关于核电厂冷却方式的探讨
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２ １ 年 第 ２期 ０１
Ｎ Ｏ． ２． ２ １ ０１
ｉ ｉ ： ｉ
核 安 全
Ｎｕｃｅａｒ ｌ Ｓａ ｅｔ ｆ ｙ ｉ ｉ ！ ｉ ｉ ｉ ｉ
关 于 核 电厂 冷 却 方 式 的 探 讨
魏 国良，李 帷，汪 萍，商照荣 （ 环境保护部核 与辐射安 全 中心 ，北京
摘
１０ ８ ） ０ ０ ２
核 电厂 ，所有 的废 热 都 必 须 通 过 冷 凝 器 中 的冷 却水 带 出 ，这 就使 得 核 电厂 与煤 电厂 在 水 的消
耗 和水 的利用 方 面存在 一 些差异 。
根 据美 国 国家能 源技术 实 验 室 （ Ｅ Ｌ）数 ＮＴ 据 ，对 煤 电厂 和 核 电 厂不 同 工 况下 的冷 却 水 耗 水 量进 行计算 ，结果 见表 １ 。
上 的核 电厂 可 能被 迫 将 原 有 的一 次 直 流 冷 却 系
统 改 为冷 却 塔 。 目前 ，美 国 的 加 利 福 尼 亚 州 、 纽 约州 和新 泽 西 州 已经 引 入 该 法规 草 案 ，要 求 核 电厂 建 造 冷 却塔 。为 执 行 该要 求 ，纽 约 的 核
电厂运 行可 能需要 额外 花 费 ２ Ｏ亿美 元 ，而新 泽 西 州 的 Ｏ ｓ ｒＣ ｅｋ核 电 厂 可 能 不 得 不 因此 关 ｙｔ ｒｅ ｅ 闭 。美 国环 保 局 关 于 冷 却 水标 准 的发 布 ，可 能
通 过 以下两个 过程 ： （ ） 蒸汽循 环 热转换 １
于电厂冷却水进水系统标准的法规 ，确保冷却
水 进水 系统 采 用 现行 最 佳 技 术 以减 少 对 水 生 生 物 安全 等方 面 的环 境 影 响 。法 规 中要 求 增 加 与 闭路循 环冷 却 等 效 的技 术 。该 法 规 约 束 范 围包 括 ６０个 电厂 ，根 据 法 规 的要 求 ，美 国半 数 以 ７
要 ：美 国环保 局 即将发 布 的冷却 水标 准 ，可 能冲 击核 电厂 现 有 冷却 系统 的 运行 模
式 ，这 引起 了我 们对核 电厂冷却 方 式 的 关 注 和探 讨 。 简要 介 绍 了 国际 上 电厂 主要 冷 却 方
式 ，以及各 国电厂 冷却 系统 的应 用情 况 ，分析 了冷 却 系统 带 来 的环境 和 社会 影 响 ，并探 讨 了对 未来核 电厂 冷却 系统提 出更 高要 求 的意 义 ，最后 提 出 了一 些发展 和 完善 我 国核 电厂 冷
都 被返 回原来 水 源 ，没有 蒸发 损耗 。
差越 大 ，获得 机 械 功 进 而 转 化 为 电能 的效 率 越 高 ，因此 ，电 厂应 该 尽 可 能 地 建 在 非 常 冷 的水
源旁边 。化石燃料 电厂一 些热量 随废 气排 出，
大 型煤 电厂 １ ％ 的废 热 通 过 烟 囱排 出 ，而 对 于 ５
对 核 电厂冷 却方式 产生 重大 影 响。
冷却而言还有额外的要求 。化石燃料电厂停 止
发 电后 热 源 即会 去 除 ，而核 电厂 停 机 后 ，由 于
本文对国际上 电厂 主要冷却方式 ，各 国电
厂冷 却 系统 的应 用 情 况 ， 以及 煤 电 厂 和 核 电 厂 冷 却效率 之 间 的 差 异进 行 了 简要 介 绍 ，分 析 了 冷却 系统 带 来 的 环境 和社 会 影 响 ，并 探讨 了未
放射 性衰变 的持续 ，热量 还会 继 续 产生 。 因此 ， 核 电厂 的安全 运 行 必 须 要 保 证 这 些 热量 能 够被 有效 的去 除 ，核 电厂 通 过设 计 常 规 冷却 和应 急 堆芯 冷却 系统 （ Ｃ Ｓ 两种方 式 来 保证 衰 变热 Ｅ Ｃ）
的排 出 。
来提高核电厂冷却 系统要求 的意义 ，最后提 出 了一些发展和完善我 国核 电厂冷却 系统及标准
的建 议 。
（ ）冷 凝蒸 汽和排 出余 热 ２ 当蒸 汽在 管 道 内冷 凝 成 水 后 ，其 中 的余 热
－
