新能源發(fā)電技術(shù) 電子課件 2.3 核反應(yīng)堆的動力回路

2.3核反應(yīng)堆的動力回路任課老師：于立軍2019年03月核反應(yīng)堆動力回路分類按核反應(yīng)燃料類型裂變反應(yīng)堆聚變反應(yīng)堆裂變聚變混合堆按冷卻劑材料壓水堆沸水堆重水堆氣冷堆液態(tài)金屬冷卻堆按核反應(yīng)堆的用途研究堆生產(chǎn)堆動力堆按中子能譜熱中子堆中能中子堆快中子堆目錄Contents2.3.1壓水堆核電站動力回路2.3.22.3.3重水堆核電站動力回路2.3.4高溫氣冷堆核電站動力回路2.3.5鈉冷快中子增殖堆核電站動力回路沸水堆核電站動力回路目錄Contents2.3.1壓水堆核電站動力回路2.3.2沸水堆核電站動力回路2.3.3重水堆核電站動力回路2.3.4高溫氣冷堆核電站動力回路2.3.5鈉冷快中子增殖堆核電站動力回路2.3.1壓水堆核電站動力回路特征采用高壓輕水作為冷卻劑和慢化劑，且水在堆內(nèi)不沸騰的核反應(yīng)堆。冷卻劑的壓力一般在120到160個大氣壓范圍內(nèi)，經(jīng)過反應(yīng)堆時不會氣化。應(yīng)用目前世界上核電站、核動力潛艇及航母應(yīng)用最多最普遍的一種核反應(yīng)堆。裝機容量占所有核電站反應(yīng)堆的60%以上。實例秦山一期、二期核電站廣東大亞灣核電站2.3.1壓水堆核電站動力回路一回路反應(yīng)堆冷卻劑帶走核反應(yīng)熱量再傳熱給蒸汽發(fā)生器的過程二回路蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽推動汽輪機組發(fā)電，然后被冷凝由給水泵送回蒸汽發(fā)生器的過程冷卻回路用于冷卻二回路的水蒸氣2.3.1.1

基本組成與工作過程水水壓力容器穩(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基本參數(shù)： 一回路：壓力154bar，291-310℃，高壓水 二回路：壓力55bar，250-280℃，出口飽和蒸汽蒸汽相關(guān)參數(shù)：冷卻劑&慢化劑：除鹽除氧的含硼水工作壓力：14.7-15.7MPa進口溫度：280-300℃出口溫度：310-330℃溫升：30-40℃2.3.1壓水堆核電站動力回路2.3.1.2

一回路結(jié)構(gòu)與設(shè)備壓力容器反應(yīng)堆堆芯控制棒組件包容整個堆芯、固定和支撐控制棒驅(qū)動機構(gòu)、堆內(nèi)構(gòu)件。作為一回路系統(tǒng)的組成部分，在運行溫度和壓力條件下作為容納冷卻劑的壓力邊界。壓水堆的心臟，可控的鏈式核裂變反應(yīng)就在這里進行。由上百個橫截面呈正方形或六角形的燃料組件構(gòu)成通過提升和插入來實現(xiàn)電廠啟動、停閉、負荷改變等情況下比較快速的反應(yīng)性變化。2.3.1.2一回路結(jié)構(gòu)與設(shè)備（1）壓水反應(yīng)堆樞紐產(chǎn)生汽輪機所需蒸汽的換熱設(shè)備既是一回路設(shè)備，又是二回路設(shè)備二回路冷卻水在U型管束空間吸收來自一回路側(cè)的熱量產(chǎn)生蒸汽蒸汽濕度降低由蒸汽導管導出，送往汽輪機做功將一回路的放射性物質(zhì)阻擋在一回路內(nèi)對整個核動力裝置的經(jīng)濟性和安全可靠性有十分重要的影響自然循環(huán)不需要外加壓力依靠水和汽水的密度差而進行的水循環(huán)2.3.1.2一回路結(jié)構(gòu)與設(shè)備（2）蒸汽發(fā)生器穩(wěn)壓器低壓時工作狀態(tài)穩(wěn)壓器高壓時工作狀態(tài)2.3.1.2一回路結(jié)構(gòu)與設(shè)備（3）穩(wěn)壓器

