壓水堆與沸水堆

1、壓水堆壓水堆與沸水堆與沸水堆 自從核電站問世以來，在工業(yè)上成熟的發(fā)電堆主要有以下三種：輕水堆、重水堆和石墨汽冷堆。它們相應(yīng)地被用到三種不同的核電站中，形成了現(xiàn)代核發(fā)電的主體。 目前，熱中子堆中的大多數(shù)是用輕水慢化和冷卻的所謂輕水堆。輕水堆又分為壓水堆和沸水堆.壓水堆壓水堆 壓水反應(yīng)堆壓水反應(yīng)堆（Pressurized Water Reactor，縮寫為PWR）是美國貝蒂斯原貝蒂斯原子能實驗室子能實驗室（英語：Bettis Atomic Power Laboratory）開發(fā)成功的一種輕水核反應(yīng)輕水核反應(yīng)堆堆。 目前全世界核電站、核潛艇核潛艇和核動力航空母艦等使用的反應(yīng)堆反應(yīng)堆中均以壓水堆為主，

2、截至2000年底，全世界有258座運行中的反應(yīng)堆，占總數(shù)的64.6% 最早用作核潛艇的軍用反應(yīng)堆。1961年，美國建成世界上第一座商用壓水堆核電站。壓水堆由壓力容器、堆芯、堆內(nèi)構(gòu)件及控制棒組件等構(gòu)成。壓力容器的壽命期為40年。7中核集團(tuán)首臺百萬級壓水堆核電站的蒸汽發(fā)生器中核集團(tuán)首臺百萬級壓水堆核電站的蒸汽發(fā)生器91 1壓水堆以輕水作慢化劑及冷卻劑，反應(yīng)堆體積小，建設(shè)周期短造價較低。壓水堆以輕水作慢化劑及冷卻劑，反應(yīng)堆體積小，建設(shè)周期短造價較低。2 2壓水堆采用低富集度鈾作燃料，鈾的濃縮技術(shù)已經(jīng)過關(guān)。壓水堆采用低富集度鈾作燃料，鈾的濃縮技術(shù)已經(jīng)過關(guān)。3 3壓水堆核電廠有放射性的一回路系統(tǒng)與二回路

3、系統(tǒng)相分開，放射性冷卻劑壓水堆核電廠有放射性的一回路系統(tǒng)與二回路系統(tǒng)相分開，放射性冷卻劑不會進(jìn)入回路而污染汽輪機(jī)，運行、維護(hù)方便，需要處理的放射憚廢氣、不會進(jìn)入回路而污染汽輪機(jī)，運行、維護(hù)方便，需要處理的放射憚廢氣、廢水、廢物量較少。廢水、廢物量較少。我國正在運行的核電機(jī)組（除秦山三期）全部為壓水堆堆型，作為一種我國正在運行的核電機(jī)組（除秦山三期）全部為壓水堆堆型，作為一種技術(shù)相當(dāng)成熟的堆型，具有以下特點：技術(shù)相當(dāng)成熟的堆型，具有以下特點：10堆芯設(shè)計滿足的一般要求：堆芯設(shè)計滿足的一般要求：1 1 堆芯功率分布盡量均勻，以便堆芯有最大的功率輸出堆芯功率分布盡量均勻，以便堆芯有最大的功率輸出2

4、2 盡量減少堆芯內(nèi)不必要的中子吸收材料，提高中子經(jīng)濟(jì)性盡量減少堆芯內(nèi)不必要的中子吸收材料，提高中子經(jīng)濟(jì)性3 3 要有最佳的冷卻劑流量分配和最小的流動阻力要有最佳的冷卻劑流量分配和最小的流動阻力4 4 有較長的堆芯壽命，適當(dāng)?shù)臏p少換料操作次數(shù)有較長的堆芯壽命，適當(dāng)?shù)臏p少換料操作次數(shù)5 5 堆芯結(jié)構(gòu)緊湊，換料要簡易方便。堆芯結(jié)構(gòu)緊湊，換料要簡易方便。11121314核燃料組件核燃料組件棒束控制棒組件棒束控制棒組件可燃毒物組件可燃毒物組件中子源組件中子源組件阻力塞組件阻力塞組件15采用無盒、帶指形控制組件的棒束型燃料組件。主要結(jié)構(gòu)：燃料棒骨架 骨架：上下管座，8層定位格架，導(dǎo)向管采用1717=289

