钠冷快堆是第四代先进核能系统的首选堆型之一,发展钠冷快堆对形成核燃料闭式循环体系,充分利用铀资源,并实现核废物的最小化,保证核裂变能的可持续发展具有重大的战略意义。蒸汽发生器是快堆的关键设备,通过自主研发,掌握快堆蒸汽发生器的核心技术,可以为大型商用示范快堆核电站蒸汽发生器的国产化打下坚实的技术基础,对我国快堆乃至核电技术的发展有着重要意义。
钠冷快堆采用钠-钠-水/汽的三回路热传输系统,将一回路冷却系统的热量经中间热交换器传给二回路主冷却系统,再经蒸汽发生器将 热传给水/ 蒸汽系统,这样的结构能够防止一回路系统中放射性钠与蒸汽发生器中的水相接触,避免蒸汽发生器中发生大面积钠水反应,保障反应堆的堆芯安全。
钠冷快堆的新型蒸汽发生器,不仅能够将一回路冷却系统的热量直接传给水/ 蒸汽系统,而且能够避免一回路系统放射性钠与水直接接触,防止发生钠水反应,从而能取消二回路系统的设置,则可以大幅降低反应堆的建设成本。
传统钠冷快堆的蒸汽发生器将热量(一回路冷却系统的热量经中间热交换器传给二回路主冷却系统)由二回路钠传递给三回路水,使之经过预热、蒸发和过热,为汽轮机提供所需要的合格蒸汽。同时,蒸汽发生器还具有隔离二、三回路的安全功能,蒸汽发生器的正常运行是保证核电厂安全运行的重要环节。由于快堆电站中设置的二回路冷却系统,传统蒸汽发生器能够避免一回路系统中放射性钠与蒸汽发生器中的水相接触,但是由于蒸汽发生器两侧的介质分别为水和钠,所以仍可能出现纳水反应,威胁电站的安全。钠冷快堆新型蒸汽发生器主要是针对传统快堆蒸汽发生器易出现钠水反应以及需要设置二回路冷却系统的弊端而提出的。新型蒸汽发生器在壳内布置了两路换热管,其中一路换热管将一回路冷却系统的热量传递给中间流体,而另一路将中间流体的热量传递给水,实现水的蒸发和过热。通常情况下,壳内的中间流体可以选择与钠和水有着稳定的化学性能的介质,例如铅铋合金。中间流体可以由布置在蒸汽发生器内部的泵来驱动,以提高其换热性能。新型蒸汽发生器取消了二回路,实现了中间热交换器和传统蒸汽发生器的作用,并采用中间流体隔离了钠和水的接触,避免了钠水反应的发生。