核电站工作原理与RCP
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核电站工作基本原理与反应堆冷却剂系统
主讲人：孙一博 2009年12月8日
为什么要发展核电
第一、核电是高效能源，消耗资源少 一座百万千瓦级的燃煤电厂每年要消耗约300万吨原煤，而一座 同样功率的核电站每年仅需补充约30吨核燃料，后者仅为前者的十万分 之一。 第二、核电站是清洁能源，环境污染小 化石燃料的燃烧排放大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和飘尘， 造成全球气温升高，酸雨频降并破坏臭氧层，对人类和环境造成极大威 胁和损害。核电站不会造成这种环境污染，因为它不使用化石燃料。 第三、核电是安全能源，发生事故的可能性小 核电是世界上最安全的行业之一。全世界50年来500多座核电反应 堆在其总共1万2千多堆年的运行历史中，只在上世纪七八十年代发生过 两起堆芯熔化的严重事故。现在核电站的安全性能更好，发生事故的可 能性更小。
14
三、冷却剂的流动 冷却剂通过反应堆压力容器进入反应堆，沿堆 环形空间进入堆芯底部，再向上流入堆芯， 带走燃料元件的核裂变热，从反应堆出口接 管进入蒸发器，把热量传给二回路的给水后， 再经主泵升压返回反应堆。 四、主要特征参数 反应堆额定热功率2905MW,冷却剂压力15.5 MPa， 零功率时堆芯平均温度291.4 ℃，满功率运 行时堆芯平均温度310℃,额定流量3× 23 790m3/h，反应堆进口温度292.7℃,出口温 度327.3℃ ,温升34.6 ℃。
2
核电站的能量的来源于哪里呢？
简单的说，核电站的能量主要来源于铀235的裂变反应。
一个中子轰击铀－235原子核时，这个原子核能分裂成两 个较轻的原子核，同时产生2到3个中了和射线，并放出能 量。 如果新产生的中子又打中另一个铀－235原子核，硬引 起新的 裂变。在链式反应中，能量会源源不断地释放出来。 铀－235裂变放出多少能量呢？ 请记住一个数字，即 1千克铀－235全部裂变放出的能量 相当于2700吨标准煤燃 烧放出的能量。
39
稳压器（PZR）
(设备编码RCP001BA)
Fra Baidu bibliotek
40
主要功能
※ 压力控制——在稳态运行时维持15.5MPa 负荷变化时，利用喷淋和电加热保持一回路 压力恒定。
※ 压力保护——高/低压报警、高/低压停堆、超 过安全阀阈值安全阀自动排放。
※补充RCP水容积变化，作为一回路冷却剂的缓冲 箱，——与RCV系统配合
压水堆燃料组件
棒束长 : 约3~4m 燃料棒的排列：15×15或17×17
燃料棒的排列 15×15 或 17×17
28
燃料元件与燃料组件
燃料元件
燃料组件
29
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
30
蒸汽发生器
31
SG的功能
1、利用一回路冷却剂从反应堆中带出的热量加热二 回路给水并使其产生饱和蒸汽、干燥，供给二回 路合格的蒸汽。 2、是连接一回路和二回路的枢纽（隔离作用、热力 联系）。 3、管板和U形管是反应堆冷却剂压 力边界的一部分。 压水堆核电站普遍采用立式自然循环倒U形管式蒸 汽发生器，每条环路各有一台。ARE001GV、002、 003GV
REA REA
34m3/h
48
谢谢！！！
49
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
压力容器 24
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
35
36
反应堆冷却剂泵（主泵）
37
38
功能及特点
功能：1、用于驱动冷却剂在RCP内的循环流动， 连续不断地将堆芯产生的热量传递给蒸汽发生器 二次侧给水。 2、在冷起动升温升压时，可用于加热冷却剂。
形式：空气冷却、三相感应电动机驱动的立式单 级离心泵，带有可控泄漏轴封装置。
特点：大流量、低扬程。
5、阻止放射性物质扩散——承压边界，第二 道安全屏障
（第一道是燃料元件包壳，第三道是安全 壳） 6、稳压器的安全阀起超压安全保护作用 5、6属于安全功能
18
19
热管段 Φ736.6
冷管段 Φ698.5
过渡段 Φ787.4
20
21
压力容器
22
23
功能
反应堆的心脏
堆芯(活性区)
产生自持链式核裂变反应
下封头
控制棒驱动机构
压力容器
25
压水堆堆芯
新堆装料
堆芯
换料中
堆腔
26
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
返回
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。27
32
蒸汽发生器结构
带有整体汽水分离设备的立式U形管自然循环蒸汽 发生器。 由三部分组成: (1)壳体和封头; (2)自然循环立管式蒸发段管束，使给水加热及汽化 U形传热管：共4474根； (3)双级机械干燥器，将所产生的汽水混合物进行机 械除湿，达到所要求的蒸汽品质。
33
34
γ1 γ2
Δγ＝ γ1 － γ2
蒸汽的产生 蒸汽在汽轮机 中作功
转子带动发电机发电
9
能量转换
核能
动力装置
电能
发电机
蒸汽的动能（热能） 汽轮机
机械能
10
11
安全壳
汽轮机 蒸汽发生器 反应堆
12
反应堆冷却剂系统 （RCP）
13
系统流程
一、系统组成 由反应堆和与其相连的三个环路组成，每条环 路包含一台蒸汽发生器、一台主泵及相应的管 道。一台稳压器是三个环路公用，经波动管连 接在一环路的热管段上。 二、接口 与一回路相连的辅助系统有化学和容积控制系 统、安全注射系统、余热排出系统等。
