核电站工作原理与RCP

1、核电站工作基本原理与反应堆冷却剂系统主讲人：孙一博 2009年12月8日2为什么要发展核电第一、核电是高效能源，消耗资源少第一、核电是高效能源，消耗资源少一座百万千瓦级的燃煤电厂每年要消耗约一座百万千瓦级的燃煤电厂每年要消耗约300万吨原煤，而一座万吨原煤，而一座同样功率的核电站每年仅需补充约同样功率的核电站每年仅需补充约30吨核燃料，后者仅为前者的十万分吨核燃料，后者仅为前者的十万分之一。之一。第二、核电站是清洁能源，环境污染小第二、核电站是清洁能源，环境污染小化石燃料的燃烧排放大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和飘尘，化石燃料的燃烧排放大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和飘尘，造成全球气温

2、升高，酸雨频降并破坏臭氧层，对人类和环境造成极大威造成全球气温升高，酸雨频降并破坏臭氧层，对人类和环境造成极大威胁和损害。核电站不会造成这种环境污染，因为它不使用化石燃料。胁和损害。核电站不会造成这种环境污染，因为它不使用化石燃料。第三、核电是安全能源，发生事故的可能性小第三、核电是安全能源，发生事故的可能性小核电是世界上最安全的行业之一。全世界核电是世界上最安全的行业之一。全世界50年来年来500多座核电反应多座核电反应堆在其总共堆在其总共1万万2千多堆年的运行历史中，只在上世纪七八十年代发生过千多堆年的运行历史中，只在上世纪七八十年代发生过两起堆芯熔化的严重事故。现在核电站的安全性能更好，

3、发生事故的可两起堆芯熔化的严重事故。现在核电站的安全性能更好，发生事故的可能性更小。能性更小。3核电站的能量的来源于哪里呢？ 简单的说，核电站的能量主要来源于铀235的裂变反应。 一个中子轰击铀235原子核时，这个原子核能分裂成两 个较轻的原子核，同时产生2到3个中了和射线，并放出能 量。如果新产生的中子又打中另一个铀235原子核，硬引 起新的裂变。在链式反应中，能量会源源不断地释放出来。 铀235裂变放出多少能量呢？ 请记住一个数字，即 1千克铀235全部裂变放出的能量相当于2700吨标准煤燃 烧放出的能量。4核裂变5核电站又是如何利用这些能量来发电的呢？6水水压力容器稳压器主泵主管道蒸发器

4、汽轮机发电机冷凝器输配电二回路二回路一回路一回路蒸汽7核电厂中的能量转换与转递核电厂中的能量转换与转递 核能核能水的热能水的热能蒸汽的热能蒸汽的热能叶轮的机械能叶轮的机械能电能电能8核能如何转变成热能核能如何转变成热能 冷却水冷却水的载热和热的载热和热量释放量释放燃料芯块燃料芯块到到冷却水冷却水的热量传递的热量传递9蒸汽的产生蒸汽的产生蒸汽如何转化成电能蒸汽如何转化成电能 蒸汽在汽轮机蒸汽在汽轮机中作功中作功转子带动发电机发电转子带动发电机发电10动力装置汽轮机发电机111214 系统流程系统流程一、一、系统组成系统组成o 由反应堆和与其相连的三个环路组成，每条环由反应堆和与其相连的三个环路组

5、成，每条环路包含一台蒸汽发生器、一台主泵及相应的管路包含一台蒸汽发生器、一台主泵及相应的管道。一台稳压器是三个环路公用，经波动管连道。一台稳压器是三个环路公用，经波动管连接在一环路的热管段上。接在一环路的热管段上。 二、二、接口接口o 与一回路相连的辅助系统有与一回路相连的辅助系统有化学和容积控制系化学和容积控制系统统、安全注射系统安全注射系统、余热排出系统余热排出系统等。等。15三、冷却剂的流动三、冷却剂的流动冷却剂通过反应堆压力容器进入反应堆，沿堆冷却剂通过反应堆压力容器进入反应堆，沿堆环形空间进入堆芯底部，再向上流入堆芯，环形空间进入堆芯底部，再向上流入堆芯，带走燃料元件的核裂变热，从反

