核電站工作基本原理與反應堆冷卻劑系統(tǒng)主講人：孫一博2009年12月8日2為什么要發(fā)展核電

第一、核電是高效能源，消耗資源少

一座百萬千瓦級的燃煤電廠每年要消耗約300萬噸原煤，而一座同樣功率的核電站每年僅需補充約30噸核燃料，后者僅為前者的十萬分之一。

第二、核電站是清潔能源，環(huán)境污染小

化石燃料的燃燒排放大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和飄塵，造成全球氣溫升高，酸雨頻降并破壞臭氧層，對人類和環(huán)境造成極大威脅和損害。核電站不會造成這種環(huán)境污染，因為它不使用化石燃料。

第三、核電是安全能源，發(fā)生事故的可能性小

核電是世界上最安全的行業(yè)之一。全世界50年來500多座核電反應堆在其總共1萬2千多堆年的運行歷史中，只在上世紀七八十年代發(fā)生過兩起堆芯熔化的嚴重事故。現在核電站的安全性能更好，發(fā)生事故的可能性更小。

3核電站的能量的來源于哪里呢？

簡單的說，核電站的能量主要來源于鈾235的裂變反應。一個中子轟擊鈾－235原子核時，這個原子核能分裂成兩個較輕的原子核，同時產生2到3個中了和射線，并放出能量。如果新產生的中子又打中另一個鈾－235原子核，硬引起新的裂變。在鏈式反應中，能量會源源不斷地釋放出來。

鈾－235裂變放出多少能量呢？請記住一個數字，即1千克鈾－235全部裂變放出的能量相當于2700噸標準煤燃燒放出的能量。4

核裂變5核電站又是如何利用這些能量來發(fā)電的呢？？？6水水`壓力容器穩(wěn)壓器主泵主管道蒸發(fā)器汽輪機發(fā)電機冷凝器輸配電二回路一回路蒸汽7核電廠中的能量轉換與轉遞核能水的熱能蒸汽的熱能葉輪的機械能電能8核能如何轉變成熱能冷卻水的載熱和熱量釋放燃料芯塊到冷卻水的熱量傳遞9蒸汽的產生蒸汽如何轉化成電能蒸汽在汽輪機中作功轉子帶動發(fā)電機發(fā)電10能量轉換機械能動力裝置汽輪機發(fā)電機核能電能蒸汽的動能（熱能）1112蒸汽發(fā)生器反應堆汽輪機安全殼13反應堆冷卻劑系統(tǒng)

（RCP）14

系統(tǒng)流程一、系統(tǒng)組成由反應堆和與其相連的三個環(huán)路組成，每條環(huán)路包含一臺蒸汽發(fā)生器、一臺主泵及相應的管道。一臺穩(wěn)壓器是三個環(huán)路公用，經波動管連接在一環(huán)路的熱管段上。二、接口與一回路相連的輔助系統(tǒng)有化學和容積控制系統(tǒng)、安全注射系統(tǒng)、余熱排出系統(tǒng)等。15三、冷卻劑的流動冷卻劑通過反應堆壓力容器進入反應堆，沿堆環(huán)形空間進入堆芯底部，再向上流入堆芯，帶走燃料元件的核裂變熱，從反應堆出口接管進入蒸發(fā)器，把熱量傳給二回路的給水后，再經主泵升壓返回反應堆。四、主要特征參數反應堆額定熱功率2905MW,冷卻劑壓力15.5MPa，零功率時堆芯平均溫度291.4℃，滿功率運行時堆芯平均溫度310℃,額定流量3×23790m3/h，反應堆進口溫度292.7℃,出口溫度327.3℃,溫升34.6℃。16汽輪發(fā)電機組額定電功率983.8MW。電廠總效率33.87％。即發(fā)電機額定電功率與反應堆輸出熱功率之比171、熱量傳輸——使冷卻劑循環(huán)流動，帶出堆芯熱量傳至蒸汽發(fā)生器再傳至二回路給水，同時冷卻堆芯，防止燃料元件燒毀和毀壞。2、中子慢化——冷卻劑兼作慢化劑使中子慢化到熱中子狀態(tài)。3、反應性控制——改變控制棒插入深度和調整硼酸濃度控制反應性的變化。4、壓力控制——用穩(wěn)壓器及卸壓箱控制系統(tǒng)壓力，防止堆芯產生偏離泡核沸騰。RCP系統(tǒng)功能185、阻止放射性物質擴散——承壓邊界，第二道安全屏障

