第三章压水堆核电厂

燃料组件
1.燃料元件棒
每根燃料元件棒有 271块芯块，长3852mm， 外径9.5mm 冲有2.0MPa的氮气
上下都留有间隙
（1）燃料芯块 －由低富集度的UO2粉末，冷压，高温烧结。 直径8.19mm，高13.5mm；最高工作温度 2590℃<2800 ℃。 －热膨胀，致密化，肿胀，裂缝，释放裂变 气体
控制材料类型
控制棒
银－铟－镉合金材料，可移动
控制毒物
固定在堆内 用于在反应堆装料初期吸收中子
硼酸溶液
可缓慢地调节中子的浓度
控制 棒驱 动机 构
控制棒组件及控制棒驱动机构
控制棒驱动 机构 控制棒组件
控 制 棒
控制棒组件 1.结构 2.吸收剂特性： 耐高温＋高温水中耐腐蚀 机械强度和加工性能 强烈吸收中子能力 3.分类
功能
堆芯(活性区)
反应堆的心脏 产生自持链式核裂变反应 以热的形式释放裂变能
组成
核燃料组件：核燃料是由易裂变核素制成， 通常还含有可转变核素 慢化剂：使中子慢化，仅热中子堆有 控制材料：控制中子数
控制棒组件 可燃毒物 可溶毒物
控制棒 燃料组件
冷却剂：吸收热量 并带出堆芯
压水堆的主要特性
核燃料：低浓缩铀，~3％富集度 慢化剂：轻水 冷却剂：轻水 回 路：二个回路 压 力：一回路：15.4Mpa，二回路：~5.5Mpa
wk.baidu.com 一回路水保持在不发生整体沸腾 二回路为蒸发器出口饱和蒸汽
蒸汽温度：饱和蒸汽 换 料：12个月18个月
核电站系统原理图
主系统
反应堆冷却剂系统 Coolant System
压力容器 Pressure Vessel, Reactor Vessel 主泵，冷却剂泵 Main Pump，Reactor Coolant Pump (RCP) 蒸气发生器 Steam Generator 稳压器 Pressurizer 主管道 Main Pipe
反应堆冷却剂系统
Reactor Coolant System (RCS)
名称
• 反应堆冷却剂系统 Reactor Coolant System • 一次侧冷却剂系统 Primary Coolant System • 一回路 Primary Loop • 主系统
主管道 Main pipe
一回路系统, 核蒸汽供应系统
压力容器
反应堆压力容器
秦山核电二期压力容器
压力容器特性
作用
以铀或钚作核燃料，可控地进行链式裂变反应， 并持续不断地将裂变能量带出作功的一种特殊 的原子锅炉
形式
外形直径约5米，壁厚约200毫米，总高约13米 的圆柱形反应容器 工作压力：15.5Mpa
压水堆堆芯
新堆装料
堆芯
换料中
堆腔
核心部件，产生核能，并变成热能。
堆芯下部支承构件 包括：吊蓝，堆芯支承板，围板，辐板组 件，堆芯下栅格板，热屏蔽，辐照样品管 以及二次支承组件。
1.吊栏 高8.2m，壁厚51mm， 不锈钢圆筒。上端 法兰，下端焊在厚 500mm的堆芯支承 板上。 堆芯支承板是一块锻 制件。吊蓝上部法 兰挂在压力容器内 壁的凸肩上。流水 孔。 下端外壁径向焊有定 位键，与压力容器 内壁上焊接的键槽 配合。
（2）燃料包壳 外径9.5mm，厚度0.57mm，主要成分为锆， 主要原因是： －几乎不吸收中子 －具有良好的机械性能（抗蠕变和良好 延展性） －很少的氚穿过Zr管被扩散 －正常，不与水反应 －熔点高（1800 ℃ ）
控制棒与控制材料
功能和要求
控制反应堆中的中子数量 控制中子数量的材料叫做控制材料或称中子吸收体，被放在燃料棒 束之间 使用吸收中子能力很大的材料 调节功率 停止核裂变反应
堆芯其他相关组件 1.可燃毒物组件 材料：用304不锈 钢作为包壳，两端 用端塞焊接密封。 包壳内放置硼玻璃 管芯体，SiO2＋ B2O3
2.中子源组件 原因 分类： －初级，用Po－Be源或者Cf源 －次级
堆内构件
