压水堆核电站的发电原理
压水堆核电厂的工作原理
ＮｕｃｌｅａｒＰｏｗｅｒＫｎｏｗｌｅｄｇｅ核电知识压水堆核电厂的工作原理压水堆是用高温高压水作慢化剂和冷却剂的反应堆。
１５兆帕左右（即１５０大气压左右）高压的一回路水在反应堆内被核能加热，温度升高到３２５℃左右。
它在蒸汽发生器内将二回路水加热，生成６～７兆帕、２７５～２９０℃的蒸汽，推动汽轮发电机组发电。
核电厂与火电厂的主要区别是核电厂用反应堆替代了火电厂的锅炉。
压水堆的结构压水堆由堆芯、堆内构件、压力容器和控制棒及驱动机构组成（如图所示）。
把二氧化铀烧结成小圆柱形芯块，装入直径约１０毫米的锆合金管中，组成燃料元件（燃料棒）。
再将许多燃料元件按一定格式排列，用定位件组装在一起，成为燃料组件。
运行时部分组件内插有控制棒束。
许多燃料组件按一定规律组合在一起，构成堆芯，它是压水堆内产生热能的核心。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!"编者按：当前能源需求快速增长，环境污染日趋严重，为了解决这些问题，世界各国越来越把目光投向核电。
在我国正面临着核电建设快速发展的大好形势，为了向公众广泛宣传核电是安全、可靠、清洁的新能源，本刊将连续刊载核电科普知识，以飨读者。
压水堆核电厂简要流程图压水堆核的整体结构图１９２－－压水堆的主要物理热工特性压水堆用普通水作为慢化剂和冷却剂，用镉－铟－银和硼酸作为控制材料。
以１００万千瓦的核电厂为例，它具有下列主要特性：（１）堆芯高约３．６米，直径约３米，在这么小的体积内要发出约３００万千瓦热功率，其平均体积比功率高达约１１０千瓦每升。
停堆后，由于裂变产物的β和γ衰变以及缓发中子的作用，还要发出“余热”，几小时后还有１％额定功率（约３万千瓦），其能量十分可观！因此必须确保冷却剂流动不能中断，更不能失水！（２）一回路压力如果降低，高温水可能汽化，使燃料元件冷却恶化。
压水堆核电厂的工作原理
压水堆核电厂的工作原理
佚名
【期刊名称】《中国核电》
【年(卷),期】2008(001)002
【摘要】@@ 压水堆是用高温高压水作慢化剂和冷却剂的反应堆.rn15兆帕左右(即150大气压左右)高压的一回路水在反应堆内被核能加热,温度升高到325℃左右.它在蒸汽发生器内将二回路水加热,生成6～7兆帕、275～290℃的蒸汽,推动汽轮发电机组发电.
【总页数】2页(P192-封3)
【正文语种】中文
【相关文献】
1.压水堆核电厂启停过程中堆外核测仪表应用分析 [J], 陈思明;石雪峰;修璐倩
2.压水堆核电厂堆内构件老化与寿命管理 [J], 李上元; 王志敏; 谢岱良
3.压水堆核电厂堆外源量程探测器计数率分析 [J], 丁谦学; 王梦琪; 李文涛; 周岩; 梅其良; 叶国栋
4.压水堆核电厂换料后反应堆首次临界试验稀释均匀标准优化研究 [J], 洪志强;郭远熊;叶鉴尧
5.国内先进压水堆核电厂快速冷却功能首堆试验研究 [J], 高超;刘勇;孙朋朋;尚臣因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
简述压水堆核电站工作原理
简述压水堆核电站工作原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊压水堆核电站那神奇的工作原理。
你看啊，这压水堆核电站就好比一个超级大的能量制造工厂。
核燃料呢，就像是工厂里的超级原料，蕴含着巨大的能量。
在这个大工厂里，核燃料被放进反应堆这个核心区域。
就好像是把宝贝放进了一个特别的魔法盒子里。
然后呢，核燃料在里面发生链式裂变反应，这可不得了啦，就像一场超级能量大爆发！释放出大量的热能。
这热能可不能浪费呀，水就来帮忙啦！水在反应堆里被加热，变成高温高压的水蒸汽。
你想想，这水蒸汽就像充满力量的小火车，呼呼地跑起来。
接着呢，这些水蒸汽就冲向汽轮机，推动汽轮机快速转动。
