第六章 核电站汽轮发电机组

核电汽轮机结构设计及运行特点分析发布时间：2022-05-04T10:00:40.659Z 来源：《当代电力文化》2022年1期作者：丁浩[导读] 将核电厂技术特点作为研究的起点，分析压水堆核电站及相应的热力循环系统，丁浩福建福清核电有限公司福建福清 350318摘要：将核电厂技术特点作为研究的起点，分析压水堆核电站及相应的热力循环系统，通过对核电汽轮机技术特点进行探讨，分析在设计和结构上的应用特点，为理论及实践应用提供有力的支持。

核电厂的工作就是将核燃料轴在反应堆的裂变链式反应中产生的热量转变为电能，是我国目前重要的发电厂。

核燃料发生裂变反应主要通过热能的方式表现出来，通过一次、二次冷却剂的栽带和转变，通过蒸汽驱动汽轮发电机发电。

核电厂根据反应堆的不同可分为轻水堆核电厂、重水堆核电厂、石墨气冷堆发电常等。

轻水堆发电厂还可分为压水堆和沸水堆；石墨气冷堆可分为天然铀气冷堆及高温冷堆。

关键词：核电汽轮机；结构设计；运行特点在压水堆核电厂的运行过程中，向环境排放的放射性物质相比火电厂中粉煤灰排放的放射性物质含量较低，不会产生二氧化硫等有害气体。

相比气冷堆、重水堆、沸水堆等对比，压水堆的特点为功率密度高、结构紧凑、安全、操作简便、技术成熟、造价成分低等，因此成为了目前世界范围中核电厂最常用的类型。

我国的大亚湾、秦山等核电厂都采用的是压水堆类型发电，根据研究，在快中子增殖堆等发展成熟前，压水堆在我国核电厂的应用中有极大的优势。

一、关于压水堆核电厂压水堆核电厂就是通过压水反应堆通过核裂变能转变为热能，然后再形成蒸汽从而发电的核电厂。

压水堆的堆芯放置在压力容器中，水不仅是慢化剂，还是核心内燃料元件的一次冷却剂，能够将堆芯的热量带入蒸汽发生器的一次侧，传递到二次侧的水，在温度降低后再次进入堆芯，从而形成循环。

蒸汽发生器的二次侧中的水吸收热量，形成了具有一定压力的饱和蒸汽或微过热蒸汽，进入到汽轮机中做功。

做功完成后的蒸汽会进入到凝汽器中凝结成水，水泵再传输到蒸汽发生器二次侧，以此完成二回路系统[1]。

核电站的工作原理和结构热堆的概念中子打入铀－235的原于核以后，原子核就变得不稳定，会分裂成两个较小质量的新原子核，这是核的裂变反应，放出的能量叫裂变能；产生巨大能量的同时，还会放出2～3个中子和其它射线。

这些中子再打入别的铀－235核，引起新的核裂变，新的裂变又产生新的中子和裂变能，如此不断持续下去，就形成了链式反应利用原子核反应原理建造的反应堆需将裂变时释放出的中子减速后，再引起新的核裂变，由于中子的运动速度与分子的热运动达到平衡状态，这种中子被称为热中子。

