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压水堆核电站工作原理简介

核反应堆是核电动力装置的核心设备,是产生核能的源泉。在压水反应堆中,能量主要来源于热中子与铀-235核发生的链式裂变反应。
裂变反应是指一个重核分裂成两个较小质量核的反应。在这种反应中,核俘获一个中子并形成一个复合核。复合核经过很短时间(10-14s)的极不稳定激化核阶段,然后开裂成两个主要碎片,同时平均放出约2.5个中子和一定的能量。一些核素,如铀-233、铀-235、钚-239和钚-241等具有这种性质,它们是核反应堆的主要燃料成分。铀-235的裂变反应如图1.3-1所示。
对于铀-235与热中子的裂变反应来说,目前已发现的裂变碎片有80多种,这说明是以40种以上的不同途径分裂。
在裂变反应中,俘获1个中子会产生2~3个中子,只要其中有1个能碰上裂变核,并引起裂变就可以使裂变继续进行下去,称之为链式反应。
由于反应前后存在质量亏损,根据爱因斯坦相对论所确定的质量和能量之间的关系,质量的亏损相当于系统的能量变化,即ΔE=Δmc2。对铀-235来说,每次裂变释放出的能量大约为200Mev(1兆电子伏=1.6×10-13焦耳)。这些能量除了极少数(约2%)随裂变产物泄露出反应堆外,其余(约98%)全部在燃料元件内转化成热能,由此完成核能向热能的转化。
水作为冷却剂,用于在反应堆中吸收核裂变产生的热能。高温高压的一回路水由反应堆冷却剂泵送到反应堆,由下至上流动,吸收堆内裂变反应放出的热量后流出反应堆,流进蒸汽发生器,通过蒸汽发生器的传热管将热量传递给管外的二回路主给水,使二回路水变成蒸汽,而一回路水流出蒸汽发生器后再由反应堆冷却剂泵重新送到反应堆。如此循环往复,形成一个封闭的吸热和放热的循环过程,构成一个密闭的循环回路,称为一回路冷却剂系统。
蒸汽发生器产生的饱和蒸汽由主蒸汽管道首先送到汽轮机的高压阀组以调节进入高压缸的蒸汽量,从高压阀组出来的蒸汽通过四根环形蒸汽管道进入高压缸膨胀做功,将蒸汽的热能转变为汽轮机转子旋转的机械能。在膨胀过程中,从高压缸前后流道不同的级后抽取部分蒸汽分别送入高压加热系统和辅助蒸汽系统。高压缸的排气一部分送往4号低压加热器用于加热凝结水,大部分通过四根管道排往位于低压缸两侧的四台汽水分离再热器,在这里进行汽水分离,并由新蒸汽对其进行再热。从汽水分离再热器出来的过热蒸汽经四根管道送入四台低压缸内膨胀做功,从四台低压缸前后流道抽取部分蒸汽分别送往3号、2号和1号低压加热器用于加热凝结水;低压缸的排气排入凝汽器,并被海水冷却为凝结水。
汇集到凝汽器热井中的凝结水由一级凝结水泵升压后送到凝结水精处理装置进行水质净化,接着凝结水通过轴封蒸汽加热器、一号低压加热器和二号低压加热器。此时凝结水被加热到87 oC。凝结水经过二级凝结水泵进一步提升压力后通过三号低压加热器和四号低压加热器被加热至151 oC进入除氧器。凝结水在除氧器中进行热力除氧(P=0.84MPa,T=172oC),然后由主给水泵提升压力后经5、6号高压加热器进一步被加热至217.6 oC,最后进入蒸汽发生器二次测,给水吸收反应堆冷却剂热量后转变成饱和蒸汽,冲转汽机,从而形成完整的汽水循环,称为二回路汽水循环系统,同时由于汽轮机转子与发电机转子刚性相连,因此汽轮机直接带动发电机发电,把机械能转换为电能。
综上所述,压水堆核电站将核能转变为电能是分四步,在四个主要设备中实现的:
(1)反应堆:将核能转变为热能(高温高压水),并将热能传给一回路冷却剂;
(2)蒸汽发生器:将一回路高温高压水中的热量传递给二回路的水,使其变为饱和蒸汽;
(3)汽轮机:将饱和蒸汽的热能转变为高速旋转的机械能;
(4)发电机:将汽轮机传来的机械能转变为电能。

 

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