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核电_核电站_工作原理_分类

发布时间:2019-10-20 20:24 来源:未知 编辑:admin

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  一、核电站工作原理 2、核电站工作原理 ? 核电厂用的燃料是铀。用铀制成的核燃料 在“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 汽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。 核电站工作流程原理1 ;图2 1 二、核电站类型 ? 目前世界上核电站常用的反应堆有压水堆、 沸水堆、重水堆和改进型气冷堆以及快堆 等。但用的最广泛的是压水反应堆。压水 反应堆是以普通水作冷却剂和慢化剂,它 是从军用堆基础上发展起来的最成熟、最 成功的动力堆堆型。 ? 压水堆核电站占全世界核电总容量的60% 以上。 2 二、核电站类型 1、压水堆核电站 ----------------以压水堆为热源的核电站。图 ? 它主要由核岛和常规岛组成。 ? 压水堆核电站核岛中的四大部件是蒸汽发 生器、稳压器、主泵和堆芯。 ? 在核岛中的系统设备主要有压水堆本体, 一回路系统,以及为支持一回路系统正常 运行和保证反应堆安全而设置的辅助系统。 常规岛主要包括汽轮机组及二回等系统, 其形式与常规火电厂类似。 3 二、核电站类型 2、沸水堆核电站 --------------------以沸水堆为热源的核电站。图 ? 沸水堆是以沸腾轻水 为慢化剂和冷却剂并在反应 堆压力容器内直接产生饱和蒸汽的动力堆。 ? 沸水堆与压水堆同属轻水堆,都具有结构紧凑、 安全可靠、建造费用低和负荷跟随能力强等优点。 它们都需使用低富集铀作燃料。 ? 沸水堆核电站系统有:主系统(包括反应堆); 蒸汽-给水系统;反应堆辅助系统等。 4 二、核电站类型 3、重水堆核电站 图 ? 以重水堆为热源的核电站。重水堆是以重 水作慢化剂的反应堆,可以直接利用天然 铀作为核燃料。重水堆可用轻水或重水作 冷却剂,重水堆分压力容器式和压力管式 两类。 ? 重水堆核电站是发展较早的核电站,有各 种类别,但已实现工业规模推广的只有加 拿大发展起来的坎杜型压力管式重水堆核 电站。 5 二、核电站类型 4、快堆核电站 图 ? 由快中子引起链式裂变反应所释放出 来的热能转换为 电能的核电站。快堆在运行中既消耗裂变材料,又生产 新裂变材料,而且所产可多于所耗,能实现核裂变材料 的增殖。 ? 目前,世界上已商业运行的核电站堆型,如压水堆、沸 水堆、重水堆、石墨气冷堆等都是非增殖堆型,主要利 用核裂变燃料,即使再利用转换出来的钚-239等易裂变 材料,它对铀资源的利用率也只有1%—2%,但在快堆 中,铀-238原则上都能转换成钚-239而得以使用,但考 虑到各种损耗,快堆可将铀资源的利用率提高到60%— 70%。 6 二、核电站类型 ? 世界上目前建造核电站情况 ? 核电自50年代中期问世以来,目前已取得长足的 发展。到1999年中期,世界上共有436座发电用 核反应堆在运行,总装机容量为350676兆瓦。 正在建造的发电反应堆有30座,总装机容量为 21642兆瓦。 ? 目前世界上有33个国家和地区有核电厂发电,核 发电量占世界总发电量的17%,其中有十几个国 国家和地区核电发电量超过各种的总发电量的四 分之一,有的国家超过70%。