一種以超臨界二氧化碳為工質的顆粒脫除器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種以超臨界二氧化碳為工質的顆粒脫除器，其包括管道進口(1)、管道壁(2)、電凝并區(3)、顆粒收集區(4)和管道出口(5)，其中，在管道進口(1)處設置有電荷網(11)，在管道壁(2)的外側設置有熱泳涂層(6)，用于產生熱泳效應，這樣可以有效防止小顆粒粘附在顆粒脫除器的管壁內側。本實用新型所提供的顆粒脫除器結構簡單，能夠脫除粒徑小于2.5μm的小顆粒物，且本實用新型所提供的顆粒脫除器在管道中心進行顆粒收集，有效防止了細小顆粒物粘附在管道內壁的問題。
【專利說明】
一種以超臨界二氧化碳為工質的顆粒脫除器
技術領域
[0001]本實用新型涉及核能領域，尤其涉及核能領域中的顆粒物脫除裝置，特別地，涉及一種以超臨界二氧化碳為工質的顆粒物脫除裝置。
【背景技術】
[0002]采用超臨界二氧化碳作為第四代高溫氣冷堆的工質，不僅可以避免臨界熱流密度的熱工安全限制，而且還可以容易提升堆芯出口溫度、簡化堆芯系統結構等優勢。
[0003]超臨界二氧化碳介質由于其黏度為液體的I%，擴散系數為液體100倍，比液體更快的溶解溶質的速率，比氣體更大的溶質的溶解能力，提高了細小顆粒物的溶解性能，使顆粒物在超臨界二氧化碳介質中分散成更小的顆粒物。而高溫氣冷堆的燃料元件大部分是將全陶瓷型包覆顆粒彌散在石墨球基體中制成，雖然這種材料可以將絕大部分裂變產物阻擋在完整包覆顆粒的陶瓷SiC層內，但是仍然還會有一些細小的雜質以顆粒物的形式存在。這些細小的顆粒物(如石墨粉塵產生顆粒物)一般是具有放射性的顆粒，這些顆粒會引發一系列問題，影響冷卻劑的傳熱性能、出現局部傳熱惡化、影響管道的使用壽命、影響反應堆的正常運行和安全，更為嚴重的還會威脅到核電站周圍工作人員的生命健康。
[0004]目前，國內外大部分是常規高效除塵設備，常見的有電除塵器、袋除塵器、靜電顆粒層除塵器、靜電旋風除塵器、電袋復合除塵器等，這些除塵器，對于粒子直徑大于ΙΟμπι的顆粒物除塵效率高，但是對于細顆粒物(直徑<2.5μπι)除塵效率明顯降低。這些除塵器大多是利用單一的原理對顆粒物進行除塵，效果不明顯。雖然也有專家利用電凝并技術和靜電除塵器相結合，但其裝置難以解決一些細小顆粒物粘貼在管道內壁的問題，如果這個問題發生在反應堆內，那么將給反應堆運行帶來很大不便。
【實用新型內容】
[0005]為了克服上述問題，本發明人進行了銳意研究，設計出一種以超臨界二氧化碳為工質的顆粒脫除器，所述顆粒脫除器將熱泳效應與電凝并結合，能夠有效脫除顆粒物，且不會導致顆粒物粘附在管壁上，從而完成本實用新型。
[0006]本實用新型一方面提供了一種以超臨界二氧化碳為工質的顆粒脫除器，具體體現在以下方面:
[0007](I) —種以超臨界二氧化碳為工質的顆粒脫除器，所述顆粒脫除器為圓筒狀管道結構，其特征在于，所述顆粒脫除器包括管道進口 1、管道壁2、電凝并區3、顆粒收集區4和管道出口 5，其中，
[0008]在管道進口 I處設置有電荷網11，
[0009]在管道壁2的外側設置有熱泳涂層6;
[0010](2)根據上述(I)所述的顆粒脫除器，其中，所述電荷網11由電荷網絲111交叉構成；
[0011](3)根據上述(2)所述的顆粒脫除器，其中，
[0012]所述電荷網絲111為錳銅合金絲，和/或
[0013]鄰近的電荷網絲111之間的間距為0.5?2.5mm;
[0014](4)根據上述(I)至(3)之一所述的顆粒脫除器，其中，所述熱泳涂層6包括導體61、線圈62和保溫材料63，其中，所述線圈62纏繞于導體61上，所述保溫材料63包裹于纏有線圈62的導體外側；
[0015](5)根據上述(4)所述的顆粒脫除器，其中，
