1、AP1000核电厂系统和设备,哈尔滨工程大学核科学与技术学院,CH-01-INT-01,（V.2011）,2019/5/10,核岛系统和设备,2,教师信息,薛若军 核科学与技术学院核动力仿真研究中心 办公室地址：31#楼5层 办公室电话：0451-82569622 手机：13674615386 E-mail：,2019/5/10,核岛系统和设备,3,教学目标,通过本课程的学习，达到以下目的： 了解GNPS核电站基本组成、工作原理及与核电站有关的基础理论知识； 掌握核电站主要系统及设备的基本功能、组成及其运行； 获得核电站现场工作必备的基本知识，培养和树立核安全意识。,2019/5/10,核岛系
2、统和设备,4,学习要点,1 系统的功用或作用 为什么设置该系统？ 该系统在核电站中承担什么任务？ 2 系统的基本组成 系统中包括哪些主要设备？ 各设备如何组成一个完整系统？ 3 系统的运行原理 系统是如何实现其功能的？ 系统基本运行与控制原理,2019/5/10,核岛系统和设备,5,核电站的理论基础,反应堆物理,传热学,流体力学,工程热力学,核电站热力系统,研究反应堆内中子与原子核反应的规律,研究热能转变为机械能的规律和条件,研究传热能力与各种因素的关系,从宏观方面研究流体平衡和运动的规律,2019/5/10,核岛系统和设备,6,1 概述,1.1 压水堆核电站工作原理 1.2 核电站厂区布置
3、1.3 识别符号,2019/5/10,核岛系统和设备,7,1.1 压水堆核电站工作原理,1.1.1 核能发电的特点 1.1.2 不同堆型核电站的比较 1.1.3 我国现有核电站概况 1.1.4 压水堆核电站原理,2019/5/10,核岛系统和设备,8,1.1.1 核能发电的特点,特点1：核能具有很高的能量密度 特点2：核电是清洁的能源 特点3：核能是极为丰富的能源 特点4：核电在经济性具有竞争力 特点5：核电的安全性具有保障,2019/5/10,核岛系统和设备,9,特点1：核能具有很高的能量密度,1kg铀-235完全裂变 19,600,000,000kcal 1kg标准煤完全燃烧 7,000k
4、cal 1L重油完全燃烧 9,900kcal 1m3天然气完全燃烧 9,800kcal1kg铀-235完全裂变放出的热量相当于2700吨标准煤完全燃烧放出的热量 同一质量下，核能比化学能大数百万倍,2019/5/10,核岛系统和设备,10,2019/5/10,核岛系统和设备,11,核电厂不需要大面积场地堆放燃料和灰渣 核电厂燃料运输费用较低,2019/5/10,核岛系统和设备,12,表1-1 1000MW核电厂与火电厂年废物排放量比较,特点2：核电是清洁的能源,2019/5/10,核岛系统和设备,13,常规能源应用带来的污染,2019/5/10,核岛系统和设备,14,核电对环保的影响,从保护环
5、境的角度来看，利用核能代替化石能源，可以有效地减少排入大气中的CO2、SO2等化学燃烧产物，从而遏制温室效应的发展和酸雨的形成。 据估算，美国自1973年以来，由于核电站的运行，已减少了约20亿吨二氧化碳的排放，对保护环境起到了重要作用。 从这个意义上讲，核电是一种极为清洁的能源。,2019/5/10,核岛系统和设备,15,特点3：核能是极为丰富的能源,煤和石油是不可再生资源，是现代化工、轻纺工业的宝贵原料，世界能源委员会1998年统计，按当年消耗量计算，全球能源资源已探明的储量，石油仅够使用50年左右，天然气仅够使用70年左右，煤炭仅够使用200年左右。再继续使用有机燃料作为主要能源，不仅会
6、造成自然资源的浪费和严重的环境污染，而且将加剧全球性的能源危机。 地球上可供使用的核能源十分丰富，尤其是核聚变电厂一旦投入商业运行，其核燃料资源几乎是无穷无尽的，可望成为未来人类社会的主要能源。,2019/5/10,核岛系统和设备,16,世界能源储量可供使用的时间,2019/5/10,核岛系统和设备,17,世界化石能源行将用尽,2019/5/10,核岛系统和设备,18,特点4：核电在经济性具有竞争力,随着世界性能源危机的日益加剧，以及核电技术的逐步成熟和核电设备的标准化，核电成本已低于火电，美、英、法、德及加拿大等国的核电成本平均比火电低1/3左右。,据统计，核电投资虽然比火电投资高6070%