据资料估计,到 2005年核电厂装机容量将达到388567兆瓦 7 三、核反应堆介绍 ? 核反应堆是一个能维持和控制核裂变链式反应,从 而实现核 能热能转换的装置。核反应堆结构图 1、核反应堆类型 (1)根据用途,核反应堆可以分为以下几种类型①将 中子束用于实验或利用中子束的核 反应,包括研究 堆、材料实验等。②生产放射性同位素的核反应堆。 ③生产核裂变物质的核反应堆,称为生产堆。④提 供取暖、海水淡化、化工等用的热量的核反应堆, 比如多目的堆。⑤为发电而发生热量的核反应,称 为发电堆。⑥用于推进船舶、飞机、火箭等到的核 反应堆,称为推进堆。 (2)根据燃料类型分为天然气铀堆、浓缩铀堆、钍堆; (3)根据中子能量分为快中子堆和热中子堆; 8 三、核反应堆介绍 1、核反应堆类型 (4)根据冷却剂(载热剂)材料分为水冷堆、气冷 堆、有机液冷堆、液态金属冷堆; (5)根据慢化剂(减速剂)分为石墨堆、重水堆、 压水堆、沸水堆、有机堆、熔盐堆、铍堆; (6)根据中子通量分为高通量堆和一般能量堆; (7)根据热工状态分为沸腾堆、非沸腾堆、压水 堆; (8)根据运行方式分为脉冲堆和稳态堆,等等。 核反应堆概念上可有900多种设计,但现实上非 常有限。 9 三、核反应堆介绍 2、核反应堆的工作原理 ? 原子由原子核与核外电子组成。原子核由质子与 中子组成。当铀—235的原子核受到外来中子轰 击时,一个原子核会吸收一个中子分裂成两个质 量较小的原子核,同时放出2—3个中子。这裂变 产生的中子又去轰击另外的铀—235原子核,引 起新的裂变。如此持续进行就是裂变的链式反应。 链式反应产生大量热能。用循环水(或其他物质) 带走热量才能避免反应堆因过热烧毁。导出的热 量可以使水变成水蒸气,推动气轮机发电。 ? 核反应堆的合理结构应该是:核燃料+慢化剂+ 热载体+控制设施+防护装置。 10 三、核反应堆介绍 3、核反应堆具有哪些用途 ? 核裂变时既释放出大量能量、又释放出大量中子。核 反应堆有许多用途,但归结起来,一是利用裂变核能, 二是利用裂变中子。 ? 核能主要用于发电,但它在其它方面也有广泛的应用。 例如核能供热、核动力等。 ? 核供热是一种前途远大的核能利用方式。清华大学在 五兆瓦的低温供热堆上已经进行过成功的试验。 ? 核供热的另一个潜在的大用途是海水淡化。 ? 它可作为火箭、宇宙飞船、人造卫星、潜艇、航空母 舰等的特殊动力。将来核动力可能会用于星际航行。 11 四、核能是清洁的能源 ? 目前环境污染问题大部分是由使用化石燃料引起 的,化石燃料燃烧会放出大量的烟尘、二氧化碳、 二氧化硫、氮氧化物等,由二氧化碳等有害气体 造成的“温室效应”,将使地球气温升高,会造 成气候异常,加速土地沙漠化过程,给社会经济 的可持续发展带来灾难性的影响,核电站并不排 放这些有害物质,不会造成“温室效应”,与火 电厂相比,它能大大改善环境质量,保护人类赖 以生存的生态环境等 。 ? 核电站是安全、经济、干净的能源,与火电站相 比,更有利于保护环境 。 12 核电厂和火电厂对环境影响的比较(电功率100兆瓦) 居民受到 氧化硫排 烟灰和殊 氧化氮排 危害健康 的 的辐射剂 放量(吨 物质(吨 放量 量 /年) /年) (吨/年) 相对指数 燃煤发电 46000厂 0.048 127500 压水堆核 0 电站: 0.018 3500 2625030000 0 SO:32000 NOx:4530 烟灰:1100 0 氪氙 1 磷 20 13 四、核电站是经济的能源 ? 