提供驅(qū)動壓力，將一回路經(jīng)過蒸汽發(fā)生器的冷卻劑壓回核燃料燃燒的堆芯，再把反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量送至蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生推動汽輪機做功的蒸汽形成循環(huán)。耐高溫耐高壓防輻射耐腐蝕密閉好無泄漏大功率高溫度不停轉(zhuǎn)心臟2.3.1.2一回路結(jié)構(gòu)與設(shè)備（4）反應(yīng)堆冷卻劑泵汽輪機系統(tǒng)汽輪機輔助系統(tǒng)冷凝水及加熱系統(tǒng)汽輪機是一種高速旋轉(zhuǎn)的動力機械。它首先把蒸汽的熱能變?yōu)檎羝鞯膭幽?，然后再把蒸汽流的動能轉(zhuǎn)化為機械功，帶動發(fā)電機發(fā)電。汽輪機輔助系統(tǒng)包括：汽輪機旁路系統(tǒng)、汽輪機軸封系統(tǒng)、汽水分離再熱器等。汽輪機排汽進入凝汽器被冷凝為凝結(jié)水，凝結(jié)水需經(jīng)過凝結(jié)水泵、低壓加熱器、除氧器、給水泵、高壓加熱器再作為二回路給水供給蒸汽發(fā)生器。2.3.1.3二回路結(jié)構(gòu)與設(shè)備目錄Contents2.3.12.3.22.3.32.3.42.3.5壓水堆核電站動力回路沸水堆核電站動力回路重水堆核電站動力回路高溫氣冷堆核電站動力回路鈉冷快中子增殖堆核電站動力回路2.3.2沸水堆核電站動力回路2.3.2沸水堆核電站動力回路2.3.2沸水堆核電站動力回路優(yōu)點直接循環(huán)，只有一個回路。造價較低，節(jié)約成本。工作壓力可以降低。這使得系統(tǒng)大大簡化，降低了投資。堆芯出現(xiàn)空泡。經(jīng)驗表明，堆芯出現(xiàn)起泡使得沸水堆更加穩(wěn)定，具有較好的控制調(diào)節(jié)性能。缺點輻射防護和廢物處理較為復雜。設(shè)計和維修麻煩,當汽輪機等設(shè)備出現(xiàn)問題，維修時間也很長。功率密度比壓水堆小。由于水沸騰后慢化能力降低，導致燃料利用率較低，因此需要比壓水堆多的核燃料。目錄Contents2.3.12.3.22.3.32.3.42.3.5壓水堆核電站動力回路沸水堆核電站動力回路重水堆核電站動力回路高溫氣冷堆核電站動力回路鈉冷快中子增殖堆核電站動力回路2.3.3重水堆核電站動力回路重水慢化劑重水的中子吸收截面比輕水小得多，所以重水堆中慢化劑吸收的中子比輕水堆要少得多，可以直接利用天然軸作為核燃料冷卻劑與慢化劑循環(huán)與壓水堆動力回路不同的是，重水堆的冷卻劑、慢化劑循環(huán)是分開的。蒸汽發(fā)生器和主回路水泵安裝在反應(yīng)堆的兩端。2.3.3重水堆核電站動力回路優(yōu)點重水堆可以采用天然鈾作燃料，而不必提純，燃料利用率高于輕水堆。燒過的燃料中鈾-235的含量極小，不需要進行乏燃料的處理。缺點重水的價格比較昂貴，且需要頻繁的更換燃料。目錄Contents2.3.12.3.22.3.32.3.42.3.5壓水堆核電站動力回路沸水堆核電站動力回路重水堆核電站動力回路高溫氣冷堆核電站動力回路鈉冷快中子增殖堆核電站動力回路2.3.4高溫氣冷堆核電站動力回路冷卻劑：氦氣慢化劑：石墨結(jié)構(gòu)：雙動力回路一回路：冷卻劑氦氣二回路：工質(zhì)水實例：我國建成的石島灣核電站2.3.4高溫氣冷堆核電站動力回路優(yōu)點熱效率高燃耗深氦氣性質(zhì)穩(wěn)定傳熱性能好，感生放射性低，停堆后能將余熱安全帶出不易發(fā)生堆芯熔化，安全性能好缺點高燃耗包覆顆粒核燃料元件的制備和輻照考驗高溫高壓氦氣回路設(shè)備的工藝技術(shù)問題燃料后處理及再加工問題目錄Contents2.3.12.3.22.3.32.3.42.3.5壓水堆核電站動力回路沸水堆核電站動力回路重水堆核電站動力回路高溫氣冷堆核電站動力回路鈉冷快中子增殖堆核電站動力回路2.3.5鈉冷快中子增殖堆核電站動力回路定義：以液態(tài)鈉為冷卻劑，由快中子引起核裂變并維持鏈式反應(yīng)的反應(yīng)堆。原理：快堆用钚-239作燃料，在堆心燃料钚-239的外圍再生區(qū)里放置鈾-238，钚-239燃燒產(chǎn)生的中子會被外圍的鈾-238吸收，生成钚-239，這樣燃料越燒越多。結(jié)構(gòu)：鈉冷快堆（SFR）一般設(shè)計成三個回路，比壓水堆中間多一個三回路。2.3.5鈉冷快中子增殖堆核電站動力回路優(yōu)點鈉具有中子吸收截面小、導熱性好、比熱大等優(yōu)點。沸點高達886.6℃，所以常壓下鈉的工作溫度可以很高。金屬鈉的溫度就能達到500—600℃。鈉對金屬材料不具有腐蝕性，因此鈉是一種很好的冷卻劑。缺點作為冷卻劑的金屬鈉由于化學特性很活潑，易與