核电站 工作原理 分类.doc

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一、核电站工作原理
1、什么叫核电站？ ? 核电站就是利用一座或若干座动力反应堆 所产生的热能来发电或发电兼供热的动力 设施。反应堆是核电站的关键设备，链式 裂变反应就在其中进行。
将原子核裂变释放的核能转换成热能，
再转变为电能的系统和设施，通常称为 核电站。
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一、核电站工作原理
2、核电站工作原理 ? 核电厂用的燃料是铀。用铀制成的核燃料 核电厂用的燃料是铀 在“反应堆”的设备内发生裂变而产生大 反应堆” 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 汽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。 核电站工作流程原理1 核电站工作流程原理1 ；图2
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二、核电站类型
目前世界上核电站常用的反应堆有压水堆、 目前世界上核电站常用的反应堆有压水堆、
沸水堆、重水堆和改进型气冷堆以及快堆 等。但用的最广泛的是压水反应堆。压水 但用的最广泛的是压水反应堆。压水 反应堆是以普通水作冷却剂和慢化剂，它 是从军用堆基础上发展起来的最成熟、最 成功的动力堆堆型。 ? 压水堆核电站占全世界核电总容量的60% 压水堆核电站占全世界核电总容量的60% 以上。
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二、核电站类型
1、压水堆核电站 以压水堆为热源的核电站。图 以压水堆为热源的核电站。图 ? 它主要由核岛和常规岛组成。 它主要由核岛和常规岛组成。 ? 压水堆核电站核岛中的四大部件是蒸汽发 生器、稳压器、主泵和堆芯。 ? 在核岛中的系统设备主要有压水堆本体， 一回路系统，以及为支持一回路系统正常 运行和保证反应堆安全而设置的辅助系统。 常规岛主要包括汽轮机组及二回等系统， 其形式与常规火电厂类似。
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二、核电站类型
2、沸水堆核电站 以沸水堆为热源的核电站。图 以沸水堆为热源的核电站。图 ? 沸水堆是以沸腾轻水 为慢化剂和冷却剂并在反应 堆压力容器内直接产生饱和蒸汽的动力堆。 ? 沸水堆与压水堆同属轻水堆，都具有结构紧凑、 安全可靠、建造费用低和负荷跟随能力强等优点。 它们都需使用低富集铀作燃料。 ? 沸水堆核电站系统有：主系统（包括反应堆）； 沸水堆核电站系统有：主系统（包括反应堆）； 蒸汽-给水系统；反应堆辅助系统等。 蒸汽-给水系统；反应堆辅助系统等。
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二、核电站类型
3、重水堆核电站 图 ? 以重水堆为热源的核电站。重水堆是以重 水作慢化剂的反应堆，可以直接利用天然 铀作为核燃料。重水堆可用轻水或重水作 冷却剂，重水堆分压力容器式和压力管式 两类。 ? 重水堆核电站是发展较早的核电站，有各 种类别，但已实现工业规模推广的只有加 拿大发展起来的坎杜型压力管式重水堆核 电站。
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二、核电站类型
4、快堆核电站 图 ? 由快中子引起链式裂变反应所释放出 来的热能转换为 电能的核电站。快堆在运行中既消耗裂变材料，又生产 新裂变材料，而且所产可多于所耗，能实现核裂变材料 的增殖。 ? 目前，世界上已商业运行的核电站堆型，如压水堆、沸 水堆、重水堆、石墨气冷堆等都是非增殖堆型，主要利 用核裂变燃料，即使再利用转换出来的钚-239等易裂变 用核裂变燃料，即使再利用转换出来的钚-239等易裂变 材料，它对铀资源的利用率也只有1 材料，它对铀资源的利用率也只有1％—2％，但在快堆 中，铀-238原则上都能转换成钚-239而得以使用，但考 中，铀-238原则上都能转换成钚-239而得以使用，但考 虑到各种损耗，快堆可将铀资源的利用率提高到60％ 虑到各种损耗，快堆可将铀资源的利用率提高到60％— 70％。 70％。