（第一道是燃料元件包殼，第三道是安全殼）6、穩(wěn)壓器的安全閥起超壓安全保護作用5、6屬于安全功能1920冷管段熱管段過渡段Φ736.6Φ787.4Φ698.52122壓力容器2324堆芯(活性區(qū))功能反應堆的心臟產生自持鏈式核裂變反應以熱的形式釋放裂變能組成核燃料組件：核燃料是由易裂變核素制成，通常還含有可轉變核素慢化劑：使中子慢化，僅熱中子堆有控制材料：控制中子數控制棒組件可燃毒物可溶毒物冷卻劑：吸收熱量并帶出堆芯控制棒燃料組件壓力容器25壓力容器和堆內構件堆芯吊蘭上隔板下隔板堆芯支撐部件上封頭下封頭壓力容器控制棒驅動機構圍板26壓水堆堆芯堆芯堆腔換料中新堆裝料27反應堆的組成燃料芯塊控制棒燃料組件安置核材料的物體—燃料棒；冷卻燃料棒和帶走能量的載體—冷卻劑；使中子慢化的物體—慢化劑；控制中子數量，即控制功率的物體—控制棒。冷卻劑（慢化劑）人口返回燃料芯塊燃料棒燃料組件控制棒控制棒組件燃料組件28壓水堆燃料組件燃料棒的排列15×15或17×17棒束長:約3~4m燃料棒的排列：15×15或17×1729燃料元件與燃料組件燃料元件燃料組件30控制棒組件及控制棒驅動機構控制棒驅動機構控制棒組件控制棒31

蒸汽發(fā)生器32SG的功能1、利用一回路冷卻劑從反應堆中帶出的熱量加熱二回路給水并使其產生飽和蒸汽、干燥，供給二回路合格的蒸汽。2、是連接一回路和二回路的樞紐（隔離作用、熱力聯(lián)系）。3、管板和U形管是反應堆冷卻劑壓力邊界的一部分。壓水堆核電站普遍采用立式自然循環(huán)倒U形管式蒸汽發(fā)生器，每條環(huán)路各有一臺。ARE001GV、002、003GV33蒸汽發(fā)生器結構帶有整體汽水分離設備的立式U形管自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器。由三部分組成:(1)殼體和封頭;(2)自然循環(huán)立管式蒸發(fā)段管束，使給水加熱及汽化U形傳熱管：共4474根；(3)雙級機械干燥器，將所產生的汽水混合物進行機械除濕，達到所要求的蒸汽品質。3435Δγ＝γ1－γ2γ2γ13637

反應堆冷卻劑泵（主泵）3839

功能及特點功能：1、用于驅動冷卻劑在RCP內的循環(huán)流動，連續(xù)不斷地將堆芯產生的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生器二次側給水。2、在冷起動升溫升壓時，可用于加熱冷卻劑。形式：空氣冷卻、三相感應電動機驅動的立式單級離心泵，帶有可控泄漏軸封裝置。特點：大流量、低揚程。40

穩(wěn)壓器（PZR）

(設備編碼RCP001BA)41主要功能※

壓力控制——在穩(wěn)態(tài)運行時維持15.5MPa

負荷變化時，利用噴淋和電加熱保持一回路壓力恒定?！?/p>

壓力保護——高/低壓報警、高/低壓停堆、超過安全閥閾值安全閥自動排放。※補充RCP水容積變化，作為一回路冷卻劑的緩沖箱，——與RCV系統(tǒng)配合42※

RCP升壓和降壓——用于啟堆時系統(tǒng)升壓、升溫和停堆過程系統(tǒng)降壓※

除氣——排出穩(wěn)壓器內飽和水與飽和汽以及其它氣體。43類型及結構形式為電熱噴霧式穩(wěn)壓器高約13m，直徑約2.5m，冷態(tài)時內部最小容積39.75m3，凈重80t。滿功率時，上部為蒸汽空間，蒸汽容積15.15m3。下部為水空間，容積25.18m3下封頭上垂直安裝了60根電加熱元件，每根功率24kW4460根24kW13m2.5m80t4546穩(wěn)壓器卸壓箱（RD