7、，但运行成本比火电低4060%，从长期经济效益来看，核电具有一定优势。,2019/5/10,核岛系统和设备,19,核电价格的优势,2007年，国内上网电价水平： 脱硫燃煤火电机组：0.439元/千瓦时(脱硫成本0.015元/千瓦时) LNG燃气轮机：0.49元/千瓦时 燃油机组：0.75元/千瓦时 核电：0.45元/千瓦时 水电：0.26元/千瓦时 风电：0.60元/千瓦时,2019/5/10,核岛系统和设备,20,特点5：核电的安全性具有保障,为了防止放射性物质外泄，威胁人类的生命安全，破坏生态环境，核电厂在设计、建造和运行过程中始终贯彻纵深防御的安全原则，包含了在放射性物质与人员所处的环境
8、之间设置多道屏障，以及对放射性物质的多级防御措施。 由于核安全的极端重要性，几十年来世界各有核国家投入了大量人力、物力和财力进行核安全研究，核安全技术取得了很大的进步，有效地提高了核电厂的安全性。,2019/5/10,核岛系统和设备,21,核安全措施,2019/5/10,核岛系统和设备,22,1.1.2 不同堆型核电站的比较,2019/5/10,核岛系统和设备,23,A.压水堆核电站,压水堆是核电站中使用最多的堆型，技术成熟，安全性好，易于控制 压水堆使用轻水作为慢化剂和冷却剂，运行过程中以高压保持流经堆芯的水为液相 使用UO2陶瓷燃料，U-235富集度为34%左右 采用控制棒和硼酸控制反应性
9、 反应堆运行压力为15.5MPa左右，反应堆冷却剂平均温度为300330左右，蒸汽压力为57MPa 核电站热效率为31%34%左右,2019/5/10,核岛系统和设备,24,B.沸水堆核电站,以沸水堆为热源的核电站。 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）；蒸汽系统、给水系统、反应堆辅助系统等。,2019/5/10,核岛系统和设备,25,B-1.沸水堆的特点,不需要专门的蒸汽发生器，运行参数较压
10、水堆低; 具有很强的自然循环能力，一般可达4050%FP，甚至100%FP; 反应堆压力容器底部有较大数量的孔洞;（控制棒） 具有强烈的空泡负反馈，对丧失热阱非常敏感。,2019/5/10,核岛系统和设备,26,B-2.沸水堆核电站强迫循环直接回路,2019/5/10,核岛系统和设备,27,C.重水堆核电站,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。,2019/5/10,
11、核岛系统和设备,28,C-1.重水堆的核蒸汽供应系统,2019/5/10,核岛系统和设备,29,D.快堆核电站,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。 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，对铀资源的利用率只有12；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6070。,2019/5/10,核岛系统和设备,30,D-1.回路式快堆系统,2019/
12、5/10,核岛系统和设备,31,D-2.池式快堆系统,2019/5/10,核岛系统和设备,32,世界核电的现状,截止2009年1月底，全世界共有438台运行中的核电机组（另有5台长期关闭），总装机容量达3.7亿千瓦，有44 台建设中的核电机组。 美国有运行核电机组104座、总装机容量1亿千瓦；法国有运行核电机组59座、总装机容量6326万千瓦；日本有运行核电机组55座、总装机容量4759万千瓦。,2019/5/10,核岛系统和设备,33,1.1.3 我国现有核电站概况,田湾核电站,秦山核电站 秦山二期核电站 秦山三期核电站,大亚湾核电站 岭澳一期核电站,2019/5/10,核岛系统和设备,35
13、,石岛湾核电站 红石顶核电,田湾核电站二期,芜湖核电站,秦山核电站方家山扩建工程,江西核电,福清核电 惠安核电 三明核电 漳州核电,广东第四核电 广东第五核电 荷包岛核电 河源核电 阳西核电 岭澳核电站三期,海南核电,吉林核电,湖北大畈核电厂,小墨山核电、九龙山核电 桃花江核电站 大唐华银核电厂 常德核电,四川核电,重庆石柱核电厂,白龙核电站 桂东核电,辽宁第二核电厂 徐大堡核电,2019/5/10,核岛系统和设备,36,秦山第一核电站,位于杭州湾，是中国第一座自主设计、建造和运营管理的300MW压水堆核电站。 1985年3月浇灌第一罐核岛底板混凝土，1991年12月首次并网发电，1994年4
