压水堆核电站的组成及总布置
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压水堆核电站组成上一条新闻核安全名词解释下一条新闻核电站的控制调节与安全保护enterlsb转载|栏目:电力规范| 2007-08-06 23:12:09.42 | 阅读433 次压水堆核电站由压水堆、一回路系统和二回路系统三个主要部分组成。
2-1 压水堆主要部件2-1-1 堆芯堆芯结构是反应堆的核心构件,在这里实现核裂变反应,核能转化为热能;同时它又是强放射源。
因此堆芯结构的设计是反应堆本体结构设计的重要环节之一。
压水堆堆芯由若干个正方形燃料组件组成,这些组件按正方形稠密栅格大致排列成一个圆柱体。
用富集度为2%—4.4%的低富集铀为燃料。
所有燃料组件在机械结构和几何形状上完全一致,以简化装卸料操作和降低燃料组件制造成本。
燃料组件采用17×17根棒束,其中除少数插花布置的控制棒导向管外都是燃料棒。
棒束外面无组件盒,以减少中子俘获损失和便于相邻组件水流的横向交混。
图2—1(a)表示压水堆堆芯横剖面图,图2—1(b)表示压水堆燃料组件。
图2-1(a) 压水堆堆芯横剖面图图2-1(b) 压水堆燃料组件燃料棒的芯体由烧结的二氧化铀陶瓷芯块叠置而成。
烧结二氧化铀的耐腐蚀性、热稳定性和辐照稳定性都好,能保证为经济性所要求的>50000MW.d/tu的单棒最大燃耗深度。
燃料棒包壳采用吸收中子少的锆合金以降低燃料富集度。
燃料棒全长2.5—3.8M,用6—11个镍基合金或锆合金制的定位格架固定其位置。
定位格架燃料组件全长按等距离布置以保持燃料棒间距并防止由水力振动引起的横向位移。
堆芯一般分为三区,在初始堆芯中装入三种不同富集度的燃料,将最高富集度的燃料置于最外区,较低富集度的两种燃料按一定布置方式装入中区和内区,以尽量展平中子通量。
第一个运行周期由于全部都是新燃料而比后备反应性在运行周期间将随着可燃物的消耗逐渐释放出来。
第一个运行周期的长度一般为1.3—1.9年。
以后每年换一次料,将1/3或1/4堆芯用新燃料替换,同时将未燃尽的燃料组件作适应的位置倒换以求达到最佳的径向中子通量分布,倒换方案由燃料管理设计程序制定。
压水堆核电站组成上一条新闻核安全名词解释下一条新闻核电站的控制调节与安全保护enterlsb转载|栏目:电力规范| 2007-08-06 23:12:09.42 | 阅读433 次压水堆核电站由压水堆、一回路系统和二回路系统三个主要部分组成。
2-1 压水堆主要部件2-1-1 堆芯堆芯结构是反应堆的核心构件,在这里实现核裂变反应,核能转化为热能;同时它又是强放射源。
因此堆芯结构的设计是反应堆本体结构设计的重要环节之一。
压水堆堆芯由若干个正方形燃料组件组成,这些组件按正方形稠密栅格大致排列成一个圆柱体。
用富集度为2%—4.4%的低富集铀为燃料。
所有燃料组件在机械结构和几何形状上完全一致,以简化装卸料操作和降低燃料组件制造成本。
燃料组件采用17×17根棒束,其中除少数插花布置的控制棒导向管外都是燃料棒。
棒束外面无组件盒,以减少中子俘获损失和便于相邻组件水流的横向交混。
图2—1(a)表示压水堆堆芯横剖面图,图2—1(b)表示压水堆燃料组件。
图2-1(a) 压水堆堆芯横剖面图图2-1(b) 压水堆燃料组件燃料棒的芯体由烧结的二氧化铀陶瓷芯块叠置而成。
烧结二氧化铀的耐腐蚀性、热稳定性和辐照稳定性都好,能保证为经济性所要求的>50000MW.d/tu的单棒最大燃耗深度。
燃料棒包壳采用吸收中子少的锆合金以降低燃料富集度。
燃料棒全长2.5—3.8M,用6—11个镍基合金或锆合金制的定位格架固定其位置。
