1、核電站基礎(chǔ)知識2022-5-221.核燃料天然的或人造的某些重原子核(如 U235、Pu239)在受到中子撞擊時裂變并放出大量能量 天然的鈾礦中 U235 的含量不足 1%，應(yīng)先把它濃縮成 U235 含量達(dá) 3%以上的核燃料 一般壓水堆核電站采用 U235 富集度達(dá) 3%的陶瓷型 UO2作燃料 核燃料被制造成芯塊后裝入元件包殼 第1頁/共31頁2022-5-23第2頁/共31頁2022-5-242.裂變反應(yīng)裂變反應(yīng)是可裂變重核裂變成兩個中等質(zhì)量核并放出能量的反應(yīng)，包括用中子轟擊引起的裂變和自發(fā)裂變。 有意義的是指用中子轟擊某些可裂變原子核時，引起重原子核發(fā)生裂變的一種反應(yīng)。 在裂變過程中有大量

2、能量釋放出來，且伴隨著放出若干個次級中子，這是最重要的一種核反應(yīng)。 第3頁/共31頁2022-5-25對核裂變反應(yīng)，一般可用反應(yīng)式來描述： U+nX1+X2+n+E 其中用 U表示可裂變核，n表示中子，X1及 X2分別代表兩個裂變碎片核，表示為每次裂變放出的次級中子平均數(shù)，E 表示每次裂變過程中所釋放的能量。 第4頁/共31頁2022-5-263.鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)第5頁/共31頁2022-5-274.反應(yīng)堆核反應(yīng)堆是實(shí)現(xiàn)原子核可控鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)的一種裝置。1942年美國首次建成了反應(yīng)堆。五十年代初，美國和蘇聯(lián)又相繼建成了核電站。從那以后，反應(yīng)堆在許多國家和地區(qū)得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。 第6頁/共31

3、頁2022-5-28 第7頁/共31頁2022-5-295.核電站的特點(diǎn)核燃料的利用為人類開辟了一種新能源。目前世界上這種新能源的開發(fā)已經(jīng)具有一定規(guī)模，并顯示出強(qiáng)大的生命力。 與煤、石油、天然氣等有機(jī)燃料相比，核燃料有許多優(yōu)點(diǎn)。 第8頁/共31頁2022-5-210首先，由于核燃料比同樣質(zhì)量的有機(jī)燃料的熱值要大得多，所以核動力需要的燃料數(shù)量少，可以節(jié)省大量的運(yùn)輸力量。這個優(yōu)點(diǎn)對于缺少有機(jī)燃料的地方是很有吸引力的。 其次，核電站不像火電站那樣，每天排放出大量的煙塵、二氧化硫等有害氣體，以及大量固體廢渣。 核電站基建投資大，燃料費(fèi)用也相當(dāng)可觀，但其運(yùn)行費(fèi)用比較低。 第9頁/共31頁2022-5-2

4、116.壓水堆核電站主要流程核反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量由冷卻劑傳到蒸汽發(fā)生器，加熱二次側(cè)的給水，產(chǎn)生飽和蒸汽。 蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的飽和蒸汽，通過調(diào)節(jié)進(jìn)入汽輪機(jī)，驅(qū)動汽輪機(jī)做功。 與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子同軸相聯(lián)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在發(fā)電機(jī)定子線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電壓和電流，向外電網(wǎng)輸送。 第10頁/共31頁2022-5-212第11頁/共31頁2022-5-2137.7.壓水堆核電廠與化石燃料電廠反應(yīng)堆臨界是核電廠運(yùn)行特點(diǎn)之一 核電廠反應(yīng)堆內(nèi)產(chǎn)生和積累有大量放射性物質(zhì) 相當(dāng)可觀的堆芯剩余釋熱 核電廠系統(tǒng)、設(shè)備復(fù)雜 使用飽和蒸汽 第12頁/共31頁2022-5-214第13頁/共31頁2022-5-215 第14頁/

5、共31頁2022-5-2168.核電站的控制反應(yīng)堆的控制 一般采用控制棒和可溶性化學(xué)毒物來控制堆芯的反應(yīng)性,以便能方便地實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆啟動、改變功率、停止和緊急停堆。 控制棒分停堆棒和調(diào)節(jié)棒二種，停堆棒用于停閉反應(yīng)堆，調(diào)節(jié)棒用于啟動、停閉反應(yīng)堆及調(diào)節(jié)功率?？刂瓢魞?nèi)吸收體的主要成份是銀銦鎘合金組成，對熱中子和超熱中子都有很好的吸收作用。 可溶性毒物一般采用硼酸，濃度可以調(diào)節(jié)，對熱中子有良好的吸收作用。 第15頁/共31頁2022-5-217其它控制系統(tǒng) 穩(wěn)壓器壓力控制系統(tǒng) 通過電加熱器和噴霧來調(diào)節(jié)和穩(wěn)定主系統(tǒng)壓力。 穩(wěn)壓器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng) 調(diào)節(jié)主系統(tǒng)的水裝量。 蒸汽發(fā)生器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng) 調(diào)節(jié)二次側(cè)熱阱水位

