典型压水堆压力容器与堆芯结 11 构原理图
堆芯横截 面图
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压 水 堆 纵 剖 面 图
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压水堆堆芯组件
核燃料组件
棒束控制棒组件
可燃毒物组件
中子源组件
阻力塞组件
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核燃料组件
采用无盒、带指形控制组件的 棒束型燃料组件。 主要结构：燃料棒＋骨架
骨架：上下管座，8
层定位格架，导向管采用 17×17=289=264+24+1 正方形 排列。
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控制棒组件
结构组成：24跟吸收剂棒＋星形架 组件数目保证： 卡棒准则，功率 分布，弹棒事故
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堆芯相关组件
可燃毒物组件，初级中子源组件，次级中子源组件， 阻力塞组件
结构上的共同点：
支承结构：一个压紧组件形成的支承结构 24 根棒束
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可燃毒物组件
作用：用于第一燃料循环，降低硼浓度， 半尺慢化剂的负温度系数 可燃毒物材料：硼玻璃管（B2O3+SiO2） 初装料：48×12(棒)＋ 18×16(棒)+2×16=896 第一次换料时全部卸出，换阻力塞组件
• 反应堆的功率调节除用控制棒外，还可用改变再循环流量 来实现。再循环流量提高，汽泡带出率就提高，堆芯空泡 减少，使反应性增加，功率上升，汽泡增多，直至达到新 的平衡。这种功率调节比单独用控制棒更方便灵活。仅用 再循环流量调节就可使功率改变25%满功率而不需控制棒 任何运动。 • 沸水堆不用化学补偿（反应性）。燃耗反应性亏损除 用控制棒外，还用燃料棒内加Gd203可燃毒物进行补偿。 • 沸水堆蒸汽直接由堆内产生，故不可避地要挟带出由 水中16O原子核经快中子（n，p）反应所产生的16N。 16N有很强的辐射，因此汽轮机系统在正常运行时都带有 强放射性，运行人员不能接近，还需有适当的屏蔽，但 16N的半衰期仅7.13s，故停机后不久就可完全衰变，不 影响设备检修。
• 从维修来看，压水堆因为一回路和蒸汽系统分开，汽轮机 未受放射性的沾污，所以，容易维修。而沸水堆是堆内产 生的蒸汽直接进入汽轮机，这样，汽轮机会受到放射性的 沾污，所以在这方面的设计与维修都比压水堆要麻烦一些。 • 以沸水堆为动力源的核电厂。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 须使用低浓铀，且须停堆换料。截至1996年底为止，全世 界已运行的沸水堆有94座，总功率78285MW，占全世界 已运行核电厂反应堆总数的21.7%和总功率的22.7%，仅 次于压水堆；在建的沸水堆有6座，总功率7320MW，占 全世界在建核电厂反应堆总数的9.5%和总功率的14.1%。
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中子源组件
作用： 1 提高中子通量水平 2 点火 初级中子源
结构与材料：锎
次级中子源
结构与材料：锑、铍
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阻力塞组件
作用：
阻力塞组件 thimbleplugassembly在不 插控制棒、可燃毒物和中子 源的燃料组件内，为限制导 向管旁流而设置的组件
。
前述各种堆芯相关组件 都含有中子源组件， 只有阻力塞组件全 部是阻力塞组件
•
目前全世界核电站、核潜艇和核动力航空 母舰等使用的反应堆中均以压水堆为主， 截至2000年底，全世界有258座运行中的反 应堆，占总数的64.6% • 最早用作核潜艇的军用反应堆。1961年， 美国建成世界上第一座商用压水堆核电站。 压水堆由压力容器、堆芯、堆内构件及控 制棒组件等构成。压力容器的寿命期为40 年。