堆内主要由热中子引起裂变的反应堆叫做热中子反应堆（简称热堆）。

热中子反应堆，它是用慢化剂把快中子速度降低，使之成为热中子（或称慢中子），再利用热中子来进行链式反应的一种装置。

由于热中子更容易引起铀－235等裂变，这样，用少量裂变物质就可获得链式裂变反应。

慢化剂是一些含轻元素而又吸收中子少的物质，如重水、铍、石墨、水等。

热中子堆一般都是把燃料元件有规则地排列在慢化剂中，组成堆芯。

链式反应就是在堆芯中进行的。

反应堆必须用冷却剂把裂变能带出堆芯。

冷却剂也是吸收中子很少的物质。

热中子堆最常用的冷却剂是轻水（普通水）、重水、二氧化碳和氦气。

核电站的内部它通常由一回路系统和二回路系统组成。

反应堆是核电站的核心。

反应堆工作时放出的热能，由一回路系统的冷却剂带出，用以产生蒸汽。

因此，整个一回路系统被称为“核供汽系统”，它相当于火电厂的锅炉系统。

为了确保安全，整个一回路系统装在一个被称为安全壳的密闭厂房内，这样，无论在正常运行或发生事故时都不会影响安全。

由蒸汽驱动汽轮发电机组进行发电的二回路系统，与火电厂的汽轮发电机系统基本相同。

轻水堆――压水堆电站自从核电站问世以来，在工业上成熟的发电堆主要有以下三种：轻水堆、重水堆和石墨汽冷堆。

它们相应地被用到三种不同的核电站中，形成了现代核发电的主体。

目前，热中子堆中的大多数是用轻水慢化和冷却的所谓轻水堆。

轻水堆又分为压水堆和沸水堆。

90万千瓦核电站汽轮机简介:1、由热能变为机械能的原动机：蒸汽机、内燃机、涡轮机——又分为汽轮机和燃气轮机。

汽轮机的特点：高温高压高转速，功率大体积小。

2、汽轮机分冲动式、反动式、轴流式、幅流式。

我们现在用的是轴流式——冲动式汽轮机。

这种汽轮机效率η高，功率N大，体积V小。

3、汽轮机的基本原理：汽体膨胀，产生速度，冲击推动叶片作功，带动转子旋转产生扭矩。

○1汽轮机作功需要一个高热源和一个低冷源，在海水温度一定时，初参数（t,p）愈高，可提高可利用焓降h，效率η就能提高。

另一方面，尽量利用汽体的汽化潜热r，也是提高效率η的一个办法。

机组的初参数：283℃，6.71Mpa，664.8kcal/kg排汽参数：40.3℃，7.5kpa，614.9 kcal/kg再加上高压缸排汽经再热，可利用焓降h仅为104.2 kcal/kg，这个焓降是很低的。

在凝汽器内放出的汽化潜热r=574.9 kcal/kg，大量的热量排到大海里去。

对于1kg汽体而言，排到大海里的热量是可利用热量的5.5倍，所以我们要尽量减少汽化潜热r的损失。

低真空采暖是一个最好的办法，几乎100%利用汽化潜热。

可是一年还有夏天，我们只能利用加热器加热给水减少汽化潜热r的损失，提高机组效率。

低真空的形成：1kg水的容积0.001m3，初蒸汽的容积0.2426 m3/kg，排汽的容积19. 6m3/kg，循环水凝结1kg排汽，可使19. 6 m3的空间形成真空。

汽机后面有真空，前面的汽体才能膨胀出现速度，达到汽流作功的目的。

所以，想要提高效率η，就要提高初始参数，提高可利用焓降h，利用汽化潜热r。

核电站提高初始参数受到限制，效率低是必然的，但核电站优势是明显的，将来国家发电主要依靠核电站。

机组增大功率主要是增大蒸汽流量。

○2速度三角形：汽流的相对速度w，轮周速度u，绝对速度c，进口角α，出口角β。

速度三角形是计算效率、功率的依据。

○3叶片、机翼的升力F：v1＞v2，p1＜p2，p2- p1=F若是平板或圆球在气流中就不可能产生升力。

绪论一、填空题1.18世纪未法国启蒙思想家狄德罗指出：技术是为了（某一目的）共同协作组成的（各种工具和规则体系）。

2.20世纪80年代，我国开始引入高技术这一名词，并于1986年3月制定了《高技术研究发展计划纲要》，这个纲要简称为（863计划）。

这一计划的实施对我国的经济发展和社会进步起到了极大的推动作用。

3.科学是反映客观事物的本质和运动规律的（知识体系），是分析、研究事物的一种探索过程，科学具有社会属性，是一项全社会的事业。

4. 科学认识发生和发展的动因有两个方面，一是存在于科学外部的，是社会的（经济发展）需要；二是存在于科学内部的，是科学认识本身的逻辑。

5.技术是人类利用自然规律控制、（改造）自然的过程和能力。

6.技术的来源有三条渠道，（生产实践）、（科学理论）和科学理论。

7.（创新）是科技进步的核心。

8. 在19世纪中叶以前，科学是落后于生产和技术的，科学、技术和生产之间的关系，是生产—技术—科学，从19世纪下半叶以后，这种关系形成了（科学—技术—生产）的发展顺序。