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二、核电站类型
世界上目前建造核电站情况 ? 核电自50年代中期问世以来，目前已取得长足的 核电自50年代中期问世以来，目前已取得长足的
发展。到1999年中期，世界上共有436座发电用 发展。到1999年中期，世界上共有436座发电用 核反应堆在运行，总装机容量为350676兆瓦。 核反应堆在运行，总装机容量为350676兆瓦。 正在建造的发电反应堆有30座，总装机容量为 正在建造的发电反应堆有30座，总装机容量为 21642兆瓦。 21642兆瓦。 ? 目前世界上有33个国家和地区有核电厂发电，核 目前世界上有33个国家和地区有核电厂发电，核 发电量占世界总发电量的17％，其中有十几个国 发电量占世界总发电量的17％，其中有十几个国 国家和地区核电发电量超过各种的总发电量的四 分之一，有的国家超过70％。据资料估计，到 分之一，有的国家超过70％。据资料估计，到 2005年核电厂装机容量将达到388567兆瓦 2005年核电厂装机容量将达到388567兆瓦
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三、核反应堆介绍
核反应堆是一个能维持和控制核裂变链式反应，从
而实现核 能热能转换的装置。核反应堆结构图 能热能转换的装置。核反应堆结构图 1、核反应堆类型 （1）根据用途，核反应堆可以分为以下几种类型①将 ）根据用途，核反应堆可以分为以下几种类型①将 中子束用于实验或利用中子束的核 反应，包括研究 堆、材料实验等。②生产放射性同位素的核反应堆。 ③生产核裂变物质的核反应堆，称为生产堆。④提 供取暖、海水淡化、化工等用的热量的核反应堆， 比如多目的堆。⑤为发电而发生热量的核反应，称 比如多目的堆。⑤为发电而发生热量的核反应，称 为发电堆。⑥用于推进船舶、飞机、火箭等到的核 为发电堆。⑥用于推进船舶、飞机、火箭等到的核 反应堆，称为推进堆。 （2）根据燃料类型分为天然气铀堆、浓缩铀堆、钍堆； （3）根据中子能量分为快中子堆和热中子堆； ）根据中子能量分为快中子堆和热中子堆；
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三、核反应堆介绍
1、核反应堆类型 （4）根据冷却剂(载热剂)材料分为水冷堆、气冷 ）根据冷却剂(载热剂) 堆、有机液冷堆、液态金属冷堆； （5）根据慢化剂(减速剂)分为石墨堆、重水堆、 ）根据慢化剂(减速剂)分为石墨堆、重水堆、 压水堆、沸水堆、有机堆、熔盐堆、铍堆； 压水堆、沸水堆、有机堆、熔盐堆、铍堆； （6）根据中子通量分为高通量堆和一般能量堆； （7）根据热工状态分为沸腾堆、非沸腾堆、压水 堆； （8）根据运行方式分为脉冲堆和稳态堆，等等。 核反应堆概念上可有900多种设计，但现实上非 核反应堆概念上可有900多种设计，但现实上非 常有限。
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三、核反应堆介绍
2、核反应堆的工作原理 ? 原子由原子核与核外电子组成。原子核由质子与 中子组成。当铀—235的原子核受到外来中子轰击 中子组成。当铀—235的原子核受到外来中子轰击 时，一个原子核会吸收一个中子分裂成两个质量 较小的原子核，同时放出2 较小的原子核，同时放出2—3个中子。这裂变产 生的中子又去轰击另外的铀—235原子核，引起新 生的中子又去轰击另外的铀—235原子核，引起新 的裂变。如此持续进行就是裂变的链式反应。链 式反应产生大量热能。用循环水(或其他物质) 式反应产生大量热能。用循环水(或其他物质)带 走热量才能避免反应堆因过热烧毁。导出的热量 可以使水变成水蒸气，推动气轮机发电。 ? 核反应堆的合理结构应该是：核燃料＋慢化剂＋ 核反应堆的合理结构应该是：核燃料＋慢化剂＋ 热载体＋控制设施＋防护装置。
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三、核反应堆介绍