5、=264+24+1 正方形排列。1617結(jié)構(gòu)組成：24跟吸收劑棒星形架組件數(shù)目保證： 卡棒準(zhǔn)則，功率分布，彈棒事故 18可燃毒物組件，初級中子源組件，次級中子源組件，阻力塞組件結(jié)構(gòu)上的共同點： 支承結(jié)構(gòu)：一個壓緊組件形成的支承結(jié)構(gòu) 24 根棒束19作用：用于第一燃料循環(huán)，降低硼濃度，半尺慢化劑的負(fù)溫度系數(shù)可燃毒物材料：硼玻璃管（B2O3+SiO2）初裝料：4812(棒)1816(棒)+216=896第一次換料時全部卸出，換阻力塞組件20作用：作用： 1 1 提高中子通量水平提高中子通量水平 2 2 點火點火初級中子源初級中子源 結(jié)構(gòu)與材料：锎結(jié)構(gòu)與材料：锎 次級中子源次級中子源 結(jié)構(gòu)與材料：銻

6、、鈹結(jié)構(gòu)與材料：銻、鈹 21作用：作用：阻力塞組件阻力塞組件thimbleplugassembly在不在不插控制棒、可燃毒物和中子插控制棒、可燃毒物和中子源的燃料組件內(nèi)，為限制導(dǎo)源的燃料組件內(nèi)，為限制導(dǎo)向管旁流而設(shè)置的組件向管旁流而設(shè)置的組件。前述各種堆芯相關(guān)組件前述各種堆芯相關(guān)組件都含有中子源組件，都含有中子源組件，只有阻力塞組件全只有阻力塞組件全部是阻力塞組件部是阻力塞組件22大亞灣核電站大亞灣核電站這個網(wǎng)站有壓水堆的視頻,我電腦太卡打不開,等了都快一個小時了,你試試吧,現(xiàn)在可能網(wǎng)速又好了.要是看著還行就存下來. 插到PPT里 http:/ 四個發(fā)展階段四個發(fā)展階段 50 506060年代

7、采用帶蒸氣汽包和蒸氣分離器的雙重年代采用帶蒸氣汽包和蒸氣分離器的雙重式循環(huán)；式循環(huán)； 70 70年代取消蒸汽發(fā)生器采用直接循環(huán)；年代取消蒸汽發(fā)生器采用直接循環(huán)； 80 80年代采用堆內(nèi)型噴射泵；年代采用堆內(nèi)型噴射泵； 90 90年代采用堆內(nèi)型再循環(huán)泵。年代采用堆內(nèi)型再循環(huán)泵。 三次標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)三次標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn) 第一次在第一次在76767777年，第二次在年，第二次在78788080年，第三次年，第三次在在81818585年。三次改進(jìn)后沸水堆的設(shè)計，安全性年。三次改進(jìn)后沸水堆的設(shè)計，安全性發(fā)生了較大的變化，成為了我們目前所研究的先發(fā)生了較大的變化，成為了我們目前所研究的先進(jìn)沸水堆進(jìn)沸水堆。沸水堆簡介 沸

8、水堆是輕水堆的一種，沸水堆核電站工作流程是：冷卻劑（水）從堆芯下部流進(jìn)，在沿堆芯上升的過程中，從燃料棒那里得到了熱量，使冷卻劑變成了蒸汽和水的混合物，經(jīng)過汽水分離器和蒸汽干燥器，將分離出的蒸汽來推動汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。 沸水堆是由壓力容器及其中間的燃料元件、十字形控制棒和汽水分離器等組成。汽水分離器在堆芯的上部，它的作用是把蒸汽和水滴分開、防止水進(jìn)入汽輪機(jī)，造成汽輪機(jī)葉片損壞。沸水堆所用的燃料和燃料組件與壓水堆相同。沸騰水既作慢化劑又作冷卻劑。 沸水堆與壓水堆不同之處在于冷卻水保持在較低的壓力（約為70個大氣壓）下，水通過堆芯變成約285的蒸汽，并直接被引入汽輪機(jī)。所以，沸水堆只有一個回路，省去

