核電站系統(tǒng)介紹-中廣核員工崗前培訓(xùn)PPT課件.ppt

典型核反應(yīng)堆系統(tǒng) 中廣核員工崗前培訓(xùn) 1 主要內(nèi)容 1 沸水堆核電站2 重水堆核電站3 高溫氣冷堆4 快中子增值堆5 其他堆型 2 1 沸水堆 沸水堆是輕水堆的一種 它是通過研究水堆堆芯沸騰而設(shè)計(jì)出來(lái)的 很長(zhǎng)時(shí)期中人們一直在想能不能允許水在反應(yīng)堆沸騰 汽泡不規(guī)則的形成和移動(dòng)會(huì)不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的不穩(wěn)定性 在20世紀(jì)50年代早期所完成的實(shí)驗(yàn) 著名的BORAX實(shí)驗(yàn) 表明在低壓時(shí)確實(shí)會(huì)發(fā)生上述情況 但當(dāng)壓力升高到大約壓水堆的一半左右 7MPa 時(shí) 沸騰是穩(wěn)定的 反應(yīng)堆是可控的 3 沸水堆結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 沸水堆殼體內(nèi)裝有堆芯 堆內(nèi)支承結(jié)構(gòu) 汽水分離器 蒸汽干燥器和噴射泵等 堆芯主要由核燃料組件 控制棒等組成 也采用低富集度 2 一3 鈾 235 的UO2作為核燃料 將UO2制成圓柱狀芯塊后再裝入鋯合金包殼內(nèi)構(gòu)成外徑為12 5mm 長(zhǎng)度約3 7m的元件棒 元件棒通常排列成8 8的正方形柵陣 中間用幾層彈簧格架夾緊定位 然后裝入鋯合金的方盒內(nèi)構(gòu)成燃料組件 每四個(gè)燃料元件盒組成一個(gè)單元 堆芯就由許多這樣單元組合而成 4 沸水堆核電廠示意 5 沸水堆安全殼 6 噴射泵循環(huán)系統(tǒng) 7 沸水堆堆芯結(jié)構(gòu) 8 沸水堆燃料組件 9 控制棒 10 沸水堆特點(diǎn) 沸水堆壓力容器內(nèi)直接產(chǎn)生蒸汽 所以承受的壓力只有壓水堆的1 2 約7MPa 因此壓力容器的厚度可以減小 沸水堆的功率密度比壓水堆的低 且沸水堆壓力容器內(nèi)還放置汽水分離器 干燥器和噴射泵等設(shè)備 致使壓力容器尺寸增大 就壓力容器的制造成本來(lái)說 這兩個(gè)影響基本上相互抵消 11 沸水堆特點(diǎn) 沸水堆采用直接循環(huán) 所以系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單 回路設(shè)備少 且設(shè)備所承受的壓力較低 易于加工制造 尤其是省去了壓水堆電廠中較易發(fā)生故障的蒸汽發(fā)生器 使核電廠事故減少 使用效率提高 且沸水堆采用噴射泵循環(huán)系統(tǒng) 使壓力容器開孔的直徑減少 電廠失水事故的可能性及嚴(yán)重性降低 12 沸水堆特點(diǎn) 由于沸水堆堆芯內(nèi)產(chǎn)生大量蒸汽 調(diào)節(jié)反應(yīng)堆功率比較方便 除用控制棒進(jìn)行功率調(diào)節(jié)外 還可通過改變循環(huán)泵流量的方法來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)范圍約達(dá)25 速率約1 s 沸水堆的比功率較小 同樣功率條件下核燃料裝量較壓水堆約大50 因此雖然系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單 但總投資較壓水堆略大 由于沸水堆采用直接循環(huán) 水通過堰芯時(shí)將放射性物質(zhì)直接帶到汽輪機(jī) 冷凝器等設(shè)備 使這些設(shè)備污染而必須屏蔽 這給設(shè)計(jì) 運(yùn)行 維修都帶來(lái)不便 13 2 重水堆 14 重水堆簡(jiǎn)介 重水堆早在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期就開始研究 當(dāng)時(shí)主要是用于軍事目的 重水的中子吸收截面小 且慢化性能也比較好 因此重水堆可利用天然鈾作核燃料 不需要建造投資巨大的鈾同位素分離工廠 從重水堆卸出的乏燃料含鈾235約為0 2 低于擴(kuò)散工廠尾料的濃度 0 25 與其他熱中子反應(yīng)堆相比 在同樣的輸出功率情況下 重水堆所裝載的天然鈾最少 消耗的天然鈾也最少 因此使天然鈾得到充分的用 15 重水堆簡(jiǎn)介 重水準(zhǔn)的體積大 需要大量重水 每MW發(fā)電容量需0 7 0 8噸重水 重水的價(jià)格昂貴 所以投資較高 發(fā)電成本比輕水堆核電廠高 且為了減少重水的泄漏損失 反應(yīng)堆及重水回路的設(shè)備密封要求高 制造復(fù)雜化 