核电厂含硼水溶硅去除装置分析模型与参数优化

徐良旺; 刘斌; 蒋晓斌; 涂志剑

doi:10.13832/j.jnpe.2021.04.0228

核电厂含硼水溶硅去除装置分析模型与参数优化

doi: 10.13832/j.jnpe.2021.04.0228

苏州热工研究院有限公司，江苏苏州， 215004

详细信息

作者简介:
徐良旺（1979—），男，高级工程师，现从事压水堆核电厂运行优化研究工作，E-mail: xuliang98@qq.com

中图分类号: TL353
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出版历程
- 收稿日期: 2020-07-20
- 修回日期: 2021-04-26
- 刊出日期: 2021-08-15

Analysis Model and Parameter Optimization of a Silica Removal System for Boric Acid in Nuclear Power Plant

Suzhou Nuclear Power Research Institute, Suzhou, Jiangsu, 215004, China

摘要

摘要: 为了提高核电厂含硼水溶硅去除装置（简称除硅装置）的性能，改进了分析模型，并分别对截留分子量（MWCO）为200 Da和250 Da的反渗透膜除硅分离实验进行了理论计算。模型计算结果与实验测量值符合良好，证明了该改进模型的准确性与适用性。在此基础上，进一步对除硅装置参数优化进行了研究，分析了相关参数对装置除硅性能的影响，研究结论对除硅装置的设计与运行具有参考意义。
- 反渗透膜 /
- 富集硼酸 /
- 除硅装置
Abstract: In order to improve the performance of the silica removal system for boric acid in nuclear power plants, the modified analysis model is established. The simulation of silica removal experiments using 200 Da and 250 Da molecular weight cut off (MWCO) reverse osmosis membranes is carried out by using this model. The calculation results meet the experimental data well, which demonstrates the accuracy and the applicability of the modified model. Further study on parameters optimization of this silica removal system based on this model is implemented as well; the effect of relevant parameters on the performance is analyzed. The conclusion is with reference significance for system design and operation.
- Reverse osmosis membranes /
- Enriched boric acid /
- Silica removal system

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图 1 除硅装置原理图

Figure 1. Schematic Diagram of Silica Removal System

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图 2 除硅实验装置示意图

Figure 2. Diagram of Experimental Silicon Removal System

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图 3 BAST中的硼浓度（MWCO=200 Da）

Figure 3. Boron Concentration in BAST(MWCO=200 Da)

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图 4 BAST中的SiO₂浓度（MWCO=200 Da）

Figure 4. SiO₂ Concentration in BAST(MWCO=200 Da)

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图 5 CHT中的硼浓度（MWCO=200 Da）

Figure 5. Boron Concentration in CHT(MWCO=200 Da)

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图 6 CHT中的SiO₂浓度（MWCO=200 Da）

Figure 6. SiO₂ Concentration in CHT(MWCO=200 Da)

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图 7 BAST中的硼浓度（MWCO=250 Da）

Figure 7. Boron Concentration in BAST(MWCO=250 Da)

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图 8 BAST中的SiO₂浓度（MWCO=250 Da）

Figure 8. SiO₂ Concentration in BAST(MWCO=250 Da)

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图 9 CHT中的硼浓度（MWCO=250 Da）

Figure 9. Boron Concentration in CHT(MWCO=250 Da)

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图 10 CHT中的SiO₂浓度（MWCO=250 Da）

Figure 10. SiO₂ Concentration in CHT(MWCO=250 Da)

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图 11 BAST的J评价函数

Figure 11. J Evaluation Function of BAST

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表 1 除硅装置参数及工况

Table 1. Parameters and Conditions of Experimental System

参数		MWCO
参数		200 Da	250 Da
BAST	容积/ L	500	500
	初始硼浓度/ppm^①	7537	8294
	初始SiO₂浓度/ppm	11.83	9.97
CHT	容积/ L	500	500
	初始硼浓度/ppm	7507	8277
	初始SiO₂浓度/ ppm	11.25	10.71
透析液回流流量F_r/(L·min⁻¹)		1.5	3.0
浓缩液循环流量/(L·min⁻¹)		70	70
反渗透膜硼通过比		0.60	0.65
反渗透膜SiO₂通过比		0.03	0.03
注：①1 ppm =10⁻⁶

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表 2 装置分离效果

Table 2. System Separation Performance

参数		透析前	透析后
BAST	硼浓度/ ppm	7522	5886.8
	SiO₂浓度/ ppm	11.50	0.80
	硼浓度/SiO₂浓度	654.09	7404.8
CHT	硼浓度/ppm	7522	9811.3
	SiO₂浓度/ppm	11.50	26.49
	硼浓度/SiO₂浓度	654.09	370.38

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参考文献(4)

[1]	方岚,刘新华,徐春艳,等. 压水堆核电厂采用富集硼的优势与可行性分析[J]. 辐射防护,2019, 39(1): 19-26.
[2]	王琳,任云. 富集硼酸在压水堆一回路水化学中的应用研究[J]. 核科学与工程,2013, 33(1): 44-48. doi: 10.3969/j.issn.0258-0918.2013.01.009
[3]	LIANG C H. Separation properties of high temperature reverse osmosis membranes for silica removal and boric acid recovery[J]. Journal of Membrane Science, 2005, 246(2): 127-135. doi: 10.1016/j.memsci.2004.07.006
[4]	LIANG C H, SU K H. A cleanup machine using reverse osmosis method to remove silica from boric acid tank at maanshan nuclear power station[J]. Nuclear Technology, 2008, 162(3): 333-341. doi: 10.13182/NT08-A3960