9、了容易發(fā)生泄漏的蒸汽發(fā)生器，因而顯得很簡單。 總之，輕水堆核電站的最大優(yōu)點是結(jié)構(gòu)和運行都比較簡單，尺寸較小，造價也低廉，燃料也比較經(jīng)濟(jì)，具有良好的安全性、可靠性與經(jīng)濟(jì)性。它的缺點是必須使用低濃鈾，目前采用輕水堆的國家，在核燃料供應(yīng)上大多依賴美國和獨聯(lián)體。此外，輕水堆對天然鈾的利用率低。如果系列地發(fā)展輕水堆要比系列地發(fā)展重水堆多用天然鈾50%以上。 從維修來看，壓水堆因為一回路和蒸汽系統(tǒng)分開，汽輪機(jī)未受放射性的沾污，所以，容易維修。而沸水堆是堆內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽直接進(jìn)入汽輪機(jī)，這樣，汽輪機(jī)會受到放射性的沾污，所以在這方面的設(shè)計與維修都比壓水堆要麻煩一些。 以沸水堆為動力源的核電廠。沸水堆是以沸騰輕水為

10、慢化劑和冷卻劑并在反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)直接產(chǎn)生飽和蒸汽的動力堆。沸水堆與壓水堆同屬輕水堆，都有結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠、建造費用低和負(fù)荷跟隨能力強(qiáng)等優(yōu)點；它們都須使用低濃鈾，且須停堆換料。截至1996年底為止，全世界已運行的沸水堆有94座，總功率78285MW，占全世界已運行核電廠反應(yīng)堆總數(shù)的21.7%和總功率的22.7%，僅次于壓水堆；在建的沸水堆有6座，總功率7320MW，占全世界在建核電廠反應(yīng)堆總數(shù)的9.5%和總功率的14.1%。 工作原理及主要特點工作原理及主要特點 來自汽輪機(jī)系統(tǒng)的給水進(jìn)入反應(yīng)堆壓力容器后，沿堆芯圍筒與容器內(nèi)來自汽輪機(jī)系統(tǒng)的給水進(jìn)入反應(yīng)堆壓力容器后，沿堆芯圍筒與容器內(nèi)壁之間的環(huán)

11、形空間下降，在噴射泵的作用下進(jìn)入堆下腔室，再折而向壁之間的環(huán)形空間下降，在噴射泵的作用下進(jìn)入堆下腔室，再折而向上流過堆芯，受熱并部分汽化。汽水混合物經(jīng)汽水分離器分離后，水上流過堆芯，受熱并部分汽化。汽水混合物經(jīng)汽水分離器分離后，水分沿環(huán)形空間下降，與給水混合；蒸汽則經(jīng)干燥器后出堆，通往汽輪分沿環(huán)形空間下降，與給水混合；蒸汽則經(jīng)干燥器后出堆，通往汽輪發(fā)電機(jī)，做功發(fā)電。蒸汽壓力約為發(fā)電機(jī)，做功發(fā)電。蒸汽壓力約為7MPa，干度不小于，干度不小于99.75%。汽輪。汽輪機(jī)乏汽冷凝后經(jīng)凈化、加熱再由給水泵送入反應(yīng)堆壓力容器，形成一機(jī)乏汽冷凝后經(jīng)凈化、加熱再由給水泵送入反應(yīng)堆壓力容器，形成一閉合循環(huán)。再循

12、環(huán)泵的作用是使堆內(nèi)形成強(qiáng)迫循環(huán)，其進(jìn)水取自環(huán)形閉合循環(huán)。再循環(huán)泵的作用是使堆內(nèi)形成強(qiáng)迫循環(huán)，其進(jìn)水取自環(huán)形空間底部，升壓后再送入反應(yīng)堆容器內(nèi)，成為噴射泵的驅(qū)動流。某些空間底部，升壓后再送入反應(yīng)堆容器內(nèi)，成為噴射泵的驅(qū)動流。某些沸水堆用堆內(nèi)循環(huán)泵取代再循環(huán)泵和噴射泵。沸水堆用堆內(nèi)循環(huán)泵取代再循環(huán)泵和噴射泵。 沸水堆的控制棒從堆底引入，原因是：沸水堆的控制棒從堆底引入，原因是：沸水堆堆芯上部蒸汽含沸水堆堆芯上部蒸汽含量較多，造成堆芯上部中子慢化不足，這樣，堆芯熱中子通量分布不量較多，造成堆芯上部中子慢化不足，這樣，堆芯熱中子通量分布不均勻，其峰值下移?？刂瓢粲啥研镜撞恳胗兄谡蛊街凶油棵芏?。均