５－ ６
２ １年 第 ２ ０１ 期
ＮＯ． ２． ２０１１
Hale Waihona Puke 核 安 全 Ｎ ｃ ａ ａｅｙ ｕ ｌ ｒＳ ｆｔ ｅ
通过 传递 到 空 气 或 水 体 中而 被 排 出 。这种 冷 却 功 能可 以通 过 以下 ３种方 式来 实现 ： ａ ．直接 冷却 或一 次冷 却 如 果 电厂 靠 近 海 洋 、大 河 或 内 陆 的大 面积 水体 ，则 可 以通 过大量 水 在冷 凝 器 中单 程传 热 ， 然后 排 回水 体 的简 单 方 式 来 实 现 冷 却 。冷却 过 程 中水 温会上 升 几度 ，但 回流量 没 有 多少 损失 。 直 接冷 却是 最 简 单 的冷 却 方 式 。一 次 冷 却 方式 的需水 量大 于二 次 循 环 冷 却 方 式 ，但 取 水 最 后
却 系统及标 准 的建议 。 关 键词 ：核 电厂 ；煤 电厂 ；冷 却方 式 ；一次直 流冷 却 ；冷却塔
１ 引 言
２１ ０ １年 ２月 ，美 国环 保 局 宣布 即将 发 布 关
２ 电厂 冷 却 过 程
蒸 汽循环 电厂 所 需 的 冷 却 量 是 由它 的 热 效 率 决 定 的 ，与 采 用 何 种 燃 料 （ 煤 、气 、铀 如 等 ）没 有任 何关 系 。 目前 ，运 行 的 核 电 厂 热 效 率 比火 电厂 略 低 ，火 电厂 可 以 通 过 废气 释 放 部 分余 热 ，而 核 电 厂 的 冷却 完 全 依 赖 于 水 。冷 却
这 一过程 是 将 热 源 的热 量 传 给 汽 轮 机 。 水 在封 闭 的蒸 汽 循 环 中连续 流 通 ，通 过 系统 的 主 要热 源 时水 被 加 热转 化 为蒸 汽 ，用 于驱 动 涡轮
机做 功 来 发 电。然 后 ，蒸 汽 被 压 缩 冷 凝 ，并 在
压力 下通 过 闭 合 系 统返 回热 源 。所 有 蒸 汽循 环 电厂 都是 通 过 这 种方 式 运 行 的 ，但 对 于核 电厂
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ｉ ｉ ： ｉ
核 安 全
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关 于 核 电厂 冷 却 方 式 的 探 讨
魏 国良，李 帷，汪 萍，商照荣 （ 环境保护部核 与辐射安 全 中心 ，北京
摘
１０ ８ ） ０ ０ ２
核 电厂 ，所有 的废 热 都 必 须 通 过 冷 凝 器 中 的冷 却水 带 出 ，这 就使 得 核 电厂 与煤 电厂 在 水 的消
耗 和水 的利用 方 面存在 一 些差异 。
根 据美 国 国家能 源技术 实 验 室 （ Ｅ Ｌ）数 ＮＴ 据 ，对 煤 电厂 和 核 电 厂不 同 工 况下 的冷 却 水 耗 水 量进 行计算 ，结果 见表 １ 。
上 的核 电厂 可 能被 迫 将 原 有 的一 次 直 流 冷 却 系
统 改 为冷 却 塔 。 目前 ，美 国 的 加 利 福 尼 亚 州 、 纽 约州 和新 泽 西 州 已经 引 入 该 法规 草 案 ，要 求 核 电厂 建 造 冷 却塔 。为 执 行 该要 求 ，纽 约 的 核
电厂运 行可 能需要 额外 花 费 ２ Ｏ亿美 元 ，而新 泽 西 州 的 Ｏ ｓ ｒＣ ｅｋ核 电 厂 可 能 不 得 不 因此 关 ｙｔ ｒｅ ｅ 闭 。美 国环 保 局 关 于 冷 却 水标 准 的发 布 ，可 能
通 过 以下两个 过程 ： （ ） 蒸汽循 环 热转换 １
于电厂冷却水进水系统标准的法规 ，确保冷却
水 进水 系统 采 用 现行 最 佳 技 术 以减 少 对 水 生 生 物 安全 等方 面 的环 境 影 响 。法 规 中要 求 增 加 与 闭路循 环冷 却 等 效 的技 术 。该 法 规 约 束 范 围包 括 ６０个 电厂 ，根 据 法 规 的要 求 ，美 国半 数 以 ７
要 ：美 国环保 局 即将发 布 的冷却 水标 准 ，可 能冲 击核 电厂 现 有 冷却 系统 的 运行 模
