本发明涉及一种高温气冷堆含氚废水优化收集系统及收集工艺，属于核反应堆技术领域。
背景技术：
高温气冷堆是以石墨为慢化剂、氦为冷却剂的高温反应堆。在运行过程中会产生多种气态放射性杂质和化学杂质，如一氧化碳、二氧化碳、氢气、水、氧气、氮气、甲烷、由燃料球裂变和堆内构件发生热中子活化产生的气态氚及氪、氙等放射性杂质。为了控制杂质水平，确保反应堆安全运行，防止放射性废物向环境的排放，需对氦冷却剂进行净化，并对含氚废水进行收集并排放到废液贮存系统。气态氚经氦净化系统氧化铜床转化为氚水，与堆内其他来源水混合形成含氚废水。含氚废水流经氦净化系统水/氦冷却器降温后，冷凝的饱和含氚废水由氦净化系统的气/水分离器分离收集，其余含氚废水则被氦净化系统分子筛床吸附。由于氦净化系统气/水分离器入口处含氚废水浓度较低，在氦净化系统气/水分离器处无法收集到含氚废水，而利用现有工艺无法对其后氦净化系统分子筛床中的含氚废水进行收集。
技术实现要素：
为了解决氦净化系统分子筛床中含氚废水无法收集的问题，本发明提供一种高温气冷堆含氚废水优化收集系统及收集工艺，通过在现有氦净化再生系统中增设辅助分子筛床和增加阀门，改进收集工艺，实现对高温气冷堆含氚废水有效收集。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高温气冷堆含氚废水优化收集系统，由第一个闭路循环系统和第二个闭路循环系统组成；其中，第一个闭路循环系统由氦净化再生系统隔膜压缩机、氦净化再生系统电加热器、氦净化系统分子筛床、氦净化再生系统水/氦冷却器、氦净化再生系统气/水分离器、辅助分子筛床依次连接组成；第二个闭路循环系统由氦净化再生系统隔膜压缩机、氦净化再生系统电加热器、辅助分子筛床、氦净化再生系统水/氦冷却器、氦净化再生系统气/水分离器依次连接组成。本发明利用第一个闭路循环系统将氦净化系统分子筛床中含氚废水转移到氦净化再生系统的气/水分离器和辅助分子筛床中，再利用第二个闭路循环系统将辅助分子筛床中含氚废水转移到氦净化再生系统的气/水分离器处，从而实现含氚废水的有效收集。为了更好的收集含氚废水和保证氦净化系统长时间高效运行，所述氦净化系统分子筛床装填的分子筛应同时对水、氚水和二氧化碳具有吸附能力；所述分子筛优选为5A、13X等类型分子筛吸附剂。所述辅助分子筛床装填的分子筛对水、氚水具有强吸附能力；所述分子筛优选为3A、4A、5A、10X、13X等对水具有强吸附力的各类型分子筛吸附剂。本发明还提供一种高温气冷堆含氚废水优化收集工艺，包括如下步骤：1)利用第一个闭路循环系统将氦净化系统分子筛床中的含氚废水转移到氦净化再生系统气/水分离器和辅助分子筛床处；2)利用第二个闭路循环系统再将辅助分子筛床中的含氚废水转移到氦净化再生系统气/水分离器处进行收集。上述步骤1)包括如下步骤：向第一个闭路循环系统内充氦至低压，启动氦净化再生系统隔膜压缩机，氦气经氦净化再生系统隔膜压缩机进入氦净化再生系统电加热器加热后进入氦净化系统分子筛床，使其在高温下加热再生；从氦净化系统分子筛床出来的热氦气经氦净化再生系统水/氦冷却器降温后进入氦净化再生系统气/水分离器，其中饱和含氚废水冷凝后分离收集，而不饱和含氚废水进入辅助分子筛床被吸附。上述步骤2)包括如下步骤：向第二个闭路循环系统内充氦至低压，启动氦净化再生系统隔膜压缩机，氦气经氦净化再生系统隔膜压缩机进入氦净化再生系统电加热器加热后进入辅助分子筛床，使其在高温下加热再生；从辅助分子筛床出来的热氦气经氦净化再生系统水/氦冷却器降温后进入氦净化再生系统气/水分离器，其中饱和含氚废水冷凝后被分离收集。辅助分子筛床加热再生后，不需要对辅助分子筛床进行抽真空操作，以避免抽走部分含氚废水，造成含氚废水向环境的排放。作为本发明优选的实施方式，所述低压条件为0.5-0.75MPa。适合的压力条件能够促使氦净化系统分子筛床中含氚废水转移至辅助分子筛床及辅助分子筛床本身的加热再生。系统压力过大会使脱附推动力减小，不利于氦净化系统分子筛床再生和氦净化再生系统辅助分子筛床再生。系统压力过小会导致闭路循环流量减小，从而导致氦净化再生系统电加热器表面温度过高而使加热元件寿命减小。在本发明所述的优化收集工艺中，利用氦净化再生系统电加热器使氦净化系统分子筛床和氦净化再生系统辅助分子筛床分别加热再生，优选再生温度在200℃-350℃之间。