核电站动力装置

核电站动力装置是指为核电站生产电能提供动力的一系列设施的统称。这些设施包括一回路系统、二回路系统以及相关的辅助系统。

一回路系统

一回路系统是由核反应堆、主循环泵、蒸汽发生器、稳压器及其相关管道阀门和其他辅助设备组成的。在这个系统中，反应堆冷却剂是一种高温高压的含硼水，由主循环泵推动，经过反应堆吸收核燃料裂变所产生的热能后，进入蒸汽发生器并通过其管壁传递热量给外部流动的二回路，从而产生蒸汽。随后，冷却水再次被主循环泵推回到反应堆内部，形成一个封闭的循环回路。一回路系统的压力由稳压器控制。大型压水堆核电站通常具有2至4个并行连接在反应堆压力壳上的密封环路，每个环路包含一台主循环泵、一台蒸汽发生器及相关管道阀门。

蒸汽发生器与主循环泵

蒸汽发生器分为卧式和立式两种，其中立式蒸汽发生器较为常见。这种蒸汽发生器由U型传热管、管板、管道支撑板、汽水分离器和容器等组成。U型管通常使用因科镍或因科铬依等镍基合金制成，管板则通常由高强度低合金钢制造。在反应堆冷却剂一侧，有一层不锈钢堆焊层。与蒸汽发生器相连的汽水分离器可以提高饱和蒸汽的干燥程度，这对蒸汽的质量至关重要。汽水分离器通常设计为两级或三级，第一级为筒状的旋风式分离器，第二、三级为波纹板分离器。在运行期间，应严格控制蒸汽发生器给水的水质，以减少应力腐蚀的风险；保持水质呈碱性和减少水中氧气含量，以减缓腐蚀速度；同时减少给水中的含盐量，以降低管壁积垢，提升传热效率。

主循环泵

主循环泵负责输送高温高压的反应堆冷却剂，使它们能够循环流动，持续地将反应堆中产生的热能传输到蒸汽发生器，确保一回路系统的正常运作。它是核动力装置的关键设备之一，也是一回路主系统中唯一的高速旋转设备。

稳压器

稳压器的主要作用是稳定和调节一回路主系统冷却剂的压力，避免压力过高或过低的情况，防止一回路主系统及设备超压或反应堆内冷却剂压力过低导致的容积沸腾现象，进而避免堆芯燃料棒过热烧毁的事故发生。现代大功率压水堆核电站广泛采用电热式稳压器。电热式稳压器通常采用立式圆柱形结构，顶部的喷淋头用于抑制压力上升，底部的电加热器则起到限制压力下降的作用。

二回路系统

二回路系统是将蒸汽的热能转化为电能的装置。它主要包括汽轮发电机组、凝汽器、凝结水泵、给水泵、低压加热器、高压加热器、除氧器、汽水分离再热器以及其他管道阀门。二回路的给水在蒸汽发生器中吸收了来自一回路的热量后变为蒸汽，接着进入汽轮机做工，驱动发电机发电。做完工的乏汽排出凝汽器，凝结成水，再由凝结水泵输送到加热器，加热后再返回蒸汽发生器，形成了二回路的封闭循环。核电站的二回路系统与普通的火力发电厂的动力回路类似。一回路系统类似于火电厂的锅炉系统，通常被称为核蒸汽供应系统。然而，由于核反应堆是强烈的辐射源，流经反应堆的冷却剂带有一定的放射性，尤其是在核燃料元件受损时放射性更强。因此，从反应堆流出的冷却剂一般不会直接进入汽轮机，这使得压水堆核电站相对于普通火电厂多出一套动力回路。

汽轮机

压水堆核电站的汽轮机与火电厂的汽轮机在原理上没有显著差异，只是受限于反应堆冷却剂的温度，蒸汽发生器只能产生压力较低的饱和蒸汽或微过热蒸汽。相比之下，火电厂的高参数汽轮机的性能更佳。核电站的饱和蒸汽汽轮机的汽耗大约是火电厂的两倍，排气体积流量增加了60%至70%，其转轮叶片也相对较长，主要部件的尺寸和重量也随之增加。由于饱和蒸汽汽轮机在湿蒸汽区域工作，蒸汽在汽轮机各阶段膨胀过程中会产生大量的水分。为了避免水蚀，除了在易受水蚀影响的部件表面喷涂或堆焊一层含有13%铬的钢材保护层外，通常还在高压缸与低压缸之间安装汽水分离再热器，以提高循环效率并减少叶片水蚀。此外，核电站的饱和蒸汽汽轮机在事故情况下容易超速，因此需要采取预防措施。

参考资料

核电站的概述(核电站原理流程及工况).人人文库.2024-10-28

核电厂辐射防护:第四章 核电厂辐射与防护.人人文库.2024-10-28

蒸汽发生器立式和卧式的区别.爱采购 .2024-10-28