压水堆核电站_

压水堆核电站

压水堆核电站用铀制成的核燃料在一种叫“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动气轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。这就是最普通的压水反应堆核电站的工作原理。压水堆核电站由反应堆、一回路系统、二回路系统以及电站的配套设施等主要部分组成。

压水堆燃料是高温烧结的圆柱形二氧化铀陶瓷块，直径约8毫米，高13毫米，称之为燃料芯块。其中铀－235的浓缩度约3％。燃料芯块－个一个地重叠着放在外径约9.5毫米，厚约0．57毫米的锆合金管内，锆管两端有端塞。燃料芯块完全封闭在锆合金管内，构成燃料元件。这种锆合金管称为燃料元件包壳。这些燃料元件用定位格架定位，组成横

截面是正方形的燃料组件(见图

4-2) 。每一个燃料组件包括两百多

根燃料元件。一般是将燃料元件排

列成横十七排、纵十七行的17×17

的组件，中间有些位置空出来放控

制棒。控制棒的上部连成－体成为

棒束。每一个棒束都在相应的燃料

组件内上下运动。控制棒在堆内布

置得很分散，以便堆内造成平坦的

中子通量分布。燃料组件外面不加

装方形盒，以利于冷却剂的横向流

动。加上端部构件，整个组件长约

四米，横截面为边长约20厘米的正方形。

图4－3是典型压水堆压

力容器与堆芯结构原理图；图

4－4为压力容器的结构布置

图。由燃料组件组成的堆芯放

在一个很大的压力容器内。控

制棒由上部插入堆芯。在压力

容器顶部有控制棒的驱动机

构。作为慢化剂和冷却剂的

水，由压力容器侧面进来后，

经过吊篮和压力容器之间的

环形间隙，再从下部进入堆

芯。冷却水通过堆芯后，温度

升高，密度降低，再从堆芯上

部流出压力容器。

一般入口水

温300C ，出口水温332C ，堆内压力15.5Mpa 。

一座100万千瓦的压水堆，堆芯每小时冷却水的流量约6万吨。这些冷却水并不排出堆外，而是在封闭的－回路内往复循环。堆芯放了一百多个燃料组件，这些组件总共包括四万多根三米多长、比铅笔略粗的燃料元件。高温水从压力容器上部离开反应堆后，进入蒸汽发生器（见图4-5）。

反应堆里的冷却剂，当温度由室温升到三百多摄氏度时，体积会有很大的膨胀。由于体积膨胀及其他原因，如果不采取措施，在密闭回路内冷却剂的压力会波动，从而使反应堆的运行工况不稳定。因此，在冷却剂的出口和蒸汽发生器之间有稳压器。稳压器是一个高大的空心圆柱体。下部为水，罐内采用电加热器在稳压器上部产生蒸汽。利用蒸汽

的弹性来保持堆内冷却水压力

稳定。

冷却剂从蒸汽发生器的管内

流过后，经过一回路循环泵又回

到反应堆。一回路循环泵又称主

泵。包括压力容器、蒸汽发生器、

泵、稳压器的整个系统，是一回

路的压力边界。它们都安置在如

图4-6的安全壳内，称之为核岛。

οο

蒸汽发生器内有很多管子（见图4-7）。管子外为二回路的水。一回路的水流过蒸汽发生器管内

时，将携带的热量尽

可能多地交给二回

路里的水，从而使二

回路水变成280C 左

右的、6～7MPa 的高

温蒸汽。所以在蒸汽

发生器里，－回路与

二回路的水在互不

接触的情况下，通过

管壁发生了热交换。

蒸汽发生器是分隔

并连结一、二回路的关键设备。从蒸汽发生器出来

的高温蒸汽，离出来后，剩余的蒸汽又进入低

压汽轮机继续膨胀，推动叶轮转

动。从低压汽轮机出来的蒸汽的

压力已很低，无法再加以利用。

于是在冷凝器里，让这些低压蒸

汽变成水。冷凝水经过预热后，

又回到蒸汽发生器吸收一回路冷

却水的热量，变成高温蒸汽，继

续循环。整个二回路的水就是在

蒸汽发生器，高压、低压汽轮机，

冷凝器和预热器组成的密封系统

内来回往复流动，不断重复由水

变成高温蒸汽，蒸汽冷凝成水，

水又变成高温蒸汽的过程。在这

个过程中，二回路的水从蒸汽发

生器获得能量，将一部分能量交

给汽轮机，带动发电机发电，余

下的大部分不能利用的能量交给冷凝器。

冷却冷凝器用的水在三回路中循环。冷凝器实质上是二回路与三回路之间的热交换器。三回路是一个开式回路，利用它将汽轮机排出的乏汽的难以利用的余热带入江河湖海。在冷凝器里，三回路的水与二回路的水也是互不接触，只是通过冷凝器的管壁交换热量。三回路的用水量是很大的。一座100万千瓦的压水堆，三回路每小时要四十多万吨冷却水。三回路的水与一、二回路的冷却水一样，也需要加以净化，不过净化的要求没有一、二回路那么高。

从1981年第一代杨基商用压水堆电站诞生以来，压水堆的发展和它的燃料元件一样，都经历了几代的改进。压水堆的单堆电功率，已由18．5万千瓦增加到130万千瓦，热能利用效率由28％提高到33％，堆芯功率密度由每升50千瓦提高到约100千瓦，燃料元件的燃耗也加深了三倍。为减少基建投资和降低发电成本，目前－座反应堆只配一台汽轮机。所以随着反应堆功率的增加，汽轮机也越造越大。130万千瓦核电

站的汽轮机长达40

米，配上发电机，整

个汽轮发电机组长5

6米。

压水堆初次装料

后，大约经过一两年

要进行一次更换燃

料组件的操作，我们

称之为首次换料。这

以后，就每年换料一

次。每次换料只需装

卸三分之－的燃料

组件。卸出的燃料组

件，放在反应堆旁边

的贮存水池内。早期

的压水堆换料停堆

四个月，现在换一次

料最短可以两个星期。这就要求压力容器的顶盖、控制棒驱动机构，以及堆内屏蔽层组成为一个整体，顶盖可以－下子

打开，而不能象以前那样一个一个地松开顶盖上的巨大的螺栓。而且换料操作需要采用快速换料机构。换料时间的缩短，有利于核电站更好地为电力用户服务，缩短停电时间，提高利用效率。

压水堆中最关键的设备之一是压力容器，它是不可更换的。一座90或130万千瓦的压水堆，压力容器直径分别为3．99米和4．39米，壁厚0．2米和0．22米。重330吨和418吨，高13米以上。这么巨大的压力容器，它的加工和运输都是－个需要认真对待的问题。

一座这样的压水堆，一回路有三或四条并列的环路。除了压力容器外，主循环泵也是重要设备。每台主循环泵的冷却水流量为每小时两万多吨，泵的电机功率为五千到九千千瓦。泵的关键是保持轴密封，以免堆内带放射性的水外漏。核电站的循环泵除了密封要求严以外，还由于泵放在安全壳内，处于高温、高湿及γ射线辐射的环境下，要求电机的绝缘性能好。放置压力容器、泵、蒸汽发生器和稳压器的安全壳，直径可达四十米，高六七十米（见图4-6）。

到目前为止，核电站的燃料元件、泵、蒸汽发生器、稳压器、压力容器的设

计，正向标准化、系列化的方向发展。核电站的研究工作，主要是为了进一步提

高其安全性和经济性。有关各国在这方面都有庞大的研究计划，并开展广泛的国际合作。民用压水堆核电站从它诞生以后，一直是最安全的工业部门之一，它已经成为一种成熟的堆型。