定位格架燃料组件全长按等距离布置以保持燃料棒间距并防止由水力振动引起的横向位移。
堆芯一般分为三区,在初始堆芯中装入三种不同富集度的燃料,将最高富集度的燃料置于最外区,较低富集度的两种燃料按一定布置方式装入中区和内区,以尽量展平中子通量。
第一个运行周期由于全部都是新燃料而比后备反应性在运行周期间将随着可燃物的消耗逐渐释放出来。
第一个运行周期的长度一般为1.3—1.9年。
以后每年换一次料,将1/3或1/4堆芯用新燃料替换,同时将未燃尽的燃料组件作适应的位置倒换以求达到最佳的径向中子通量分布,倒换方案由燃料管理设计程序制定。
我国压水堆核电站主要设备及原理完整文档(可以直接使用,可编辑完整文档,欢迎下载)压水堆核电站主要设备及原理压水堆核电站主要设备典型压水反应堆的核心是一个圆柱形高压反应容器。
容器内设有实现核裂变反应堆的堆芯和堆芯支承结构,顶部装有控制裂变反应的控制棒驱动机构,随时调节和控制堆芯中控制棒的插入深度。
堆芯是原子核反应堆的心脏,链式裂变反应就在这里进行。
它由核燃料组件、控制棒组件和既作中子慢化剂又作为冷却剂的水组成。
堆内铀-235核裂变时释放出来的核能迅速转化为热量,热量通过热传导传递到燃料棒表面,然后,通过对流放热,将热量传递给快速流动的冷却水(冷却剂),使水温升高,从而由冷却水将热量带出反应堆,再通过一套动力回路将热能转变为电能。
压水堆核电站原理:由反应堆释放的核能通过一套动力装置将核能转变为蒸汽的动能,进而转变为电能。
该动力装置由一回路系统,二回路系统及其他辅助系统和设备组成。
原子核反应堆内产生的核能,使堆芯发热,高温高压的冷却水在主冷却泵驱动下,流进反应堆堆芯,冷却水温度升高,将堆芯的热量带至蒸汽发生器。
蒸汽发生器一次侧再把热量传递给管子外面的二回路循环系统的给水,使给水加热变成高压蒸汽,放热后的一次侧冷却水又重新流回堆芯。
这样不断地循环往复,构成一个密闭的循环回路。
一回路系统主要设备除反应堆外,还有蒸汽发生器、冷却剂主泵机组、稳压器及主管道等。
一回路示意图稳压器结构图冷却剂主泵结构图二回路中蒸汽发生器的给水吸收了一回路传来的热量变成高压蒸汽,然后推动汽轮机,带动发电机发电。
做功后的乏汽在冷凝器内冷却而凝结成水,再由给水泵送至加热器,加热后重新返回蒸汽发生器,再变成高压蒸汽推动汽轮发电机作功发电。
这样构成第二个密闭循环回路。
二回路系统由蒸汽发生器二次侧、汽轮机、发电机、冷凝器、凝结水泵、给水泵、给水加热器和中间汽水分离再热器等设备组成。
汽轮发电机机组是二回路系统的主要设备。
它由饱和汽轮机、发电机、冷凝器和中间汽水分离加热器组成。
1.2 核电站核电站是利用原子核裂变过程中释放的核能发电的装置。
对于不同类型的核反应堆,相应的核电站的系统和设备有较大的差别。
为了便于说明,本节将以压水反应堆核电站为主要结合点,介绍该种核电站的燃料元件和组件、核反应堆堆芯及控制棒束、慢化剂和冷却剂、堆内冷却剂流程、主要堆参数、一回路系统与设备、二回路系统及设备、核能传输的机理、安全壳、核岛与常规岛、该种堆型核电站的主要特点等。
对于其它类型反应堆核电站,特别是应用比较广泛的沸水堆核电站和重水堆核电站,或具有良好发展前景的高温气冷堆核电站和钠冷快中子堆核电站四种堆型核电站,本节也将就核电站的系统、设备及工作原理,特别是该种堆型核电站与其它堆型核电站的不同特点,做必要的介绍和评价。
图1.2.1 压水堆燃料元件棒1.2.1 压水堆核电站压水堆核电站采用以稍加浓铀作核燃料、加压轻水做慢化剂和冷却剂的热中子核反应堆堆型,这里我们简称为压水堆。
压水堆的核燃料是高温烧结的圆柱形二氧化铀陶瓷燃块,直径约8毫米,高13毫米,称之为燃料芯块。