9. 我国1986年3月制定了《高技术研究发展计划纲要》（即863计划）中被评选列入该纲要的8个高技术群是：（生物）技术、航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、（能源）技术、新材料技术和海洋技术。

10.科学发展经历了不同的时代。

从组织形式上看，16世纪是以科学家（伽利略）为代表的（个体活动）时代；17世纪是以科学家（牛顿）为代表的（松散的群众组织）时代；18世纪到第二次世界大战前是以科学家（爱迪生）的“实验工厂”为代表的（集体研究）时代；今天科学已经进入了（国际合作的跨国建制）时代。

二、选择题1.18世纪未法国启蒙思想家狄德罗指出：技术是为某一目的共同协作组成的各种工具和＿＿＿＿＿＿＿。

A.规则体系B.规章制度C.评价体系D.规定第一章科学发展与技术进步一、填空题1.自然选择学说的要点是（变异的普遍性）、（繁殖过剩）和（生存斗争与适者生存）。

核电厂汽轮机的特点分析摘要：核电汽轮机的参数低，流量及湿度均较大，具备节流调节的特点，其容量匹配主要以机随堆模式为主，通流裕量较小，于火电机组不同。

半速机和全速机比较，前者圆周速度小，所以应力较小，对于水腐蚀方面有较好的性能，但是半速机的制造的成本较全速机高。

所以，选型时主要结合地区实际情况、经济、技术指标，以及机组实际容量等来进行确定，就我国目前核电发展情况来看，对1000MW及以上等级的核电汽轮机机组主要以半速机为主，优势显著。

关键词：核电厂；汽轮机；特点分析1 核电厂汽轮机概述汽轮机是将蒸汽的热能转换成机械能的蜗轮式机械。

它的主要用途是在热力发电厂中做带动发电机的原动机。

在采用化石燃料（煤、石油和天然气）和核燃料的发电厂中，基本上都采用汽轮机作原动机。

有时，汽轮机还直接用来驱动泵，以提高电厂的经济性或安全性。

来自蒸汽发生器的高温高压蒸汽经主汽阀、调节阀进入汽轮机。

由于汽轮机排气口的压力大大低于进汽压力，蒸汽在这个压差作用下向排气口流动，其压力和温度逐渐降低，部分热能转换为汽轮机转子旋转的机械能。

做完功的蒸汽称为乏汽，从排气口排入凝汽器，在较低的温度下凝结成水。

此凝结水由凝结水泵抽出送往蒸汽发生器构成封闭的热力循环。

为了吸收乏汽在凝汽器放出的凝结热，并保持较低的凝结温度，必须用循环水泵不断地向凝汽器供应冷却水。

由于汽轮机的尾部和凝汽器不能绝对密封，其内部压力又低于外界大气压，因而会有空气漏入，最终进入凝汽器的壳侧。

若任空气在凝汽器内积累，必使凝汽器内压力升高，导致乏汽压力升高，减少蒸汽对汽轮机做的有用功；同时积累的空气还会带来乏汽凝结放热的恶化。

这两者都会导致热循环效率的下降，因而必须将凝汽器壳侧的空气抽出。

2 核电站汽轮机特点核电站汽轮机通常采用饱和水蒸汽（或微过热蒸汽）作为工质，并由高压汽缸、低压汽缸、汽水分离再热器、回热加热器和凝汽器等辅助设备组成。

其工作原理与普通电厂汽轮机相同，结构也大体上相近，唯有新蒸汽初参数较低而已（一般新蒸汽初压在5-7MPa范围内，过热度仅20~30℃左右）。

核电站以核反应堆来代替火电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量，使核能转变成热能来加热水产生蒸汽。