43
13m 80t
2.5m
60根 24kW
44
45
稳压器卸压箱（RDP）
一、主要功能:
（RCP002BA）
收集、冷凝和冷却稳压器安全阀、余热排出系 统(RRA)安全阀、RCV系统安全阀排放的蒸汽以 及一回路系统阀杆填料装置泄漏的冷却剂。避免 带有放射性的一回路流体对安全壳的污染。
46
47
卸压箱结构原理图
41
※ RCP升压和降压——用于启堆时系
统升压、升温和停堆过程系统降压
※ 除气——排出稳压器内饱和水与饱
和汽以及其它气体。
42
类型及结构
形式为电热喷雾式稳压器 高约13m，直径约2.5m，冷态时内部最小容积 39.75m3，净重80t。 满功率时，上部为蒸汽空间，蒸汽容积15.15m3。 下部为水空间，容积25.18m3 下封头上垂直安装了60根电加热元件，每根功率 24kW
3
核裂变
4
核电站又是如何利用这些能量来 发电的呢？？？
5
`
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
6
核电厂中的能量转换与转递
蒸汽的热能 水的热能 叶轮的机械能 电能
核能
7
核能如何转变成热能
燃料芯块到冷却水 的热量传递 冷却水的载热和热 量释放
8
蒸汽如何转化成电能
15
汽轮发电机组额定电功率983.8MW。 电厂总效率33.87％。 即发电机额定电功率与反应堆输出热功率之比
16
RCP系统功能
17
1、热量传输——使冷却剂循环流动，带出堆芯热量 传至蒸汽发生器再传至二回路给水，同时冷却堆芯， 防止燃料元件烧毁和毁坏。 2、中子慢化——冷却剂兼作慢化剂使中子慢化到热 中子状态。 3、反应性控制——改变控制棒插入深度和调整硼酸 浓度控制反应性的变化。 4、压力控制——用稳压器及卸压箱控制系统压力， 防止堆芯产生偏离泡核沸腾。
主讲人：孙一博 2009年12月8日
为什么要发展核电
第一、核电是高效能源，消耗资源少 一座百万千瓦级的燃煤电厂每年要消耗约300万吨原煤，而一座 同样功率的核电站每年仅需补充约30吨核燃料，后者仅为前者的十万分 之一。 第二、核电站是清洁能源，环境污染小 化石燃料的燃烧排放大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和飘尘， 造成全球气温升高，酸雨频降并破坏臭氧层，对人类和环境造成极大威 胁和损害。核电站不会造成这种环境污染，因为它不使用化石燃料。 第三、核电是安全能源，发生事故的可能性小 核电是世界上最安全的行业之一。全世界50年来500多座核电反应 堆在其总共1万2千多堆年的运行历史中，只在上世纪七八十年代发生过 两起堆芯熔化的严重事故。现在核电站的安全性能更好，发生事故的可 能性更小。
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三、冷却剂的流动 冷却剂通过反应堆压力容器进入反应堆，沿堆 环形空间进入堆芯底部，再向上流入堆芯， 带走燃料元件的核裂变热，从反应堆出口接 管进入蒸发器，把热量传给二回路的给水后， 再经主泵升压返回反应堆。 四、主要特征参数 反应堆额定热功率2905MW,冷却剂压力15.5 MPa， 零功率时堆芯平均温度291.4 ℃，满功率运 行时堆芯平均温度310℃,额定流量3× 23 790m3/h，反应堆进口温度292.7℃,出口温 度327.3℃ ,温升34.6 ℃。
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核电站的能量的来源于哪里呢？
简单的说，核电站的能量主要来源于铀235的裂变反应。
一个中子轰击铀－235原子核时，这个原子核能分裂成两 个较轻的原子核，同时产生2到3个中了和射线，并放出能 量。 如果新产生的中子又打中另一个铀－235原子核，硬引 起新的 裂变。在链式反应中，能量会源源不断地释放出来。 铀－235裂变放出多少能量呢？ 请记住一个数字，即 1千克铀－235全部裂变放出的能量 相当于2700吨标准煤燃 烧放出的能量。
39
稳压器（PZR）
(设备编码RCP001BA)
Fra Baidu bibliotek
40
主要功能
※ 压力控制——在稳态运行时维持15.5MPa 负荷变化时，利用喷淋和电加热保持一回路 压力恒定。
※ 压力保护——高/低压报警、高/低压停堆、超 过安全阀阈值安全阀自动排放。
※补充RCP水容积变化，作为一回路冷却剂的缓冲 箱，——与RCV系统配合
压水堆燃料组件
棒束长 : 约3~4m 燃料棒的排列：15×15或17×17
燃料棒的排列 15×15 或 17×17
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燃料元件与燃料组件
燃料元件
燃料组件
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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
30
蒸汽发生器
31
SG的功能
1、利用一回路冷却剂从反应堆中带出的热量加热二 回路给水并使其产生饱和蒸汽、干燥，供给二回 路合格的蒸汽。 2、是连接一回路和二回路的枢纽（隔离作用、热力 联系）。 3、管板和U形管是反应堆冷却剂压 力边界的一部分。 压水堆核电站普遍采用立式自然循环倒U形管式蒸 汽发生器，每条环路各有一台。ARE001GV、002、 003GV
REA REA
34m3/h
48
谢谢！！！
49