燃料芯块中铀-235的富集度约3%,-个一个地重叠着放在外径约9.5毫米,厚约0.57毫米的锆-4合金管内。
这种锆合金管称为燃料元件包壳。
锆管两端有端塞,燃料芯块完全封闭在锆合金管内,构成高度为3米多细而长的燃料元件(见图 1.2.1)。
密封的燃料元件包壳构成了包容放射性物质的第一道安全屏障。
这些燃料元件用定位格架定位,组成所谓的燃料组件(见图 1.2.2)。
一般是将燃料元件排列成17×17的组件,其正方形横截面边长约20厘米。
加上端部构件,整个燃料组件长约4米。
燃料组件外面不加装方形盒,即所谓开式栅格,以利于冷却剂的横向流动。
将一百多个燃料组件(总共包括四万多根三米多长、比铅笔略粗的燃料元件)组装在一起,构成所谓的压水堆堆芯。
图1.2.3是典型压水堆堆芯结构原理图。
每一个燃料组件包括两百多根燃料元件,中间有些位置空出来放控制棒。
压水堆核电站的组成及总布置(1)反应堆厂房–该厂房主要布置核反应堆和反应堆冷却剂系统及部分核岛辅助系统、专设安全设施系统。
从结构上来讲,反应堆厂房由筏板基础,带钢衬里的圆筒形预应力钢筋混凝土安全壳及其内部结构组成。
安全壳内径37m,屏蔽墙厚0.9m,总高59.4m,设计压力0.52Mpa (绝对压力)。
反应堆厂房内部结构布置如下:–·-3.5m放置堆芯仪表系统、安注系统、余热排出系统热交换器、化容控制系统的再生热交换器、安全壳连续通风系统及反应堆坑通风系统的风机。
–·±0.00m放置余热排出系统泵、稳压器卸压箱、安全壳的过滤净化系统过滤器、各系统管道、应急人员气闸门。
–·4.65m主要为三套蒸汽发生器、主泵和稳压器的支承楼板的隔间,放置在本层的还有安全壳过滤净化系统的风机和反应堆压力容器顶盖存放地,压力容器也通过该层。
–·8.00m层为反应堆换料水池楼板层,堆内构件存放及燃料组件倒换装置也放置在该层,进入安全壳的人员闸门也在此标高。
–·20.00m层为反应堆操作大厅,有设备闸门通入。
–·反应堆压力容器占有从-3.50至8.20m的堆本体中心净空间。
M310加改进型反应堆本体由压力容器、堆芯、堆内构件、堆内测量仪表和控制棒驱动机构等设备组成。
–·各层之间的交通由楼梯与电梯联系。
反应堆在运行期间,一般人员不得进入;事故检修和停堆检修时,人员可经由空气闸门进入;设备闸门为安装大件设备时的进入通道,运行时封闭。
–以下简要对堆内构件进行补充说明。
(2)核辅助厂房–由1、2号机组共用,主要布置核辅助系统及设备,厂房面积74×46m,高22m。
布置(层高变化较大,仅介绍几个重要的层间)有如下系统和设备:–·±0.00m主要有上充泵、硼回收系统、废物处理系统、设备冷却水系统、电气用房。
–·5.00~8.00m主要为硼回收系统的气体分离器和蒸发器间,过滤器及除盐装置间,废气处理系统的气体衰变箱隔间、化容控制系统设备间、阀门操作间等。
–·11.50m主要为过滤器及除盐装置上部操作间,硼水制备、硼回收系统贮槽及核辅助厂房通风系统。
–·本厂房的对外出入卫生闸门设在电气厂房±0.00m层,整个厂房内各层垂直联系是通过楼梯和电梯完成。
厂房为现浇钢筋混凝土结构,有放射性防护要求的房间按屏蔽要求确定墙和楼板厚度。
(3)燃料厂房–位于反应堆厂房南侧,外轮廓尺寸46×24m,51×24m。
–·-6.70m处为安全喷淋系统的泵间及低压安注系统的泵间。
–·±0.00m是设备和燃料的主要运输通道,包括燃料运输容器放倒时的操作场地。
–·20.0m为燃料厂房的操作运行大厅。
乏燃料水池的热交换器和燃料厂房通风系统设备布置在6.30及10.00m。
–·整个厂房为钢筋混凝土结构。
乏燃料存放水池及接收水池用不锈钢覆面。
(4)电气厂房–电气厂房外轮廓尺寸:长118.40m,宽15m。