13、勻，其峰值下移?？刂瓢粲啥研镜撞恳胗兄谡蛊街凶油棵芏?。可以空出堆芯上方空間以安裝汽水分離器和干燥器。但控制棒自堆可以空出堆芯上方空間以安裝汽水分離器和干燥器。但控制棒自堆底引入后就不能在控制動力源喪失后靠重力自動插進(jìn)堆芯，因此沸水底引入后就不能在控制動力源喪失后靠重力自動插進(jìn)堆芯，因此沸水堆的控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)需非?？煽?，通常都采用液壓驅(qū)動，也有采用機(jī)堆的控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)需非常可靠，通常都采用液壓驅(qū)動，也有采用機(jī)械械/液壓或電氣液壓或電氣/液壓驅(qū)動。在后兩種設(shè)計中，機(jī)械或電氣驅(qū)動用于正液壓驅(qū)動。在后兩種設(shè)計中，機(jī)械或電氣驅(qū)動用于正常控制?？焖倬o急停堆則都用液壓驅(qū)動，且每個機(jī)構(gòu)或每兩個機(jī)構(gòu)配?？?/p>

14、制?？焖倬o急停堆則都用液壓驅(qū)動，且每個機(jī)構(gòu)或每兩個機(jī)構(gòu)配有一單獨的蓄壓器。有一單獨的蓄壓器。 反應(yīng)堆的功率調(diào)節(jié)除用控制棒外，還可用改變再循環(huán)流量反應(yīng)堆的功率調(diào)節(jié)除用控制棒外，還可用改變再循環(huán)流量來實現(xiàn)。再循環(huán)流量提高，汽泡帶出率就提高，堆芯空泡來實現(xiàn)。再循環(huán)流量提高，汽泡帶出率就提高，堆芯空泡減少，使反應(yīng)性增加，功率上升，汽泡增多，直至達(dá)到新減少，使反應(yīng)性增加，功率上升，汽泡增多，直至達(dá)到新的平衡。這種功率調(diào)節(jié)比單獨用控制棒更方便靈活。僅用的平衡。這種功率調(diào)節(jié)比單獨用控制棒更方便靈活。僅用再循環(huán)流量調(diào)節(jié)就可使功率改變再循環(huán)流量調(diào)節(jié)就可使功率改變25%滿功率而不需控制棒滿功率而不需控制棒任何運動

15、。任何運動。 沸水堆不用化學(xué)補償（反應(yīng)性）。燃耗反應(yīng)性虧損除沸水堆不用化學(xué)補償（反應(yīng)性）。燃耗反應(yīng)性虧損除用控制棒外，還用燃料棒內(nèi)加用控制棒外，還用燃料棒內(nèi)加Gd203可燃毒物進(jìn)行補償?？扇级疚镞M(jìn)行補償。 沸水堆蒸汽直接由堆內(nèi)產(chǎn)生，故不可避地要挾帶出由沸水堆蒸汽直接由堆內(nèi)產(chǎn)生，故不可避地要挾帶出由水中水中16O原子核經(jīng)快中子（原子核經(jīng)快中子（n，p）反應(yīng)所產(chǎn)生的）反應(yīng)所產(chǎn)生的16N。16N有很強(qiáng)的輻射，因此汽輪機(jī)系統(tǒng)在正常運行時都帶有有很強(qiáng)的輻射，因此汽輪機(jī)系統(tǒng)在正常運行時都帶有強(qiáng)放射性，運行人員不能接近，還需有適當(dāng)?shù)钠帘?，但?qiáng)放射性，運行人員不能接近，還需有適當(dāng)?shù)钠帘危?6N的半衰期僅的半

16、衰期僅7.13s，故停機(jī)后不久就可完全衰變，不，故停機(jī)后不久就可完全衰變，不影響設(shè)備檢修影響設(shè)備檢修。 沸水堆工作原理圖： 沸水堆內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖沸水堆內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖先進(jìn)沸水堆先進(jìn)沸水堆 利用先進(jìn)技術(shù)和成熟的經(jīng)驗，代表當(dāng)今核電站發(fā)展水平。利用先進(jìn)技術(shù)和成熟的經(jīng)驗，代表當(dāng)今核電站發(fā)展水平。它與它與GEGE研制的前六代沸水堆研制的前六代沸水堆( (BWR1-BWR6)BWR1-BWR6)及歐洲沸水堆相及歐洲沸水堆相比，就單相系統(tǒng)或設(shè)備的設(shè)計而言，在技術(shù)上沒有明顯的比，就單相系統(tǒng)或設(shè)備的設(shè)計而言，在技術(shù)上沒有明顯的突破，但它集以往沸水堆技術(shù)及經(jīng)驗之大成突破，但它集以往沸水堆技術(shù)及經(jīng)驗之大成, , 更符合先進(jìn)更