利用蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮发电机发电，使机械能转变成电能。

一般说来，核电站的汽轮发电机及电器设备与普通火电站大同小异，其奥妙主要在于核反应堆。

子。

这裂变产生的中子又去轰击另外的铀核电站除了关键设备——核反应堆外，还有许多与之配合的重要设备。

以压水堆核电站为例，它们是主泵，稳压器，蒸汽发生器，安全壳，汽轮发电机和危急冷却系统等。

它们在核电站中有各自的特殊功能。

如果把反应堆中的冷却剂比做人体血液的话，那主泵则是心脏。

它的功用是把冷却剂送进堆内，然后流过蒸汽发生器，以保证裂变反应产生的热量及时传递出来。

又称压力平衡器，是用来控制反应堆系统压力变化的设备。

在正常运行时，起保持压力的作用；在发生事故时，提供超压保护。

稳压器里设有加热器和喷淋系统，当反应堆里压力过高时，喷洒冷水降压；当堆内压力太低时，加热器自动通电加热使水蒸发以增加压力。

它的作用是把通过反应堆的冷却剂的热量传给二次回路水，并使之变成蒸汽，再通入汽轮发电机的汽缸作功。

核电站用的汽轮发电机在构造上与常规火电站用的大同小异，所不同的是由于蒸汽压力和温度都较低，所以同等功率机组的汽轮机体积比常规火电站的大。

为了应付核电站一回路主管道破裂的极端失水事故的发生，近代核电站都设有危急冷却系统。

它是由安全注射系统和安全壳喷淋系统组成。

一旦接到极端失水事故的信号后，安全注射系统向反应堆内注射高压含硼水，喷淋系统向安全壳喷水和化学药剂。

便可缓解事故后果，限制事故蔓延。

注射系统：当核电站一回路系统的管道或设备发生破损事故后，安全注射系统用来向堆芯紧急注入高硼冷却水，防止堆芯因失水而造成烧毁。

安全注射系统设有两套安全注射管系。

一套为安全注射箱管系，在安全注射箱内储有一定容积的高硼水，并用氮气充压，使注射箱内维持恒定的压力。

当一回路系统一旦发生大破裂事故，其压力低于安全注射箱的压力时，安全注射箱内的硼水就通过止水阀自动注入一回路系统。

核电站中的蒸汽涡轮发电机组运作原理蒸汽涡轮发电机组是核电站中的重要设备，它通过利用核反应堆产生的高温、高压蒸汽驱动涡轮运转，从而转化为机械能，并通过发电机将机械能转化为电能。