汽轮机就像是一个大力士，被水蒸汽推动着拼命干活。
汽轮机一转起来，又带动着发电机也跟着转起来啦。
发电机就像一个勤劳的小精灵，把机械能转化成电能。
那发出来的电呢，就顺着电线跑到我们家里啦，给我们带来光明和便利。
哎呀，你说神奇不神奇？这就好像是变魔术一样，从核燃料开始，经过一系列的过程，最后就变成了我们能用的电。
有人可能会担心啦，这么厉害的能量会不会有危险呀？嘿嘿，别担心，核电站有很多安全措施呢。
就像给这个大工厂装上了好多把安全锁，保证一切都稳稳当当的。
而且啊，这压水堆核电站可是为我们的生活做出了巨大贡献呢！它能提供大量的电力，让我们的生活更加丰富多彩。
想想看，如果没有核电站，我们的电可能就不够用啦，那得多不方便呀！
所以说呀，压水堆核电站虽然听起来很复杂很神秘，但其实它就像我们生活中的好帮手，默默地为我们工作着。
我们可得好好感谢它呢！大家说是不是呀！。
核电站简介和物项分级
到目前为止，核电站的燃料元件、泵、蒸汽发生器、稳压 器、压力容器的设计，正向标准化、系列化的方向发展。 核电站的研究工作，主要是为了进一步提高其安全性和经 济性。有关各国在这方面都有庞大的研究计划，并开展广 泛的国际合作。民用压水堆核电站从它诞生以后，一直是 最安全的工业部门之一，它已经成为一种成熟的堆型。
冷却剂从蒸汽发生器的管内流过后，经过一回路循环泵又 回到反应堆。一回路循环泵又称主泵。包括压力容器、蒸 汽发生器、泵、稳压器的整个系统，是一回路的压力边界。 它们都安置在如图4-6的安全壳内，称之为核岛。 蒸汽发生器内有很多管子（见图4-7）。管子外为二回路 的水。一回路的水流过蒸汽发生器管内时，将携带的热量 传给二回路里的水，从而使二回路水变成280℃左右、6～ 7MPa的高温蒸汽。所以在蒸汽发生器里，－回路与二回路 的水在互不接触的情况下，通过管壁发生了热交换。蒸汽 发生器是分隔并连结一、二回路的关键设备。从蒸汽发生 器出来的高温蒸汽，通过高压汽轮机后，一部分变成了水 滴。经过汽水分离器时水滴被分离出去，剩余的蒸汽进入 低压汽轮机继续膨胀，推动叶轮转动。。
反应堆堆芯
堆芯组成
堆芯由燃料组件、控制棒组件和堆芯相关组件等构成。 大亚湾核电厂堆芯由157个尺寸相同、截面为正方形的燃料组件排列 而成 初次（首炉）装料时，堆芯有三种不同富集度的燃料组件，并分区 布置，即：52个富集度为3.1%的燃料组件组成第3区，放在堆芯四周； 52个富集度为2.4%的燃料组件＼混合交错布置, 53个富集度为1.8%的燃料组件∕组成第2和第1区 (见图2 堆芯 燃料组件布置)
容器内径/mm 法兰外径/mm 进、出口接管之间的最大距离/mm 法兰到底封头全高/mm
3989 4674 6378 10335 13208
五种常见堆型
五种常见的核电站堆型1.压水堆压水堆是指使用轻水（即普通净化水）作冷却剂和慢化剂，且水在反应堆内保持液态的核反应堆。
压水堆以水作为冷却剂在主泵的推动下流过燃料组件，吸收了核裂变产生的热能以后流出反应堆，进入蒸汽发生器，在那里把热量传给二次侧的水，使它们变成蒸汽送去发电，而主冷却剂本身的温度就降低了。
从蒸汽发生器出来的主冷却剂再由主泵送回反应堆去加热。
冷却剂的这一循环通道称为一回路，一回路高压由稳压器来维持和调节。
除秦山三期外，我国目前运行的核电机组全部为压水堆。
压水堆作为一种技术十分成熟的堆型，与其他堆型相比，结构紧凑，经济上基建费用低、建设周期短、轻水价格便宜；有放射性的一回路与二回路分开，带有放射性的冷却剂不会进入二回路污染汽轮机，机组运行、维护方便。
核反应堆原理（压水堆示意图）2.沸水堆沸水堆利用轻水作慢化剂和冷却剂，只有一个回路，水在反应堆内沸腾产生蒸汽直接进入汽轮机发电。
与压水堆相比，沸水堆工作压力低；由于减少了一个回路，其设备成本也比压水堆低；但这样可能使汽轮机等设备受到放射性污染，给设计、运行和维修带来不便。
