MW核电站发电原理及系统设备.ppt

核电站系统和设备简介 内容 基本概念 核电站系统 前言 1922年丹麦物理学家N.玻尔由于他的原子结构理论的成就获得了诺贝尔奖。 1939年Hahn和Strassman发现，当用中子轰击U-235核时，一些核会分裂成两个中等质量的核，产生两个重要结果： 产生能量 释放更多中子 这个过程叫做裂变 U235 裂变 反应物质量 236.05u 产物质量 235.86u 被转换质量 0.19u 如果把接着发生的放射性衰变的能量包括进去，约产生200MeV能量。这样，作为一些初始质量转变成能量的结果，每次裂变约产生200MeV的能量。尽管每次裂变不能产生相当大的能量，但每千克天然铀含有1.8×1022个U-235原子，其中大部分是可裂变的。1兆电子伏=1.6×10-13焦耳 链式反应 铀裂变的一般反应式如下： 原子弹 核电站 核潜艇 中子的命运 燃料与慢化剂 轻水热化中子比重水或石墨快，轻水的吸收截面是重水的664倍，是石墨的195倍。由于轻水的中子吸收缘故，用天然铀燃料和轻水慢化剂不可能获得自续链式反应。轻水慢化的反应堆必须采用浓缩的燃料(铀中U-235的百分含量从0.7%增加到2%或3%)。 大多数反应堆的设计，包括CANDU反应堆，都使用UO2而不是金属铀作为燃料。陶瓷燃料(UO2)具有耐高温和优异的耐腐蚀性，在放射性环境中非常稳定，使它成为反应堆燃料的上佳选择。然而用石墨慢化剂时它不可能获得不浓缩UO2的临界质量。对使用不浓缩的UO2反应堆来讲只有重水才是合适的慢化剂。 中子循环 的结果 大约有20%的中子会损失，不能回到燃料中。如果剩余中的一半产生裂变(即40%)，每次裂变平均产生2.5个中子，这将使总数恢复到100%。循环继续下去，可以通过调节一个或几个损耗机理，使中子数增加或减少。 增殖因子 根据前面介绍的中子循环，用中子增殖因子k可很方便地表示中子增殖过程。 k= 如果k=1，裂变以开始时相同的速率继续下去。功率是稳定的，就是说这个反应堆处于临界状态。 如果k1，超临界。 如果k1，次临界。 四因子模型 反应性 周期 反应堆周期：中子密度变化e倍 倍增周期：中子密度变化1倍 倍增周期和反应性的曲线关系；（ 20s –150pcm ） 通过周期测反应性 控制棒组件（1） 特点：快，可靠，灵活，准确度高 用途：紧急控制，功率调节等快变化 分类：功率补偿棒（部分灰棒） 温度调节棒 停堆棒组 控制棒组件（2） 积分价值 微分价值 设计要求：计算值与实测值10% 曲线讨论：积分价值和微分价值曲线讨论 控制棒组件（3） 调节带 温度棒调节带确定 调节带的确定：上限：2.5pcm/step，下限：上限-24步； 棒位低低限：插入堆芯仍有500pcm； 控制棒组件（4） 正常运行时棒所在位置： —正常运行时，R 棒维持在其调节带内运行。为控制ΔI，允许其超出调节带，但绝对不能超出低-低插入限值。 —手/自 运行方式。 可燃毒物控制 新堆：初始剩余反应性过大 设计要求: 较大吸收截面 消耗可燃毒物释放的反应性与燃料燃耗同步: 实现方法: 非均匀布置导致自屏效应. 只用于第一个堆芯寿期 化学补偿控制 慢变化 硼浓度单位 硼微分价值：温度越高，价值越小 （为什么？） 单位：Pcm/(ug/g) 多普勒温度效应 多普勒功率效应： 定义 负值，数量级 寿期初比寿期末更负 慢化剂温度系数 慢化剂温度系数 定义 Cb 影响水铀比 硼浓度越高，越容易为正 防止出现正值：Cb? 1400ppm 空泡系数 定义，变化1%空泡率所引入的反应性 空泡影响中子慢化（引入负反应性）和 降低硼浓度（引入正反应性），两者相抵，可正可负 由于空泡小于0.5%, 可忽略不计 功率系数和功率亏损 功率系数 定义：1%功率变化所引入的反应性 微分概念 功率亏损 功率0%-100%变化所引入的反应性 积分概念 用功率调节棒的移动补偿 核反应堆 1942年诞生了第一座核反应堆，到五十年代初期建成了将核能转变为电能的试验性核电厂。 核反应堆的主要功能 导出裂变所释放的热能，用来发电/供热等； 将部分非易裂变物（Th232,U238） 转换成易裂变物； 生产放射性同位素； 进行中子的其他应用和研究。 核反应堆分类 慢化剂材料 石墨堆，轻水堆，重水堆 冷却剂材料 水冷堆，气冷堆，有机液冷堆，钠冷堆 反应堆容器 高压壳，低压壳，高压管，游泳池堆 动力堆 压水堆，沸水堆，重水堆，高温气冷堆和快中子增殖堆。 能量转换 常规火电厂遵循“化学能——热