题目

压水堆是目前全世界核电站普遍采用的堆型,具体介绍一下压水堆核电厂?

提问时间：2021-04-01

答案

压水堆最初是美国为核潜艇设计的一种热堆堆型,用轻水作慢化剂和冷却剂.四十多年来,这种堆型得到了很大的发展,经过一系列的重大改进,已经成为技术上最成熟的一种堆型.当前,压水堆核电厂在核能领域中占有独特的统治地位,而且这种状况可能还要维持几十年.图1-3给出了压水堆核电厂示意图.

 
压水堆核电厂用的轻水有一个明显的缺点,就是沸点低.要使热力系统有较高的热能转换效率,根据热力学原理,核反应堆应有高的堆芯出口温度参数.而要获得高的温度参数,就必须增加冷却剂的系统压力使其处于液相状态.所以压水堆是一种使冷却剂处于高压状态的轻水堆.
 
压水堆核电厂的主要特点如下：
第一,结构紧凑,堆芯的功率密度大.因此,在体积相同的情况下,热堆中压水堆的功率最大.
第二,基于上述特点,再加上轻水的价格便宜,导致压水堆的基建费用低和建设周期短.
第三,必须采用有一定富集度的核燃料.
第四,反应堆堆芯置于承压的压力容器内,高压导致压力容器的制作难度和制作费用的提高.
第五,热效率低.
 
反应堆冷却剂系统由反应堆和若干并联的传热环路组成,每条环路包括一台蒸汽发生器、有关的反应堆冷却剂泵（以下简称“主泵”）、管路和阀门以及控制和保护用的仪表.此外,反应堆冷却剂系统中还包括一台稳压器、一个稳压器卸压箱和若干贯穿件.
 
冷却剂流经的回路称为一回路（详见图1- 3深红色部分）.一回路包含的关键设备有压力容器、蒸汽发生器、主泵、稳压器以及有关阀门等,全部安置在安全壳内（详见图1-3浅蓝色部分）.高强度的压力容器、一回路管道、蒸汽发生器一次侧和阀门等构成了一回路压力边界.
 
冷却剂在压力容器内经过反应堆堆芯,将裂变产生的能量带出压力容器,送入蒸汽发生器,使蒸汽发生器中二回路（详见图1-3黄色和深蓝色部分）的水变成蒸汽.蒸汽再进入汽轮发电机的汽缸做功.冷却剂从蒸汽发生器的管内流过后,经过主泵又回到堆芯.
 
压水堆核电厂冷却剂的入口温度一般在290℃左右,出口温度330℃左右,堆内压力15.5兆帕.以大亚湾核电厂为例,一台电功率984兆瓦的压水堆核电机组,其压力容器内径为3.99米,壁厚0.2米,重330吨,高13米以上.
 
主泵的功用是确保冷却剂在一回路中的循环,以保证链式裂变反应产生的热量被及时载带出来.
稳压器又称压力平衡器,是用来控制反应堆系统压力变化的设备.在正常运行时,起保持压力的作用；在发生事故时,提供超压保护.稳压器里设有加热器和喷淋系统,当反应堆内压力过高时,喷洒冷水降压；当堆内压力太低时,加热器自动加热使水蒸发以增加压力.
 
蒸汽发生器内有很多传热管,一回路和二回路通过蒸汽发生器传递热量.一回路的水流过蒸汽发生器传热管内时,将携带的热量传输给传热管外流动的二回路的水,从而使二回路的水变成280℃左右、6～7兆帕的高温蒸汽.也就是说,在蒸汽发生器里,一回路与二回路的水在互不交混的情况下,通过管壁发生了热交换.蒸汽发生器是分隔一回路和二回路的关键设备.近代压水堆核电厂中,带汽水分离器的饱和蒸汽发生器应用较广.一台百万千瓦级的三环路压水堆核电机组,拥有3台蒸汽发生器,每台蒸汽发生器总高度为19～22米,总重量可达300～400吨,生产的蒸汽可供发出260～340兆瓦的电功率.
 
安全壳用来控制和限制放射性物质从反应堆扩散出去,以保护公众免遭放射性物质的伤害.万一发生反应堆一回路水外逸的失水事故,安全壳是防止裂变产物释放到环境的最后一道屏障.安全壳一般是内衬钢板的预应力混凝土厚壁容器,其内径达40米,内高达60～70米.安全壳内的核反应堆及与反应堆有关的各个系统统称为核岛.
 
汽轮发电机组及其配套设施和它们所在的厂房统称为常规岛.核电厂用的汽轮发电机在构造上与常规火电厂用的大同小异,所不同的是采用饱和蒸汽做功,蒸汽压力和温度都较低,所以同等功率机组的汽轮机体积比常规火电厂的大.冷凝器是二回路和三回路之间的热交换器.冷却冷凝器的水在三回路中流动（详见图1-3绿色部分）.三回路是一个开式回路,可将汽轮机排出的难以利用的低品质热量带入最终热阱——江、河、湖、海或大气.三回路的用水量较火电厂冷却水用量大,以大亚湾核电厂为例,一台电功率984兆瓦的压水堆核电机组,三回路每小时需要超过40万吨冷却水.