核电行业研究.ppt

1、核能-反应堆,The Police and Planning of Nuclear Energy,32个国家共有438(439)座核电站，核电比例16。36座在建 美国 103，核电比例22% 法国 56， 核电比例79% 日本 51， 核电比例35% 俄罗斯20，核电比例20% 德国 10， 核电比例20%,世界核电站分布图,ADVANTAGES Nuclear power generation does emit relatively low amounts of carbon dioxide (CO2). The emissions of green house gases and th

2、erefore the contribution of nuclear power plants to global warming is therefore relatively little. This technology is readily available, it does not have to be developed first. It is possible to generate a high amount of electrical energy in one single plant,DISADVANTAGES Nuclear power plants as wel

3、l as nuclear waste could be preferred targets for terrorist attacks. During the operation of nuclear power plants, radioactive waste is produced, which in turn can be used for the production of nuclear weapons.,DISADVANTAGES The problem of radioactive waste is still an unsolved one. 放射性废物难处理 High ri

4、sks: It is technically impossible to build a plant with 100% security. 高风险 The energy source for nuclear energy is Uranium. Uranium is a scarce resource, its supply is estimated to last only for the next 30 to 60 years depending on the actual demand.铀矿储量小,Top 10 Nuclear Generating Countries,What com

5、ponents do all reactors need?,Fuel燃料 (either enriched or natural) Moderators (慢化剂)slow neutrons down so that they can be captured: graphite or deuterium(重水) commonly used Control rods (to speed up or slow down reactions)控制棒 Heat exchange system热交换系统 Turbine generator汽轮机发电系统,NUCLEAR REACTOR A nuclear

6、 reactor is a device in which nuclear chain reactions are initiated可开始, controlled可控, and sustained at a steady rate稳定功率, as opposed to a nuclear bomb, in which the chain reaction occurs in a fraction of a second and is uncontrolled causing an explotion.,CONTROL RODS Control rods made of a material

7、that absorbs neutrtons are inserted into the bundle using a mechanism that can rise or lower the control rods. . The control rods essentially contain neutron absorbers like, boron, cadmium or indium.,STEAM GENERATORS Steam generators are heat exchangers used to convert water into steam from heat pro

8、duced in a nuclear reactor core. Either ordinary water or heavy water is used as the coolant.,STEAM TURBINE A steam turbine is a mechanical device that extracts thermal energy from pressurized steam, and converts it into useful mechanical Various high-performance alloys and superalloys have been use

9、d for steam generator tubing.,COOLING TOWER Cooling towers are heat removal devices used to transfer process waste heat to the atmosphere. Water cirulating throughthe codeser is taken to the cooling tower for cooling and reuse,CONDENSER Condenser is a device or unit which is used to condense vapor i

10、nto liquid. The objective of the condenser are to reduce the turbine exhaust pressure to increase the efficiency and to recover high qyuality feed water in the form of condensate & feed back it to the steam generator without any further treatment.,一、反应堆的分类 1 按用途分：,生产堆,动力堆,试验堆,供热堆,水冷堆,气冷堆,有机介质堆,液态金属冷

11、却堆,按冷却剂分类,天然铀堆,浓缩铀堆,钚堆,按核燃料分类,石墨堆,轻水堆,重水堆,按慢化剂分类,二、动力堆,1.轻水堆,沸水堆BWR,压水堆PWR,反应堆冷却水处于高压下,水呈液态.,反应堆冷却水在堆中沸腾而产生蒸汽.,轻水堆、重水堆、气冷堆和快中子增值堆,Boiling Water Reactor,压水堆的燃料（二氧化铀U235） 轻水压水堆所占的比例最大 压水堆的结构 2 重水堆 定义：直接应用天然铀做燃料，以重水作为冷却剂和慢化剂。 重水作为冷却剂的优点:慢化性能好 适用于天然铀丰富但又缺乏浓缩能力的国家 加拿大坎杜堆（candu）：可高效利用回收铀和钍燃料资源 我国的秦山核电站三期就

12、是采用坎杜堆技术,3 气冷堆（石墨气冷堆） 以气体做冷却剂，石墨作慢化剂。 发展： 第一代：天然铀，石墨，二氧化碳，400 第二代：低浓缩铀，石墨，二氧化碳，650 第三代（高温气冷堆）：高浓缩铀，石墨，氦气，800 4 快中子增殖堆 采用钚或高浓铀作燃料，一般用液态金属钠作冷却剂。不用慢化剂。 根据冷却剂的不同分为钠冷快堆和气冷快堆。,快中子增殖堆的优点： 1.生成的钚比消耗的多 2.体积小,功率密度大,强化传热要求高,技术上要求高. 三 供热堆 专门提供热能的反应堆,热量用于区域热网、大面积空调、海水淡化厂和其它工艺过程，提供热水或低温蒸汽。 核供热堆技术 解决兰州大气污染问题,低温多效蒸