3、核反应堆具有哪些用途 ? 核裂变时既释放出大量能量、又释放出大量中子。核 反应堆有许多用途，但归结起来，一是利用裂变核能， 反应堆有许多用途，但归结起来，一是利用裂变核能， 二是利用裂变中子。 ? 核能主要用于发电，但它在其它方面也有广泛的应用。 例如核能供热、核动力等。 ? 核供热是一种前途远大的核能利用方式。清华大学在 五兆瓦的低温供热堆上已经进行过成功的试验。 ? 核供热的另一个潜在的大用途是海水淡化。 ? 它可作为火箭、宇宙飞船、人造卫星、潜艇、航空母 舰等的特殊动力。将来核动力可能会用于星际航行。
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四、核能是清洁的能源
目前环境污染问题大部分是由使用化石燃料引起
的，化石燃料燃烧会放出大量的烟尘、二氧化碳、 二氧化硫、氮氧化物等，由二氧化碳等有害气体 造成的“温室效应” 造成的“温室效应”，将使地球气温升高，会造 成气候异常，加速土地沙漠化过程，给社会经济 的可持续发展带来灾难性的影响，核电站并不排 放这些有害物质，不会造成“温室效应” 放这些有害物质，不会造成“温室效应”，与火 电厂相比，它能大大改善环境质量，保护人类赖 以生存的生态环境等 。 核电站是安全、经济、干净的能源，与火电站相 比，更有利于保护环境 。
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核电厂和火电厂对环境影响的比较（电功率100兆瓦） 核电厂和火电厂对环境影响的比较（电功率100兆瓦） 居民受到 氧化硫排 烟灰和殊 氧化氮排 危害健康 的 的辐射剂 放量（吨 物质（吨 放量 量 /年） /年） （吨/ （吨/年） 相对指数 46000燃煤发电 46000厂 0.048 127500 压水堆核 0 电站： 0.018 3500 262502625030000 0
SO：32000 SO： NOx： NOx：4530 烟 灰：1100 灰：1100
0
氪氙 1 磷 20
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四、核电站是经济的能源
世界上有核电国家的多年统计资料表明，
虽然核电站的比投资高于燃煤电厂，但是， 由于核燃料成本显著地低于燃煤成本，以 及燃料是长期起作用的因素，这就使得目 前核电站的总发电成本低于烧煤电厂。
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六、核能是可持续发展的能源
世界上已探明的铀储量约490万吨，钍储量约 世界上已探明的铀储量约490万吨，钍储量约
275万吨。这些裂变燃料足够使用到聚变能时代。 275万吨。这些裂变燃料足够使用到聚变能时代。 聚变燃料主要是氘和锂，海水中氘的含量为 0.034克 升，据估计地球上总的水量约为138亿 0.034克/升，据估计地球上总的水量约为138亿 40万亿吨，地球上的 亿立方米，其中氘的储量约40 亿立方米，其中氘的储量约40万亿吨，地球上的 锂储量有2000 锂储量有2000多亿吨，锂可用来制造氚，足够人 2000多亿吨，锂可用来制造氚，足够人 类在聚变能时代使用。 ? 按目前世界能源消费的水平，地球上可供原子核 聚变的氘和氚，能供人类使用上千亿年。因此， 有些能源专家认为，只要解决了核聚变技术，人 类就将从根本上解决了能源问题。
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八、核电站在设计上所采取的安全措施
1、四重屏障： ? 裂变产生的放射性物质 90％以上滞留于燃 90％以上滞留于燃 料芯块中； ? 密封的燃料包壳；图 密封的燃料包壳；图 ? 坚固的压力容器和密闭的回路系统；图 坚固的压力容器和密闭的回路系统；图 ? 能承受内压的安全壳。图 能承受内压的安全壳。图
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八、核电站在设计上所采取的安全措施
2、多重保护： ? 在出现可能危及设备和人身的情况时， ? 进行正常停堆； ? 因任何原因未能正常停堆时，控制棒自动 落入堆内，实行自动紧急停堆； ? 如任何原因 使控制棒未能插入，高浓度硼 酸水自动喷入堆内，实现自动紧急停堆。
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八、核电站在设计上所采取的安全措施