位于反应堆厂房和汽轮机厂房之间。
厂房地上高42.10m,地下-7.00m。
–·-3.40m为电缆及管道层。
–·±0.00m为卫生闸门、空气压缩机间、放射性实验室、仪表间、工具间等。
–·7.00m为中、低压配电盘和所有的控制配电盘。
–·11.50、15.50m两端为反应堆厂房与汽轮机相通的主给水管道、主蒸汽管道的管廊。
–·19.40m为主控室、计算机房,余下面积为运行人员更衣、卫生间等。
–·各层之间交通由二端及中部的楼梯及电梯联系,厂房为钢筋混凝土结构。
(5)连接厂房–连接厂房位于反应堆厂房与电气厂房、核辅助厂房、燃料厂房之间,主要为各种管道、电缆的贯穿件的连接用房,蒸汽发生器辅助给水系统的泵房及电气、风机等用房。
厂房全部为钢筋混凝土结构。
(6)辅助给水箱厂房–辅助给水箱厂房位于两座反应堆厂房的一侧,其外轮廓尺寸分别为:13.6×13.6m、13.6×14.5m。
(7)柴油发电机厂房–柴油发电机厂房位置:有两个在电气厂房的两侧,另外两个位于燃料厂房的外侧,共4个,保证供电的安全性和独立性,外轮廓尺寸约为12.0×18.0m。
厂房由柴油发电机房、电气间、空气冷却器间、风机房组成。
3.4 压水堆的主要特点•压水堆(PWR)目前成为技术上最成熟的一种堆型,采用稍加浓铀作为燃料,燃料芯块中铀-235的富集度约为3﹪,核燃料是高温浇结的圆柱形二氧化铀陶瓷燃料芯块,被封装在细长的锆合金包壳管中(作为第一道安全屏障),其冷却剂和慢化剂均为轻水。
轻水明显的缺点是沸点低,为起到较高的热能量传递,根据热力学原理,必须增加其冷却剂系统压力,堆内压力一般为15.5Mpa。
压水堆核电站的特点:•·结构紧凑,堆芯功率密度大。
•·经济上基建费用低,建设周期短(占在建和已建核电站总数的64﹪。
一般建设周期为60个月,福清核电为58个月)。
•·必须采用高压压力容器。
•·必须采用一定富集度的核燃料(由于轻水吸收热中子几率很大,所以轻水慢化的核反应堆无法以天然铀作为燃料来维持链式反应,故应将天然铀浓缩至18亿年前的水平,达到富集度3﹪。
天然铀中U-235仅占0.724%,而U-238却占99.276%)。
•3.5 压水堆与其它反应堆型的性能对比•为更好地将压水堆与其它堆型进行对比,以表2进行对比说明:•4.1 一回路系统及主要设备•一座60~130万千瓦的压水堆核电站,一回路有2~4条并列的环路。
在蒸汽发生器内,一回路的冷却剂与二回路的水在互不接触的情况下,通过蒸汽发生器中的U型管壁发生了热交换。
主循环泵是一回路系统的重要设备,每台主循环泵的冷却水流量为20000t/h。
泵的关键是保持轴密封性,同时泵处于安全壳内高温、高压状态和γ射线辐照下,要求电机的绝缘性好。
水从室温升至300℃时,密闭回路内冷却剂的压力会波动,使反应堆产生不稳定的运行工况,因而在压力容器出口和蒸汽发生器之间的一回路热管段安装有稳压器。
若一回路有一条以上并列环路时,只要在其中一条热管段安装一台稳压器就可以满足稳定堆内压力的作用。
压水堆冷却剂入口温度在290℃,出口温度330℃。
•压力容器、蒸汽发生器、主循环泵、稳压器及相关管路的整个冷却剂系统,有其特定的压力边界,称为一回路压力边界,该压力边界构成了包容放射性物质的第二道安全屏障。
•一回路系统和设备都被安置在安全壳内。
安全壳是一个既承受内压又承受外压的坚固建筑物。
承受内压以防止事故情况下安全壳内超压造成破坏,承受外压,以防安全壳外各种冲击。
除此之外,安全壳还可以有相当的密封性,以防止安全壳内放射性物质向周围环境泄露,所以安全壳构成了包容放射性物质的第三道安全屏障。
4.2 二回路系统及设备•压水堆核电站二回路系统的主要功能是将蒸汽发生器产生的饱和蒸汽供汽轮发电机组做功发电和供电站其他辅助设备使用。
