新能源发电技术 电子课件 2.3 核反应堆的动力回路

2.3核反应堆的动力回路任课老师：于立军2019年03月核反应堆动力回路分类按核反应燃料类型裂变反应堆聚变反应堆裂变聚变混合堆按冷却剂材料压水堆沸水堆重水堆气冷堆液态金属冷却堆按核反应堆的用途研究堆生产堆动力堆按中子能谱热中子堆中能中子堆快中子堆目录Contents2.3.1压水堆核电站动力回路2.3.22.3.3重水堆核电站动力回路2.3.4高温气冷堆核电站动力回路2.3.5钠冷快中子增殖堆核电站动力回路沸水堆核电站动力回路目录Contents2.3.1压水堆核电站动力回路2.3.2沸水堆核电站动力回路2.3.3重水堆核电站动力回路2.3.4高温气冷堆核电站动力回路2.3.5钠冷快中子增殖堆核电站动力回路2.3.1压水堆核电站动力回路特征采用高压轻水作为冷却剂和慢化剂，且水在堆内不沸腾的核反应堆。冷却剂的压力一般在120到160个大气压范围内，经过反应堆时不会气化。应用目前世界上核电站、核动力潜艇及航母应用最多最普遍的一种核反应堆。装机容量占所有核电站反应堆的60%以上。实例秦山一期、二期核电站广东大亚湾核电站2.3.1压水堆核电站动力回路一回路反应堆冷却剂带走核反应热量再传热给蒸汽发生器的过程二回路蒸汽发生器产生的蒸汽推动汽轮机组发电，然后被冷凝由给水泵送回蒸汽发生器的过程冷却回路用于冷却二回路的水蒸气2.3.1.1

基本组成与工作过程水水压力容器稳压器主泵主管道蒸发器汽轮机发电机冷凝器输配电二回路一回路基本参数： 一回路：压力154bar，291-310℃，高压水 二回路：压力55bar，250-280℃，出口饱和蒸汽蒸汽相关参数：冷却剂&慢化剂：除盐除氧的含硼水工作压力：14.7-15.7MPa进口温度：280-300℃出口温度：310-330℃温升：30-40℃2.3.1压水堆核电站动力回路2.3.1.2

一回路结构与设备压力容器反应堆堆芯控制棒组件包容整个堆芯、固定和支撑控制棒驱动机构、堆内构件。作为一回路系统的组成部分，在运行温度和压力条件下作为容纳冷却剂的压力边界。压水堆的心脏，可控的链式核裂变反应就在这里进行。由上百个横截面呈正方形或六角形的燃料组件构成通过提升和插入来实现电厂启动、停闭、负荷改变等情况下比较快速的反应性变化。2.3.1.2一回路结构与设备（1）压水反应堆枢纽产生汽轮机所需蒸汽的换热设备既是一回路设备，又是二回路设备二回路冷却水在U型管束空间吸收来自一回路侧的热量产生蒸汽蒸汽湿度降低由蒸汽导管导出，送往汽轮机做功将一回路的放射性物质阻挡在一回路内对整个核动力装置的经济性和安全可靠性有十分重要的影响自然循环不需要外加压力依靠水和汽水的密度差而进行的水循环2.3.1.2一回路结构与设备（2）蒸汽发生器稳压器低压时工作状态稳压器高压时工作状态2.3.1.2一回路结构与设备（3）稳压器

