核電廠概況教學(xué)課件

1、走進(jìn)核電廠,秦山核電三期電廠 （Candu6）,核電的生產(chǎn)過程,堆芯由正方形橫截面燃料組件拼成準(zhǔn)圓柱形。1區(qū)53個組件，濃集度1.8%；2區(qū)52個組件，濃集度2.4%；3區(qū)52個組件，濃集度為3.1%。通常每年進(jìn)行一次換料，每次換料更換1/3 燃料組件，達(dá)到平衡換料時(shí)新燃料的濃集度為3.2%。 反應(yīng)堆冷卻劑流過堆芯時(shí)起到慢化劑的作用?？刂瓢艚M件用于反應(yīng)堆控制，提供反應(yīng)堆停堆能力和控制反應(yīng)性快速變化，與燃料組件組合在一起的還有一些功能組件，它們在堆啟動和運(yùn)行中起著重要作用。,壓水堆結(jié)構(gòu),圍板，上下柵板圍成準(zhǔn)圓柱形堆芯，又稱活性區(qū)。活性區(qū)里有燃料，慢化劑冷卻劑。,CANDU,PWR,a 燃料元件

2、燃料元件是由產(chǎn)生核裂變并釋放熱量的部件。組成包括Zr-4合金包殼管，包殼內(nèi)裝有二氧化鈾芯塊。上下兩端設(shè)有氧化鋁隔熱塊，頂部有彈簧壓緊，兩端用鋯合金端塞封堵，并與包殼管焊接密封在一起。 燃料包殼的作用是防止核燃料與反應(yīng)堆冷卻劑接觸，以免裂變產(chǎn)物逸出造成放射性污染。 Zr-4合金的中子吸收截面小，在高溫下有較高的機(jī)械強(qiáng)度和抗腐蝕性能。,燃料組件和燃料元件,燃料包殼要求 1 核性能好，中子吸收少，感生放射性低； 2 對冷卻劑的高溫抗腐蝕性能好； 3 良好的物理和機(jī)械性質(zhì)(熔點(diǎn)高，熱導(dǎo)大)； 4 有足夠的高溫強(qiáng)度和延性，耐輻照； 5 加工性能好，價(jià)格低廉。,燃料包殼,1 不銹鋼，高溫強(qiáng)度好； 熱中子吸

3、收截面大(a:3.0巴)； 快堆用做燃料包殼。 2 Zr合金，顯著改善中子經(jīng)濟(jì)性(a: 0.22巴0.24巴) Zr-2 (Sn Fe Cr Ni ) (%) 1.5 0.12 0.1 0.05 Zr-4 (Sn Fe Cr Ni ) (%) 1.5 0.15 0.1 0.0 Zr-2Zr-4，去掉了鎳，抑制吸氫，防止脆化。,燃料芯塊燒結(jié)而成，呈圓柱形，直徑8.192mm，高13.5mm，芯塊上下端面呈蝶形，用來補(bǔ)償因熱膨脹和輻射腫脹造成的尺寸變化。 彈簧所在空間可容納燃料放出的裂變氣體，包殼與芯塊之間有0.64mm的間隙，補(bǔ)償包殼和燃料芯快不同材料的熱脹和燃料的輻照腫脹。 氣空間充3MPa壓

4、力的氦氣，用來改善間隙的傳熱性能和減小包殼內(nèi)外的壓差。,b 燃料組件骨架 燃料組件骨架由24根控制棒導(dǎo)向管、一根中子通量測量管與上下管座焊接而成，沿高度方向放置有8個定位格架以提高組件的剛性和強(qiáng)度。骨架結(jié)構(gòu)使264根細(xì)長的燃料元件形成一個整體，承受整個組件的重量和控制棒下落時(shí)的沖擊力，并保證控制棒運(yùn)動的暢通。 下管座對進(jìn)入組件的冷卻劑起流量分配作用，又是燃料組件底座。組件重量和施加到組件上的軸向載荷，經(jīng)下管座作用到下柵板上。燃料組件在堆芯的定位由兩個對角支撐腳上的銷孔和下柵板上兩個定位銷來保證，作用在燃料組件上的水平載荷也通過定位銷傳遞到堆芯支撐結(jié)構(gòu)上。,上管座是燃料組件的上部構(gòu)件，通過它冷卻