13、馏海水淡化技术 多效蒸发是让加热后的海水在多个串联的蒸发器中蒸发，前一个蒸发器蒸发出来的蒸汽作为下一蒸发器的热源，并冷凝成为淡水。 其中低温多效蒸馏是蒸馏法中最节能的方法之一。 低温多效蒸馏技术由于节能的因素，近年发展迅速，装置的规模日益扩大，成本日益降低，主要发展趋势为提高装置单机造水能力，采用廉价材料降低工程造价，提高操作温度，提高传热效率等。,与核能等新能源的结合 在世界范围内已经有13 座与核电站结合的海水淡化厂。 一般核电站的退役燃料还有大量的废热, 传统办法处理这些核废料需要巨额资金, 将其利用可变废为宝并降低能源成本。,第三节 核电站 一 核电站的组成 核电站与火电站的区别: a

14、 原料 b 热源 C 对环境的影响 核电站的基本组成： 核岛和常规岛。,1 压水堆核电站 基本结构 运行过程与原理,2 沸水堆 沸水堆的原理及特点 应用状况,冷却水保持在较低的压力（约为70个大气压）下，水通过堆芯变成约285的蒸汽，并直接被引入汽轮机。所以，沸水堆只有一个回路，省去了容易发生泄漏的蒸汽发生器，因而显得很简单。,缺点：从维修来看，压水堆因为一回路和蒸汽系统分开，汽轮机未受放射性的沾污，容易维修。 沸水堆是堆内产生的蒸汽直接进入汽轮机，汽轮机会受到放射性的沾污，所以在这方面的设计与维修都比压水堆要麻烦。,二、核电站系统： 核岛（NI）：一回路及其辅助系统及其厂房。 常规岛（CI）

15、：汽轮发电系统及其辅助设施,核岛组成： 一回路主系统：反应堆、主泵、稳压器、蒸汽发生器及其管道。 安全和辅助系统： 1）专设安全系统 安全注入系统、安全壳喷淋系统、辅助给水系统和安全壳隔离系统 2）核辅助系统 保证核岛正常启动、运行和停堆。包括硼和水补给系统，余热排出系统等 3）三废处理系统 回收和处理放射性废物。,常规岛 1）汽轮机回路（二回路），汽轮机，汽水分离再热器，冷凝器，凝结水泵等。 与火电厂不同的是由蒸汽发生器代替蒸汽锅炉。 二回路水不具有放射性。 2）循环冷却水系统（三回路） 向冷凝器提供冷却水，确保汽轮机冷凝器的有效冷却，开放式回路，循环水一般从海水中抽取。 火电厂一般是封闭循

16、环，冷却塔。 3）电气系统,三、核电站的运行 与火电站运行的比较： 1）反应堆换料 过程： 一、换料前反应堆应先停堆，并降压、冷却至40左右，一回路（反应堆冷却剂回路）水位降至反应堆压力容器法兰面以下 二、控制棒驱动机构和反应堆压力容器的半球形顶盖作为一个组件吊出 三、装卸或倒换燃料 和控制棒 四、一般每年一次，每次换料三分之一。,2）运行与维修的安全性 3）反应堆的核废物处理 乏燃料：保留了大部分的U238,含有大约0.7-0.8%的U235，还有0.8%生成的钚Pu239，以及少量裂变产物和锕系元素。 乏燃料中的铀和钚以MOX：返回反应堆进行再循环 放射性废物的处理 是指放射性超过一定范围

17、的气、液、固废物 主要来自核燃料后处理厂。,a高放废物乏燃料及其处理物 (HLW both spent and used nuclear fuel) 后处理厂产生的高放废液是超铀废物。 这些高放废物需要与生物圈隔离106年。 目前酸性高放废液采用不锈钢储槽储存，地下或海底 “Ahigh-level radioactivewaste repos-itory shall be designed, constructed, operated, and closed in such away that the postsealing functions of the host rock and its

18、 relevant surroundings are preserved.”-1989 by the International Atomic Energy Agency 新的研究成果：玻璃固化 6年储存蒸发浓缩-玻璃固化,Finland is currently the first nation in line to open a deep ge- ological disposal system(repository), in 2020, followed by France and Sweden, in 2025 that is, the opening of the worlds fi

