《热力发电厂》核能发电

一、核能发展简史

人类进化发展的过程，就是一部不断开放利用自然能源的历史。人类文明之

初以柴草为主要能源；至打8、19世纪，伴随着蒸汽机和内燃机的发明，人类时

于能源的消费从柴草转到煤、石油、天然气等化石燃料，20世纪，人类进入多能

源时代，除煤、石油、天然气外，核能、水力、风力、太阳能、地热能、潮汐能

等都是可以利用的能源。

在1938年，德国化学家哈恩和施特拉斯曼发现了轴-235的裂变现象：铀原

子在核裂变的同时放出巨大的能量。从此，核能的利用走向现实。核能的利用首

先是从军事上开始的。从1941年开始，美国着手建立用于第一颗原子弹爆炸的

链式反应，蛀哈顿计划的辉煌以1945年在阿拉莫斯的首爆为标志，随后美国把

装有铀-235和杯-239的两颗原子弹投放在日本的广岛和长崎，加速了日才木军

国主义的无条件投降。1954年6月，苏联奥布宁斯克试验核电厂0.5万千瓦核电

机组并网，首次实现了人类对核能的和平利用（见图1）。1957年，世界上第一

座商用核电厂美国希平港6万千瓦核电厂并网发电。1291年，我国自行设计、建

造的秦山30万千瓦核电厂并网发电,结束了我国大陆无核电厂的历史。

图1苏联奥布宁斯克核电厂

二、核电厂的技术原理

（一）、核电厂简介

核电厂又称核电站，是将核能转变为电能的装置。原子能即原子核能,

简称核能，是核结构发生变化时放出的能量，有核裂变和核聚变两种情况。

核裂变反应时，铀-235原子核收到热中子撞击，会暂时形成铀-236复合核，

但不稳定，之后复合核瓦解，产生2个质量较小的原子核并放出2~3个次级

中子，同时伴随着裂变能的产生,这时，如果旁边有其他铀-235原子核存在，

则会被新的中子撞击，继续发生裂变反应，这就是“链式反应”。核裂变反应

释放的中子为快中子，采用慢化剂使其慢化为热中子或中能中子，由热中子

或中能中子维持链式反应，这种反应堆属于热中子反应堆，当前的压水堆、

沸水堆、重水堆和高温汽冷堆均属于热中子反应堆。

太箜产物

图3核裂变反应

图4链式核裂变

核电厂与火电厂一样，都用蒸汽推动汽轮机机做功，然后带动发电机发

电。它们的主要不同在于蒸汽供应系统。火电依靠燃烧化石燃料（煤、石油、

天然气）释放的化学能制造蒸汽，核电厂则依靠核反应产生的核能来制造蒸

汽。

典型的核电厂通常有两台机组，其布局大体可分为三部分：利用核能生

产蒸汽的核岛（即反应堆厂房），包括核反应堆装置和回路系统;利用蒸汽发

电的常规岛，包括汽轮发电机系统：接收，输送新燃料和储存乏燃料（用过

的核燃料）厂房。此外，还有一回路铺助厂房、主控制室.输电配电房、循环

水J房等。

（二）、压水堆核电厂原理

典型的压水堆核电厂每台机组都有3条回路，其原理如下图所示。

一回路:反应堆堆芯因核燃料裂变产生巨大的热能,冷却剂由主泉泉人堆

芯带走核裂变产生的热量，然后流经蒸汽发生器内传热的U形管，通过管

壁将热能传递给U形管外的二回路冷却水，释放热量后又被主泉送回堆芯

重新加热，再进人蒸汽发生器。冷却剂这样不断地在密闭的回路内循环，被

称为一回路。故一回路是封闭回路，内部是高温高压的冷却水。

二回路:蒸汽发生器U形管外的二回路水受热变成蒸汽，蒸汽推动汽轮

机发电机做功，把热能转化为电能，做完功后的蒸汽进入冷凝器冷却，凝结

成水返回蒸汽发生器.重新加热成蒸汽。这个回路循环，被称为二回路。

三回路:使用海水或淡水，它的作用是在冷凝器中冷却已用过的蒸汽使之变

回冷凝水。

三条回路是互相隔离的，只有一回路具有放射性。

在压水反应堆中,水是冷却剂，即它冷却反应堆，背出核裂变能传给二回路;

水又是慢化剂，用来将裂变反应释放的快中子能量减少，使之慢化成为热中子

或中能中子来维持链式反应，故压水反应堆也称为热中子反应堆。

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原理图

核电厂

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图6

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（三）

反应堆

1、核

图7核反应堆示意悭

核反应堆是核电厂的核心设备。它的作用是维持和控制链式裂变反应，产生

核能，并将核能转换成可供使用的热能。核反应堆的组成，主要包括压力容器、

核燃料组件、控制棒组件等。

2.反应堆冷却剂泵

反应堆冷却剂泵又称为主泵，它是反应堆冷却剂系统中唯一高速旋转的设备,

用于驱动高温高压、具有放射性的冷却剂，使冷却剂以很大流量（每台泵约24290

立方米/小时）通过反应堆堆芯，把堆芯中产生的热量传送给蒸汽发生器。主泵

电动机上设有飞轮，以增加泵的转动惯量，当主泵断电时，泵仍能继续转动几分

钟。为防止带放射性的冷却水泄漏，泵轴上设有三道密封，由两道流体静压和一

道机械密封串联组成。

图8反应堆冷却剂泵

3、稳压器

稳压器又称容积补偿器，它的作用是补偿回路冷却水温度变化引起的回路水

容积的变化，以及调节和控制一回路系统冷却剂的工作压力。

图9稳压器

4、蒸汽发生器

蒸汽发生器是将反应堆的冷却剂的热量传给二次回路水以产生蒸汽的热交

换设备。蒸汽发生器由U形传热管束、管板、三级汽水分离器及外壳容器等组

成。冷却剂由蒸汽发生器卜封头的进口管进入一回路水室,经过倒U形传热管，

将热量传递给管子外面的.二回路，放热后的一回路水汇集到下封头的出口水室,

再流向一回路主泵吸入口。而U形管外侧的二回路给水是由蒸汽发生器简体的

给水接管进人环形管的，经环形通道流向底部，然后沿着倒U形管束的外空间上

升，同时被加热，部分水变为蒸汽，汽水混合物进人上部汽水分离器，经过粗、

细两级分离和第三级分离干燥后达到一定干度的饱和蒸汽，汇聚到蒸汽发生器顶

部出口处，经二回路主蒸汽管道进入汽轮机做功带动发电机发电。

图10蒸汽发生器

5、汽轮发电机机组

压水堆核电厂采用间接循环，因此二回路的蒸汽参数受一回路温度限制，而

一回路的温度与一回路压力有关，一回路的压力受到反应堆压力容器的结构设计

限制，因此反应堆冷却剂温度提高的潜力很小，堆芯出口平均温度不超过330℃,

二回路蒸汽一般为5-7.8Mpa的饱和汽，这与火电厂的高蒸汽参数汽轮机相比，

核电厂汽轮机的蒸汽可用比焰降仅为火电厂的一半左右。

因此:

（1）汽耗率约比常规电厂高一倍

（2）核汽轮机的低压缸发出的功率较大，达整机功率的50%~60%,而火电

厂高参数机组中，低压缸仅占20%~30%。

（3）排汽速度损失这效率有较大影响，这要求增大排汽流通截面以降低排

汽速度。

同时因为新蒸汽是饱和汽，膨胀后进入湿汽区，为保证汽轮机安全经济运行,

在汽轮机高压缸和低玉缸之间设有汽水分离再热器，对蒸汽进行中间除湿和