核電站工作原理

1、核電站工作原理華東哦網(wǎng)它是以核反應(yīng)堆來代替火電站的鍋爐，以核燃料在核反應(yīng)堆中發(fā)生特殊形式的“燃燒”產(chǎn)生 熱量，來加熱水使之變成蒸汽。蒸汽通過管路進入汽輪機，推動汽輪發(fā)電機發(fā)電。一般說來， 核電站的汽輪發(fā)電機及電器設(shè)備與普通火電站大同小異，其奧妙主要在于核反應(yīng)堆。核電站除了關(guān)鍵設(shè)備一一核反應(yīng)堆外，還有許多與之配合的重要設(shè)備。以壓水堆核電站 為例，它們是主泵，穩(wěn)壓器，蒸汽發(fā)生器，安全殼，汽輪發(fā)電機和危急冷卻系統(tǒng)等。它們在 核電站中有各自的特殊功能。主泵如果把反應(yīng)堆中的冷卻劑比做人體血液的話，那主泵則是心臟。它的功用是把冷 卻劑送進堆內(nèi)，然后流過蒸汽發(fā)生器，以保證裂變反應(yīng)產(chǎn)生的熱量及時傳遞出來。穩(wěn)壓

2、器又稱壓力平衡器，是用來控制反應(yīng)堆系統(tǒng)壓力變化的設(shè)備。在正常運行時，起 保持壓力的作用；在發(fā)生事故時，提供超壓保護。穩(wěn)壓器里設(shè)有加熱器和噴淋系統(tǒng)，當反應(yīng) 堆里壓力過高時，噴灑冷水降壓；當堆內(nèi)壓力太低時，加熱器自動通電加熱使水蒸發(fā)以增加 壓力。蒸汽發(fā)生器它的作用是把通過反應(yīng)堆的冷卻劑的熱量傳給二次回路水，并使之變成蒸 汽，再通入汽輪發(fā)電機的汽缸作功。安全殼用來控制和限制放射性物質(zhì)從反應(yīng)堆擴散出去，以保護公眾免遭放射性物質(zhì)的 傷害。萬一發(fā)生罕見的反應(yīng)堆一回路水外逸的失水事故時，安全殼是防止裂變產(chǎn)物釋放到周 圍的最后一道屏障。安全殼一般是內(nèi)襯鋼板的預(yù)應(yīng)力混凝土厚壁容器。汽輪機核電站用的汽輪發(fā)電機在構(gòu)

3、造上與常規(guī)火電站用的大同小異，所不同的是由于 蒸汽壓力和溫度都較低，所以同等功率機組的汽輪機體積比常規(guī)火電站的大。危急冷卻系統(tǒng)為了應(yīng)付核電站一回路主管道破裂的極端失水事故的發(fā)生，近代核電站 都設(shè)有危急冷卻系統(tǒng)。它是由注射系統(tǒng)和安全殼噴淋系統(tǒng)組成。一旦接到極端失水事故的信 號后，安全注射系統(tǒng)向反應(yīng)堆內(nèi)注射高壓含硼水，噴淋系統(tǒng)向安全殼噴水和化學(xué)藥劑。便可 緩解事故后果，限制事故蔓延。注：核裂變是一個原子核分裂成幾個原子核的變化。只有一些質(zhì)量非常大的原子核像鈾(y6u)、 釷(佰)等才能發(fā)生核裂變。這些原子的原子核在吸收一個中子以后會分裂成兩個或更多個質(zhì) 量較小的原子核，同時放出二個到三個中子和很大

4、的能量，又能使別的原子核接著發(fā)生核裂 變，使過程持續(xù)進行下去，這種過程稱作鏈式反應(yīng)。原子核在發(fā)生核裂變時，釋放出巨 大的能量稱為原子核能，俗稱原子能。1克鈾-235完全發(fā)生核裂變后放出的能量相當于燃燒 2.5噸煤所產(chǎn)生的能量。核電站核電站就是利用一座或若干座動力反應(yīng)堆所產(chǎn)生的熱能來發(fā)電或發(fā)電兼供熱的動力設(shè)施。 反應(yīng)堆是核電站的關(guān)鍵設(shè)備，鏈式裂變反應(yīng)就在其中進行。目前世界上核電站常用的反應(yīng)堆 有壓水堆、沸水堆、重水堆和改進型氣冷堆以及快堆等。但用的最廣泛的是壓水反應(yīng)堆。壓 水反應(yīng)堆是以普通水作冷卻劑和慢化劑，它是從軍用堆基礎(chǔ)上發(fā)展起來的最成熟、最成功的 動力堆堆型。核電站工作原理核電廠用的燃料是

