(qiáng)堿性樹脂,它們具備交換速度快、交換能力強(qiáng)、對(duì)選擇性低的離子，如硅酸根,銫離子等也有較好的去除效果.對(duì)pH值變化不敏感。

在反應(yīng)堆運(yùn)行中,冷卻劑中硼酸的濃度變化很大,pH值隨之變化.強(qiáng)酸(堿)性樹脂在很寬pH值范圍內(nèi)都具有良好的離子交換作用.穩(wěn)定性好,耐熱性能、耐輻照性能都較強(qiáng),機(jī)械強(qiáng)度高,樹脂的磨損率低.核級(jí)樹脂雜質(zhì)含量低,顆度均勻,轉(zhuǎn)型率高.第16頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三第17頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三第18頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三第19頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三3放射性核素的離子交換過程在核動(dòng)力堆中，設(shè)置離子交換系統(tǒng)主要目的：

去除微量的放射性核素運(yùn)行環(huán)境：

在含有常量濃度的陽離子(如Li+,NH4+)和陰離子(如硼酸離子)溶液中進(jìn)行.微量放射性元素在離子交換過程中的行為在正常情況下,一回路冷卻劑中單個(gè)放射性核素的濃度還不到μg/kg級(jí)水平,其行為十分復(fù)雜.它們除了以離子態(tài)形式存在外.還可以其它多種形式出現(xiàn),如中性分子(I2),絡(luò)合物,膠體粒子(粒徑10-3--1微米)以及懸浮固體粒子(粒徑大于1微米)等.第20頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三裂變產(chǎn)物144Ce--144Pr,106Ru—106Rh,95Zr--95Nb在堿性水中幾乎都不以離子形式存在；釔、鋁、銅、鐵、鈷、稀土元素等金屬氧化物在堿性水中易發(fā)生水解,或沉積在設(shè)備表面,或生成膠體吸附在氧化物上;某些過渡元素,如90Mo,51Cr在堿性溶液中可以形成陰離子.有些微量核素可能吸附在固體粒子上或者與粒子中的離子發(fā)生交換,此后其行為猶如固體顆粒.某些非離子態(tài)核素可通過離子核素的化學(xué)反應(yīng)(如氧化還原)產(chǎn)生。例如,含氧溶液中部分131I不能被陰離子交換樹脂去除,可能歸因于I-被氧化成I2.第21頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三按理說,樹脂的交換作用僅能去除離子態(tài)核素,但因樹脂有很大的荷電表面積以及堆積深度,對(duì)非離子態(tài)膠體和懸浮顆粒也有一定去除作用,只是效率較低而已.通常,非離子態(tài)核素的存在是離子交換系統(tǒng)放射性漏泄的原因.運(yùn)行中經(jīng)?？梢园l(fā)現(xiàn),樹脂床表層沉積了很多粘稠膠體物質(zhì)和固體顆粒,因而樹脂床流阻增大,甚至被迫更換樹脂,盡管此時(shí)樹脂的交換容量尚未耗竭.酸性介質(zhì)有助于膠體的破壞和核素的離子化,

故在廢水處理時(shí),將蒸發(fā)冷凝液先通過陽床,使流出液呈微酸性,再經(jīng)熱力除氣,有效地破壞膠體顆粒,可使其后陰床和混床的凈化效率大為提高.第22頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三由于放射性衰變?cè)跇渲擦鞒鲆褐袝?huì)出現(xiàn)某些離子態(tài)核素.樹脂對(duì)于惰性氣體沒有交換作用,流過樹脂床的某些惰性氣體可衰變成堿金屬核素及一系列衰變子體,如Xe的穿透,將造成流出液中的Cs,Ba,Ce,La等核素的產(chǎn)生,而這些核素照理是可以被樹脂去除的.某些核素在離子狀態(tài)下被樹脂截留,轉(zhuǎn)化為其它形態(tài)時(shí)又可能解吸下來,如樹脂上碘離子衰變成氙,解吸后再衰變成堿金屬.所以,放射性衰變效應(yīng)有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致樹脂床流出液中某些核素的放射性高于進(jìn)口料液.第23頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三此外,被離子交換樹脂截留的Sr同位素,經(jīng)衰變后生成Y,Zr-Nb.這些高價(jià)元素對(duì)樹脂的親和力比Sr還高,本應(yīng)繼續(xù)留在樹脂上,但常因它的轉(zhuǎn)化為非離子狀態(tài),而穿透樹脂床.微量放射性核素的行為十分復(fù)雜,同時(shí)冷卻劑中往往有常量元素B,Li等,這將帶來某些異常現(xiàn)象,對(duì)此應(yīng)引起注意.第24頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三4水處理系統(tǒng)冷卻劑循環(huán)凈化系統(tǒng)冷卻劑水質(zhì)惡化的原因及后果回路結(jié)構(gòu)材料的腐蝕

