压水堆核电厂基本原理

NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院压水堆核电厂基本原理秋穗正西安交通大学Tel:029-8266560713152410318Email:[e-mail]ResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院核电厂基本工作原理利用核能生产电能的电厂称为核电厂。压水堆核电厂主要由压水反应堆、反应堆冷却剂系统（简称一回路）、蒸汽和动力转换系统（又称二回路）、循环水系统、发电机和输配电系统及其辅助系统组成。NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院压水堆核电厂原理图NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院三环路压水堆一回路系统NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院压水堆安全壳内纵剖面图NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院压水堆核电厂主要厂房布置NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院核电厂厂区L型布置NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院大亚湾核电厂厂区T型布置NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院核电厂的厂区的几个部分核心区：主要由核岛和常规岛组成，包括反应堆厂房，辅助厂房，燃料贮存厂房，主控制室，应急柴油发电机厂房，汽轮发电机厂房等。三废区：主要由废液贮存、处理厂房，固化厂房，弱放废物库，固体废物贮存库，特种洗衣房和特种汽车库等组成。供排水区：主要有循环水泵房，输水隧洞，排水渠道，淡水净化处理车间，消防站，高压消防泵房，排水泵房等组成。动力供应区：主要由冷冻机站，压缩空气及液氮贮存气化站，辅助锅炉房等组成。检修及仓库区：包括检修车间，材料仓库，设备综合仓库及危险品仓库等。厂前区：为电厂行政办公大楼及汽车、消防、保安及生活服务设施。NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院核电厂安全设备功能及分级安全一级安全一级主要包括组成反应堆冷却剂系统承压边界的所有部件。安全二级主要指反应堆冷却剂系统承压边界内不属于安全一级的各种部件，以及为执行所有事故工况下停堆、维持堆芯冷却剂总量和排出堆芯热量及限制放射性物质向外释放的各种部件。安全三级主要指下述一些辅助系统的设备：为控制反应性提供硼酸的系统，辅助给水系统；设备冷却水系统安全四级核岛中不属于安全一、二、三级的设备为非核安全等级。NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院压水堆堆芯（reactorcore）堆芯设计满足的一般要求：1堆芯功率分布尽量均匀，以便堆芯有最大的功率输出2尽量减少堆芯内不必要的中子吸收材料，提高中子经济性3要有最佳的冷却剂流量分配和最小的流动阻力4有较长的堆芯寿命，适当的减少换料操作次数5堆芯结构紧凑，换料要简易方便。NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院典型压水堆压力容器与堆芯结构原理图NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院堆芯横截面图NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院压水堆纵剖面图NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院压水堆燃料管理NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院压水堆堆芯组件核燃料组件棒束控制棒组件可燃毒物组件中子源组件阻力塞组件核燃料组件采用无盒、带指形控制组件的棒束型燃料组件。主要结构：燃料棒＋骨架骨架：上下管座，8层定位格架，导向管采用17×17=289=264+24+1正方形排列。NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院棒状燃料元件棒结构组成选材原则：限制燃料和包壳的使用温度包壳的作用以及选材特点机械强度第一道屏障燃料芯块结构特点锆氢反应集气空腔盒充填气体作用：轴向空腔和径向间隙作用，预冲压氦气技术作用NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院芯块的结构特点结构尺寸：圆柱体形何谓“环脊”现象为何采用碟形加倒角的结构形式如何防止辐照肿胀的破坏：1碟形加倒角2制孔剂芯块密度的选择NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院燃料元件包壳材料：锆－4合金燃料元件包壳壁厚的选择结构强度化学，腐蚀一定的安全裕度包壳内壁与燃料芯块的径向间隙大小与间隙的导热系数有密切关系，是影响芯块温度的重要因素，同时芯块的各种特性如导热系数，裂变气体的释放，蠕变和塑性形变等也都随温度变化。NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院“骨架”结构定位格架控制棒导管中子通量测量导管上管座下管座NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院定位格架8层定位格架的作用材料及结构特点混流翼NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院上管座下管座NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院控制棒组件结构组成：24根吸收剂棒＋星形架组件数目保证：卡棒准则，功率分布，弹棒事故NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院控制棒组件星形架结构特点：毂环，翼片，指形连接柄NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院吸收剂棒黑棒灰棒材料银－铟－镉不锈钢结构：二者相似黑棒束控制组件：24根黑棒灰棒束控制组件：8根黑棒＋16根灰棒NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院堆芯相关组件可燃毒物组件，初级中子源组件，次级中子源组件，阻力塞组件结构上的共同点：支承结构：一个压紧组件形成的支承结构24根棒束NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院可燃毒物组件作用：用于第一燃料循环，降低硼浓度，半尺慢化剂的负温度系数可燃毒物材料：硼玻璃管（B2O3+SiO2）初装料：48×12(棒)＋18×16(棒)+2×16=896第一次换料时全部卸出，换阻力塞组件NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院中子源组件作用：1提高中子通量水平2点火初级中子源结构与材料：锎初装料情况次级中子源结构与材料：锑、铍初装料情况NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院阻力塞组件作用：304不锈钢材料初装料情况前述各种堆芯相关组件都含有中子源组件，只有阻力塞组件全部是阻力塞组件NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院大亚湾核电厂首次装料堆芯相关组件种类以及数量NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院反应堆堆内构件堆内构件包括：堆芯下部支承结构，堆芯上部支承结构，控制棒束导向管和压紧弹簧组成。功能：1为冷却剂提供流道2为压力容器提供屏蔽3为燃料组件提供支承和压紧4固定监督用的辐照样品5为棒束控制组件和传动轴以及上下堆芯测量装置提供机械导向6平衡机械载荷和水力载荷7确保堆芯容器顶盖内的冷却水循环，以便顶盖保持一定的温度NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院下部支承组件－吊篮组件1吊篮筒体2下栅板组件3围板幅板组件4热屏蔽组件5防断支承组件NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院堆芯上部支撑结构堆芯上栅格板堆芯上部支承柱棒束控制导向筒上部支承板NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院堆芯上部支撑结构NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院控制棒驱动机构控制棒驱动机构：带动控制棒组件在堆芯内提升和下降，以实现反应堆的启动，功率调节（调节棒），停堆和事故情况下的安全控制（安全棒）。控制棒驱动机构要求：在正常运行工况下要求棒的移动速度缓慢，每秒钟行程约10mm；在快速停堆或事故工况时要求驱动机构在得到事故停堆信号后，靠自重快速插入堆芯，从得到信号到控制棒完全插入堆芯的紧急停堆时间一般2秒钟左右，以保证反应堆安全。NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院控制棒驱动机构常用的驱动机构：电磁步进式，齿轮齿条式，水力驱动式大亚湾核电厂采用三线圈电磁步进式驱动机构优点：提棒精度高，提升力大，不宜失步，结构简单，加工容易，拆装和维修方便等优点。需要紧急停堆时，只需要切断电源，控制棒便可自由落体。NuclearThermohydraulicResearchGroup秋穗正2007.12.3--2007.12.7核科学与技术学院反应堆压力容器反应堆压力容器支撑和包容堆芯和堆内构件，工作在高压(15.5MPa左右)、高温含硼酸水介质环境和放射性辐照的条件下，寿命不少于40年。百万千瓦级核电厂压力容器高约13m，内径5m,筒体壁厚200mm,总重约330t。作用：1防止放射性外逸第二道屏障2压力边界3支承和固定作用选材原则1高度的完整性2适当的强度和足够的韧性3低的辐照敏感性