[0016]所述線圈62為鑄鐵鋁鎳鈷材料，和/或
[0017]在所述線圈62上通有交變電流，和/或
[0018]所述保溫材料63為云母材料；
[0019](6)根據上述(4)或(5)所述的顆粒脫除器，其中，所述熱泳涂層6的厚度為20?30mm，其中，導體61的厚度為16?28mm，線圈62和保溫材料63的厚度分別為I?2mm，其中，基于顆粒脫除器的管道內徑為120?150_;
[0020](7)根據上述(I)至(6)之一所述的顆粒脫除器，其中，在電凝并區3設置有交流電裝置31和電凝并裝置32;
[0021](8)根據上述(I)所述的顆粒脫除器，其中，
[0022]所述交流電裝置31為環形，緊貼管道壁2的內側，和/或
[0023]所述電凝并裝置32設置于管道的中心，且為豎直設置；
[0024](9)根據上述(I)所述的顆粒脫除器，其中，所述顆粒收集區4包括顆粒沉附裝置41和顆粒收集裝置42，其中，所述顆粒沉附裝置41為豎直設置，與電凝并裝置32平行;顆粒收集裝置42設置于顆粒沉附裝置41上，且與顆粒沉附裝置41垂直；
[0025](10)根據上述(9)所述的顆粒脫除器，其中，所述顆粒收集裝置42的高度為20?30mm，優選為22?28mm，更優選為25mm，其中，基于顆粒脫除器的管道內徑為120?150_。
【附圖說明】
[0026]圖1示出以超臨界二氧化碳為工質的顆粒脫除器的整體結構示意圖；
[0027]圖2示出圖1中A-A處的軸向橫截面圖；
[0028]圖3示出電荷網的結構示意圖；
[0029]圖4示出圖1中B-B處的軸向縱截面圖；
[0030]圖5示出圖4中D-D處的徑向截面圖；
[0031]圖6示出圖4中c處的局部放大圖；
[0032]圖7示出以超臨界二氧化碳為工質的顆粒脫除器在高溫氣冷堆內部的裝配圖；
[0033]圖8示出以超臨界二氧化碳為工質的顆粒脫除器在高溫氣冷堆外部的裝配圖。
[0034]附圖標號說明:
[0035]1-管道進口
[0036]11-電荷網
[0037]111-電荷網絲
[0038]2-管道外壁
[0039]3-電凝并區
[0040]31-交流電裝置[0041 ]32-電凝并裝置
[0042]4-顆粒收集區
[0043]41-顆粒沉積裝置
[0044]42-顆粒收集裝置
[0045]5-管道出口
[0046]6-熱泳涂層
[0047]61-導體
[0048]62-線圈
[0049]63-保溫材料
[0050]7_(以超臨界二氧化碳為工質的)顆粒脫除器[0051 ]8-高溫氣冷堆
[0052]81-堆體
[0053]82-蒸汽發生器
[0054]83-發電機
[0055]84-汽輪機
[0056]85-回熱器
[0057]86-冷卻器
[0058]87-壓縮機
【具體實施方式】
[0059]下面通過附圖對本實用新型進一步詳細說明。通過這些說明，本實用新型的特點和優點將變得更為清楚明確。
[0060]其中，盡管在附圖中示出了實施方式的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。
[0061]本實用新型提供了一種以超臨界二氧化碳為工質的顆粒脫除器，如圖1所示，所述顆粒脫除器為圓筒狀管道結構，其包括管道進口 1、管道外壁2、電凝并區3、顆粒收集區4和管道出口 5。其中，小顆粒在電凝并區3進行凝并作用，逐漸聚集形成大顆粒物，然后由顆粒收集區4對大顆粒進行收集。
[0062]根據本實用新型一種優選的實施方式，如圖2所示，在管道進口I處設置有電荷網
Ilo
[0063]在進一步優選的實施方式中，如圖3所示，所述電荷網11由電荷網絲111交叉構成。
