压水堆核电站_.doc

压水堆核电站压水堆核电站用铀制成的核燃料在一种叫“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动气轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。这就是最普通的压水反应堆核电站的工作原理。压水堆核电站由反应堆、一回路系统、二回路系统以及电站的配套设施等主要部分组成。图4-2燃料组件的横剖面图压水堆燃料是高温烧结的圆柱形二氧化铀陶瓷块，直径约8毫米，高13毫米，称之为燃料芯块。其中铀235的浓缩度约3。燃料芯块个一个地重叠着放在外径约9.5毫米，厚约057毫米的锆合金管内，锆管两端有端塞。燃料芯块完全封闭在锆合金管内，构成燃料元件。这种锆合金管称为燃料元件包壳。这些燃料元件用定位格架定位，组成横截面是正方形的燃料组件(见图4-2)。每一个燃料组件包括两百多根燃料元件。一般是将燃料元件排列成横十七排、纵十七行的1717的组件，中间有些位置空出来放控制棒。控制棒的上部连成体成为棒束。每一个棒束都在相应的燃料组件内上下运动。控制棒在堆内布置得很分散，以便堆内造成平坦的中子通量分布。燃料组件外面不加装方形盒，以利于冷却剂的横向流动。加上端部构件，整个组件长约四米，横截面为边长约20厘米的正方形。图4-3 典型压水堆压力容器与堆芯结构原理图图43是典型压水堆压力容器与堆芯结构原理图；图44为压力容器的结构布置图。由燃料组件组成的堆芯放在一个很大的压力容器内。控制棒由上部插入堆芯。在压力容器顶部有控制棒的驱动机构。作为慢化剂和冷却剂的水，由压力容器侧面进来后，经过吊篮和压力容器之间的环形间隙，再从下部进入堆芯。冷却水通过堆芯后，温度升高，密度降低，再从堆芯上部流出压力容器。一般入口水温300，出口水温332，堆内压力15.5Mpa。图4-4 压力容器内结构布置图一座100万千瓦的压水堆，堆芯每小时冷却水的流量约6万吨。这些冷却水并不排出堆外，而是在封闭的回路内往复循环。堆芯放了一百多个燃料组件，这些组件总共包括四万多根三米多长、比铅笔略粗的燃料元件。高温水从压力容器上部离开反应堆后，进入蒸汽发生器（见图4-5）。反应堆里的冷却剂，当温度由室温升到三百多摄氏度时，体积会有很大的膨胀。由于体积膨胀及其他原因，如果不采取措施，在密闭回路内冷却剂的压力会波动，从而使反应堆的运行工况不稳定。因此，在冷却剂的出口和蒸汽发生器之间有稳压器。稳压器是一个高大的空心圆柱体。下部为水，罐内采用电加热器在稳压器上部产生蒸汽。利用蒸汽的弹性来保持堆内冷却水压力稳定。冷却剂从蒸汽发生器的管内流过后，经过一回路循环泵又回到反应堆。一回路循环泵又称主泵。包括压力容器、蒸汽发生器、泵、稳压器的整个系统，是一回路的压力边界。它们都安置在如图4-6的安全壳内，称之为核岛。蒸汽发生器内有很多管子（见图4-7）。管子外为二回路的水。一回路的水流过蒸汽发生器管内时，将携带的热量尽可能多地交给二回路里的水，从而使二回路水变成280左右的、67MPa的高温蒸汽。所以在蒸汽发生器里，回路与二回路的水在互不接触的情况下，通过管壁发生了热交换。蒸汽发生器是分隔并连结一、二回路的关键设备。从蒸汽发生器出来的高温蒸汽，通过高压汽轮机后，一部分变成了水滴。经过汽水分离器将水滴分离出来后，剩余的蒸汽又进入低压汽轮机继续膨胀，推动叶轮转动。从低压图4-5 压水堆核电站流程汽轮机出来的蒸汽的压力已很低，无法再加以利用。于是在冷凝器里，让这些低压蒸汽图4-6 压水堆安全壳变成水。冷凝水经过预热后，又回到蒸汽发生器吸收一回路冷却水的热量，变成高温蒸汽，继续循环。整个二回路的水就是在蒸汽发生器，高压、低压汽轮机，冷凝器和预热器组成的密封系统内来回往复流动，不断重复由水变成高温蒸汽，蒸汽冷凝成水，水又变成高温蒸汽的过程。在这个过程中，二回路的水从蒸汽发生器获得能量，将一部分能量交给汽轮机，带动发电机发电，余下的大部分不能利用的能量交给冷凝器。冷却冷凝器用的水在三回路中循环。冷凝器实质上是二回路与三回路之间的热交换器。三回路是一个开式回路，利用它将汽轮机排出的乏汽的难以利用的余热带入江河湖海。在冷凝器里，三回路的水与二回路的水也是互不接触，只是通过冷凝器的管壁交换热量。三回路的用水量是很大的。一座100万千瓦的压水堆，三回路每小时要四十多万吨冷却水。三回路的水与一、二回路的冷却水一样，也需要加以净化，不过净化的要求没有一、二回路那么高。1一蒸汽出口管嘴;2一蒸汽干燥器;3一旋叶式汽水分离器;4一给水管嘴;5水流;6一一防振条;7一一管束支撑板;8一一管束围板;9管束;10一一管板;11隔饭;12一一主冷却剂出口;13主冷却剂入口。图4-7 蒸汽发生器从1981年第一代杨基商用压水堆电站诞生以来，压水堆的发展和它的燃料元件一样，都经历了几代的改进。压水堆的单堆电功率，已由185万千瓦增加到130万千瓦，热能利用效率由28提高到33，堆芯功率密度由每升50千瓦提高到约100千瓦，燃料元件的燃耗也加深了三倍。为减少基建投资和降低发电成本，目前座反应堆只配一台汽轮机。所以随着反应堆功率的增加，汽轮机也越造越大。130万千瓦核电站的汽轮机长达40米，配上发电机，整个汽轮发电机组长56米。压水堆初次装料后，大约经过一两年要进行一次更换燃料组件的操作，我们称之为首次换料。这以后，就每年换料一次。每次换料只需装卸三分之的燃料组件。卸出的燃料组件，放在反应堆旁边的贮存水池内。早期的压水堆换料停堆四个月，现在换一次料最短可以两个星期。这就要求压力容器的顶盖、控制棒驱动机构，以及堆内屏蔽层组成为一个整体，顶盖可以下子打开，而不能象以前那样一个一个地松开顶盖上的巨大的螺栓。而且换料操作需要采用快速换料机构。换料时间的缩短，有利于核电站更好地为电力用户服务，缩短停电时间，提高利用效率。压水堆中最关键的设备之一是压力容器，它是不可更换的。一座90或130万千瓦的压水堆，压力容器直径分别为399米和439米，壁厚02米和022米。重330吨和418吨，高13米以上。这么巨大的压力容器，它的加工和运输都是个需要认真对待的问题。一座这样的压水堆，一回路有三或四条并列的环路。除了压力容器外，主循环泵也是重要设备。每台主循环泵的冷却水流量为每小时两万多吨，泵的电机功率为五千到九千千瓦。泵的关键是保持轴密封，以免堆内带放射性的水外漏。核电站的循环泵除了密封要求严以外，还由于泵放在安全壳内，处于高温、高湿及射线辐射的环境下，要求电机的绝缘性能好。放置压力容器、泵、蒸汽发生器和稳压器的安全壳，直径可达四十米，高六七十米（见图4-6）。到目前为止