大型壓水堆主回路系統(tǒng)每天可產(chǎn)生數(shù)十克腐蝕產(chǎn)物,腐蝕產(chǎn)物的積累不僅會(huì)惡化傳熱條件,提高冷卻劑及設(shè)備表面的輻射劑量,甚至有可能造成堆芯燃料組件局部流道阻塞.裂變產(chǎn)物從元件中逸出使冷卻劑的放射性水平大大提高,對(duì)核電站的運(yùn)行維護(hù)以及環(huán)境保護(hù)都十分不利.中子反應(yīng)的影響

例如10B(n,α)反應(yīng)可生成7Li,7Li能逐漸改變冷卻劑的pH值.第25頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三設(shè)立冷卻劑循環(huán)凈化系統(tǒng)的目的不斷除去冷卻劑中的腐蝕產(chǎn)物和裂變產(chǎn)物,維持合適的冷卻劑水質(zhì).系統(tǒng)功能減少反應(yīng)堆冷卻劑中裂變產(chǎn)物和腐蝕產(chǎn)物雜質(zhì)的數(shù)量,使主系統(tǒng)的放射性在允許水平.保持冷卻劑內(nèi)合適的腐蝕抑制劑的濃度(pH值),減少冷卻劑對(duì)設(shè)備和管系的腐蝕.調(diào)節(jié)冷卻劑中硼濃度,控制堆芯反應(yīng)性.系統(tǒng)工藝在化學(xué)和容積控制系統(tǒng)中,由反應(yīng)堆高壓回路引出的一股下泄流,經(jīng)再生和下泄熱交換器冷卻并降壓后,順次通過前置過濾器、混合離子交換器和后過濾器,經(jīng)噴嘴霧化后噴入容積控制箱,而后再經(jīng)泵加壓通過再生熱交換器的被加熱側(cè)升溫補(bǔ)入主回路.第26頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三第27頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三前置過濾器去除冷卻劑中懸浮腐蝕產(chǎn)物顆粒;離子交換器去除可溶性裂變產(chǎn)物和腐蝕產(chǎn)物;系統(tǒng)中設(shè)有并聯(lián)的除鋰離子交換器和除硼的離子交換器,分別用于去除冷卻劑中超限值的鋰離子和硼酸離子.后過濾器的作用是防止細(xì)碎樹脂漏入主回路;在容積控制箱中將凈化流霧化的目的在于除去部分裂變氣體。一般凈化流量為主回路流量的0.05-0.1％,對(duì)一座百萬千瓦級(jí)的壓水堆來說,約在10-20噸/小時(shí)左右,可使所有的冷卻劑能在一天內(nèi)得到一到兩次凈化.第28頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三系統(tǒng)組成及其各部性能前置過濾器前置過濾器置于鋰-硼型混合樹脂床之前的機(jī)械過濾器,具有截獲不溶性腐蝕產(chǎn)物和放射性物質(zhì)的功能.在水處理中常采用高溫過濾器或電磁過濾器.高溫過濾器用于高溫過濾的設(shè)備是由抗腐蝕的惰性陶瓷材料所構(gòu)成,它們可有效地除去<0.5微米的懸浮物質(zhì)點(diǎn),水冷反應(yīng)堆開發(fā)早期階段,采用多層不銹鋼網(wǎng)過濾器.第29頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三目前采用高溫磁性過濾器.其特點(diǎn)是利用反應(yīng)堆一、二回路系統(tǒng)冷卻劑中的腐蝕產(chǎn)物85%以上是磁性的Fe3O4或含有Co,Ni,Cr的Fe3-xCOxO4固態(tài)懸浮物.磁性過濾曾用過永久性磁鐵.但永久性磁鐵的磁性會(huì)隨著冷卻劑溫度的升高不斷下降.近年來對(duì)永久性磁鐵的材料進(jìn)行了很大改進(jìn)以減少溫度的影響.但也有采用電磁過濾器.內(nèi)裝直徑為6毫米鐵素體鋼小球.在直流電場(chǎng)下,小鋼球均成為小磁性體.第30頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三低溫過濾器目前廣泛應(yīng)用于壓水反應(yīng)堆處理系統(tǒng)的是低溫(<60℃)過濾器.一般由不銹鋼環(huán),不銹鋼網(wǎng)或高分子聚合物有孔纖微板組成.主要功能是除去以懸浮物固體和膠體形式存在于水中的腐蝕產(chǎn)物和粉碎的離子交換樹脂微粒(化容系統(tǒng)凈化器后過濾器).鋰型和硼酸型混合離子交換器冷卻劑中都加入硼酸作為反應(yīng)性補(bǔ)償控制手段,同時(shí)還要加入一定量的pH控制劑(LiOH),這就要求凈化系統(tǒng)的離子交換樹脂在吸附雜質(zhì)的同時(shí),不改變冷卻劑中硼和pH控制劑的含量.因此，混合離子交換器必須采用硼酸型陰離子樹脂和pH控制劑相應(yīng)的陽離子交換樹脂(如鋰型陽離子樹脂)混合組成.