世界上有核电国家的多年统计资料表明, 虽然核电站的比投资高于燃煤电厂,但是, 由于核燃料成本显著地低于燃煤成本,以 及燃料是长期起作用的因素,这就使得目 前核电站的总发电成本低于烧煤电厂。 14 六、核能是可持续发展的能源 ? 世界上已探明的铀储量约490万吨,钍储量约 275万吨。这些裂变燃料足够使用到聚变能时代。 聚变燃料主要是氘和锂,海水中氘的含量为 0.034克/升,据估计地球上总的水量约为138亿 亿立方米,其中氘的储量约40万亿吨,地球上的 锂储量有2000多亿吨,锂可用来制造氚,足够 人类在聚变能时代使用。 ? 按目前世界能源消费的水平,地球上可供原子核 聚变的氘和氚,能供人类使用上千亿年。因此, 有些能源专家认为,只要解决了核聚变技术,人 类就将从根本上解决了能源问题。 15 八、核电站在设计上所采取的安全措施 1、四重屏障: ? 裂变产生的放射性物质 90%以上滞留于燃 料芯块中; ? 密封的燃料包壳;图 ? 坚固的压力容器和密闭的回路系统;图 ? 能承受内压的安全壳。图 16 八、核电站在设计上所采取的安全措施 2、多重保护: ? 在出现可能危及设备和人身的情况时, ? 进行正常停堆; ? 因任何原因未能正常停堆时,控制棒自动 落入堆内,实行自动紧急停堆; ? 如任何原因 使控制棒未能插入,高浓度硼 酸水自动喷入堆内,实现自动紧急停堆。 17 八、核电站在设计上所采取的安全措施 3. 核电厂在管理方面采取的安全措施 ? 核电厂有着严密的质量保证体系,对选址、设计、 建造、调试和运行等各个阶段的每一项具体活动 都有单项的质量保证大纲。 ? 另外,还实行内部和外部监查制度,监督检查质 量保证大纲的实施情况和是否起到应有的作用。 另外对参加核电厂工作的人员的选择、培训、考 核和任命有着严格的规定。领取操纵员执照,然 后才能上岗,还要进行定期考核,不合格者将被 取消上岗资格。 18 八、核电站在设计上所采取的安全措施 4、核电厂发生自然灾害时,它能安全停闭 ? 在核电厂设计中,始终把安全放在第一位,在设计上 考虑了当地可能出现的最严重的地震、海啸、热带风 暴、洪水等自然灾害,即使发生了最严重的自然灾 害,反应堆也能安全停闭,不会对当地居民和自然环 境造成危害。 ? 在核电厂设计中甚至还考虑了厂区附近的堤坝坍塌、 飞机附毁、交通事故和化工厂事故之类的事件,例如 一架喷气式飞机在厂区上空坠毁,而且碰巧落到反应 堆建筑物上,设计要求这时反应堆还是安全的。 19 八、核电站在设计上所采取的安全措施 5、核电站的纵深防御措施 ? 核电站的设计、建造和运行,采用了纵深防御的原则,从设备 上和措施上提供多层次的重叠保护,确保放射性物质能有效地 包容起来不发生泄漏。纵深防御包括以下五道防线: ? 第一道防线:精心设计,精心施工,确保核电站的设备精良。 有严格的质量保证系统,建立周密的程序,严格的制度和必要 的监督,加强对核电站工作人员的教育和培训,使人人关心安 全,人人注意安全,防止发生故障。 ? 第二道防线:加强运行管理和监督,及时正确处理不正常情况, 排除故障。 ? 第三道防线:设计提供的多层次的安全系统和保护系统,防止 设备故障和人为差错酿成事故。 ? 第四道防线:启用核电站安全系统,加强事故中的电站管理, 防止事故扩大。 ? 第五道防线:厂内外应急响应计划,努力减轻事故对居民的影 20 响。 八、核电站在设计上所采取的安全措施 6、核电站废物严格遵照国家标准,对人民生活不会产 生有害影响 ? 