6、。 主蒸汽旁路排放系統(tǒng) 汽輪發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷時，將多余的蒸汽排向冷凝器，避免主蒸汽管道超壓。 此外，汽輪發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)負(fù)荷。 第16頁/共31頁2022-5-2189.9.核電廠工況分類正常運(yùn)行和運(yùn)行瞬態(tài) 1. 穩(wěn)態(tài)和停堆運(yùn)行 2. 帶有允許偏差運(yùn)行 3. 運(yùn)行試驗 中等頻度事件(發(fā)生概率:110-2次/堆*年) 稀有事件(發(fā)生概率:10-210-4次/堆*年) 極限事故(發(fā)生概率:10-410-6次/堆*年) 第17頁/共31頁2022-5-21910.核電站的運(yùn)行核電站的運(yùn)行工況主要分為正常運(yùn)行、異常運(yùn)行、事故運(yùn)行三個方面： 正常運(yùn)行 包括核電站的啟動、停止、功率運(yùn)行、換料及帶有允許偏

7、差的運(yùn)行。 異常運(yùn)行 某些系統(tǒng)、設(shè)備的異常導(dǎo)致核電站處于偏離正常運(yùn)行狀態(tài)，這些異常雖不致于直接引起停堆或?qū)ＴO(shè)安全設(shè)施動作，但如不及時處理，可能會引起事故。 第18頁/共31頁2022-5-220事故運(yùn)行 對于引起停堆和專設(shè)安全設(shè)施動作的事故,核電站通過驅(qū)動反應(yīng)堆停堆,以終止核裂變能量繼續(xù)產(chǎn)生,并通過向堆芯提供應(yīng)急冷卻水,以導(dǎo)出堆芯余熱,保證三道安全屏障的完整性,必要時也可以提供應(yīng)急電源,供安全設(shè)備使用,以保證核電站安全。 第19頁/共31頁2022-5-22111.壓水堆核電站滿功率運(yùn)行時主要參數(shù)主冷卻劑系統(tǒng)平均溫度302C主冷卻劑系統(tǒng)壓力15.2MPa堆芯出口冷卻劑溫度320C燃料芯塊最高溫

8、度1880C主冷卻劑流量2*14000T/H主蒸汽流量2*1070T/H主蒸汽壓力5.4MPa發(fā)電機(jī)功率300MW第20頁/共31頁2022-5-22212.核電站的安全保障 核電站的三道安全屏障 燃料元件包殼 一回路壓力邊界 安全殼 此外，核電站都有完善的應(yīng)急響應(yīng)計劃，以處理事故和疏散人員，可視為第四道安全屏障 第21頁/共31頁2022-5-223核電站的保護(hù)系統(tǒng)和安全設(shè)施核電站的保護(hù)系統(tǒng)和安全設(shè)施 停堆保護(hù)系統(tǒng) 由一些對反應(yīng)堆安全密切相關(guān)的設(shè)備和參數(shù)給出停堆保護(hù)信號,當(dāng)這些參數(shù)超過整定值時,驅(qū)使反應(yīng)堆停堆 專設(shè)安全設(shè)施 當(dāng)核電站發(fā)生較大事故時,向反應(yīng)堆堆芯內(nèi)注入含濃硼酸冷卻水,以導(dǎo)出堆芯

9、熱量,避免堆芯熔化,同時對安全殼內(nèi)大氣進(jìn)行進(jìn)行降溫降壓,驅(qū)除放射性碘和可燃性氣體,防止放射性物質(zhì)向外界泄漏 第22頁/共31頁2022-5-224第23頁/共31頁2022-5-225 第24頁/共31頁2022-5-2267.7.壓水堆核電廠與化石燃料電廠反應(yīng)堆臨界是核電廠運(yùn)行特點(diǎn)之一 核電廠反應(yīng)堆內(nèi)產(chǎn)生和積累有大量放射性物質(zhì) 相當(dāng)可觀的堆芯剩余釋熱 核電廠系統(tǒng)、設(shè)備復(fù)雜 使用飽和蒸汽 第25頁/共31頁2022-5-227其它控制系統(tǒng) 穩(wěn)壓器壓力控制系統(tǒng) 通過電加熱器和噴霧來調(diào)節(jié)和穩(wěn)定主系統(tǒng)壓力。 穩(wěn)壓器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng) 調(diào)節(jié)主系統(tǒng)的水裝量。 蒸汽發(fā)生器水位調(diào)節(jié)系統(tǒng) 調(diào)節(jié)二次側(cè)熱阱水位。 主蒸

10、汽旁路排放系統(tǒng) 汽輪發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷時，將多余的蒸汽排向冷凝器，避免主蒸汽管道超壓。 此外，汽輪發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)負(fù)荷。 第26頁/共31頁2022-5-2289.9.核電廠工況分類正常運(yùn)行和運(yùn)行瞬態(tài) 1. 穩(wěn)態(tài)和停堆運(yùn)行 2. 帶有允許偏差運(yùn)行 3. 運(yùn)行試驗 中等頻度事件(發(fā)生概率:110-2次/堆*年) 稀有事件(發(fā)生概率:10-210-4次/堆*年) 極限事故(發(fā)生概率:10-410-6次/堆*年) 第27頁/共31頁2022-5-22910.核電站的運(yùn)行核電站的運(yùn)行工況主要分為正常運(yùn)行、異常運(yùn)行、事故運(yùn)行三個方面： 正常運(yùn)行 包括核電站的啟動、停止、功率運(yùn)行、換料及帶有允許偏差的運(yùn)行。 異常運(yùn)行 某些系統(tǒng)、設(shè)備的異常導(dǎo)致核電站處于偏離正常運(yùn)行狀態(tài)，這些異常雖不致于直接引起停堆或?qū)ＴO(shè)安全設(shè)施動作，但如不及時處理，可能會引起事故。 第2