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沸水反应堆以轻水(普通水H2O)作为冷却剂和中子慢化剂。反应堆冷却系统内压强保持在70个大气压。在这里,来自汽轮机的给水进入压力容器后,在280℃左右沸腾。汽水混合物经过堆芯上方的汽水分离器和蒸汽干燥器过滤掉液态水后直接送到汽轮机。离开汽轮机的蒸汽经过冷凝器凝结为液态水(给水)后,回流至反应堆,完成一个循环。

因沸水堆中一次蒸汽直接通往汽轮机,故该系统被称为直接循环系统。由于此时堆芯的传热速度直接由系统中水的循环速度所决定,因此大型的沸水堆的堆芯围筒(core shroud)外均装有喷射泵(jet pump),以加快循环速度。

与压水反应堆相比,沸水反应堆的构造更为简单,且大大降低了反应堆的工作压力和堆芯温度,因此显著提高了反应堆的安全性,降低了造价。但由于沸水堆的循环系统直接连接了堆芯和汽轮机,因此可能造成汽轮机受到放射性污染,给设计和维修带来麻烦。

中国正在加大能源结构调整力度。积极发展核电、风电、水电等清洁优质能源已刻不容缓。中国能源结构仍以煤炭为主体,清洁优质能源的比重偏低。

中国目前建成和在建的核电站总装机容量为870万千瓦,预计到2010年中国核电装机容量约为2000万千瓦,2020年约为4000万千瓦。到2050年,根据不同部门的估算,中国核电装机容量可以分为高中低三种方案:高方案为3.6亿千瓦(约占中国电力总装机容量的30%),中方案为2.4亿千瓦(约占中国电力总装机容量的20%),低方案为1.2亿千瓦(约占中国电力总装机容量的10%)。

中国国家发展改革委员会正在制定中国核电发展民用工业规划,准备到2020年中国电力总装机容量预计为9亿千瓦时,核电的比重将占电力总容量的4%,即是中国核电在2020年时将为3600-4000万千瓦。也就是说,到2020年中国将建成40座相当于大亚湾那样的百万千瓦级的核电站。

从反应堆物理角度看,球床式高温气冷堆具有如下特点:用石墨作为结构材料、反射层和慢化剂,石墨慢化比高,中子吸收截面小;用包覆颗粒形式的低富集度铀燃料元件,燃科颗粒近似均匀地分散在石墨中,堆芯采用氦气作为冷却剂,它对中子近乎透明,堆芯平均工作温度较高,堆芯连续地装载新元件与卸出乏燃料元件。同时部分燃耗的燃料元件还将通过堆芯若干次,燃料球随机地堆积在堆芯,不需要过剩反应性来补偿燃耗,仅需补偿负荷变化下的氙毒,能达到较高的平均卸料燃耗。因此,高温、氦冷却剂,石墨慢化及包覆颗粒燃料四个特点使高温气冷堆在物理上具有许多独特之处。

直径在1mm左右的包覆颗粒燃料弥散在石墨基体中,从反应堆物理观点来看是一种准均匀分布。热中子的自屏因子非常接近1,燃料及转化材料的共振积分,比大多数热中子堆大2~3倍。因此,热中子的非均匀效应不如其他反应堆明显,燃料的利用更为有效。包覆颗粒结构在高温下阻滞和包容裂变产物的性能很好,可以达到很高的温度,保证安全性、同时可以达到高的燃耗。燃耗深,裂变产物浓度高,这也是高温气冷堆的一个重要特点。

沸水堆(Boiling Water Reactor)字面上来看就是采用沸腾的水来冷却核燃料的一种反应堆,其工作原理为:冷却水从反应堆底部流进堆芯,对燃料棒进行冷却,带走裂变产生的热能,冷却水温度升高并逐渐气化,最终形成蒸汽和水的混合物,经过汽水分离器和蒸汽干燥器,利用分离出的蒸汽推动汽轮进行发电。福岛核电站建于20世纪70年代,属于沸水堆。

压水堆(Pressurized Water Reactor)字面上看就是采用高压水来冷却核燃料的一种反应堆,其工作原理为:主泵将120~160个大气压的一回路冷却水送入堆芯,把核燃料放出的热能带出堆芯,而后进入蒸汽发生器,通过传热管把热量传给二回路水,使其沸腾并产生蒸汽;一回路冷却水温度下降,进入堆芯,完成一回路水循环;二回路产生的高压蒸汽推动汽轮机发电,再经过冷凝器和预热器进入蒸汽发生器,完成二回路水循环。中国建成和在建共有13台核电机组,除秦山三期采用CANDU堆技术,山东荣成采用高温气冷堆,其余均为压水堆,

沸水堆缺点是必须使用低浓铀,目前采用轻水堆的国家,在核燃料供应上大多依赖美国和独联体。此外,轻水堆对天然铀的利用率低。如果系列地发展轻水堆要比系列地发展重水堆多用天然铀50%以上。

沸水堆字面上来看就是采用沸腾的水来冷却核燃料的一种反应堆,其工作原理为:冷却水从反应堆底部流进堆芯,对燃料棒进行冷却,带走裂变产生的热能,冷却水温度升高并逐渐气化,最终形成蒸汽和水的混合物,经过汽水分离器和蒸汽干燥器,利用分离出的蒸汽推动汽轮进行发电。

冷却水从反应堆底部流进堆芯,对燃料棒进行冷却,带走裂变产生的热能,冷却水温度升高并逐渐气化,最终形成蒸汽和水的混合物,经过汽水分离器和蒸汽干燥器,利用分离出的蒸汽推动汽轮进行发电。

沸水堆又叫轻水堆,沸水堆核电站工作流程是:冷却剂(水)从堆芯下部流进,在沿堆芯上升的过程中,从燃料棒那里得到了热量,使冷却剂变成了蒸汽和水的混合物,经过汽水分离器和蒸汽干燥器,将分离出的蒸汽来推动汽轮发电机组发电。 沸水堆是由压力容器及其中间的燃料元件、十字形控制棒和汽水分离器等组成。汽水分离器在堆芯的上部,它的作用是把蒸汽和水滴分开、防止水进入汽轮机,造成汽轮机叶片损坏。沸水堆所用的燃料和燃料组件与压水堆相同。沸腾水既作慢化剂又作冷却剂。 沸水堆与压水堆不同之处在于冷却水保持在较低的压力(约为70个大气压)下,水通过堆芯变成约285℃的蒸汽,并直接被引入汽轮机。所以,沸水堆只有一个回路,省去了容易发生泄漏的蒸汽发生器,因而显得很简单。 总之,轻水堆核电站的最大优点是结构和运行都比较简单,尺寸较小,造价也低廉,燃料也比较经济,具有良好的安全性、可靠性与经济性。

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