3. 核电厂在管理方面采取的安全措施 ? 核电厂有着严密的质量保证体系，对选址、设计、 建造、调试和运行等各个阶段的每一项具体活动 都有单项的质量保证大纲。 ? 另外，还实行内部和外部监查制度，监督检查质 量保证大纲的实施情况和是否起到应有的作用。 另外对参加核电厂工作的人员的选择、培训、考 核和任命有着严格的规定。领取操纵员执照，然 后才能上岗，还要进行定期考核，不合格者将被 取消上岗资格。
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八、核电站在设计上所采取的安全措施
4、核电厂发生自然灾害时，它能安全停闭 ? 在核电厂设计中，始终把安全放在第一位，在设计上 考虑了当地可能出现的最严重的地震、海啸、热带风 暴、洪水等自然灾害,>即使发生了最严重的自然灾 暴、洪水等自然灾害,>即使发生了最严重的自然灾 害,>反应堆也能安全停闭，不会对当地居民和自然环 ,>反应堆也能安全停闭，不会对当地居民和自然环 境造成危害。 ? 在核电厂设计中甚至还考虑了厂区附近的堤坝坍塌、 飞机附毁、交通事故和化工厂事故之类的事件，例如 一架喷气式飞机在厂区上空坠毁，而且碰巧落到反应 堆建筑物上，设计要求这时反应堆还是安全的。
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八、核电站在设计上所采取的安全措施
5、核电站的纵深防御措施 ? 核电站的设计、建造和运行，采用了纵深防御的原则，从设备 上和措施上提供多层次的重叠保护，确保放射性物质能有效地 包容起来不发生泄漏。纵深防御包括以下五道防线： 包容起来不发生泄漏。纵深防御包括以下五道防线： ? 第一道防线：精心设计，精心施工，确保核电站的设备精良。 有严格的质量保证系统，建立周密的程序，严格的制度和必要 的监督，加强对核电站工作人员的教育和培训，使人人关心安 全，人人注意安全，防止发生故障。 ? 第二道防线：加强运行管理和监督，及时正确处理不正常情况， 排除故障。 ? 第三道防线：设计提供的多层次的安全系统和保护系统，防止 设备故障和人为差错酿成事故。 ? 第四道防线：启用核电站安全系统，加强事故中的电站管理， 防止事故扩大。 ? 第五道防线：厂内外应急响应计划，努力减轻事故对居民的影 21 响。
八、核电站在设计上所采取的安全措施
6、核电站废物严格遵照国家标准，对人民生活不会产 生有害影响 ? 核电厂的三废治理设施与主体工程同时设计，同时施 工，同时投产，其原则是尽量回收，把排放量减至最 小，核电厂的固体废物完全不向环境排放，放射性液 体废物转化为固体也不排放；像工作人员淋浴水、洗 涤水之类的低放射性废水经过处理、检测合格后排放； 气体废物经过滞留衰变和吸附，过滤后向高空排放。 ? 核电厂废物排放严格遵照国家标准，而实际排放的 放射性物质的量远低于标准规定的允许值。所以，核 电厂不会对给人生活和工农业生产带来有害的影响。
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九、核电站系统
1、核电站系统（三个回路）图1；图2；图3 、核电站系统（三个回路） ? 一回路：反应堆冷却剂（硼水）在主泵的驱动下进入反 一回路：反应堆冷却剂（硼水）在主泵的驱动下进入反 应堆，流经堆芯后从反应堆容器的出口管流出，进入蒸 汽发生器，然后回到主泵，这就是反应堆冷却剂的循环 汽发生器，然后回到主泵，这就是反应堆冷却剂的循环 流程（亦称一回路流程）。 ? 二回路：在循环流动过程中，反应堆冷却剂从堆芯带走 二回路：在循环流动过程中，反应堆冷却剂从堆芯带走 核反应产生的热量，并且在蒸汽发生器中，在实体隔离 的条件下将热量传递给二回路的水。二回路水被加热， 的条件下将热量传递给二回路的水。二回路水被加热， 生成蒸汽，蒸汽再去驱动汽轮机，带动与汽轮机同轴的 发电机发电。 ? 三回路：作功后的乏蒸汽在冷凝器中被海水或河水、湖 三回路：作功后的乏蒸汽在冷凝器中被海水或河水、湖 水冷却水（三回路水）冷凝为水，再补充到蒸汽发生器 水冷却水（三回路水）冷凝为水，再补充到蒸汽发生器 中。以海水为介质的三回路的作用是把乏蒸汽冷凝为水， 同时带走电站的弃热。 23
九、核电站系统
2、核电站主要设备 ① ——核反应堆 ——核反应堆 ② ——蒸汽发生器 ——蒸汽发生器 ③ ——稳压器 ——稳压器 ④ ——主冷却剂泵 ——主冷却剂泵 ⑤ ——汽轮发电机机组 ——汽轮发电机机组