堆内构件支承和固定堆芯组件。分为下部支承构 件和上部支承构件。 主要功能： 1. 支承和固定堆芯组件，承受堆芯重量； 2. 确保控制棒驱动线的对中，为控制棒运动导向； 3. 构成冷却剂流道，合理分配流量并尽可能减少堆 内无效流量； 4. 为压力容器提供热屏蔽，减少它受中子和γ射线 的照射； 5. 为堆内测量提供安装和固定设施； 6. 为压力容器的材料辐照监督试验提供存放试样的 场所。
组成
压水堆压力容器 两条至四条并联的环路 稳压器系统
主参数
一次冷却剂的工作压力通常为15.2~15.5MPa 正常运行时由稳压器控制使压力保持在规定限值以内，并由卸压阀 和安全阀提供超压保护 一次冷却剂的平均温度通常为300~310℃ 其反应堆出口温度通常为315~330℃ 反应堆进出口温差在满功率时约30℃
第三章压水堆核电厂
反应堆的类型
分类的方法
按能量产生的原理分：裂变堆、聚变堆 按冷却剂种类分：轻水堆、重水堆、气冷堆、液态金 属堆、熔盐堆等 按慢化剂种类分：轻水堆、重水堆、石墨堆 按引起裂变的中子能量分：热中子堆、快中子堆 按系统设计的先进性分：第一代、第二代、第三代、 第四代反应堆 按反应堆的用途分：商用电站堆、试验堆、同位素生 产堆、军用堆、海水淡化堆、供热堆、陆上堆、船用 堆、增殖堆
2.围板组件
冷却剂泵（主泵）
飞轮
电机轴
泵轴
冷却剂出口
冷却剂入口
主 泵
岭澳核电站主泵
冷却剂泵特性
作用
通过推动冷却剂流动将反应堆热量送到蒸汽发 生器，传递给二回路给水
形式
主泵采用直立式、单级、混流式轴封泵 泵和电机分开，电动机在上部 电动机上设有飞轮，以增加泵的转动惯量
特性
为一回路中高速转动的设备 当主泵断电时，泵仍能继续转动几分钟 为防止带放射性的冷却水泄漏，泵轴上设有三 道密封，由两道流体静压和一道机械密封串联 组成
余热排出系统
作用
用于冷停堆时排出堆芯余热的系统，亦称停堆冷却系统 很多核电厂中，本系统还兼作安全注射系统的低压注射分系 统
蒸汽发生器
steam generators
干燥器
dryer
汽水分离器
steam separator
给水入口
feedwater intake
环形下降 通道
U型传热管
U-type tube bundle
秦山二期
蒸 汽 发 生 器
蒸发器实物
岭澳 东方锅炉厂
秦山三期
秦山二期
蒸发器穿管－岭澳
蒸汽发生器特性
岭澳核电站
稳压器特性
作用
补偿一回路冷却水温度变化引起的回路水容积的变化 调节和控制一回路系统冷却剂的工作压力
结构
直立式电加热稳压器 结构呈圆柱形筒体 容器顶部设置有抑制压力升高的喷雾器（喷淋） 底部设有升高压力的电加热元件
工作状态
正常运行时，稳压器内一半容积为水，另一半为保持 一定压力的蒸汽 开启电加热元件可使热水汽化，从而提高压力 上部喷雾冷水，可使蒸汽凝结降低压力
反应堆冷却剂系统流程图
MS
蒸发器
稳压器 FW 蒸发器
稳压器
MS
FW
蒸发器 HTR
HTR
A 主泵 主泵
B
主泵
压力容器
作用： • 安置堆芯、控制裂变链式反应、导出热量、产生 蒸气的重要系统 • 放射性的第二道屏障 • 构成主系统的压力边界
反应堆的基本结构
反应堆的组成
堆芯 冷却剂系统 核燃料组件 控制棒组件和驱动机构 反应堆压力容器和堆内构件
安全壳喷淋系统 主蒸汽系统
主蒸汽排放系统 反 应 堆 冷 却 剂 循 环 系 统 事故给水系统
循环水系统
凝结水给水系统
安全注射系统 化学和容积控制 系统
一回路与核岛
二回路与常规岛
核电厂的主系统（压水堆）
一回路系统 Primary Loop System 核蒸汽供应系统 Nuclear Steam Supply System, NSSS 主系统 辅助系统 二回路系统 Second Loop System 主给水系统 Feedwater System 主蒸汽系统 Main Steam System 专设安全设施 安全注射系统 Safety Injection System（应急堆芯冷 却系统 Emergency Core Cooling System, ECCS） 安全壳系统 Contaiment System 安全壳喷淋系统 Contaiment Spray System
