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核电站的原理就是烧水么?其实没那么神秘!

发布时间:2019-05-21 点击数:338

好多人都很好奇,核电站的原理究竟是什么?今天带大家了解一下;

简单来说,核电站原理其中的一步是“烧水”。下面详细回答,普及一下核电站的原理吧。希望有耐心读完。


烧水本质上是能量转化,其他能量转化成了水的热能。而核电站“烧水”用的是核能,在反应堆里进行,这一步比火电站用锅炉“烧水”复杂很多,因为涉及到核裂变反应。

众所周知,火力发电厂利用煤、石油或天然气发电,水力发电站利用水力发电,而核电站则是利用原子核的裂变能发电。目前世界上的核电站60%以上都是压水堆核电站,其主要由反应堆、蒸汽发生器、汽轮机、发电机及有关系统设备组成。

核电站利用核能发电,核心设备是核反应堆。核反应堆加热水产生蒸汽,将原子核裂变能转化为热能;蒸汽压力推动汽轮机旋转,热能转化为机械能;然后汽轮机带动发电机旋转,将机械能转变成电能。


 


核电站工作原理

常见的核电站依据反应堆原理不同可分为压水堆核电站、重水堆核电站、沸水堆核电站、快堆核电站。目前我国主要核电站由压水堆核电站和重水堆核电站组成。

压水堆核电站

目前世界上的核电站60%以上都是压水堆核电站,其主要由反应堆、蒸汽发生器、汽轮机、发电机及有关系统设备组成。




核电站中,反应堆的作用是进行核裂变,将核能转化为水的热能。水作为冷却剂在反应堆中吸收核裂变产生的热能,成为高温高压的水然后沿管道进入蒸汽发生器的U型管内,将热量传给U型管外侧的水,使其变为饱和蒸汽。

冷却后的水再由主泵打回到反应堆内重新加热,如此循环往复,形成一个封闭的吸热和放热的循环过程,这个循环回路称为一回路,也称核蒸汽供应系统。一回路的压力由稳压器控制。由于一回路的主要设备是核反应堆,通常把一回路及其辅助系统和厂房统称为核岛(NI)。

由蒸汽发生器产生的水蒸汽进入汽轮机膨胀作功,将蒸汽、的热能转变为汽轮机转子旋转的机械能。汽轮机转子与发电机转子两轴刚性相连,因此汽轮机直接带动发电机发电,把机械能转换为电能。

作完功后的蒸汽(乏汽)被排入冷凝器,由循环冷却水(如海水)进行冷却,凝结成水,然后由凝结水泵送入加热器预加热,再由给水泵将其输入蒸汽发生器,从而完成了汽轮机工质的封闭循环,我们称此回路为二回路。循环冷却水二回路系统与常规火电厂蒸汽动力回路大致相同,故把它及其辅助系统和厂房统称为常规岛(CI)。

综上所述,压水堆核电站将核能转变为电能是分四步,由四个主要设备中实现的

1)反应堆—将核能转变为水的热能;

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,使其变成饱和蒸汽;

3)汽轮机—将饱和蒸汽的热能转变为汽轮机转子高速旋转的机械能;

4)发电机—将汽轮机传来的机械能转变为电能。

即,核能发电包括核能→热能→机械能→电能的能量转换全过程。其中后两种能量转换过程与常规火力发电厂内的工艺过程基本相同,只是在设备的技术参数上略有不同。核反应堆从功能上相当于火电厂的锅炉系统(火电站用锅炉“烧水”)。但由于它是强放射源,流经反应堆的冷却剂带有一定的放射性,一般不宜直接送入汽轮机,所以压水堆核电站比普通电厂多了一套动力回路。

扩展:

目前的水电站,风电站,火电站,核电站等最后都是把机械能→电能。但前面步骤的能量转化是不同的。

水电是水的势能→水轮机的机械能→带动发电机产生电能。

风电是风的动能→风车的机械能→带动发电机产生电能。

火电是燃料的化学能→水的热能→汽轮机的机械能→带动发电机产生电能。

核电是核反应的能量→水的热能→汽轮机的机械能→带动发电机产生电能。

其中,核电站和火电站前面的步骤简单说都是“烧水”,只是原料不同而已啦。一个是核燃料,一个是煤等化石燃料。但由于涉及核裂变反应,导致核电站比火电站复杂。

重水堆核电站

重水堆是以重水(氘和氧组成的化合物)作慢化剂的反应堆,其工作原理与压水堆核电站类似。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。

 



沸水堆核电站

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。

 


快堆核电站

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。快堆可使铀利用率提高至60%以上,最大程度的降低核废料,实现放射性废物最小化。但快堆的燃料元件加工及乏燃料后处理要求高,对材料的要求也较苛刻。

 

此文章来源于电力工程论坛