19、rst HLW repository is still at least 10 years away.,b、中低放废物核电站的污染设备、检测设备、运行时的水化系统、交换树脂、废水废液和手套等劳保用品 缩小体积转化为稳定固体 可燃的可以焚烧，灰渣固化 不可燃： 水泥固化 沥青固化 塑料固化（试验阶段）,中国核废料及其处置 中国对高放射废物采取的是后处理方式，即先把乏燃料送到处置场进行玻璃固化，之后再放到至少500米深的地层内埋掉。 中国已建有两座中低放射核废料处置库，并准备再建两座，但还没有一座高放射处置库。已建成两座中低放射核废料处置库，分别位于甘肃玉门和广东大亚湾附近的北龙。 永久性处置库

20、目前为止，全世界已经确定建设高放射核废料处置场厂址的国家只有芬兰。 中国将建设一座永久性高放射物质处置库，设计寿命10000年，容量要能储存100至200年间全中国产生的核废料，在满了之后就永久地封掉。 选址大概在西北（甘肃敦煌北山 ） 俄罗斯的核废料处置场,第四节 核电站的安全性 一、核电与核弹 结构和特性不同 核电燃料浓度低、没有引爆系统、具有安全防护系统。 二、核电站放射性影响 人体受到的放射性辐照 外辐射 1）宇宙射线 2）地球辐射,3）放射性医疗 4）电视 5）燃煤电站 6）核电站 内辐射 不同放射性核素进入人体内，沉积在不同的器官，叫做内照射。 对人体产生不同程度的影响。例如，镭和

21、钚都是亲骨性核素，但镭大多沉积在骨的无机质中，而钚主要沉积在骨小梁中，会照射骨髓细胞而出现很强的辐射毒性。,Plants near TMI,-lack of chlorophyll -deformed leaf patterns -thick, flat, hollow stems -missing reproductive parts -abnormally large,TMI dandelion leaf at right,Secondary cooling loop stops pumping. Rising temperatures caused emergency valve to

22、open to release pressure, but indicator light malfunctioned Due to loss of steam, water level drops, water overheats and burns out pump Reactor core overheats and begins to melt (a “meltdown”),Overheated water contains 350 times normal level of melted down radioactive matter A worker sees the open v

23、alve and closes it To prevent an explosion, he reopens it, releasing radioactive steam into the atmosphere,辐照食品 什么是辐照食品？ 辐照食品是利用放射线(如伽玛射线)在允许剂量范围内辐照加工处理的粮食和其他食物,简称辐照食品。 食品辐照技术： 一种灭菌保鲜技术 常见的辐照食品种类： 1 特殊食品：病人食用的无菌食品。太空食品。,2 脱水食品：洋葱粉、八角粉、虾粉、青葱、辣椒粉、蒜粉、虾仁等脱水食品。,3 延长货架的食品：月饼、袋装肉制品、果脯等产品。,4 冻品：冻鱿鱼、冻虾仁、冻蟹肉、

24、冻蛙腿等产品。,5 保健品：减肥茶、洋参、花粉、灵芝制品、袋泡茶、口服美容保健食品等。,辐照食品对人体有无危害?,辐射源及剂量:钴60和铯137的射线、低于10MeV（MeV：兆电子伏，能量单位）的电子加速器和能量低于5MeV的X射线。,从理论上讲，食品中的主要元素碳、氢、氧、氮等要在辐照后诱发放射性，需要10MeV以上的能量，且所生成的同位素的寿命非常短。,我国的情况: 辐照厂多,涉及食品种类繁多. 日本北海道的土豆辐照设施是世界上较早的商业化运行的辐照设施，但日本除了在1972年批准土豆辐照抑制发芽外，一直没有批准其他食品的辐照处理。” 欧盟对辐照食品持相当严格和谨慎的态度。”,Irrad

25、iation Pasteurization,Reduces remaining number of living organisms Prevent growth of mold（霉菌） Kill bacteria and parasites（寄生虫）,Irradiation Disinfestation,Kills insects and parasites in grains and other stored foods Fewer chemical residues on fruits and vegetables Does not prevent against re-infestat

26、ion,Physical Improvements,Inhibit sprouting发芽 of potatoes, onions, and garlic Delay of ripening for strawberries, mangoes, bananas, tomatoes, etc. Incidental improvement in fruit texture and meat color,How does irradiation do so many different things?,High doses damage or kills cells Kills microorganisms or insects Lower doses alter chemical reactions and interfere with cell division Delay fruit ripening Prevent sprouting or parasite reproduction,Are irradiated foods safe to eat?,Foods