由于重水堆的卸料燃耗較淺 僅為8000一10000MWd t 約為壓水堆的1 3 因此卸料量是同功率壓水堆的3倍 16 重水堆簡(jiǎn)介 重水堆用重水作慢化劑 按其結(jié)構(gòu)形式可分為壓力容器式及壓力管式兩種 壓力容器式的冷卻劑只限于重水 壓力管式的冷卻劑不受限制 可以是重水 輕水或有機(jī)化臺(tái)物 按堆芯結(jié)構(gòu)和冷卻劑不同 目前主要有壓力殼式重水堆 壓力管臥式重水堆和壓力管式沸騰輕水冷卻重水堆三種 目前達(dá)到商用的只有加拿大發(fā)展的壓力管臥式重水準(zhǔn) 稱為CANDU CanadaDeuteriumUranium 型重水堆 17 CANDU型重水堆用壓力管把重水冷卻劑和重水慢化劑分開 壓力管內(nèi)流過不沸騰的高溫高壓 溫度約300度 壓力約10MPa 重水作為冷卻劑 壓力管外是基本不受壓的慢化劑 慢化劑盛裝在大型臥式圓柱型排管容器中 設(shè)計(jì)成臥式堆芯結(jié)構(gòu)的目的是便于設(shè)備布置及換料維修 18 19 20 21 3 高溫氣冷堆 22 氣冷堆簡(jiǎn)介 石墨氣冷堆也是世界上出現(xiàn)較早的堆型之一 在第二次世界大戰(zhàn)期間 為了軍事目的 某些國(guó)家就用天然鈾石墨慢化反應(yīng)堆來(lái)生產(chǎn)钚 目前發(fā)展的主要?dú)饫鋭?dòng)力堆是高溫氣冷堆 HTGR 它是在低溫氣冷堆的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的 高溫氣冷堆的核燃料是富集度約為10 的UO2或高富集鈾加釷的氧化物 或碳化物 制成直徑約為0 6mm的顆粒 外面再涂敷三層到四層熱解碳和碳化硅涂層 23 氣冷堆簡(jiǎn)介 涂層的作用是保護(hù)核燃料并防止裂變產(chǎn)物外逸 然后再將這些顆料燃料彌散在石墨基體中制成杠狀或球狀燃料元件 這種燃料元件不需要金屬包殼 而其中石墨既作燃料元件的結(jié)構(gòu)材料又作中子慢化劑 24 氣冷堆簡(jiǎn)介 高溫氣冷堆的冷卻劑出口溫度高 因此電站的熱效率高達(dá)40 可與新型火電站相媲美 堆內(nèi)沒有金屬結(jié)構(gòu)材料 中子寄生俘獲少 卸料比燃耗達(dá)1000MWd t 每年所需補(bǔ)充的核燃料少 如果能把出口溫度提高到1000 以上 則還有可能把反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量直接用于煉鋼 化工及煤的氣化等工業(yè) 達(dá)到綜合利用的目的 所以這種堆是很有發(fā)展前途的先進(jìn)轉(zhuǎn)換堆型 高溫氣冷堆的技術(shù)比較復(fù)雜 目前尚處于試驗(yàn)研究階段 25 4 快中子增值堆 26 快中子增值堆簡(jiǎn)介 快中于反應(yīng)堆內(nèi)核燃料裂變主要由能量約100keV以上的快中子引起 所以堆內(nèi)不需要慢化劑 從而使堆芯內(nèi)有害吸收減少 能有更多的中子用于轉(zhuǎn)換新的核燃料 使轉(zhuǎn)換比增大 例如用钚 239作燃料 則每消耗一個(gè)钚 239所產(chǎn)生的中子平均數(shù)為2 6左右 除一個(gè)中子去維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)外 有一個(gè)以上的中子被可轉(zhuǎn)換物質(zhì)吸收 若可轉(zhuǎn)換物質(zhì)是鈾 238 則新生成的钚 239核與消耗的之比 增殖比 可達(dá)1 2一1 5 實(shí)現(xiàn)了裂變?nèi)剂系脑鲋?因此這種堆稱為快中子增殖堆 27 快中子增值堆簡(jiǎn)介 如果核電站采用快中子增殖堆作為動(dòng)力 則在發(fā)電的同時(shí)還能生產(chǎn)新的易裂變?nèi)剂?經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行 將堆內(nèi)積累的核燃料取出來(lái)又可裝備新的反應(yīng)堆 而向反應(yīng)堆繼續(xù)添加的只是可轉(zhuǎn)換物質(zhì)鈾 238 這樣使熱中子反應(yīng)堆不能充分利用的鈾 238得到充分利用 使自然界鈾資源的能量利用率由1 一2 提高到60 一70 28 技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的問題 快中子反應(yīng)堆內(nèi)中子平均能量很高 中子有害吸收小 易于實(shí)現(xiàn)增殖 但在高能區(qū)核燃料的裂變截面也很小 因此為了使鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)能進(jìn)行 快中子堆內(nèi)必須有較高的核燃料富集度 