5、鈾。用鈾制成的核燃料在“反應(yīng)堆”的設(shè)備內(nèi)發(fā)生裂變而產(chǎn)生大量熱能， 再用處于高壓力下的水把熱能帶出，在蒸汽發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動汽輪機帶著發(fā)電機 一起旋轉(zhuǎn)，電就源源不斷地產(chǎn)生出來，并通過電網(wǎng)送到四面八方。壓水堆核電站以壓水堆為熱源的核電站。它主要由核島和常規(guī)島組成。壓水堆核電站核島中的四大部件 是蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器、主泵和堆芯。在核島中的系統(tǒng)設(shè)備主要有壓水堆本體，一回路系統(tǒng)， 以及為支持一回路系統(tǒng)正常運行和保證反應(yīng)堆安全而設(shè)置的輔助系統(tǒng)。常規(guī)島主要包括汽輪 機組及二回等系統(tǒng)，其形式與常規(guī)火電廠類似。沸水堆核電站以沸水堆為熱源的核電站。沸水堆是以沸騰輕水為慢化劑和冷卻劑并在反應(yīng)堆壓力容器內(nèi) 直

6、接產(chǎn)生飽和蒸汽的動力堆。沸水堆與壓水堆同屬輕水堆，都具有結(jié)構(gòu)緊湊、安全可靠、建 造費用低和負荷跟隨能力強等優(yōu)點。它們都需使用低富集鈾作燃料。沸水堆核電站系統(tǒng)有：主系統(tǒng)（包括反應(yīng)堆）；蒸汽給水系統(tǒng)；反應(yīng)堆輔助系統(tǒng)等。重水堆核電站以重水堆為熱源的核電站。重水堆是以重水作慢化劑的反應(yīng)堆，可以直接利用天然鈾作為 核燃料。重水堆可用輕水或重水作冷卻劑，重水堆分壓力容器式和壓力管式兩類。重水堆 核電站是發(fā)展較早的核電站，有各種類別，但已實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模推廣的只有加拿大發(fā)展起來的 坎杜型壓力管式重水堆核電站。快堆核電站由快中子引起鏈式裂變反應(yīng)所釋放出來的熱能轉(zhuǎn)換為電能的核電站?？於言谶\行中既消耗裂 變材料，又生

7、產(chǎn)新裂變材料，而且所產(chǎn)可多于所耗，能實現(xiàn)核裂變材料的增殖。目前，世 界上已商業(yè)運行的核電站堆型，如壓水堆、沸水堆、重水堆、石墨氣冷堆等都是非增殖堆型， 主要利用核裂變?nèi)剂?，即使再利用轉(zhuǎn)換出來的杯-239等易裂變材料，它對鈾資源的利用率也 只有1%2%，但在快堆中，鈾-238原則上都能轉(zhuǎn)換成杯-239而得以使用，但考慮到各種損 耗，快堆可將鈾資源的利用率提高到U 60%70%。世界上目前建造核電站情況到2007年中期，世界上共有439座發(fā)電用核反應(yīng)堆在運行，正在建造的發(fā)電反應(yīng)堆有30座。目前世界上有30多個國家和地區(qū)有核電廠發(fā)電，核發(fā)電量占世界總發(fā)電量的17%，其中有十 幾個國國家和地區(qū)核電發(fā)電

8、量超過各種的總發(fā)電量的四分之一，有的國家超過70%。我國目 前已經(jīng)投運的核電機組有11臺，總裝機容量910萬千瓦。2008年，核電占全國電力裝機總?cè)?量的1.3%，核電年發(fā)電量683.94億千瓦小時，占全國總發(fā)電量的2%左右。核電站在設(shè)計上所采取的安全措施為了確保壓水反應(yīng)堆核電廠的安全，從設(shè)計上采取了所能想到的最嚴密的縱深防御措施。 四重屏障：為防止放射性物質(zhì)外逸設(shè)置了四道屏障：裂變產(chǎn)生的放射性物質(zhì)90%滯留于燃料芯塊中；密封的燃料包殼；堅固的壓力容器和密閉 的回路系統(tǒng)；能承受內(nèi)壓的安全殼。多重保護：在出現(xiàn)可能危及設(shè)備和人身的情況時，進行 正常停堆；因任何原因未能正常停堆時，控制棒自動落入堆內(nèi)