•二回路主要由饱和蒸汽汽轮机、发电机、冷凝器、冷凝水泵、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器、循环水泵、中间汽水分离再热和相应的阀门、管道等组成。
•在蒸汽发生器内,二回路工质水吸收一次侧传导的热量后,变成280℃、6-7Mpa的高温蒸汽。
高温蒸汽依次通过高压汽轮机和低压汽轮机(中间有汽水分离器将水滴分离)。
无法再利用的有蒸汽在冷凝器中变成水。
冷凝水经过预热后又回到蒸汽发生器吸收一回路冷却剂热量。
•4.3 三回路系统及设备•冷凝器实质是二回路与三回路之间的热交换器。
三回路实质上是一个开式回路,利用它将汽轮机排出的低品质乏汽和难以利用的余热带入江河湖海。
三回路的水在排放前应进行净化,三回路一般水量为400000t/h(100万千瓦堆)。
当然,在不具备采用水冷却的地方,可采用双曲冷却塔进行大气冷却。
•·饱和蒸汽汽轮机组。
由于蒸汽可用焓降仅为火电的65﹪,汽耗约大一倍。
核电汽轮机组的转速一般取1500转/min,是火电机组的一半;采用快速关闭截止阀防止超速;在高压与低压缸之间装有汽水分离器。
•·主发电机组。
采用半速四级机组。
4.4 回路辅助系统及其功能•·保证反应堆和一回路系统正常运行的系统有:化学和容积控制系统;主循环泵轴密封系统。
•·为核电站一回路系统在运行和停堆时提供必要冷却的系统:设备冷却水系统;停堆冷却系统。
•·在发生重大失水事故时保证核电站反应堆及主厂房安全的系统有:安全注射系统;安全壳喷淋系统。
•·控制和处理放射物质,减少对自然环境放射性排放的系统:蔬排水系统,放射性废液处理系统,废气处理系统,硼回收系统,取样分析系统。
•·一回路其他辅助系统:补给水系统,乏燃料池冷却及净化去污清洗系统。
•·二回路辅助系统:主蒸汽排放系统,蒸汽再热及抽汽系统,凝结水给水系统,事故给水系统,蒸汽发生器排污系统,润滑油系统及循环冷却水系统。
•事实上回路辅助系统相当于主回路的支流,在核电站运行过程中起着主关重要的作用,可以说,没有辅助系统的正常运行,核电站是没法持续运行的。
快堆增殖堆是目前世界上最先进的核反应堆。
又称为快堆运行原理铀235是实用的核燃料。
这就是说,慢中子会使铀235原子发生裂变(一分为二),并且产生更多的慢中子,而这些慢中子又会进一步引起其他铀原子裂变,使裂变过程持续下去。
由于同样的原因,铀233和钚239也是实用的核燃料。
遗憾的是,天然存在的铀233和钚239的数量真是微乎其微,而铀235的数量虽然比较可观,但也相当稀少。
在任何一块天然铀的标本中,每一千个铀原子当中只有七个是铀235,其余的都是铀238。
铀238是最常见的一种铀,但它却不是实用的核燃料。
铀238也能在中子作用下发生裂变,但只有快中子才能做到这一点。
那些分裂成两半的铀238会产生一些慢中子,而慢中子不足以引起进一步的裂变。
铀238可以比作潮湿的木头:你可以把它烧着,但它最后还是要熄灭的。
但是,假定把铀235同铀238分离开来(这是一个相当艰巨的任务),并且用铀235来建造一个原子核反应堆,这时,构成反应堆燃料的那些铀235原子就会发生裂变,并向四面八方发射出无数慢中子。
如果这个反应堆包着一个用普通铀(其中绝大部分是铀238)制成的外壳,那么,射入这个外壳的中子就会被铀238所吸收。
这些中子不可能迫使铀238发生裂变,但却会使铀238发生另外的变化,最后就会产生钚239。
如果把这能够用这种方式产生新燃料去代替用掉的燃料的反应堆就是增殖反应堆。
一座设计得当的增殖反应堆所生产的钚 239,在数量上要多于消耗掉的铀235。