[0064]其中，當小顆粒從管道進口I進入顆粒脫除器時會經過電荷網11，電荷網11能夠使小顆粒在進入電凝并區前帶上部分電荷，增加小顆粒進入電凝并區前的電荷量，以提高小顆粒的電凝并效果。
[0065]根據本實用新型一種優選的實施方式，所述電荷網絲111為錳銅合金絲。
[0066]在進一步優選的實施方式中，鄰近的電荷網絲111的間距為0.5?2.5mm，優選為I?2mm，更優選為1.5mm。
[0067]其中，錳銅合金絲具有良好的導電性，能夠有效地為小顆粒提供電荷。
[0068]根據本實用新型一種優選的實施方式，如圖2所示，在管道外壁2的外側設置有熱泳涂層6。
[0069]在進一步優選的實施方式中，如圖2和圖6所示，所述熱泳涂層6包括導體61、線圈62和保溫材料63。
[0070]其中，所述線圈62纏繞于導體61上，所述保溫材料63包裹于纏有線圈62的導體外側。
[0071]在更進一步優選的實施方式中，所述線圈62為鑄鐵鋁鎳鈷材料，在所述線圈62上通有交變電流，所述保溫材料63為云母材料。
[0072]其中，熱泳涂層的目的是用于產生熱泳效應，線圈62上通有交變電流用于產生渦流。具體地:在線圈上通入交變電流，線圈將產生交變磁場，那么，在線圈中間的導體在圓周方向可以等效成一圈圈的閉合電路，閉合電路中的磁通量在不斷發生改變，因此，在導體圓周方向會產生感應電動勢和感應電流，電流的方向沿導體的圓周方向轉圈，就像一圈圈的漩渦，稱為渦流，其中，渦流由感應電動勢引起，并且渦流同一般的電流一樣，會產生熱效應，且產熱多少符合焦耳定律。
[0073]因此，在渦流作用下，使得管道外壁溫度高于管道中心，產生溫度梯度，使小顆粒產生與溫度梯度相反的運動速度，即向管道中心移動，形成熱泳效應。
[0074]根據本實用新型一種優選的實施方式中，所述熱泳涂層6的厚度為20?30mm。
[0075]在進一步優選的實施方式中，在熱泳涂層6中，導體61的厚度為16?28mm，線圈62和保溫材料63的厚度分別為I?2mm。
[0076]其中，上述厚度尺寸是基于顆粒脫除器的管道內徑為120?150mm。若顆粒脫除器的管道內徑增大或減小，那么上述厚度尺寸也按比例進行增大或減小。其中，保溫材料的目的是防止熱泳涂層的熱量外散，從而導致熱泳效率降低。
[0077]因此，在熱泳涂層的作用下，小顆粒往管道中心運動，不會產生粘附在管道內壁的現象。
[0078]根據本實用新型一種優選的實施方式，如圖2和圖3所示，在電凝并區3設置有交流電裝置31和電凝并裝置32，其中，所述交流電裝置31用于提供交流電，所述電凝并裝置32為交流電極，其與交流電裝置31連接，形成交流電場。
[0079]在進一步優選的實施方式中，所述交流電裝置31為環形，緊貼顆粒脫除器的管道內壁。
[0080]在更進一步優選的實施方式中，如圖4所示，所述電凝并裝置32位于顆粒脫除器的管道中心，且為豎直放置，其與管道長軸方向的縱向平面平行。
[0081]其中，小顆粒從電荷網進入后帶有了部分電荷，帶電荷的小顆粒在電凝并區的交流電場作用下產生往復振動，由于顆粒間的相對運動或速度差，使得顆粒間相互碰撞而凝聚，形成大顆粒。
[0082]根據本實用新型一種優選的實施方式，如圖2和圖4所示，所述顆粒收集區4包括顆粒沉附裝置41和顆粒收集裝置42。
[0083]在進一步優選的實施方式中，如圖2和圖4所示，所述顆粒收集裝置42設置于顆粒沉附裝置41上。
[0084]在更進一步優選的實施方式中，如圖2和圖5所示，所述顆粒收集裝置42垂直于所述顆粒沉附裝置41，并且，所述顆粒收集裝置42與顆粒脫除器管道的徑向豎直平面平行，SP與電荷網平行。
[0085]其中，通過前面的電凝并區3后，小顆粒在熱泳效應和電凝并作用的雙重作用下變形成大顆粒，大顆粒進入顆粒收集區4后，熱泳效應仍然存在，因此，大顆粒的運動方向與溫度梯度的方向相反，即大顆粒在管道中心移動，于是，在顆粒收集區4設置有顆粒收集裝置42，用于擋住大顆粒沿管道的軸向方向向左或向右移動，因此，相當于將大顆粒固定于顆粒收集區4。