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
压力容器 24
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
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反应堆冷却剂泵（主泵）
37
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功能及特点
功能：1、用于驱动冷却剂在RCP内的循环流动， 连续不断地将堆芯产生的热量传递给蒸汽发生器 二次侧给水。 2、在冷起动升温升压时，可用于加热冷却剂。
形式：空气冷却、三相感应电动机驱动的立式单 级离心泵，带有可控泄漏轴封装置。
特点：大流量、低扬程。
5、阻止放射性物质扩散——承压边界，第二 道安全屏障
（第一道是燃料元件包壳，第三道是安全 壳） 6、稳压器的安全阀起超压安全保护作用 5、6属于安全功能
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热管段 Φ736.6
冷管段 Φ698.5
过渡段 Φ787.4
20
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压力容器
22
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功能
反应堆的心脏
堆芯(活性区)
产生自持链式核裂变反应
下封头
控制棒驱动机构
压力容器
25
压水堆堆芯
新堆装料
堆芯
换料中
堆腔
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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
返回
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。27
32
蒸汽发生器结构
带有整体汽水分离设备的立式U形管自然循环蒸汽 发生器。 由三部分组成: (1)壳体和封头; (2)自然循环立管式蒸发段管束，使给水加热及汽化 U形传热管：共4474根； (3)双级机械干燥器，将所产生的汽水混合物进行机 械除湿，达到所要求的蒸汽品质。
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γ1 γ2
Δγ＝ γ1 － γ2
蒸汽的产生 蒸汽在汽轮机 中作功
转子带动发电机发电
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能量转换
核能
动力装置
电能
发电机
蒸汽的动能（热能） 汽轮机
机械能
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安全壳
汽轮机 蒸汽发生器 反应堆
12
反应堆冷却剂系统 （RCP）
13
系统流程
一、系统组成 由反应堆和与其相连的三个环路组成，每条环 路包含一台蒸汽发生器、一台主泵及相应的管 道。一台稳压器是三个环路公用，经波动管连 接在一环路的热管段上。 二、接口 与一回路相连的辅助系统有化学和容积控制系 统、安全注射系统、余热排出系统等。
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13m 80t
2.5m
60根 24kW
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稳压器卸压箱（RDP）
一、主要功能:
（RCP002BA）
收集、冷凝和冷却稳压器安全阀、余热排出系 统(RRA)安全阀、RCV系统安全阀排放的蒸汽以 及一回路系统阀杆填料装置泄漏的冷却剂。避免 带有放射性的一回路流体对安全壳的污染。
46
47
卸压箱结构原理图
41
※ RCP升压和降压——用于启堆时系
统升压、升温和停堆过程系统降压
※ 除气——排出稳压器内饱和水与饱
和汽以及其它气体。
42
类型及结构
形式为电热喷雾式稳压器 高约13m，直径约2.5m，冷态时内部最小容积 39.75m3，净重80t。 满功率时，上部为蒸汽空间，蒸汽容积15.15m3。 下部为水空间，容积25.18m3 下封头上垂直安装了60根电加热元件，每根功率 24kW
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核裂变
4
核电站又是如何利用这些能量来 发电的呢？？？
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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
6
核电厂中的能量转换与转递
蒸汽的热能 水的热能 叶轮的机械能 电能
核能
7
核能如何转变成热能
燃料芯块到冷却水 的热量传递 冷却水的载热和热 量释放
8
蒸汽如何转化成电能
15
汽轮发电机组额定电功率983.8MW。 电厂总效率33.87％。 即发电机额定电功率与反应堆输出热功率之比
16
RCP系统功能
17
1、热量传输——使冷却剂循环流动，带出堆芯热量 传至蒸汽发生器再传至二回路给水，同时冷却堆芯， 防止燃料元件烧毁和毁坏。 2、中子慢化——冷却剂兼作慢化剂使中子慢化到热 中子状态。 3、反应性控制——改变控制棒插入深度和调整硼酸 浓度控制反应性的变化。 4、压力控制——用稳压器及卸压箱控制系统压力， 防止堆芯产生偏离泡核沸腾。