稳压器系统
电加热器, heater elements 喷淋系统, sprayer system 压力保护系统, pressure protection system
辅助系统
化学容积控制系统 Chemical Volume Control System, CVCS 余热排出系统，Residual Heat Remove System, RHRS 安全注射系统，应急堆芯冷却系统，Safety Injection System, Emergency Core Cooling System
作用
将反应堆的热能传递给二回路介质以产生蒸汽的热交 换设备
形式
它采用带汽水分离器的饱和蒸汽 自然循环蒸汽发生器
结构
直立式倒U型传热管束 管板 三级汽水分离器 外壳容器 环型管下降通道
稳压器
Pressurizer
喷淋 spray
秦山二期核电站
电加热器
Electrical Heater
主管道
化学和容积控制系统
作用
一次冷却剂系统中的一个重要辅助系统 用于调节一次冷却剂中硼的浓度以补偿反应性变化 补充和保持压力边界内冷却剂的容积 连续净化一次冷却剂
功能
在核电厂反应堆正常运行及停堆时，净化一次冷却剂，使其 保持规定的水质指标 补偿一次冷却剂由于其温度的变化、流失或添加所引起的容 积变化 调节一次冷却剂中的硼浓度，以补偿由一次冷却剂温度变化 、氙毒、燃耗等物理参数变化所引起的反应性的缓慢变化， 并在维修或换料时提供足够的停堆深度 作为安全注射系统的补充，在事故工况时，将含硼水注入一 次冷却剂系统 提供主泵轴封水并收集轴封回流水 向换料水箱及乏燃料池提供含硼水
安全壳
汽轮机 蒸汽发生器 反应堆
核电站厂房
安全壳厂房 汽轮发电机厂房
一回路辅助厂房
压水堆核电站布置图
除氧器
乏燃料池
主控室
汽水分离再 加热器
换料水池
硼酸箱
岭澳核电厂平面布置图
蒸汽
稳压器
汽轮机 发电机
压力容器
蒸发器
输配电
主泵
水
水 主管道
二回路
冷凝器
一回路
基本参数： 一回路：压力154 bar, 高压水 二回路：压力~55bar, 出口饱和蒸汽
高压安注系统，High-pressure Injection System 蓄压箱系统（中压安注） Accumulator 低压安注系统, Low-pressure Injection System
反应堆冷却剂系统的特性（1）
功能
在核电厂正常运行期间，由反应堆冷却剂冷却堆芯，同时导出堆芯 产生的热量，通过蒸汽发生器加热二回路侧水产生蒸汽发电 在其他工况下为堆芯提供冷却条件(见余热排出系统、安全注射系统) 控制一次冷却剂中的硼含量以补偿和控制反应性 以一次冷却剂系统的压力边界作为防止放射性物质向外释放的一道 重要屏障 冷却剂兼作慢化剂和反射层
压 上封头 力 容 堆芯吊兰 器 和 上隔板 堆 内 围板 构 下隔板 堆芯支撑部件 件
下封头
控制棒驱动机构
压力容器
反应堆的组成
燃料组件 燃料棒 燃料组件
控制棒
冷却剂（慢化剂）人口
燃料芯块 燃料芯块
控制棒
燃料组件
安置核材料的物 体—燃料棒； 冷却燃料棒和带 走能量的载体— 冷却剂； 使中子慢化的物 体—慢化剂； 控制棒组件 控制中子数量， 即控制功率的物 体—控制棒。
反应堆冷却剂系统的特性（2）
设备要求
本系统所有承压边界的设备及管道均属于核安全1级和 抗震Ⅰ类
布置要求
本系统全部布置在安全壳内，以防止放射性物质向环 境泄漏 把各设备和管道按隔离原则分别布置在安全壳的各个 隔离室内，以防止飞射物损坏本系统设备 应使蒸汽发生器的位置高于反 应堆位置，以保证系统 具有足够的自然循环能力，在主泵失效时也能排出堆 芯余热