實(shí)現(xiàn)去除冷卻劑中的雜質(zhì)如腐蝕產(chǎn)物和放射性物質(zhì).第31頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,此混合床對(duì)各種離子(除銫外)的交換作用都十分令人滿意.其中對(duì)腐蝕產(chǎn)物中的Ni2+,Cr2+,Fe2+以及I-的去污因子可達(dá)到數(shù)百以上.但是,這種混合床對(duì)于Cs,Mo,Y和惰性氣體等去除效果不理想.第32頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三除鋰離子交換器冷卻劑循環(huán)凈化系統(tǒng)還備有兩種離子交換器,一種是H＋型陽離子樹脂交換器,另一種是OH-型陰離子交換器.其主要功能在于維持合適的冷卻劑水質(zhì).在冷卻劑中,10B(n,α)反應(yīng)將生成7Li,特別在堆芯運(yùn)行初期,7Li的生成量相當(dāng)大,需要適時(shí)地使凈化流通過H+型陽樹脂床,以除去冷卻劑中多余的7Li,故常將其稱為除鋰離子交換器.該離子交換器除了對(duì)鋰有很好的吸附作用外,還能吸附Li型和硼酸型混合離子交換器所不易吸附的Mo,Y,Cs等.這些微量放射性元素的濃度遠(yuǎn)小于水中鋰濃度,所以最終該床吸附的元素主要仍是鋰.第33頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三除硼離子交換器功用:采用OH-型陰離子交換器去除冷卻劑中硼酸.隨著反應(yīng)堆的運(yùn)行,燃料的過剩反應(yīng)性逐漸下降,冷卻劑中的硼也應(yīng)隨之逐漸稀釋.在換料周期的前半段時(shí)間,當(dāng)冷卻劑中硼濃度較高時(shí),用注入清水的方法使之稀釋.而在后半段時(shí)間,當(dāng)硼酸濃度已較低時(shí)(小于l00ppm),充水稀釋將引起大量的冷卻劑排放.此時(shí),啟用OH-型除硼離子交換器以去除冷卻劑中的硼酸,更為經(jīng)濟(jì)合理.第34頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三為什么在冷卻劑中硼濃度較高時(shí)不用樹脂除硼?在較高的硼濃度下樹脂極易飽和,再生樹脂將產(chǎn)生大量難以處理的放射性再生廢水.如果將一次飽和了的樹脂當(dāng)作固體廢物拋棄,樹脂的消耗量太大.樹脂不論是再生或者是直接拋棄,吸附的硼酸都不能回收使用,這將造成每年數(shù)十噸的硼酸消耗.容積控制箱功能：承擔(dān)反應(yīng)堆從冷態(tài)到熱態(tài)零功率啟動(dòng)過程中的最大溫升速率和從熱態(tài)零功率到冷停堆過程中的最大降溫速率所引起的水容積的變化.第35頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三當(dāng)下泄流被霧化噴入容積控制箱上部空間時(shí),其余部分裂變氣體即會(huì)通過液滴表面擴(kuò)散而出,借此而被除去.短半衰期的裂變氣體在容積控制箱滯留過程中很快衰變了;而對(duì)長(zhǎng)期半衰期的核素(如85Kr),噴霧除氣的效果被氣體重新溶解抵消了許多,因此,噴霧除氣對(duì)長(zhǎng)半衰期裂變氣體不明顯.第36頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三反應(yīng)堆排水的處理與硼的回收反應(yīng)堆排水的來源反應(yīng)堆的停閉和啟動(dòng)停堆時(shí),特別是冷停堆時(shí),一定要使冷卻劑硼濃度維持較高值,以保證足夠的反應(yīng)性抑制量,而在堆啟動(dòng)時(shí),則要將冷卻劑硼濃度降低到臨界所需數(shù)值.反應(yīng)堆的停閉和啟動(dòng),要求用改變硼濃度的方法來補(bǔ)償反應(yīng)性變化:補(bǔ)償多普勒效應(yīng)引起的反應(yīng)性變化;補(bǔ)償冷卻劑(慢化劑)溫度效應(yīng)引起的反應(yīng)性變化;補(bǔ)償中子吸收截面很高的裂變產(chǎn)物135Xe和149Sm引起的反應(yīng)性變化;由維持足夠的停堆深度到堆啟動(dòng)所需反應(yīng)性變化;第37頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三一般來說,一個(gè)大型壓水堆的冷停堆和啟動(dòng)要求冷卻劑中溶解硼的反應(yīng)性控制量在百分之幾到百分之十幾之間,相應(yīng)的硼濃度變化量為300-500mg/L.即在停堆時(shí)需要將冷卻劑硼濃度提高300-500mg/L