14、月投入商业运行。,2019/5/10,核岛系统和设备,37,秦山第二核电站,装备两台600MW压水堆机组 2002年4月15日，1号机组投入商业运行 2004年5月3日，2号机组正式投入商业运行,中国自主设计、自主建造、自主管理和自主运营的第一座大型商用核电站,2019/5/10,核岛系统和设备,38,秦山第三核电站,是我国首座商用重水堆核电站，引进加拿大重水堆核电站技术 1998年6月8日开工，2002年12月31日和2003年7月24日，1号和2号机组相继投入商业运行 创造了国际33座重水堆核电站建设周期最短的纪录。,2019/5/10,核岛系统和设备,39,大亚湾核电站,大亚湾核电站装备
15、两套90万千瓦压水反应堆机组，第1号、第2号机组先后于1993年5月和11月开始装入核燃料，并于1994年2月5日投入商业运行,位于深圳东部大亚湾畔。1985年兴建，1994年正式投入商业运行。是我国引进外资、设备和技术建设的第一座大型商用核电站,2019/5/10,核岛系统和设备,40,岭澳核电站一期,岭澳核电站一期是中国广东核电集团按照国务院确定的“以核养核，滚动发展”的方针在广东地区建设的第二座大型商用核电站，拥有两台装机容量为99万千瓦的压水堆核电机组,岭澳核电站一期于1997年5月15日开工建设，2003年1月8日提前66天全面建成投产,2019/5/10,核岛系统和设备,41,田湾
16、核电站,是目前中国单机容量最大的核电站。1号机组于2005年10月18日开始首次装料，12月20日反应堆首次达到临界。2006年5月12日首次并网成功。,2007年1月9日反应堆功率首次达到100%额定功率 5月17日20时17分，1号机组正式投入商业运行,2019/5/10,核岛系统和设备,42,1.1.4 压水堆核电站原理,2019/5/10,核岛系统和设备,43,核能发电与常规火力发电的区别,2019/5/10,核岛系统和设备,44,A.核电站能量转换过程,核裂变能,热能,机械能,电能,反应堆冷却剂系统,汽轮机组,发电机组,2019/5/10,核岛系统和设备,45,B.压水堆核电站系统组
17、成,PWR核电站,核岛,常规岛,电站配套设施,反应堆冷却剂系统,专设安全系统,核辅助系统,三废处理系统,汽轮机回路,循环冷却水系统,电气系统,2019/5/10,核岛系统和设备,46,a.专设安全系统,专设安全系统,安全注入系统,安全壳喷淋系统,辅助给水系统,安全壳隔离系统,反应堆发生失水事故时自动投入，阻止事故的进一步扩大，保护反应堆不烧毁，同时防止放射性物质向大气环境扩散。,2019/5/10,核岛系统和设备,47,b.核辅助系统,核辅助系统,化学和容积控制系统,硼和水补给系统,余热排出系统,反应堆和乏燃料水池冷却和处理系统,设备冷却水系统,保证反应堆和一回路正常启动、运行和停堆。,201
18、9/5/10,核岛系统和设备,48,c.三废处理系统,三废处理系统,废液处理系统,废气处理系统,固体废物处理系统,回收和处理放射性废物以保护和监视环境。,2019/5/10,核岛系统和设备,49,放射性“三废”的处理,2019/5/10,核岛系统和设备,50,常规岛系统,汽轮机回路通过汽水循环,将蒸汽的热能转换为机械能,最后在发电机内转换为电能 循环冷却水系统为蒸汽循环提供冷源 电气系统完成电能的产生和输出,2019/5/10,核岛系统和设备,51,常规岛系统的热力学基础朗肯循环,2019/5/10,核岛系统和设备,52,a.汽轮机回路,主蒸汽系统 汽轮机旁路排放系统 汽水分离再热器系统 汽轮
19、机轴封系统 汽轮机蒸汽和疏水系统 蒸汽转换器系统 辅助蒸汽分配系统 凝结水抽取系统 低压给水加热器系统,给水除氧器系统 主给水泵系统 高压给水加热器系统 主给水流量控制系统 汽轮机调节油系统 汽轮机保护系统 汽轮机排汽口喷淋系统 蒸汽发生器排污系统 冷凝器真空系统,2019/5/10,核岛系统和设备,53,b.循环冷却水系统,循环水系统及循环水过滤系统 循环水处理系统 辅助冷却水系统 常规岛闭路冷却水系统,2019/5/10,核岛系统和设备,54,c.电气系统,发电机及其辅助系统 输配电及保护系统 厂用电系统,2019/5/10,核岛系统和设备,55,电厂配套设施,核岛和常规岛以外的配套建筑物、构筑物及其设施的统称 辅助核厂房：废物处理辅助厂房等 生产辅助厂房：机加工车间、仪修车间、除盐水厂房 厂前区建筑物：厂区警卫室、办公楼、食堂等 厂区附近建筑物：淡水厂、厂区污水处理站等 厂区工程设施：厂区道路、停车场、室外管线和管沟 厂外工程设施：淡水取水泵房、淡水输水管线等 环境监测工程设施：气象站、辐射监测站等 生活区及其他有关建筑项目,The End,