5、劑由燃料組件流向上柵板的流水孔。堆芯上柵板的定位銷與管座對角上的兩個銷孔定位，此外，上管座上的壓緊彈簧使上柵板可將燃料組件壓緊。 控制棒導(dǎo)向管為控制棒上下自由運(yùn)動提供通道，同時(shí)將上下管座連成整體框架。導(dǎo)向管下部呈錐形，對快速下落的控制棒起阻尼作用。 在組件中心位置的通量密度測量管為堆芯中子通量密度測量元件提供通道。,沿燃料元件全程有8個定位格架，它維持燃料元件的側(cè)向間隙，也是夾持燃料元件和加強(qiáng)燃料元件剛性的構(gòu)件。合理的定位格架設(shè)計(jì)除了起到對燃料元件的夾持定位作用外，還要強(qiáng)化流體的擾動并使流動阻力盡可能小。,(2) 堆芯功能組件 上述157個燃料組件，每個組件都提供了24個控制棒導(dǎo)向管，這些位置

6、安排有堆芯功能組件。 a 控制棒組件 大約1/3的燃料組件的控制棒導(dǎo)向管是為控制棒組件占據(jù)的。圖3.3是有控制棒組件的燃料組件?？刂瓢羰敹斯潭ㄔ谝粋€枝狀星形架上，控制棒與枝狀接頭相連。 控制棒組件分兩類：一類是黑棒束組件。 另一類灰棒束組件。,冷卻劑在壓力容器里流程,一回路系統(tǒng)的參數(shù),一回路的工作壓力、冷卻劑的反應(yīng)堆進(jìn)出口溫度、流量和流速等參數(shù)的選擇，直接影響了核電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性，合理選擇一回路的工作參數(shù)是核電廠設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。這里僅簡要分析一下這些主要參數(shù)對核電廠安全性和經(jīng)濟(jì)性的影響及其取值范圍。 一、壓水堆核電廠的功率 二、一回路壓力 三、反應(yīng)堆冷卻劑的出口溫度 四、反應(yīng)堆冷卻劑入口

7、溫度 五、冷卻劑流量,一、壓水堆核電廠的功率 核電廠的一回路系統(tǒng)由若干并聯(lián)的環(huán)路組成。一個環(huán)路所輸送的熱功率與壓水堆核電廠規(guī)模和設(shè)備設(shè)計(jì)制造能力有關(guān)。 按照核電廠安全準(zhǔn)則，單堆核電廠的環(huán)路數(shù)不小于1，但過多的環(huán)路數(shù)將增加設(shè)備投資，因此，目前核電廠一回路一般采用24條環(huán)路并聯(lián)形式。,一、壓水堆核電廠的功率 每一條環(huán)路所對應(yīng)的電功率最初為150MW。隨著核電設(shè)備設(shè)計(jì)制造能力提高，近期的壓水堆核電廠，一個環(huán)路的電功率已達(dá)到300MW600MW；而且，以每個環(huán)路300MW為標(biāo)準(zhǔn)形式，設(shè)計(jì)建造電功率為600MW，900MW，1200MW的大型核電廠。進(jìn)一步加大蒸汽發(fā)生器和反應(yīng)堆冷卻劑泵的容量后，單個環(huán)路

8、產(chǎn)生的電功率可達(dá)到500MW600MW。 在相同堆功率情況下，單個環(huán)路功率提高后，就可以減少環(huán)路數(shù)目，減少相應(yīng)的設(shè)備和部件，降低設(shè)備投資和維修費(fèi)用。這樣，降低了核電廠每千瓦的造價(jià)和每度電價(jià)格，經(jīng)濟(jì)上有利。,表1 典型壓水堆核電廠功率及一回路容量,二、一回路壓力,由水的熱物理性質(zhì)可知，要想提高反應(yīng)堆冷卻劑的出口溫度而不發(fā)生冷卻劑容積沸騰，必須提高一回路壓力。所以，從提高核電廠的熱效率來說，提高一回路系統(tǒng)冷卻劑的工作壓力是有利的。但是這方面的潛力非常有限。 例如，水的壓力為20MPa時(shí)，其飽和溫度也僅有365.7，而現(xiàn)代壓水堆一回路常用壓力為15.5MPa，其對應(yīng)的飽和溫度為344.7。二者相比，