而在啟動(dòng)時(shí),將硼濃度降低相應(yīng)值(減硼).通常用注入濃硼酸或清水的方法來加硼或減硼,則向堆中注入多少量的濃硼酸溶液或清水,相應(yīng)地需要由堆中排出相同數(shù)量的冷卻劑.充水和排水并不是簡(jiǎn)單的容積置換,而是一種注入-混合-排放過程.由于主回路冷卻劑循環(huán)量每小時(shí)達(dá)10萬噸,大大超過注水流量,可以認(rèn)為注入的水迅速與整個(gè)回路混勻,排出的已是混勻了的冷卻劑.第38頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三如果以C0表示注入溶液的硼濃度,C1表示冷卻劑中的初始硼濃度,C2表示需要達(dá)到的硼濃度,可導(dǎo)出如下關(guān)系式:V--需要注入的清水或濃硼酸量;V0--主回路總水量,米3.停堆時(shí)，由于C0遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于C1和C2,故注水量(就相當(dāng)于排放量)很小.在啟動(dòng)時(shí)注入的清水(C0=0)量就大得多,并且C1/C2的值越大,需要充入和排出的水量越大.第39頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三例如：設(shè)V0=200米3,冷卻劑運(yùn)行時(shí)的硼濃度為800mg/L,停堆所需的硼濃度增值為400mg/L,則停堆一次需注入C0=7000mg/L的濃硼酸約為14米3,而啟動(dòng)時(shí)需注入清水80米3.當(dāng)冷卻劑運(yùn)行硼濃度為100mg/L,停堆所需的硼濃度增值為300mg/L時(shí),冷停堆一次需要充入的濃硼酸和清水分別約為6米3和280米3.這說明了為什么在冷卻劑硼濃度較低時(shí),用充水法稀釋將引起大量的堆水排放.此外,反應(yīng)堆啟動(dòng)升溫時(shí),由于水體積的膨脹,也引起部分冷卻劑的排放,但其量很小.第40頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三補(bǔ)后備反應(yīng)性的降低隨著反應(yīng)堆的運(yùn)行,后備反應(yīng)性逐漸降低,需要不斷降低冷卻劑硼濃度.在換料周期的前期,當(dāng)冷卻劑硼濃度較高時(shí),需要降低冷卻劑硼濃度必須采取排出部分冷卻劑注入同體積的純水來實(shí)現(xiàn),從而引起冷卻劑的排放.反應(yīng)堆負(fù)荷變化對(duì)負(fù)荷跟蹤電站,運(yùn)行負(fù)荷隨電網(wǎng)用電要求改變,在用電高峰時(shí)滿功率甚至超功率發(fā)電,在用電低谷時(shí)低功率甚至停止發(fā)電.現(xiàn)代壓水堆電站的功率變化也用調(diào)節(jié)冷卻劑的硼濃度來實(shí)現(xiàn),因而引起相應(yīng)的排水,如果功率變化很頻繁,由此引起的排水量是很可觀的.第41頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三反應(yīng)堆換料或檢修排水在反應(yīng)堆換料或檢修后,都需要排出一定量的水.顯然其排水量與停堆檢修的次數(shù)有關(guān).主回路系統(tǒng)的泄壓、引漏主回路超壓時(shí),穩(wěn)壓器泄壓閥開啟,將蒸汽排入泄壓箱,并為箱中積水冷凝、吸收,最后排入堆排水貯槽.由于輻射安全和環(huán)境保護(hù)的考慮,主回路壓力法蘭以及泵閥的密封處都設(shè)有引漏裝置,以收集泄漏出來的冷卻劑并送往堆排水貯槽.可見,負(fù)荷跟蹤引起的排水量是很大的,而基本負(fù)荷電站的排水量的就要少得多.第42頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三由堆中排出的冷卻劑有很強(qiáng)的放射性,未經(jīng)嚴(yán)格處理是絕對(duì)不能向環(huán)境排放的.經(jīng)過處理的冷卻劑,完全可以滿足堆補(bǔ)給水的要求.將堆排水處理后重新補(bǔ)回堆內(nèi),既減少了對(duì)環(huán)境的污染,又可使排出的水復(fù)用,節(jié)省水資源.出于冷卻劑硼濃度控制的要求,必須使復(fù)用補(bǔ)水的硼含量降低到允許程度.因此,堆排水系統(tǒng)除了處理之外,還有一個(gè)硼水分離任務(wù),即生產(chǎn)合格的堆補(bǔ)給水和濃硼酸.