（沸水堆示意图）3.重水堆重水堆是以重水（氘和氧组成的化合物）作慢化剂的反应堆。
其主要优点是可以直接利用天然铀作核燃料，同时采用不停堆燃料方式；但体积比轻水堆大，建造费用高，重水昂贵、发电成本也比较高。
重水堆核电站是发展较早的核电站，我国秦山三期1、2号机组采用的是加拿大坎杜型（CANDU）压力管式重水堆。
（沸水堆示意图）4.高温气冷堆高温气冷堆用氦气作冷却剂，石墨作慢化剂，堆芯出口温度较高。
高温气冷堆热效率高，建造周期短，系统简单；但堆芯出口温度为850~1000℃甚至更高，对反应堆材料的性能要求也高。
山东石岛湾规划建设20万千瓦级高温气冷堆。
（石岛湾高温气冷堆）5.快中子反应堆（快堆）快中子反应堆直接利用快中子引起链式裂变反应所释放的能量进行发电，因此不需要慢化剂、体积小、功率密度大。
压水堆核电站发电原理
核能发电原理
核电站是怎样发电的呢？以压水堆核电站为例，简而言之，它是以核反应堆来代替火电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量，再加热水使之变成蒸汽。
蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮发电机发电，发出的电通过电网送至用户。
整个过程的能量转换是由核能转为热能，热能转为机械能，机械能再转为电能，示意图请参见核电站原理图。
核电站大体上可分为两部分：一部分是利用核能产生蒸汽的核岛（相当于火电站锅炉），包括核反应堆（产生热量）、一回路系统（把热量输送给二回路）；另一部分是利用蒸汽发电的常规岛，包括汽轮发电机系统。
后一部分与普通火电厂大同小异，而前一部分则截然不同。
压水堆核电站的工作原理
压水堆核电站的工作原理
压水堆核电站的工作原理如下：
1. 核反应堆的热量为冷却剂（水）提供能量，加热水之后，从反应堆内循环流出，进入蒸汽发生器。
2. 在蒸汽发生器内，热水与锅炉内的非放射性水进行热交换，将非放射性水加热转化为蒸汽。
3. 通过蒸汽管道，蒸汽进入汽轮机，推动发电机旋转。
4. 发电机内的转子在磁场作用下转动，生成电能。
5. 蒸汽在汽轮机内发出能量后变成水，被泵送回到蒸汽发生器内重新加热，再次循环以上过程。
6. 整个循环过程形成了核反应堆-蒸汽发生器-汽轮机-发电机的能量转换系统。
7. 在发电过程中，反应堆中会产生一定的核废料，需要进行妥善处理。
压水堆核电厂[可修改版ppt]
▪ 燃料
➢ 核电站使用的燃料一般是放射性重金属：铀、钚。
▪ 现在使用最普遍的民用核电站大都是压水 反应堆核电站。
▪ 工作原理是：用铀制成的核燃料在反应堆 内进行裂变并释放出大量热能；高压下的 循环冷却水把热能带出，在蒸汽发生器内 生成蒸汽，推动发电机旋转。
▪ 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，但考虑到各种损耗， 快堆可将铀资源的利用率提高到60~70％。
慢化剂
▪ 慢化剂，又称中子减速剂。在一般情况下，可裂 变核发射出的中子的飞行速度比被其它可裂变核 的捕获的中子速度要快，因此为了产生链式反应， 就必须要将中子的飞行速度降下来，这时就会使 用中子减速剂
▪ 对慢化剂的要求是对中子有较高的散射截面和低 的吸收截面。
▪ 石墨中的碳元素，以及水中的氢元素都能起到慢 化作用。
▪ 链式裂变反应
当中子与裂变物质作用而发生核裂变反应时，裂变物质 的原子核通常分裂为两个中等质量数的核(称为裂变碎片)。 与此同时，还将平均地产生两个以上的新的裂变中子，并释 放出蕴藏在原子核内部的核能。在适当的条件下，这些裂变 中子又会引起周围其他裂变同位素的裂变，如此不断继续下 去，这种反应过程称为链式裂变反应。
通常用于热中子反应堆慢化剂的有三种材料
▪ 轻水（H2O）
➢ 轻水是含氢物质，慢化能力大，价格低廉，但吸收截 面较大，对金属有腐蚀作用，易发生辐照分解。