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十、核电站厂房
核电站厂房主要由反应堆厂房（又称安全 壳厂房）、一回路辅助厂房、核燃料厂房、 汽轮发电机厂房、主控制室、输配电厂房、 循环水厂房及三废处理厂房等组成。
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课堂作业
1、简述核电站的工作原理。 2、核电站有哪些类型？ 3、简述核电站的三个回路系统。
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世界上典型的商用核电站
① ② ③ ④ ① ② ③ ④ ⑤
沸水堆核电站 重水堆核电站 高温气冷堆核电站 快中子增殖堆核电站 追求更好的安全性 不断改善核电的经济性 要满足环境生态可持续发展 要满足资源利用可持续发展的要求 满足防核扩散的要求
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核裂变电站的改进和发展
2030年以前将开发几种新型核电的反 2030年以前将开发几种新型核电的反 应堆和燃料循环技术
超临界水冷堆系统（SCWR） 超临界水冷堆系统（SCWR） 超高温气冷堆系统（VHTR） 超高温气冷堆系统（VHTR） 气冷快堆系统（GFR） 气冷快堆系统（GFR） 液态钠冷却快堆系统（SFR 液态钠冷却快堆系统（SFR
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聚变核电站
热核反应的实现及巨大聚变能的释放，自然地促使人们去 ?
研究如何使聚变能持续地释放，成为人类可控制的能源。 随着受控热核裂变的基础理论和实验技术的飞速发展，各 国正在大力投资设计建造大型的裂变实验装置。据不完全 统计，目前大约有21个国家（包括中国）共建造了200余 统计，目前大约有21个国家（包括中国）共建造了200余 个核聚变实验装置，同时设计研究了各种受控热核反应堆 个核聚变实验装置，同时设计研究了各种受控热核反应堆 发电装置。按照国际热核实验反应堆。地点将在西班牙、 法国、加拿大或日本。热核反应堆是利用氢的同位素氘和 氚的原子核实现核聚变的核反应堆。用受控核聚变的的能 量来发电具有能量释放大，资源丰富、成本低，安全可靠 量来发电具有能量释放大，资源丰富、成本低，安全可靠 等优点。 等优点。
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核反应堆结构图
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核电站工作流程原理1 核电站工作流程原理1
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核电站工作流程原理2 核电站工作流程原理2
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核电站工作流程原理3 核电站工作流程原理3
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沸水堆核电站
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重水堆核电站
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快堆核电站
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安全壳
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核燃料循环图
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压 力 容 器 及 堆 内 结 构 图
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课堂作业
1、什么叫反应堆？有哪些类型？
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