温度过高使分子筛寿命减小；温度过低脱附推动力减小，分子筛床和辅助分子筛床工作效率变差，含氚废水收集效率变低。在本发明所述的优化收集工艺中，所述氦净化再生系统水/氦冷却器将氦气降温至10℃-25℃，优选工作温度10℃。此较低温度下工作使在第一个闭路循环系统运行时，辅助分子筛效率提高；在第二个闭路循环系统运行时，辅助分子筛床转移含氚废水至氦净化再生系统气/水分离器的效率提高。采用本发明所述的含氚废水优化收集工艺可实现10MW高温气冷实验堆、高温气冷堆示范工程和商业堆含氚废水有效收集；延长了整体高温气冷堆氦净化系统的运行时间，保持氦净化系统的高效运行，对高温气冷堆技术实现产业化具有重大意义。附图说明图1为本发明所述高温气冷堆含氚废水优化收集工艺流程图。具体实施方式以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。本发明中氦净化系统含氚废水的吸附过程如下：氦净化系统氧化铜床在250℃下将气态氚氧化为氚水，与堆内其他来源水混合为含氚废水。经氦净化系统水/氦冷却器降温后，一部分冷凝的饱和含氚废水在氦净化系统气/水分离器处分离收集，其余含氚废水被氦净化系统分子筛床吸附，氦净化系统分子筛床操作温度为10℃、操作压力为3-7MPa。本发明采用如下收集系统和收集工艺对氦净化系统分子筛床中的含氚废水进行收集。实施例1一种高温气冷堆含氚废水优化收集系统一种高温气冷堆含氚废水优化收集系统，如图1所示，由第一个闭路循环系统和第二个闭路循环系统组成；其中，第一个闭路循环系统由氦净化再生系统隔膜压缩机、氦净化再生系统电加热器、氦净化系统分子筛床、氦净化再生系统水/氦冷却器、氦净化再生系统气/水分离器、辅助分子筛床依次连接组成；第二个闭路循环系统由氦净化再生系统隔膜压缩机、氦净化再生系统电加热器、辅助分子筛床、氦净化再生系统水/氦冷却器、氦净化再生系统气/水分离器依次连接组成。其中，所述氦净化系统分子筛床装填的分子筛为5A分子筛吸附剂(也可替换为13X分子筛吸附剂)。其中，所述辅助分子筛床装填的分子筛为5A分子筛，也可以替换为3A、4A、10X、13X等对水有强吸附力的各类型分子筛吸附剂。实施例2一种高温气冷堆含氚废水优化收集工艺采用本发明所述的收集系统对10MW高温气冷实验堆氦净化与氦辅助系统实施了改造，改造后的含氚废水优化收集工艺包括如下步骤：1)利用第一个闭路循环系统将氦净化系统分子筛床中的含氚废水转移到氦净化再生系统气/水分离器和辅助分子筛床处；具体步骤为：向第一个闭路循环系统内充氦至低压，启动氦净化再生系统隔膜压缩机，氦气经氦净化再生系统隔膜压缩机进入氦净化再生系统电加热器加热后进入氦净化系统分子筛床，使其在高温下加热再生；从氦净化系统分子筛床出来的热氦气经氦净化再生系统水/氦冷却器降温后进入氦净化再生系统气/水分离器，其中饱和含氚废水冷凝后分离收集，而不饱和含氚废水进入辅助分子筛床被吸附；2)利用第二个闭路循环系统再将辅助分子筛床中的含氚废水转移到氦净化再生系统气/水分离器处进行收集。具体步骤为：向第二个闭路循环系统内充氦至低压，启动氦净化再生系统隔膜压缩机，氦气经氦净化再生系统隔膜压缩机进入氦净化再生系统电加热器加热后进入辅助分子筛床，使其在高温下加热再生；从辅助分子筛床出来的热氦气经氦净化再生系统水/氦冷却器降温后进入氦净化再生系统气/水分离器，其中饱和含氚废水冷凝后被分离收集。辅助分子筛床加热再生后，不需要对辅助分子筛床进行抽真空操作，以避免抽走部分含氚废水，造成含氚废水向环境的排放。在上述步骤1)、步骤2)中，所述低压条件为0.5-0.75MPa；所述氦净化再生系统电加热器将氦净化系统分子筛床和氦净化再生系统辅助分子筛床分别加热至250℃；所述氦净化再生系统水/氦冷却器将氦气降温至10℃。改造后，在氦净化再生系统气/水分离器处收集到大量高剂量含氚废水，实现了含氚废水零收集的突破；并延长了整体高温气冷堆氦净化系统的运行时间，能够保持氦净化系统的高效运行，取得了重大突破。本发明所述的高温气冷堆含氚废水优化收集系统及收集工艺被用于高温气冷堆示范工程——华能山东石岛湾核电厂高温气冷堆核电站示范工程(HTR-PM)氦净化与氦辅助系统设计中，可实现高温气冷示范工程和今后商业堆氦净化与氦辅助系统含氚废水有效收集。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。