这一过程被广泛应用于核电站的发电系统中。

本文将详细介绍核电站中蒸汽涡轮发电机组的运作原理。

一、蒸汽涡轮发电机组的基本构造蒸汽涡轮发电机组主要由蒸汽涡轮机、发电机、蒸汽供应系统、冷却系统和控制系统等组成。

其中，蒸汽涡轮机是核电站中的核心设备，负责将蒸汽的动能转化为机械能；发电机则将机械能转化为电能。

二、核电站中蒸汽涡轮发电机组的运作过程1. 蒸汽供应：核反应堆中的核燃料经过核反应释放的热能，将冷却剂加热成高温高压蒸汽。

高温高压蒸汽通过主蒸汽管道输送至蒸汽涡轮机。

2. 蒸汽进入涡轮机：高温高压蒸汽通过主蒸汽阀门进入蒸汽涡轮机，经过导叶和转子叶片的作用，蒸汽产生高速旋转的动能。

3. 机械能转化：高速旋转的涡轮使得连接在其上的轴承带动转子高速旋转，将蒸汽中的动能转化为机械能。

同时轴承将转子的重力支撑起来，确保涡轮正常运转。

4. 发电机转子：机械能通过转子传递给发电机，转子上的绕组在转动过程中产生感应电动势，使得电流流过发电机绕组，从而转化为电能。

5. 电能输出：发电机将产生的电能输出至电力系统，供给城市和工业用电。

三、蒸汽涡轮发电机组运作过程中的关键环节1. 调节与控制：蒸汽涡轮发电机组的运作受到控制系统的调节和控制。

通过控制调节系统，可以实现对蒸汽供应的控制、转速的调整以及对发电机的自动保护。

2. 冷却系统：蒸汽涡轮发电机组运行过程中，需要通过冷却系统对涡轮和发电机进行冷却，维持其正常工作温度，确保设备安全可靠运行。

3. 稳定运转：蒸汽涡轮发电机组运作过程中，需要保持稳定的运转状态，避免因不可预测的因素导致设备故障或者突发事故，保证核电站的连续供电稳定。

四、蒸汽涡轮发电机组运作原理的优势与应用1. 高效能转化：蒸汽涡轮发电机组能够将核能转化为电能，高效利用能源资源。

[精选]热力发电厂基础知识概论
热力发电厂作为一种可以从热能源中获取能量的发电厂，经过几十年的发展，已成为全球发电的主要来源之一，也是重要的绿色能源。

热力发电厂主要是利用化石燃料（如煤、石油和天然气）或核反应产生热能，再将热能转换成机械能，最后转换成电能输出到网络中，从而建成热力发电厂。

在热力发电厂发电过程中，所消耗的燃料用量非常大，但却可以供给较多的发电量，热力发电厂主要有火力发电厂、核电站、汽轮发电机组和其他各种类型的发电厂。

火力发电厂是传统的热力发电厂，它的特点是在蒸汽发动机的作用下，将燃料的热量转换成机械能，再转换成发电机的电能，最终供给网络中的各种用电设备，如电灯、动力用电等；汽轮发电机组和火力发电厂实质上是一样的，只是汽轮发电机组采用汽蒸汽的热量，替代火力发电机组中的蒸汽；核电站的发电原理是利用原子反应所释放出的热量，生成汽轮机作为动力源，汽轮机输出的动力接受机械能转换发电机，最终形成电能输出网络中。

除了上述热力发电厂，还有几种其他的热力发电厂，比如溴化锂发电厂、热采暖发电厂以及热水发电厂等，它们都具有绿色能源、清洁环保、安全可靠以及具有低廉运行成本等优点。

热力发电厂作为新型的发电技术，对提高能源利用效率、节约能源、环保绿色有着重要作用，但它也有一些不足，比如燃料的消耗必然会释放出一定量的污染物，如铜、氧化硫、氮氧化物以及其他污染物等，这就可能给周围环境和生态系统造成一定的污染问题，所以，应该采取相应措施，有效控制热力发电厂产生的污染物，以保护环境。

核电站工作原理核电站是利用核能进行发电的设施，其工作原理主要包括核裂变和核聚变两个过程。

一、核裂变核裂变是指重核(如铀、钚等)被中子轰击后产生裂变的过程。

在核电站中，使用浓缩铀或钚作为燃料，通过控制中子的速度和密度，使其与燃料发生碰撞，从而引发核裂变反应。

核裂变过程中，原子核分裂成两个较小的核片段，并释放出大量的能量和中子。

这些中子会继续与燃料发生碰撞，形成连锁反应，释放更多的能量。

二、核反应堆核反应堆是核电站的核心部分，用于控制和维持核裂变反应。

核反应堆通常由燃料组件、冷却剂、反应控制系统和反应堆压力容器等组成。

1. 燃料组件：核反应堆中的燃料组件通常采用浓缩铀或钚的核燃料，这些燃料以固体或液体形式存在。

燃料组件的设计和排列方式可以影响核裂变反应的效率和稳定性。

2. 冷却剂：核反应堆中的冷却剂用于吸收核裂变过程中释放的热量，并将其带走。

常用的冷却剂包括水、重水、氦气等。

冷却剂的选择和循环方式直接影响核反应堆的热效率和安全性。

3. 反应控制系统：核反应堆中的反应控制系统用于调节核裂变反应的速率和稳定性。

通过控制中子的速度和密度，可以实现核裂变反应的控制。

常用的反应控制系统包括控制棒和反应堆堆芯的设计。

4. 反应堆压力容器：反应堆压力容器用于容纳核燃料和冷却剂，并承受核反应堆中高温、高压的工作环境。

反应堆压力容器的设计和材料选择对核电站的安全性和可靠性起着重要作用。

三、发电过程核裂变反应产生的热能被转化为蒸汽能量，进而驱动涡轮发电机组发电。

具体发电过程如下：1. 蒸汽产生：核反应堆中的热能通过冷却剂传递给工质（通常是水），使其变为高温高压的蒸汽。

2. 蒸汽驱动涡轮：高温高压的蒸汽进入涡轮机组，通过高速旋转的涡轮叶片驱动发电机转子旋转。

3. 发电机发电：涡轮机组驱动的发电机转子旋转时，通过电磁感应原理产生电流，将机械能转化为电能。

4. 输送电能：发电机产生的电能通过变压器升压，然后通过输电线路输送到电网中，供应给用户使用。