15 一35 而且裝量也很大 例如 一個(gè)電功率為1000MW的快中子反應(yīng)準(zhǔn) 堆芯需裝工業(yè)钚約3 5t 因此在快中子反應(yīng)堆大規(guī)模商業(yè)推廣前 必須建造一定數(shù)量的先進(jìn)轉(zhuǎn)換堆或熱中子堆 以便為快堆積累工業(yè)杯 29 技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的問題 由于快中子堆堆芯內(nèi)沒有慢化劑 所以體積小 功率密度高達(dá)300一600MW m3 是壓水堆的4 8倍 因此要求采用傳熱性能好而慢化性能差的冷卻劑 目前采用液態(tài)金屬鈉和氦氣 但鈉回路工藝及防爆措施在工業(yè)規(guī)模的操作上還缺乏經(jīng)驗(yàn) 流速約為100m s的氮?dú)饫鋮s在技術(shù)上也是較復(fù)雜的問題 還需進(jìn)行大量研究試驗(yàn) 30 技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的問題 快中子堆的燃料元件加工及乏燃料后處理要求高 且其快中子輻照注量率也比熱中于堆大幾十倍 因此對(duì)材料的要求也較苛刻 快中子堆內(nèi)的中子平均壽命比熱中子堆的短 而且钚 239的緩發(fā)中子份額只有鈾 235的1 3 所以快中子堆的控制比較困難 31 目前的發(fā)展 到目前為止 快中子反應(yīng)堆還未能獲得大量發(fā)展 現(xiàn)在所采用的冷卻劑只有液態(tài)鈉和氦 因此 按冷卻劑材料 快中子堆又可分為鈉冷快堆和氣冷快堆兩種 32 33 34 5 其他反應(yīng)堆 35 近期新型反應(yīng)堆 1 先進(jìn)型壓水堆有美國(guó)發(fā)展的APWR 歐洲發(fā)展的EPWR 中國(guó)發(fā)展的AC 600等都屬此型 是在壓水堆基礎(chǔ)上加以改進(jìn) 達(dá)到或基本達(dá)到新的 用戶要求 的先進(jìn)堆型 先進(jìn)型沸水堆 ABWR 是在已有的沸水堆的基礎(chǔ)上 由美國(guó) 日本聯(lián)合發(fā)展并在日本建立了示范站的先進(jìn)堆型 目前在日本已經(jīng)建立了2座 還有幾座在計(jì)劃建造中 它是一種先進(jìn)而又現(xiàn)實(shí)的沸水堆 非能動(dòng)簡(jiǎn)化先進(jìn)沸水堆 SBWR 是美國(guó)GE和日本東芝 日立公司聯(lián)合發(fā)展的一種安全 簡(jiǎn)單的沸水堆 它采用全功率自然循環(huán) 取消了主循環(huán)泵并簡(jiǎn)化了安全系統(tǒng) 是一種很有前途的先進(jìn)反應(yīng)堆 36 近期新型反應(yīng)堆 2 供熱反應(yīng)堆是近年發(fā)展起來(lái)的可建在城市附近的安全性很好的專供熱式反應(yīng)堆 對(duì)提高城市環(huán)境衛(wèi)生 改善城市能源結(jié)構(gòu)方面很有意義 它在中 俄 加 瑞 法等國(guó)獲得了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展 高溫氣冷堆被認(rèn)為是安全性好 能滿足高溫特殊用途 極具發(fā)展前途的先進(jìn)堆型 我國(guó)已于2000年建成清華大學(xué)10MW高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆 快中子增值堆以它能增值核燃料 有效地防止鈾資源枯竭的威脅 及能燃耗在熱中子反應(yīng)堆中產(chǎn)生出來(lái)的長(zhǎng)半衰期核廢料等的優(yōu)點(diǎn) 在核能工業(yè)的發(fā)展和保護(hù)環(huán)境方面占有重要的地位 是中期發(fā)展的主力堆型 37 遠(yuǎn)期新型反應(yīng)堆 1 聚變反應(yīng)堆 是指主要靠輕原子 氘 氚 氦等 合成 釋放大量結(jié)合能并加以利用的反應(yīng)堆 目前 瞬時(shí)的 斷續(xù)的聚變反應(yīng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn) 聚變 裂變堆 是聚變反應(yīng)堆和裂變反應(yīng)堆組合的裝置 在聚變反應(yīng)堆達(dá)不到能量自給時(shí) 這種裝置具有重要的實(shí)用價(jià)值 其結(jié)構(gòu)原理為 在裝置中心設(shè)置聚變堆 外圍是裂變堆 聚變產(chǎn)生的中子逸出到裂變堆即可參與裂變反應(yīng) 釋放裂變能量 作為聚變能的補(bǔ)充 38 遠(yuǎn)期新型反應(yīng)堆 2 能量放大器 這是一種在20世紀(jì)末才提出來(lái)的一種新型能源裝置 它是一個(gè)