[0086]在本實用新型中:在電凝并區3，由于有交變電流的存在，小顆粒或形成的大顆粒進行上下振動，不利于顆粒收集，因此，在電凝并區3不會發生顆粒收集的現象;在顆粒收集區4，顆粒沉附裝置41并沒有連通交變電流，因此在顆粒收集區4不存在交變電流，顆粒不會進行上下振動，而是在熱泳效應下存在于顆粒脫除器的中間位置，即顆粒附著于顆粒沉附裝置41的表面上，在顆粒收集區4中，又設置有顆粒收集裝置42，其作為擋板限制了顆粒向左或向右運動，相當于將顆粒困于顆粒收集區4中，因此，顆粒收集區4實現了顆粒的收集。需要說明，當顆粒從電凝并區3進入顆粒收集區4時，是在交變電流的作用下上下振動進入的，因此，用于抵擋作用的顆粒收集裝置42不會抵擋顆粒進入顆粒收集區4。但是，到達收集區后，沒有交流電的作用，只存在熱泳效應，因此，顆粒向顆粒沉附裝置41靠攏，并且被顆粒收集裝置41抵擋，不能繼續流動，實現了顆粒的收集。
[0087]根據本實用新型一種優選的實施方式，所述顆粒收集裝置42的高度為20?30mm。
[0088]在進一步優選的實施方式中，所述顆粒收集裝置42的高度為22?28mm。
[0089]在更進一步優選的實施方式中，所述顆粒收集裝置42的高度為25mm。
[0090]其中，上述顆粒收集裝置42的高度是基于顆粒脫除器的管道內徑為120?150mm而言，當顆粒脫除器的管道內徑增大或減小，則顆粒收集裝置42的高度也應該按相應的比例進行增大或減小。
[0091]在本實用新型中，顆粒先通過電荷網11，電荷網11賦予顆粒電荷;帶電的顆粒進入電凝并區3，在電凝并區3內，顆粒在熱泳涂層6的作用下向顆粒脫除器中心的電凝并裝置33靠攏，并且在交流電下上下振動，小顆粒逐漸形成大顆粒;大顆粒進入顆粒收集區4，實現了顆粒的收集。
[0092]本實用新型另一方面提供一種上述顆粒脫除器的用途，用于脫除以超臨界二氧化碳為工質的核電設備中殘留的放射性顆粒。
[0093]根據本實用新型一種優選的實施方式，本實用新型所述顆粒脫除器與核電設備聯用，用于除去核電設備中殘留的放射性顆粒。
[0094]其中，所述核電設備以超臨界二氧化碳為工質。
[0095]根據本實用新型一種優選的實施方式，如圖7所示，所述顆粒脫除器7設置于于高溫氣冷堆8的內部。
[0096]在進一步優選的實施方式中，如圖7所示，所述顆粒脫除器7設置于高溫氣冷堆8的堆體81和蒸汽發生器82之間的熱氣導管83里。
[0097]其中，由于超臨界二氧化碳流體為循環流向，其多次經過顆粒脫除器7，可以提高對顆粒的脫除效率。
[0098]根據本實用新型另一種優選的實施方式，如圖8所示，所述顆粒脫除器7設置于高溫氣冷堆8的外部。
[0099]在進一步優選的實施方式中，如圖8所示，所述顆粒脫除器7的左端與高溫氣冷堆8連接，上端與發電機83連接，右端與汽輪機84連接。
[0100]其中，所述顆粒脫除器7是以內嵌的方式安裝在高溫氣冷堆一回路和二回路之間的管道里，主要是當高溫氣冷反應堆發生事故時，防止具有放射性的顆粒物外泄至二回路從而泄漏至環境中的問題。其中，所述顆粒脫除器7從發電機83中獲得交變電源
[0101]在本實用新型中:(I)所述管道是指顆粒脫除器的主體管道；(2)凝并是指顆粒或微粒在外力作用下相互碰撞或粘附而聚結成較大顆粒的過程；(3)所述顆粒脫除器為以超臨界二氧化碳為工質的顆粒脫除器的簡寫；(4)在圖2、圖4和圖7中，灰度箭頭表示超臨界二氧化碳流體的流動方向；(5)在圖2和圖4中，圓形表示顆粒；(6)在圖8中，黑色箭頭表示超臨界二氧化碳流體的流動方向，所述超臨界二氧化碳流體工質既可以在高溫氣冷反應堆中流動也可以在回路中流動；(7)圖2為圖1在A-A處的軸向水平截面圖；(8)圖4為圖1在B-B處的軸向豎直截面圖，其中，B-B處的截面與A-A處的截面垂直。