提供驱动压力，将一回路经过蒸汽发生器的冷却剂压回核燃料燃烧的堆芯，再把反应堆产生的热量送至蒸汽发生器，产生推动汽轮机做功的蒸汽形成循环。耐高温耐高压防辐射耐腐蚀密闭好无泄漏大功率高温度不停转心脏2.3.1.2一回路结构与设备（4）反应堆冷却剂泵汽轮机系统汽轮机辅助系统冷凝水及加热系统汽轮机是一种高速旋转的动力机械。它首先把蒸汽的热能变为蒸汽流的动能，然后再把蒸汽流的动能转化为机械功，带动发电机发电。汽轮机辅助系统包括：汽轮机旁路系统、汽轮机轴封系统、汽水分离再热器等。汽轮机排汽进入凝汽器被冷凝为凝结水，凝结水需经过凝结水泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器再作为二回路给水供给蒸汽发生器。2.3.1.3二回路结构与设备目录Contents2.3.12.3.22.3.32.3.42.3.5压水堆核电站动力回路沸水堆核电站动力回路重水堆核电站动力回路高温气冷堆核电站动力回路钠冷快中子增殖堆核电站动力回路2.3.2沸水堆核电站动力回路2.3.2沸水堆核电站动力回路2.3.2沸水堆核电站动力回路优点直接循环，只有一个回路。造价较低，节约成本。工作压力可以降低。这使得系统大大简化，降低了投资。堆芯出现空泡。经验表明，堆芯出现起泡使得沸水堆更加稳定，具有较好的控制调节性能。缺点辐射防护和废物处理较为复杂。设计和维修麻烦,当汽轮机等设备出现问题，维修时间也很长。功率密度比压水堆小。由于水沸腾后慢化能力降低，导致燃料利用率较低，因此需要比压水堆多的核燃料。目录Contents2.3.12.3.22.3.32.3.42.3.5压水堆核电站动力回路沸水堆核电站动力回路重水堆核电站动力回路高温气冷堆核电站动力回路钠冷快中子增殖堆核电站动力回路2.3.3重水堆核电站动力回路重水慢化剂重水的中子吸收截面比轻水小得多，所以重水堆中慢化剂吸收的中子比轻水堆要少得多，可以直接利用天然轴作为核燃料冷却剂与慢化剂循环与压水堆动力回路不同的是，重水堆的冷却剂、慢化剂循环是分开的。蒸汽发生器和主回路水泵安装在反应堆的两端。2.3.3重水堆核电站动力回路优点重水堆可以采用天然铀作燃料，而不必提纯，燃料利用率高于轻水堆。烧过的燃料中铀-235的含量极小，不需要进行乏燃料的处理。缺点重水的价格比较昂贵，且需要频繁的更换燃料。目录Contents2.3.12.3.22.3.32.3.42.3.5压水堆核电站动力回路沸水堆核电站动力回路重水堆核电站动力回路高温气冷堆核电站动力回路钠冷快中子增殖堆核电站动力回路2.3.4高温气冷堆核电站动力回路冷却剂：氦气慢化剂：石墨结构：双动力回路一回路：冷却剂氦气二回路：工质水实例：我国建成的石岛湾核电站2.3.4高温气冷堆核电站动力回路优点热效率高燃耗深氦气性质稳定传热性能好，感生放射性低，停堆后能将余热安全带出不易发生堆芯熔化，安全性能好缺点高燃耗包覆颗粒核燃料元件的制备和辐照考验高温高压氦气回路设备的工艺技术问题燃料后处理及再加工问题目录Contents2.3.12.3.22.3.32.3.42.3.5压水堆核电站动力回路沸水堆核电站动力回路重水堆核电站动力回路高温气冷堆核电站动力回路钠冷快中子增殖堆核电站动力回路2.3.5钠冷快中子增殖堆核电站动力回路定义：以液态钠为冷却剂，由快中子引起核裂变并维持链式反应的反应堆。原理：快堆用钚-239作燃料，在堆心燃料钚-239的外围再生区里放置铀-238，钚-239燃烧产生的中子会被外围的铀-238吸收，生成钚-239，这样燃料越烧越多。结构：钠冷快堆（SFR）一般设计成三个回路，比压水堆中间多一个三回路。2.3.5钠冷快中子增殖堆核电站动力回路优点钠具有中子吸收截面小、导热性好、比热大等优点。沸点高达886.6℃，所以常压下钠的工作温度可以很高。金属钠的温度就能达到500—600℃。钠对金属材料不具有腐蚀性，因此钠是一种很好的冷却剂。缺点作为冷却剂的金属钠由于化学特性很活泼，易与