热工水力清华PPT教材

1•1939年发现核裂变现象；•1942年首次实现核反应堆临界；•1954年建成第一座核电站。截至2006年，世界上有30多个国家和地区435座核电站正在运行，发电容量约为3.6亿千瓦,约占世界总发电量15%。•正在建造中29座，计划建造约60座，全部建成装机容量将近5亿千瓦，约占那时世界发电量的20％左右。•据IAEA的预测:到2030年全球核能发电能力将增加到447GW至679GW（1GW=1000MW=10亿W）。第一章绪论1.1核能发展概况2•中国核电设计工作从上世纪70年代就已开始，–中国核电发展真正起步于上世纪80年代中期。–秦山核电站1991年12月建成并网发电。–大亚湾核电站是我国大陆引进第一座大型商用–核电站，1994年投入商业运行.–田湾核电站1号机组2006年5月12日并网成功.–全国已建成3个核电基地,共有11台核电机组–在运行,总装机容量占全国发电装机总容量的–2%左右。第一章绪论1.1核反应堆的发展3•这3个核电基地是:–①浙江省的秦山核电基地，5台核电机组:–秦山核电厂1台310Mw，–秦山第二核电厂2台1300Mw，–秦山第三核电厂2台1400Mw,–②广东大亚湾核电基地，4台核电机组:–大亚湾核电厂2台1967.6Mw，–岭澳核电厂2台1980.6Mw，–③江苏省田湾核电基地,2台核电机组:–田湾核电厂2台2120Mw。–我国核电技术水平和装备制造能力也有很大提高和突破，初步具备自主创新和自我发展的能力。第一章绪论1.1核反应堆的发展4–但是2004年以来,我国持续出现能源、电力紧缺现象，利用、发展核电是缓解电力紧张最现实的出路。–2005年12月15日广东岭澳二期工程2台核电机组开工建设;–2006年04月28日秦山二期扩建工程2台核电机组开工建设。•2006.03.22.国务院常务会议审议并原则通过《核•电中长期发展规划(2005-2020年)》。规划指出，•积极推进核电建设，是国家重要的能源战略。•未来15年我国将新开工建设30台左右的百万千瓦•级核电机组。到2020年使核电发电量占到总发电•量的4％，装机容量达4000万千瓦。第一章绪论1.1核反应堆的发展5–在《规划》指导下,一批新的核电基地陆续开工兴建：–2007年８月１８日辽宁省红河沿核电基地;–2008年2月18日福建宁德核电工程;–2008年7月29日,山东海阳核电工程;–2008年11月21日福建福清核电工程;–2008年12月16日广东省阳江核电工程；–2009年4月19日浙江省三门核电工程;–2009年9月，在山东荣成开建20万千瓦的高温气冷堆核电站示范工程;–广东台山核电站在9月中旬开工;–海南昌江核电项目一期工程今年底将开工建设.–还有一批工程已开始前期工程的建设,–如:浙江方家山核电工程;湖北咸宁核电项目…•中国的核电建设正步入快速发展通道。第一章绪论1.1核反应堆的发展6第一章绪论1.2核能的优点•1.2核能的优点•1.2.1同质量燃料可获得的能量大•1kg铀全部裂变释放的能量约为8.5×10J，•1kg无烟煤的燃烧值为3.4×10J•所以，1kg铀全部裂变释放出的能量，•相当于完全燃烧2.5×10kg无烟煤.•一座100万千瓦的•核电站每年只需要补充30吨左右的核燃料，•而同样规模的烧煤电厂每年要烧煤300万吨。13677第一章绪论1.2核能的优点•1.2.2经济（电价便宜）•核电的经济性和安全性密不可分，它们的关系是辩证的；•核电的比造价高于火电，总投资大，主要是安全方面的投资高，约占总投资的40%或更多；•核电的燃料成本与运行成本低，上网电价仍然有竞争力。•主要工业国（美、法、英、德和加拿大等）的核电成本平均比火电低1／3左右。•核电成本比火电低15-50%。•2008年，我国秦山核电站二期上网电价0.393元/千瓦时，•大亚湾核电厂0.414元/千瓦时，•分别低于浙江,广东火电上网电价.•随着我国核电技术的进一步成熟，核电成本将可能比火电低15-50%。8第一章绪论1.2核能的优点•1.2.3污染小•核能是清洁的能源•在相同功率的情况下，核电站排放到环境中的有害物质比火电厂要少得多。核电站对周围居民的辐射影响，远远低于燃煤电厂和天然辐射，是安全而清洁的能源。