▪ 重水（氘，D2O）
压水反应堆工作原理图PPT课件
稳压器
蒸汽
汽轮机
发电机
压力容器
蒸发器
水 主泵 主管道水
一回路
二回路
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
输配电
核电厂中的能量转换与转递
水的热能 核能
蒸汽的热能 叶轮的机械能
电能
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
反应堆
反应堆压力容器
堆芯(活性区)
• 功能
– 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
– 冷却剂：吸收热量 并带出堆芯
❖ 冷却燃料棒和带 走能量的载体— 冷却剂；
❖ 使中子慢化的物
控制棒❖ 组体控件—制慢中化子剂数；量，
即控制功率的物 体—控制棒。
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
燃料元件与燃料组件
燃料元件
燃料组件
控制棒组件及控制棒驱动机构
低压缸
高压缸
发电机
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
压水堆核电厂一回路系统与设备简介补充讲义
从而既可避免放射性流体不可控地释放到海水中而污染环境，又可防止海水对核岛各热交换器的腐蚀 。
堆芯形状 圆柱形 方形
堆芯布置 立式 卧式
冷却剂流道 管束 排管型 多孔介质
燃料组件 排列形式：正方形、三角形、蜂窝型 数量：15x15、8x8、17x17等
堆芯
作用 核裂变链式反应的区域
堆芯特征
典型压水反应堆本体结构
反应堆本体
堆芯（活性区）
堆内构件
反应堆压力容器（压力壳）
控制棒驱动机构
压水堆堆芯
反应堆冷却剂系统即主系统，是核电厂最重要最基本的系统。
核裂变能量的导出、交换和转化在该系统内发生，该系统功能的正常发挥，具有重大的经济意义； 该系统基本部分均要承受高压，构成了所谓“压力边界”，是核电厂的三道“安全屏障”之一，维护了核电厂的安全，避免放射性物质向环境的释放。
（1）反应堆冷却剂系统
若水位过低，蒸汽发生器二次侧水量过少，会引起一回路冷却不充分，管束因温度升高有可能破裂；同时，在给水管道中有产生汽锤的危险，蒸汽发生器的管板还将受到热冲击；
反应堆主冷却剂泵（主泵）是反应堆的“心脏”。
在主系统充水时，利用主泵赶气；
在开堆前，利用主泵循环升温，达到开堆280C条件；
在反应堆正常运行时，冷却剂由反应堆流出经主管道流进蒸发器，把热量传给二回路侧给水，然后再由主泵送回反应堆进行循环。
B
在安全注入的情况下，化容系统上充泵作为高压安注泵运行。此时，安注运行方式自动取代所有其他运行方式。
C
化容系统安全功能
化容系统简图
下泄回路
上充回路
净化回路
轴封水、轴封回流回路
过剩下泄回路
低压下泄管线
除硼管线
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压水堆核电站的发电原理
把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带动发电机发电。
一回路反应堆堆芯因核燃料裂变产生巨大的热能，由主泵泵入堆芯的水被加热成327度、155个大气压的高温高压水，高温高压水流经蒸汽发生器内的传热U型管，通过管壁将热能传递给U型管外的二回路冷却水，释放热量后又被主泵送回堆芯重新加热再进入蒸汽发生器。
水这样不断地在密闭的回路内循环，被称为一回路。
二回路蒸汽发生器U型管外的二回路水受热从而变成蒸汽，推动汽轮发电机做功，把热能转化为电力：做完功后的蒸汽进入冷凝器冷却，凝结成水返回蒸汽发生器，重新加热成蒸汽。
这样的汽水循环过程，被称为二回路。
三回路三回路使用海水或淡水，它的作用是在冷凝器中冷却二回路的蒸汽使之变回冷凝水。
什么是核燃料?