9、，實行自動緊急停堆；如任 何原因控制棒未能插入，高濃度硼酸水自動噴入堆內(nèi)，實現(xiàn)自動緊急停堆。核電廠在管理方面采取的安全措施核電廠有著嚴密的質(zhì)量保證體系，對選址、設(shè)計、建造、調(diào)試和運行等各個階段的每一項具 體活動都有單項的質(zhì)量保證大綱。另外，還實行內(nèi)部和外部監(jiān)查制度，監(jiān)督檢查質(zhì)量保證大綱的實施情況和是否起到應(yīng)有的作 用。另外對參加核電廠工作的人員的選擇、培訓(xùn)、考核和任命有著嚴格的規(guī)定。領(lǐng)取操縱員 執(zhí)照，然后才能上崗，還要進行定期考核，不合格者將被取消上崗資格。核電廠發(fā)生自然災(zāi)害時，它能安全停閉在核電廠設(shè)計中，始終把安全放在第一位，在設(shè)計上考慮了當?shù)乜赡艹霈F(xiàn)的最嚴重的地震、 海嘯、熱帶風(fēng)暴、洪水等

10、自然災(zāi)害，即使發(fā)生了最嚴重的自然災(zāi)害，反應(yīng)堆也能安全停閉，不 會對當?shù)鼐用窈妥匀画h(huán)境造成危害。在核電廠設(shè)計中甚至還考慮了廠區(qū)附近的堤壩坍塌、飛機附毀、交通事故和化工廠事故之 類的事件，例如一架噴氣式飛機在廠區(qū)上空墜毀，而且碰巧落到反應(yīng)堆建筑物上，設(shè)計要求 這時反應(yīng)堆還是安全的。核電站的縱深防御措施核電站的設(shè)計、建造和運行，采用了縱深防御的原則，從設(shè)備上和措施上提供多層次的重 疊保護，確保放射性物質(zhì)能有效地包容起來不發(fā)生泄漏?？v深防御包括以下五道防線：第一道防線：精心設(shè)計，精心施工，確保核電站的設(shè)備精良。有嚴格的質(zhì)量保證系統(tǒng)，建 立周密的程序，嚴格的制度和必要的監(jiān)督，加強對核電站工作人員的教育和

11、培訓(xùn)，使人人關(guān) 心安全，人人注意安全，防止發(fā)生故障。第二道防線：加強運行管理和監(jiān)督，及時正確處理不正常情況，排除故障。第三道防線：設(shè)計提供的多層次的安全系統(tǒng)和保護系統(tǒng)，防止設(shè)備故障和人為差錯釀成事 故。第四道防線：啟用核電站安全系統(tǒng)，加強事故中的電站管理，防止事故擴大。第五道防線：廠內(nèi)外應(yīng)急響應(yīng)計劃，努力減輕事故對居民的影響。有了以上互相依賴相互支持的各道防線，核電站是非常安全的。優(yōu)點：核能發(fā)電不像化石燃料發(fā)電那樣排放巨量的污染物質(zhì)到大氣中，因此核能發(fā)電不會造成空 氣污染。核能發(fā)電不會產(chǎn)生加重地球溫室效應(yīng)的二氧化碳。核能發(fā)電所使用的鈾燃料，除了發(fā)電外，沒有其他的用途。核燃料能量密度比起化石燃料

12、高上幾百萬倍，故核能電廠所使用的燃料體積小，運輸與儲 存都很方便，一座1000百萬瓦的核能電廠一年只需30公噸的鈾燃料，一航次的飛機就可以 完成運送。核能發(fā)電的成本中，燃料費用所占的比例較低，核能發(fā)電的成本較不易受到國際經(jīng)濟情勢 影響，故發(fā)電成本較其他發(fā)電方法為穩(wěn)定。缺點：核能電廠會產(chǎn)生高低階放射性廢料，或者是使用過之核燃料，雖然所占體積不大，但因具 有放射線，故必須慎重處理，且需面對相當大的政治困擾。核能發(fā)電廠熱效率較低，因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環(huán)境裹，故核能電廠的 熱污染較嚴重。核能電廠投資成本太大，電力公司的財務(wù)風(fēng)險較高。核能電廠較不適宜做尖峰、離峰之隨載運轉(zhuǎn)。興建核電廠較易引發(fā)政治歧見紛爭。核電廠的反應(yīng)器內(nèi)有大量的放射性物質(zhì)，如果在事故中釋放到外界環(huán)境，會對生態(tài)及民眾 造成傷害。核電站是利用原子核裂變所釋放的的