•·在我国核电占总发电量每增加1﹪,一年就可减少排放1亿吨的CO;•55万吨的SO•核电站与火电厂对环境影响的比较·周围居民受到辐射剂量（毫希/年）需要燃料（/年）采矿面积（亩/年）二氧化硫排放量（万吨/年）氮氧化物排放量（万吨/年）烟灰(吨/年）二氧化碳排放量（万吨/年）100万千瓦燃煤发电厂0.048300万吨煤12102.61.43500600100万千瓦核电站0.01830吨核燃料30--4200002291.2.1水冷堆•以普通水做慢化剂的轻水堆（压水堆和沸水堆）是目前使用最多的堆型，占到所有核反应堆的近80％.•目前轻水堆本身是很安全的，但过多地依赖于操作和维护.•开发的新型核电技术都着力提高安全性能，如具有更多的“非能动”安全特征。第一章绪论1.2堆型简介10①压水堆·高压水做冷却剂和慢化剂，堆芯只允许局部沸腾，靠稳压器维持压力。·两重循环回路·堆芯：低浓UO2燃料，锆合金包壳，直径约10mm。·燃料棒束紧密布置，棒束型控制棒组件·稳定、安全（负的反应温度系数、三道屏障）、技术成熟第一章绪论1.2堆型简介11第一章绪论1.2堆型简介12第一章绪论1.2堆型简介13第一章绪论1.2堆型简介14第一章绪论1.2堆型简介•②沸水堆•中压水做冷却剂和慢化剂，堆芯大部处以饱和沸腾，•直接循环回路•堆芯：低浓UO2燃料，燃料元件盒，十字形控制棒从堆芯下部插入。•造价比较低，技术较成熟。15第一章绪论1.2堆型简介16第一章绪论1.2堆型简介17第一章绪论1.2堆型简介18第一章绪论1.2堆型简介19第一章绪论1.2堆型简介•③重水堆•重水做慢化剂，高压冷却剂和低压慢化剂分开布置。•堆芯：不能做成稠密栅•冷却剂：轻水（必用低浓铀燃料）•重水（可用天然铀燃料）20第一章绪论1.2堆型简介•CANDU：重水做慢化剂和冷却剂•堆芯：卧式圆桶形容器内横向布置数百根排管,•低压重水在圆桶形容器内做慢化剂，•高压重水在排管内做冷却剂,•短燃料棒束组件安放在压力管内组成燃料管道组件,•压力管装在排管内，靠支撑环保持间隙，内充CO2隔热。21第一章绪论1.2堆型简介22第一章绪论1.2堆型简介23第一章绪论1.2堆型简介24第一章绪论1.2堆型简介•1.2.2气冷堆•初期的:（Magnox）金属天然铀燃料，镁合金包壳，•石墨慢化,CO2冷却。•中期的:（AGR）低浓UO2燃料，不锈钢包壳，•石墨慢化,CO2冷却。•高温气冷堆：稍加浓UO2陶瓷包覆颗粒燃料元件，•石墨慢化,氦气作冷却剂，•优点：安全性好（负的反应温度系数、非能动方式排余热）•发电效率高（42％~50％）•用途广泛(发电，煤的液化和气化，稠油热采、制氢等)•燃料转化比可达0.825第一章绪论1.2堆型简介26第一章绪论1.2堆型简介27第一章绪论1.2堆型简介•10MW—HTR:•堆芯；直径为3.5ｍ的立式圆简状结构中，内装33万颗石墨球燃料。•全陶瓷包覆颗粒燃料元件（直径60mm的石墨球中分散有15000颗直径为0.5mm的5％～6％UO2颗粒，颗粒外包覆耐高温碳化硅等涂层后，直径达1.0mm。）•控制棒插入石墨反射层。•可带汽轮机或气体透平。28第一章绪论1.2堆型简介29第一章绪论1.2堆型简介30第一章绪论1.2堆型简介31第一章绪论1.2堆型简介32第一章绪论1.2堆型简介1.2.3钠冷快堆•用高浓铀或钚燃料，•细棒，稠密栅，堆芯结构紧凑，功率密度高。•钠冷，中间回路隔离，•两种回路布置形式：池式；壳式（回路式，分置式）•优点：增殖比大于1，可充分利用铀、钍资源。•热效率可达43%。33第一章绪论1.2堆型简介34第一章绪论1.2堆型简介3536第一章绪论1.2堆型简介37第一章绪论1.3核反应堆安全与反应堆热工分析的任务1.3.1核反应堆的安全问题核安全的目的是：--保护工作人员、社会和环境免遭放射性伤害；--确保正常运行、并限制场内放射性照射在合理可行尽量低的水平，并低于国家的限值；--确保防止带严重放射性后果的严重事发生,使发生的概率降到极低。为此,核电站设置了三道安全屏障(燃料元件包壳,一回路压力边界,安全壳)首先,要确保燃料元件的完整性。在任何事故下，保证至少有一道安全屏障是完整的。38•1.3.2反应堆热工分析的任务反应堆功率在理论上没有上限，热工是限制因素。在堆内，只有保持释热和传热基本相等，否则会导致元件烧毁。热工分析的任务：•具体的:•分析各种工况下反应堆的热力参数及其变化；•确定反应堆的结构和运行参数；•提出保护系统动作的整定值和动作时间、安全设施的性能要求；•为制定合理的运行方式和运行规程提供依据。第一章绪论1.3核反应堆安全与反应堆热工分析的任务