核电站基础知识

1、核电站基础知识2022-5-221.核燃料天然的或人造的某些重原子核(如 U235、Pu239)在受到中子撞击时裂变并放出大量能量 天然的铀矿中 U235 的含量不足 1%，应先把它浓缩成 U235 含量达 3%以上的核燃料 一般压水堆核电站采用 U235 富集度达 3%的陶瓷型 UO2作燃料 核燃料被制造成芯块后装入元件包壳 第1页/共31页2022-5-23第2页/共31页2022-5-242.裂变反应裂变反应是可裂变重核裂变成两个中等质量核并放出能量的反应，包括用中子轰击引起的裂变和自发裂变。 有意义的是指用中子轰击某些可裂变原子核时，引起重原子核发生裂变的一种反应。 在裂变过程中有大量

2、能量释放出来，且伴随着放出若干个次级中子，这是最重要的一种核反应。 第3页/共31页2022-5-25对核裂变反应，一般可用反应式来描述： U+nX1+X2+n+E 其中用 U表示可裂变核，n表示中子，X1及 X2分别代表两个裂变碎片核，表示为每次裂变放出的次级中子平均数，E 表示每次裂变过程中所释放的能量。 第4页/共31页2022-5-263.链式裂变反应第5页/共31页2022-5-274.反应堆核反应堆是实现原子核可控链式裂变反应的一种装置。1942年美国首次建成了反应堆。五十年代初，美国和苏联又相继建成了核电站。从那以后，反应堆在许多国家和地区得到了广泛的发展和应用。 第6页/共31

3、页2022-5-28 第7页/共31页2022-5-295.核电站的特点核燃料的利用为人类开辟了一种新能源。目前世界上这种新能源的开发已经具有一定规模，并显示出强大的生命力。 与煤、石油、天然气等有机燃料相比，核燃料有许多优点。 第8页/共31页2022-5-210首先，由于核燃料比同样质量的有机燃料的热值要大得多，所以核动力需要的燃料数量少，可以节省大量的运输力量。这个优点对于缺少有机燃料的地方是很有吸引力的。 其次，核电站不像火电站那样，每天排放出大量的烟尘、二氧化硫等有害气体，以及大量固体废渣。 核电站基建投资大，燃料费用也相当可观，但其运行费用比较低。 第9页/共31页2022-5-2

4、116.压水堆核电站主要流程核反应堆产生的热量由冷却剂传到蒸汽发生器，加热二次侧的给水，产生饱和蒸汽。 蒸汽发生器产生的饱和蒸汽，通过调节进入汽轮机，驱动汽轮机做功。 与汽轮机转子同轴相联的发电机转子产生旋转磁场，在发电机定子线圈上产生感应电压和电流，向外电网输送。 第10页/共31页2022-5-212第11页/共31页2022-5-2137.7.压水堆核电厂与化石燃料电厂反应堆临界是核电厂运行特点之一 核电厂反应堆内产生和积累有大量放射性物质 相当可观的堆芯剩余释热 核电厂系统、设备复杂 使用饱和蒸汽 第12页/共31页2022-5-214第13页/共31页2022-5-215 第14页/

5、共31页2022-5-2168.核电站的控制反应堆的控制 一般采用控制棒和可溶性化学毒物来控制堆芯的反应性,以便能方便地实现反应堆启动、改变功率、停止和紧急停堆。 控制棒分停堆棒和调节棒二种，停堆棒用于停闭反应堆，调节棒用于启动、停闭反应堆及调节功率。控制棒内吸收体的主要成份是银铟镉合金组成，对热中子和超热中子都有很好的吸收作用。 可溶性毒物一般采用硼酸，浓度可以调节，对热中子有良好的吸收作用。 第15页/共31页2022-5-217其它控制系统 稳压器压力控制系统 通过电加热器和喷雾来调节和稳定主系统压力。 稳压器水位调节系统 调节主系统的水装量。 蒸汽发生器水位调节系统 调节二次侧热阱水位