再生硼酸的濃度應(yīng)符合堆濃硼酸貯存要求,有的取4%,

有的取12%,

主要考慮到硼酸水溶液的結(jié)晶溫度.4％硼酸的結(jié)晶溫度為15℃,一般無需進(jìn)行特殊加熱保溫,但設(shè)備容量要大些.12%硼酸的結(jié)晶溫度為50℃,為避免硼酸結(jié)晶,需將所有的管道及設(shè)備的溫度保持在50℃以上,雖然比較麻煩,但設(shè)備容積相對(duì)可以小些.第43頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三硼的回收系統(tǒng)硼回收系統(tǒng)的功能為堆排水提供足夠的貯存容量；去除堆排水中的放射性物質(zhì)及其它雜質(zhì)；為堆的運(yùn)行再生補(bǔ)給水和濃硼酸.硼回收系統(tǒng)組成與各部功能堆排水貯存和輸送單元凈化單元硼水分離單元第44頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三第45頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三堆排水貯存和輸送單元包括堆排水貯槽和相應(yīng)的泵組.為保證反應(yīng)堆排水順暢,并為本系統(tǒng)的運(yùn)行保留足夠的機(jī)動(dòng)能力,通常堆排水貯槽的容量取一回路冷卻劑總體積的2.5倍以上.

這樣的容量能夠容納任何條件下連續(xù)兩次停堆啟動(dòng)的排水.較大的貯存能力同時(shí)也可提供堆排水較長(zhǎng)的放射性衰變時(shí)間,對(duì)于去除短半衰期核素很有效.貯槽采用氮封,防止冷卻劑中逸出的氫氣和空氣相混引起爆炸的可能性.第46頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三凈化單元組成:

由過濾器、離子交換器和脫氣器構(gòu)成,分別去除堆排水中的不溶性顆粒雜質(zhì)、可溶性離子雜質(zhì)以及溶解氣體.凈化:

本系統(tǒng)的原料水大部分己經(jīng)冷卻劑循環(huán)凈化系統(tǒng)混合床離子交換器處理,所以一般僅僅設(shè)置一組H+型陽樹脂床,用以去除Cs,Mo,Y等循環(huán)凈化系統(tǒng)不易除去的核素以及pH添加劑的陽離子(Li+,K+,NH4+).樹脂床后過濾器是用以防止破碎樹脂流出的.為提高凈化效果有的增設(shè)混合離子交換器.除氣:在冷卻劑放射性組份中,裂變氣體占90％以上,為使凈化水的比放顯著降低,就必須相當(dāng)徹底地除去這些氣體,因?yàn)榧词箤?0％裂變氣體除去,其剩余比放仍然等于其它核素的比放之和.所以,除氣效率必須達(dá)到103以上才能符合要求.第47頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三一般采用熱力除氣方法以達(dá)到深度除氣的目的.水流先經(jīng)預(yù)熱,霧化噴入脫氣器,使大部分氣體由水中釋出.隨后使水流通過填料表面,與本系統(tǒng)蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽逆流接觸,蒸汽將水中剩余的氣體帶出,進(jìn)入脫氣冷凝器,把蒸汽冷凝下來,使不凝性氣體進(jìn)入廢氣系統(tǒng).第48頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三硼水分離單元組成：硼水分離是通過蒸發(fā)來實(shí)現(xiàn)的.本單元由蒸發(fā)器、霧沫去除器、吸收塔、冷凝器以及冷卻器構(gòu)成.流程：絕大部分堆排水在蒸發(fā)器中被轉(zhuǎn)為二次蒸汽,經(jīng)霧沫去除器除去夾帶的霧沫,以及經(jīng)吸收塔除去揮發(fā)硼后,在冷凝器中凝結(jié)下來,再經(jīng)過冷卻器冷卻,檢測(cè)合格后送堆補(bǔ)給水箱貯存.蒸發(fā)器釜底溶液濃縮到一定程度后,經(jīng)冷卻過濾送往濃硼酸貯槽.蒸發(fā)的目的在于硼、水分離.蒸發(fā)后有兩種產(chǎn)物:二次蒸汽冷凝液和濃硼酸,最后都被重新補(bǔ)入回路第49頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三蒸發(fā)對(duì)去除冷卻劑中的放射性無效.硼回收系統(tǒng)對(duì)堆排水放射性的去除僅借助于凈化單元的過濾、離子交換和脫氣來完成.這就是為什么硼回收系統(tǒng)與廢液處理系統(tǒng)的工藝流程不同,并把離子交換放在蒸發(fā)之前的道理.既然蒸發(fā)以硼水分離為主要目的,那么就希望二次蒸汽中揮發(fā)硼的含量越少越好,所以蒸發(fā)單元除了一般的霧沫去除器之外,還要加一個(gè)吸收塔以淋洗吸收揮發(fā)硼.

這樣處理后的二次蒸汽冷凝液的硼濃度實(shí)際上降低到難以檢測(cè)的水平.必要時(shí),可以借助于一組附加的陰離子交換器或混合離子交換器,進(jìn)一步去除凝結(jié)水中的殘余硼,即凈化冷凝液.第50頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三硼酸的熱再生存在的問題：用硼酸進(jìn)行反應(yīng)性補(bǔ)償控制的壓水堆,經(jīng)常要循環(huán)往復(fù)地“加硼”或“減硼”,冷卻劑循環(huán)凈化系統(tǒng)和硼回收系統(tǒng)對(duì)硼酸的處理都有缺陷.除硼離子交換器低溫下很易除去水中的硼,但被吸附了的硼很難回收使用;如用清水將樹脂上的硼洗下來,得到的硼酸溶液濃度太低;如用堿溶液再生樹脂,則從再生液中提取硼又是一個(gè)難題.實(shí)際上,硼酸一旦被吸附在硼床上即成了廢物.蒸發(fā)法回收硼是有效的,但成本很高,特別是在排水硼濃度很低時(shí),蒸發(fā)大量的清水僅能回收數(shù)量很少的硼酸.第51頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三解決辦法：從強(qiáng)堿型樹脂對(duì)硼酸吸附的研究中發(fā)現(xiàn),樹脂對(duì)硼酸的吸附有一個(gè)明顯的特點(diǎn):吸附容量隨溫度而變,在低溫下的吸附容量高于高溫下的吸附容量.

由此引出這樣的設(shè)想:用調(diào)節(jié)除硼離子交換器工作溫度的辦法來改變冷卻劑的硼含量.

在需要“減硼”時(shí),降低循環(huán)凈化流的溫度,使其通過陰樹脂床,這時(shí)硼被吸附,水液中的硼濃度降低；在需要“加硼”時(shí),則提高水流的溫度,使其通過同一個(gè)陰樹脂床,這時(shí)硼由樹脂上解吸下來,水流中的硼濃度提高.這種用改變通過離子交換器水流溫度來調(diào)節(jié)硼濃度的方法,叫硼酸的熱再生法.第52頁，共57頁，2023年，2月20日，星期三放射性廢水的處理放射性廢水概況與處理原則放射性廢水的來源:在運(yùn)行和檢修過程中,一回路各個(gè)系統(tǒng)不可避免地會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的放射性廢水,如放射性設(shè)備排放水,泵、閥門的泄漏水,放射性設(shè)備沖洗水,實(shí)驗(yàn)室的下水和洗滌水,乃至淋浴水、洗衣水,以及一回路側(cè)的高壓放射性冷卻劑進(jìn)入二回路側(cè),隨著蒸汽和蒸汽發(fā)生器