式 ，这 引起 了我 们对核 电厂冷却 方 式 的 关 注 和探 讨 。 简要 介 绍 了 国际 上 电厂 主要 冷 却 方
式 ，以及各 国电厂 冷却 系统 的应 用情 况 ，分析 了冷 却 系统 带 来 的环境 和 社会 影 响 ，并探 讨 了对 未来核 电厂 冷却 系统提 出更 高要 求 的意 义 ，最后 提 出 了一 些发展 和 完善 我 国核 电厂 冷
都 被返 回原来 水 源 ，没有 蒸发 损耗 。
差越 大 ，获得 机 械 功 进 而 转 化 为 电能 的效 率 越 高 ，因此 ，电 厂应 该 尽 可 能 地 建 在 非 常 冷 的水
源旁边 。化石燃料 电厂一 些热量 随废 气排 出，
大 型煤 电厂 １ ％ 的废 热 通 过 烟 囱排 出 ，而 对 于 ５
对 核 电厂冷 却方式 产生 重大 影 响。
冷却而言还有额外的要求 。化石燃料电厂停 止
发 电后 热 源 即会 去 除 ，而核 电厂 停 机 后 ，由 于
本文对国际上 电厂 主要冷却方式 ，各 国电
厂冷 却 系统 的应 用 情 况 ， 以及 煤 电 厂 和 核 电 厂 冷 却效率 之 间 的 差 异进 行 了 简要 介 绍 ，分 析 了 冷却 系统 带 来 的 环境 和社 会 影 响 ，并 探讨 了未
放射 性衰变 的持续 ，热量 还会 继 续 产生 。 因此 ， 核 电厂 的安全 运 行 必 须 要 保 证 这 些 热量 能 够被 有效 的去 除 ，核 电厂 通 过设 计 常 规 冷却 和应 急 堆芯 冷却 系统 （ Ｃ Ｓ 两种方 式 来 保证 衰 变热 Ｅ Ｃ）
的排 出 。
来提高核电厂冷却 系统要求 的意义 ，最后提 出 了一些发展和完善我 国核 电厂冷却 系统及标准
的建 议 。
（ ）冷 凝蒸 汽和排 出余 热 ２ 当蒸 汽在 管 道 内冷 凝 成 水 后 ，其 中 的余 热
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２ １年 第 ２ ０１ 期
ＮＯ． ２． ２０１１
Hale Waihona Puke 核 安 全 Ｎ ｃ ａ ａｅｙ ｕ ｌ ｒＳ ｆｔ ｅ
通过 传递 到 空 气 或 水 体 中而 被 排 出 。这种 冷 却 功 能可 以通 过 以下 ３种方 式来 实现 ： ａ ．直接 冷却 或一 次冷 却 如 果 电厂 靠 近 海 洋 、大 河 或 内 陆 的大 面积 水体 ，则 可 以通 过大量 水 在冷 凝 器 中单 程传 热 ， 然后 排 回水 体 的简 单 方 式 来 实 现 冷 却 。冷却 过 程 中水 温会上 升 几度 ，但 回流量 没 有 多少 损失 。 直 接冷 却是 最 简 单 的冷 却 方 式 。一 次 冷 却 方式 的需水 量大 于二 次 循 环 冷 却 方 式 ，但 取 水 最 后
却 系统及标 准 的建议 。 关 键词 ：核 电厂 ；煤 电厂 ；冷 却方 式 ；一次直 流冷 却 ；冷却塔
１ 引 言
２１ ０ １年 ２月 ，美 国环 保 局 宣布 即将 发 布 关
２ 电厂 冷 却 过 程
蒸 汽循环 电厂 所 需 的 冷 却 量 是 由它 的 热 效 率 决 定 的 ，与 采 用 何 种 燃 料 （ 煤 、气 、铀 如 等 ）没 有任 何关 系 。 目前 ，运 行 的 核 电 厂 热 效 率 比火 电厂 略 低 ，火 电厂 可 以 通 过 废气 释 放 部 分余 热 ，而 核 电 厂 的 冷却 完 全 依 赖 于 水 。冷 却
这 一过程 是 将 热 源 的热 量 传 给 汽 轮 机 。 水 在封 闭 的蒸 汽 循 环 中连续 流 通 ，通 过 系统 的 主 要热 源 时水 被 加 热转 化 为蒸 汽 ，用 于驱 动 涡轮
机做 功 来 发 电。然 后 ，蒸 汽 被 压 缩 冷 凝 ，并 在
压力 下通 过 闭 合 系 统返 回热 源 。所 有 蒸 汽循 环 电厂 都是 通 过 这 种方 式 运 行 的 ，但 对 于核 电厂