6、。 主蒸汽旁路排放系统 汽轮发电机甩负荷时，将多余的蒸汽排向冷凝器，避免主蒸汽管道超压。 此外，汽轮发电机调节系统用于调节负荷。 第16页/共31页2022-5-2189.9.核电厂工况分类正常运行和运行瞬态 1. 稳态和停堆运行 2. 带有允许偏差运行 3. 运行试验 中等频度事件(发生概率:110-2次/堆*年) 稀有事件(发生概率:10-210-4次/堆*年) 极限事故(发生概率:10-410-6次/堆*年) 第17页/共31页2022-5-21910.核电站的运行核电站的运行工况主要分为正常运行、异常运行、事故运行三个方面： 正常运行 包括核电站的启动、停止、功率运行、换料及带有允许偏

7、差的运行。 异常运行 某些系统、设备的异常导致核电站处于偏离正常运行状态，这些异常虽不致于直接引起停堆或专设安全设施动作，但如不及时处理，可能会引起事故。 第18页/共31页2022-5-220事故运行 对于引起停堆和专设安全设施动作的事故,核电站通过驱动反应堆停堆,以终止核裂变能量继续产生,并通过向堆芯提供应急冷却水,以导出堆芯余热,保证三道安全屏障的完整性,必要时也可以提供应急电源,供安全设备使用,以保证核电站安全。 第19页/共31页2022-5-22111.压水堆核电站满功率运行时主要参数主冷却剂系统平均温度302C主冷却剂系统压力15.2MPa堆芯出口冷却剂温度320C燃料芯块最高温

8、度1880C主冷却剂流量2*14000T/H主蒸汽流量2*1070T/H主蒸汽压力5.4MPa发电机功率300MW第20页/共31页2022-5-22212.核电站的安全保障 核电站的三道安全屏障 燃料元件包壳 一回路压力边界 安全壳 此外，核电站都有完善的应急响应计划，以处理事故和疏散人员，可视为第四道安全屏障 第21页/共31页2022-5-223核电站的保护系统和安全设施核电站的保护系统和安全设施 停堆保护系统 由一些对反应堆安全密切相关的设备和参数给出停堆保护信号,当这些参数超过整定值时,驱使反应堆停堆 专设安全设施 当核电站发生较大事故时,向反应堆堆芯内注入含浓硼酸冷却水,以导出堆芯

9、热量,避免堆芯熔化,同时对安全壳内大气进行进行降温降压,驱除放射性碘和可燃性气体,防止放射性物质向外界泄漏 第22页/共31页2022-5-224第23页/共31页2022-5-225 第24页/共31页2022-5-2267.7.压水堆核电厂与化石燃料电厂反应堆临界是核电厂运行特点之一 核电厂反应堆内产生和积累有大量放射性物质 相当可观的堆芯剩余释热 核电厂系统、设备复杂 使用饱和蒸汽 第25页/共31页2022-5-227其它控制系统 稳压器压力控制系统 通过电加热器和喷雾来调节和稳定主系统压力。 稳压器水位调节系统 调节主系统的水装量。 蒸汽发生器水位调节系统 调节二次侧热阱水位。 主蒸

10、汽旁路排放系统 汽轮发电机甩负荷时，将多余的蒸汽排向冷凝器，避免主蒸汽管道超压。 此外，汽轮发电机调节系统用于调节负荷。 第26页/共31页2022-5-2289.9.核电厂工况分类正常运行和运行瞬态 1. 稳态和停堆运行 2. 带有允许偏差运行 3. 运行试验 中等频度事件(发生概率:110-2次/堆*年) 稀有事件(发生概率:10-210-4次/堆*年) 极限事故(发生概率:10-410-6次/堆*年) 第27页/共31页2022-5-22910.核电站的运行核电站的运行工况主要分为正常运行、异常运行、事故运行三个方面： 正常运行 包括核电站的启动、停止、功率运行、换料及带有允许偏差的运行。 异常运行 某些系统、设备的异常导致核电站处于偏离正常运行状态，这些异常虽不致于直接引起停堆或专设安全设施动作，但如不及时处理，可能会引起事故。 第2