9、壓力提高了4.5MPa，飽和溫度卻僅提高21。顯然如此提高壓力，在提高電廠效率上的收益不大，反而對各主要設(shè)備的承壓要求、材料和加工制造等技術(shù)難度都大大增加了，最終影響到電廠的經(jīng)濟(jì)性。 綜合考慮，一般壓水堆核電廠一回路系統(tǒng)的工作壓力約為15MPa左右。設(shè)計(jì)壓力取1.101.25倍工作壓力；冷態(tài)水壓試驗(yàn)壓力取1.25倍設(shè)計(jì)壓力 。,三、反應(yīng)堆冷卻劑的出口溫度,電廠熱效率與冷卻劑的平均溫度密切相關(guān)，冷卻劑出口溫度越高，電廠熱效率越高，但冷卻劑出口溫度的確定應(yīng)考慮以下因素： 1、燃料包殼溫度限制：燃料包殼材料要受到抗高溫腐蝕性能的限制，對于輕水堆， 包殼材料Zr-4的允許表面工作溫度應(yīng)不高于350。

10、2、傳熱溫差的要求：為了保證燃料元件表面與冷卻劑之間傳熱的要求，燃料表面與冷卻劑間應(yīng)有足夠的膜溫壓。若包殼溫度限制在350，冷卻劑溫度至少要比此溫度低1015，以保證正常的熱交換。,3、冷卻劑過冷度要求：為保證流動的穩(wěn)定性和有效傳熱，冷卻劑應(yīng)具有20左右的過冷度。 由此可見,對于一定的工作壓力，反應(yīng)堆冷卻劑的堆出口溫度變化余地很小。如大亞灣核電廠一回路壓力15.5MPa，其堆出口冷卻劑平均溫度為329.8。 四、反應(yīng)堆冷卻劑入口溫度反應(yīng)堆冷卻劑的堆出口溫度一旦確定，對于一個確定熱功率的反應(yīng)堆，其入口溫度與流量有單值關(guān)系。 入口溫度越高，一回路冷卻劑平均溫度越高，從這方面來說，對提高熱效率有利。

11、但入口溫度越高，冷卻劑溫升越小，所需冷卻劑流量越大，這就增加了泵的唧送功率，從而降低了電廠的凈效率。冷卻劑的入口溫度應(yīng)與流量綜合考慮各自帶來的利弊以及其它一些因素后，選取最佳值。,五、冷卻劑流量,冷卻劑流量對電廠經(jīng)濟(jì)性與安全性的影響前面已有分析。 綜合上述分析，壓水堆核電廠一回路參數(shù)范圍是： （1）工作壓力15MPa左右； （2）冷卻劑在反應(yīng)堆進(jìn)口溫度取280300，反應(yīng)堆的出口溫度取310330，進(jìn)出口的溫升為3040。核電廠變工況時(shí)，反應(yīng)堆冷卻劑平均溫度變化允許的最大溫差為1725。反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)溫度為350。 （3）一回路系統(tǒng)中冷卻劑的流量較大，當(dāng)單環(huán)路對應(yīng)的電功率為300MW時(shí)，冷卻劑總

12、質(zhì)量流量可達(dá)到15000t/h21000t/h（即每10MW熱功率160t/h250 t/h）。主管道內(nèi)冷卻劑流速可達(dá)15 m/s，一回路系統(tǒng)的總阻力約為0.6MPa0.8MPa。,一回路系統(tǒng)布置,1、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的所有設(shè)備、閥門及管道，全部安裝在安全殼內(nèi)。2、堆芯部分處在反應(yīng)堆廠房地平面高度以下。3、反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)設(shè)備和管道的布置以反應(yīng)堆壓力容器為中心，力求緊湊、簡單對稱。為了補(bǔ)償主管道的熱膨脹應(yīng)力，蒸汽發(fā)生器和主泵采用擺動的支撐結(jié)構(gòu)，以允許橫向位移。,2 安全殼(containment) 安全殼又叫做反應(yīng)堆廠房。 我國采用核電廠安全殼是圓柱型預(yù)應(yīng)力混凝土安全殼. 壁厚約80cm; 內(nèi)有厚6mm的鋼襯。 高約40m,直徑約40m.,4、蒸汽發(fā)生器的位置高于反應(yīng)堆壓力容器管嘴所在的平面，以便使系統(tǒng)具有足夠的自然循環(huán)能力。 5、冷卻劑中存在裂變產(chǎn)物和腐蝕產(chǎn)物，對系統(tǒng)設(shè)備和管道有不同程度的污染。因此，在設(shè)備周圍設(shè)有隔墻，它們與安全殼墻構(gòu)成了二次屏蔽。 6、為了防止管道破裂后由于流體噴射導(dǎo)致的管道