6、应堆出口接带走燃料元件的核裂变热，从反应堆出口接管进入蒸发器，把热量传给二回路的给水后，管进入蒸发器，把热量传给二回路的给水后，再经主泵升压返回反应堆。再经主泵升压返回反应堆。四、四、主要特征参数主要特征参数反应堆额定热功率反应堆额定热功率2905MW2905MW, ,冷却剂压力冷却剂压力15.5 MPa15.5 MPa，零功率时堆芯平均温度零功率时堆芯平均温度291.4 291.4 ，满功率运，满功率运行时堆芯平均温度行时堆芯平均温度310310, ,额定流量额定流量3 323790m3/h，反应堆进口温度反应堆进口温度292.7,出口温出口温度度327.3,温升温升34.6。16o 汽轮发

7、电机组额定电功率汽轮发电机组额定电功率983.8MW983.8MW。o 电厂总效率电厂总效率33.8733.87。即即发电机额定电功率发电机额定电功率与与反应堆输出热功率之比反应堆输出热功率之比171 1、热量传输、热量传输使冷却剂循环流动，带出堆芯热量使冷却剂循环流动，带出堆芯热量传至蒸汽发生器再传至二回路给水，同时冷却堆传至蒸汽发生器再传至二回路给水，同时冷却堆芯，防止燃料元件烧毁和毁坏。芯，防止燃料元件烧毁和毁坏。2 2、中子慢化、中子慢化冷却剂兼作慢化剂使中子慢化到热冷却剂兼作慢化剂使中子慢化到热中子状态。中子状态。3 3、反应性控制、反应性控制改变控制棒插入深度和调整硼酸改变控制棒插

8、入深度和调整硼酸浓度控制反应性的变化。浓度控制反应性的变化。4 4、压力控制、压力控制用用稳压器及卸压箱控制系统压力，稳压器及卸压箱控制系统压力，防止堆芯产生偏离泡核沸腾。防止堆芯产生偏离泡核沸腾。RCP系统功能系统功能185 5、阻止放射性物质扩散、阻止放射性物质扩散承压边界，第二承压边界，第二道安全屏障道安全屏障 （第一道是燃料元件包壳，第三道是安全（第一道是燃料元件包壳，第三道是安全壳）壳）6 6、稳压器的安全阀起超压安全保护作用、稳压器的安全阀起超压安全保护作用5 5、6 6属于安全功能属于安全功能1920冷管段冷管段热管段热管段过渡段过渡段736.6787.4698.52122压力容

9、器2324堆芯堆芯( (活性区活性区) )v功能反应堆的心脏产生自持链式核裂变反应以热的形式释放裂变能v组成核燃料组件：核燃料是由易裂变核素制成，通常还含有可转变核素慢化剂：使中子慢化，仅热中子堆有控制材料：控制中子数v控制棒组件v可燃毒物v可溶毒物冷却剂：吸收热量 并带出堆芯控制棒控制棒燃料组件燃料组件压力容器压力容器25压力容器和堆内构件堆芯吊兰上隔板下隔板堆芯支撑部件上封头下封头压力容器控制棒驱动机构围板26压水堆堆芯压水堆堆芯堆芯堆腔换料中新堆装料27反应堆的组成反应堆的组成燃料芯块控制棒燃料组件冷却剂（慢化剂）人口返回燃料芯块燃料芯块燃料棒燃料棒燃料组件燃料组件控制棒控制棒控制棒组件