[0102]本實用新型所具有的有益效果包括:
[0103](I)本實用新型所提供的顆粒脫除器結構簡單，適合大規模生產應用；
[0104](2)本實用新型所提供的顆粒脫除器能夠脫除粒徑小于2.5μπι的小顆粒物；
[0105](3)本實用新型所提供的顆粒脫除器在管道中心進行顆粒收集，有效防止了細小顆粒物粘附在管道內壁的問題；
[0106](4)本實用新型所提供的顆粒脫除器可以與一切以超臨界二氧化碳為工質的高溫氣冷堆和布雷頓能量轉化技術的設備配套使用。
[0107]在本實用新型的描述中，需要說明的是，術語“上”、“下”、“左”、“右”、“內”和“外”等指示的方位或位置關系為基于本實用新型工作狀態下的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。
[0108]以上結合了優選的實施方式對本實用新型進行了說明，不過這些實施方式僅是范例性的，僅起到說明性的作用。在此基礎上，可以對本實用新型進行多種替換和改進，這些均落入本實用新型的保護范圍內。
【主權項】
1.一種以超臨界二氧化碳為工質的顆粒脫除器，所述顆粒脫除器為圓筒狀管道結構，其特征在于，所述顆粒脫除器包括管道進口(1)、管道壁(2)、電凝并區(3)、顆粒收集區(4)和管道出口(5)，其中， 在管道進口( I)處設置有電荷網(11); 在管道壁(2)的外側設置有熱泳涂層(6)。2.根據權利要求1所述的顆粒脫除器，其特征在于，所述電荷網(11)由電荷網絲(111)交叉構成。3.根據權利要求2所述的顆粒脫除器，其特征在于， 所述電荷網絲(111)為錳銅合金絲;和/或 鄰近的電荷網絲(111)之間的間距為0.5?2.5mm。4.根據權利要求1所述的顆粒脫除器，其特征在于，所述熱泳涂層(6)包括導體(61)、線圈(62)和保溫材料(63)，其中，所述線圈(62)纏繞于導體(61)上，所述保溫材料(63)包裹于纏有線圈(62)的導體外側。5.根據權利要求4所述的顆粒脫除器，其特征在于， 所述線圈(62)為鑄鐵鋁鎳鈷材料;和/或 在所述線圈(62)上通有交變電流;和/或 所述保溫材料(63)為云母材料。6.根據權利要求4或5所述的顆粒脫除器，其特征在于，所述熱泳涂層(6)的厚度為20?30mm，其中，導體(61)的厚度為16?28mm，線圈(62)和保溫材料(63)的厚度分別為I?2mm，其中，基于顆粒脫除器的管道內徑為120?150_。7.根據權利要求1所述的顆粒脫除器，其特征在于，在電凝并區(3)設置有交流電裝置(31)和電凝并裝置(32)。8.根據權利要求7所述的顆粒脫除器，其特征在于， 所述交流電裝置(31)為環形，緊貼管道壁(2)的內側;和/或 所述電凝并裝置(32)設置于管道的中心，且為豎直設置。9.根據權利要求1所述的顆粒脫除器，其特征在于，所述顆粒收集區(4)包括顆粒沉附裝置(41)和顆粒收集裝置(42)，其中，所述顆粒沉附裝置(41)為豎直設置，與電凝并裝置(32)平行;顆粒收集裝置(42)設置于顆粒沉附裝置(41)上，且與顆粒沉附裝置(41)垂直。10.根據權利要求9所述的顆粒脫除器，其特征在于，所述顆粒收集裝置(42)的高度為20?30mm，其中，基于顆粒脫除器的管道內徑為120?150_。
【文檔編號】G21F9/02GK205722823SQ201620587543
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月16日
【發明人】周濤, 陳杰, 周藍宇, 劉亮, 陳娟
【申請人】華北電力大學