核电厂的三废治理设施与主体工程同时设计,同时施 工,同时投产,其原则是尽量回收,把排放量减至最 小,核电厂的固体废物完全不向环境排放,放射性液 体废物转化为固体也不排放;像工作人员淋浴水、洗 涤水之类的低放射性废水经过处理、检测合格后排放; 气体废物经过滞留衰变和吸附,过滤后向高空排放。 ? 核电厂废物排放严格遵照国家标准,而实际排放的 放射性物质的量远低于标准规定的允许值。所以,核 电厂不会对给人生活和工农业生产带来有害的影响。 21 九、核电站系统 1、核电站系统(三个回路)图1;图2;图3 ? 一回路:反应堆冷却剂(硼水)在主泵的驱动下进入反 应堆,流经堆芯后从反应堆容器的出口管流出,进入蒸 汽发生器,然后回到主泵,这就是反应堆冷却剂的循环 流程(亦称一回路流程)。 ? 二回路:在循环流动过程中,反应堆冷却剂从堆芯带走 核反应产生的热量,并且在蒸汽发生器中,在实体隔离 的条件下将热量传递给二回路的水。二回路水被加热, 生成蒸汽,蒸汽再去驱动汽轮机,带动与汽轮机同轴的 发电机发电。 ? 三回路:作功后的乏蒸汽在冷凝器中被海水或河水、湖 水冷却水(三回路水)冷凝为水,再补充到蒸汽发生器 中。以海水为介质的三回路的作用是把乏蒸汽冷凝为水, 22 同时带走电站的弃热。 九、核电站系统 2、核电站主要设备 ① ——核反应堆 ② ——蒸汽发生器 ③ ——稳压器 ④ ——主冷却剂泵 ⑤ ——汽轮发电机机组 23 十、核电站厂房 ? 核电站厂房主要由反应堆厂房(又称安全 壳厂房)、一回路辅助厂房、核燃料厂房、 汽轮发电机厂房、主控制室、输配电厂房、 循环水厂房及三废处理厂房等组成。 24 课堂作业 1、简述核电站的工作原理。 2、核电站有哪些类型? 3、简述核电站的三个回路系统。 25 26 世界上典型的商用核电站 ① 沸水堆核电站 ② 重水堆核电站 ③ 高温气冷堆核电站 ④ 快中子增殖堆核电站 核裂变电站的改进和发展 ① ② ③ ④ ⑤ 追求更好的安全性 不断改善核电的经济性 要满足环境生态可持续发展 要满足资源利用可持续发展的要求 满足防核扩散的要求 27 2030年以前将开发几种新型核电 的反应堆和燃料循环技术 ? 超临界水冷堆系统(SCWR) ? 超高温气冷堆系统(VHTR) ? 气冷快堆系统(GFR) ? 液态钠冷却快堆系统(SFR 28 聚变核电站 ? 热核反应的实现及巨大聚变能的释放,自然地促使人们 去研究如何使聚变能持续地释放,成为人类可控制的能 源。 ? 随着受控热核裂变的基础理论和实验技术的飞速发展, 各国正在大力投资设计建造大型的裂变实验装置。据不 完全统计,目前大约有21个国家(包括中国)共建造了 200余个核聚变实验装置,同时设计研究了各种受控热 核反应堆发电装置。按照国际热核实验反应堆。地点将 在西班牙、法国、加拿大或日本。热核反应堆是利用氢 的同位素氘和氚的原子核实现核聚变的核反应堆。用受 控核聚变的的能量来发电具有能量释放大,资源丰富、 成本低,安全可靠等优点。 29 核反应堆结构图 30 核电站工作流程原理1 31 核电站工作流程原理2 32 核电站工作流程原理3 33 沸水堆核电站 34 重水堆核电站 35 快堆核电站 36 安全壳 37 核燃料循环图 38 压 力 容 器 及 堆 内 结 构 图 39 课堂作业 ? 1、什么叫反应堆?有哪些类型? 40

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