10、控制棒组件燃料组件燃料组件28燃料棒的排列1515或1717棒束长 : 约34m燃料棒的排列：1515或171729燃料元件与燃料组件燃料元件燃料组件30控制棒组件及控制棒驱动机构控制棒组件及控制棒驱动机构控制棒驱动机构控制棒组件控制棒32SG的功能的功能1 1、利用一回路冷却剂从反应堆中带出的热量加热二利用一回路冷却剂从反应堆中带出的热量加热二回路给水并使其产生饱和蒸汽、干燥，供给二回回路给水并使其产生饱和蒸汽、干燥，供给二回路合格的蒸汽。路合格的蒸汽。2 2、是连接一回路和二回路的枢纽（隔离作用、热力是连接一回路和二回路的枢纽（隔离作用、热力联系）。联系）。3 3、管板和管板和U形管是反应

11、堆冷却剂压形管是反应堆冷却剂压 力边界的一部力边界的一部分。分。 压水堆核电站普遍采用压水堆核电站普遍采用立式自然循环倒立式自然循环倒U形管式形管式蒸汽发生器，蒸汽发生器，每条环路各有一台。每条环路各有一台。ARE001GVARE001GV、002002、003GV003GV33蒸汽发生器结构蒸汽发生器结构l带有整体汽水分离设备的立式带有整体汽水分离设备的立式U U形管自然循环蒸汽形管自然循环蒸汽发生器。发生器。l由三部分组成由三部分组成: :(1)(1)壳体和封头壳体和封头; ;(2)(2)自然循环立管式蒸发段管束，使给水加热及汽化自然循环立管式蒸发段管束，使给水加热及汽化U U形传热管：形

12、传热管：共共44744474根根；(3)(3)双级机械干燥器，将所产生的汽水混合物进行机双级机械干燥器，将所产生的汽水混合物进行机械除湿，达到所要求的蒸汽品质。械除湿，达到所要求的蒸汽品质。3435 1 221363839 功能及特点功能及特点l功能：功能：1 1、用于驱动冷却剂在用于驱动冷却剂在RCPRCP内的循环流动，内的循环流动，连续不断地将堆芯产生的热量传递给蒸汽发生器连续不断地将堆芯产生的热量传递给蒸汽发生器二次侧给水。二次侧给水。l2 2、在冷起动升温升压时，可用于加热冷却剂。在冷起动升温升压时，可用于加热冷却剂。l形式：形式：空气冷却、空气冷却、三相感应电动机驱动的三相感应电动机

13、驱动的立式单立式单级离心泵，带有可控泄漏轴封装置。级离心泵，带有可控泄漏轴封装置。l特点：特点：大流量、低扬程。大流量、低扬程。41主要功能主要功能压力控制压力控制在稳态运行时维持在稳态运行时维持15.5MPa 负荷变化时，利用喷淋和电加热保持一回路负荷变化时，利用喷淋和电加热保持一回路压力恒定。压力恒定。压力保护压力保护高高/低压报警、高低压报警、高/低压停堆、超低压停堆、超过安全阀阈值安全阀自动排放。过安全阀阈值安全阀自动排放。补充补充RCP水容积变化，水容积变化，作为一回路冷却剂的缓冲作为一回路冷却剂的缓冲箱，箱，与与RCV系统配合系统配合42 RCP升压和降压升压和降压用于启堆时系用于

14、启堆时系统升压、升温和停堆过程系统降压统升压、升温和停堆过程系统降压 除气除气排出稳压器内饱和水与饱排出稳压器内饱和水与饱和汽以及其它气体。和汽以及其它气体。43类型及结构类型及结构l形式为电热喷雾式稳压器形式为电热喷雾式稳压器l高约高约13m13m，直径约，直径约2.5m2.5m，冷态时内部最小容积，冷态时内部最小容积39.75m39.75m3 3，净重，净重80t80t。l满功率时，上部为蒸汽空间，蒸汽容积满功率时，上部为蒸汽空间，蒸汽容积15.15m15.15m3 3。下部为水空间，容积下部为水空间，容积25.18m25.18m3 3l下封头上垂直安装了下封头上垂直安装了6060根根电加热元件，每根功率电加热元件，每根功率24kW24kW4460根根24kW13m2.5m80t4546稳压器卸压箱稳压器卸压箱（RDP