核燃料是可在核反应堆中通过核裂变产生核能的材料，是铀矿石经过开采、初加工、铀转化、铀浓缩，进而加工成核燃料元件。
压水堆核电站用的是浓度为3%左右的核燃料（铀一235）。
大亚湾核电站的核反应堆内有157个核燃料组件，每个组件由1717根燃料棒组成。
燃料棒由烧结二氧化铀芯块装入锆合金管中封焊构成。
一个燃料组件中有一束控制棒，控制核裂变反应。
利用核能生产电能的电厂称为核电厂。
由于核反应堆的类型不同，核电厂的系统和设备也不同。
压水堆核电厂主要由压水反应堆、反应堆冷却剂系统（简称一回路）、蒸汽和动力转换系统（又称二回路）、循环水系统、发电机和输配电系统及其辅助系统组成，其流程原理如图 2.1所示。
通常将一回路及核岛辅助系统、专设安全设施和厂房称为核岛。
二回路及其辅助系统和厂房与常规火电厂系统和设备相似，称为常规岛。
电厂的其他部分，统称配套设施。
实质上，从生产的角度讲，核岛利用核能生产蒸汽，常规岛用蒸汽生产电能。
反应堆冷却剂系统将堆芯核裂变放出的热能带出反应堆并传递给二回路系统以产生蒸汽。
通常把反应堆、反应堆冷却剂系统及其辅助系统合称为核供汽系统。
现代商用压水堆核电厂反应堆冷却剂系统一般有二至四条并联在反应堆压力容器上的封闭环路（见图2.2）。
每一条环路由一台蒸汽发生器、一台或两台反应堆冷却剂泵及相应的管通组成。
一回路内的高温高压含硼水，由反应堆冷却剂泵输送，流经反应堆堆芯，吸收了堆芯核裂变放出的热能，再流进蒸汽发生器，通过蒸汽发生器传热管壁，将热能传给二回路蒸汽发生器给水，然后再被反应堆冷却剂泵送入反应堆。
如此循环往复，构成封闭回路。
整个一回路系统设有一台稳压器，一回路系统的压力靠稳压器调节，保持稳定。
为了保证反应堆和反应堆冷却剂系统的安全运行，核电厂还设置了专设安全设施和一系列辅助系统。
一回路辅助系统主要用来保证反应堆和一回路系统的正常运行。
压水堆核电厂一回路辅助系统按其功能划分，有保证正常运行的系统和废
物处理系统，部分系统同时作为专设安全设施系统的支持系统。
专设安全设施为一些重大的事故提供必要的应急冷却措施，并防止放射性物质的扩散。
二回路系统由汽轮机发电机组、冷凝器、凝结水泵、给水加热器、除氧器、给水泵、蒸汽发生器、汽水分离再热器等设备组成。
蒸汽发生器的给水在蒸汽发生器吸收热量变成高压蒸汽，然后驱动汽轮发电机组发电，作功后的乏汽在冷凝器内冷凝成水，凝结水由凝结水泵输送，经低压加热器进入除氧器，除氧水由给水泵送入高压加热器加热后重新返回蒸汽发生器，如此形成热力循环。
为了保证二回路系统的正常运行，二回路系统也设有一系列辅助系统。
循环水系统主要用来为冷凝器提供冷却水。
我们看到，在压水堆电厂，一回路系统的冷却剂与汽轮机回路工质是完全隔离的，这就是所谓的间接循环。
采用间接循环具有使二回路系统免受放射性玷污的优点，但它与采用直接循环的沸水堆核电厂（图2.3）相比，增加了蒸汽发生器。
压水堆体积较小和控制要求简单等因素可以弥补这一不足，并使这种系统设计在经济上具有竞争力。
发电机和输配电系统的主要设备有发电机、励磁机、主变压器、厂用变压器、启动变压器、高压开关站和柴油发电机组等组成。
其主要作用是将核电厂发出的电能向电网输送，同时保证核电厂内部设备的可靠供电。
发电机的出线电压一般为22kV左右，经变压器升至外网电压。
为保证核电厂安全运行，核电厂至少与两条不同方向的独立电源相连接，
以避免因雷击、地震、飓风或洪水等自然灾害可能造成的全厂断电。
每台发电机组的引出母线上，均接有两台厂用变压器。
为厂用电设备提供高压电源。
高压厂用电系统一般为6kV左右。
该高压厂用电系统直接向核电厂大功率动力设备供电。
对于小功率设备，经
变压器降压后供给380/220V低压电源。
通常高压厂用电系统分为工作母线和安全母线两部分，高压厂用电系统的工作母线，可以由外电网或发电机供电，高压厂用电的安全母线，除外网和发电机外，还可由柴油发电机供电。
在电厂正常功率运行时，发电机发出的电能大部分经主变压器升压至外网电压输送给用户。
同时，整个厂用设备的配电系统由发电机的引出母线经厂用变压器降压后供电。
当发电机停机时，则由外部电网经启动变压器供电。
当外网和发电机组都不能供电时，则由柴油发电机组向安全母线供电，以保证核电厂设备的安全。
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输配电系统的设计与机组容量、电网系统环境等密切相关，各核电厂设计会有较大差异。