17、符合先進(jìn)輕水堆輕水堆URDURD設(shè)計規(guī)范，在整體上體現(xiàn)出了它綜合的優(yōu)勢。設(shè)計規(guī)范，在整體上體現(xiàn)出了它綜合的優(yōu)勢。 精密控制棒驅(qū)動系統(tǒng)維修率低，高性能的防輻射材料，長精密控制棒驅(qū)動系統(tǒng)維修率低，高性能的防輻射材料，長壽命的中子監(jiān)視器，改進(jìn)的水化學(xué)系統(tǒng)等等。壽命的中子監(jiān)視器，改進(jìn)的水化學(xué)系統(tǒng)等等。 先進(jìn)沸水堆通過改進(jìn)堆芯及燃料的設(shè)計使功率振蕩衰減比先進(jìn)沸水堆通過改進(jìn)堆芯及燃料的設(shè)計使功率振蕩衰減比非常小，堆的穩(wěn)定性大大提高。非常小，堆的穩(wěn)定性大大提高。 先進(jìn)堆堆內(nèi)設(shè)置自動運行，保護(hù)器禁止堆運行在高功率密先進(jìn)堆堆內(nèi)設(shè)置自動運行，保護(hù)器禁止堆運行在高功率密度度/ /低流量區(qū)，來防止兩相流不穩(wěn)定性的發(fā)生

18、低流量區(qū)，來防止兩相流不穩(wěn)定性的發(fā)生。BWRBWR追求簡易化的歷史追求簡易化的歷史帶蒸氣包汽水分離器帶蒸氣包汽水分離器雙重循環(huán)式雙重循環(huán)式（1950年代60年代）內(nèi)置汽水分離器內(nèi)置汽水分離器直接循環(huán)式直接循環(huán)式（1960年代）內(nèi)置射流泵內(nèi)置射流泵減少周圍管道式減少周圍管道式（1970年代至今）內(nèi)置循環(huán)泵內(nèi)置循環(huán)泵取消堆芯周圍管道取消堆芯周圍管道（1990年代至今）初期的初期的BWRBWR傳統(tǒng)式傳統(tǒng)式BWRBWRABWRABWRl刻意追求簡易刻意追求簡易- -直接循環(huán)直接循環(huán)l采用驗證技術(shù)采用驗證技術(shù)沸水堆與壓水堆共同點沸水堆與壓水堆共同點 沸水堆和壓水堆都是屬于輕水堆，兩者都使用低濃鈾燃料，采

19、用輕水作為冷卻劑和慢化劑，沸水堆系統(tǒng)比壓水堆簡單，特別是省去了蒸汽發(fā)生器；燃料都是以組件的形式在堆芯排布，組件由柵格排布的燃料柵元組成，燃料柵元由燃料芯塊、包殼構(gòu)成；燃料放置于壓力容器當(dāng)中，外面有安全殼，具備包殼、壓力邊界、安全殼三重防泄露屏障；沸水堆和壓水堆的發(fā)電部分功能也都一樣。沸水堆與壓水堆的主要區(qū)別沸水堆與壓水堆的主要區(qū)別 沸水堆采用一個回路，壓水堆有兩個回路；沸水堆由于堆芯頂部要安裝汽水分離器等設(shè)備，故控制棒需從堆芯底部向上插入，控制棒為十字形控制棒，壓水堆為棒束型控制棒，從堆芯頂部進(jìn)入堆芯；沸水堆具有較低的運行壓力（約為70個大氣壓），冷卻水在堆內(nèi)以汽液形式存在，壓水堆一回路壓力通常達(dá)150個大氣壓，冷卻水不產(chǎn)生沸騰。壓水堆相對沸水堆的優(yōu)勢 沸水堆與壓水堆不同之處在于沸水堆沒有蒸汽發(fā)生器，一回路水通過堆芯加熱變成約285的蒸汽并直接引入汽輪機(jī)，因此常規(guī)島布置有一回路的冷卻劑管道，管道失效可能引起冷卻劑泄漏。壓水堆的一回路和蒸汽系統(tǒng)通過蒸汽發(fā)生器分隔開，而且蒸汽發(fā)生器安置在安全殼內(nèi)，只要蒸汽發(fā)生器完整，放射性物質(zhì)不會釋放到環(huán)境中，即使蒸汽發(fā)生器故障破損，利用安全殼貫穿件關(guān)閉，放射性物質(zhì)也不會釋放到環(huán)境中。 沸水堆壓力遠(yuǎn)低于壓水堆壓力，因此在系統(tǒng)設(shè)備、管道、泵、閥門等的耐高壓方面的要求低于壓水堆。壓水堆由于壓力