•
20世纪90年代，美国和欧洲核电先进国家对今 后建设的核电厂的安全、技术、经济性确定了一 系列具体的奋斗目标。各国也着手研发同时满足 这些要求的第三代压水堆。其中有代表的有法、 德合作开发的欧洲动力堆EPR和美国西屋公司研 发的AP1000。EPR提出在未来压水堆设计中采用 共同的安全方法，通过降低堆芯熔化和严重事故 概率和提高安全壳能力来提高安全性，从放射性 保护、废物处理、维修改进、减少人为失误等方 面根本改善运行条件；AP1000则以全非能动安全 系统、简化设计和布置以及模块化建造为主要特 色。
沸水堆工作原理图：
沸水堆内部结构图
沸水堆内部结构图
先进沸水堆
• 利用先进技术和成熟的经验，代表当今核电站发展水平。 它与GE研制的前六代沸水堆(BWR1-BWR6)及欧洲沸水堆相 比，就单相系统或设备的设计而言，在技术上没有明显的 突破，但它集以往沸水堆技术及经验之大成, 更符合先进 轻水堆URD设计规范，在整体上体现出了它综合的优势。 • 精密控制棒驱动系统维修率低，高性能的防辐射材料，长 寿命的中子监视器，改进的水化学系统等等。 • 先进沸水堆通过改进堆芯及燃料的设计使功率振荡衰减比 非常小，堆的稳定性大大提高。 • 先进堆堆内设置自动运行，保护器禁止堆运行在高功率密 度/低流量区，来防止两相流不稳定性的发生。
压水堆与沸水堆
•
自从核电站问世以来，在工业上成熟的发 电堆主要有以下三种：轻水堆、重水堆和 石墨汽冷堆。它们相应地被用到三种不同 的核电站中，形成了现代核发电的主体。 目前，热中子堆中的大多数是用轻水慢化 和冷却的所谓轻水堆。轻水堆又分为压水 堆和沸水堆.
压水堆
• 压水反应堆（Pressurized Water Reactor，缩写为PWR）是美国贝蒂斯原 子能实验室（英语：Bettis Atomic Power Laboratory）开发成功的一种轻水核反应 堆。
工作原理及主要特点
• 来自汽轮机系统的给水进入反应堆压力容器后，沿堆芯围筒与容器内 壁之间的环形空间下降，在喷射泵的作用下进入堆下腔室，再折而向 上流过堆芯，受热并部分汽化。汽水混合物经汽水分离器分离后，水 分沿环形空间下降，与给水混合；蒸汽则经干燥器后出堆，通往汽轮 发电机，做功发电。蒸汽压力约为7MPa，干度不小于99.75%。汽轮 机乏汽冷凝后经净化、加热再由给水泵送入反应堆压力容器，形成一 闭合循环。再循环泵的作用是使堆内形成强迫循环，其进水取自环形 空间底部，升压后再送入反应堆容器内，成为喷射泵的驱动流。某些 沸水堆用堆内循环泵取代再循环泵和喷射泵。 • 沸水堆的控制棒从堆底引入，原因是：①沸水堆堆芯上部蒸汽含 量较多，造成堆芯上部中子慢化不足，这样，堆芯热中子通量分布不 均匀，其峰值下移。控制棒由堆芯底部引入有助于展平中子通量密度。 ②可以空出堆芯上方空间以安装汽水分离器和干燥器。但控制棒自堆 底引入后就不能在控制动力源丧失后靠重力自动插进堆芯，因此沸水 堆的控制棒驱动机构需非常可靠，通常都采用液压驱动，也有采用机 械/液压或电气/液压驱动。在后两种设计中，机械或电气驱动用于正 常控制。快速紧急停堆则都用液压驱动，且每个机构或每两个机构配 有一单独的蓄压器。
• 安全可靠是核电站发展的基石，中国 也始终把核电安全放在第一位。我们 有理由相信，随着经验的积累以及技 术的进步，核电站的安全性能将逐步 得到进一步提高，将要发展的第三代 反应堆和未来的第四代反应堆会为我 们安全利用核能营造新的环境。
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Hale Waihona Puke 中核集团首台百万级压水堆核电站的蒸汽发生器
我国正在运行的核电机组（除秦山三期）全部为压水堆堆型，作为一种 技术相当成熟的堆型，具有以下特点：
1．压水堆以轻水作慢化剂及冷却剂，反应堆体积小，建设周期短．造价较低。 2．压水堆采用低富集度铀作燃料，铀的浓缩技术已经过关。
3．压水堆核电厂有放射性的一回路系统与二回路系统相分开，放射性冷却剂 不会进入回路而污染汽轮机，运行、维护方便，需要处理的放射惮废气、 废水、废物量较少。
沸水堆与压水堆的主要区别
• 沸水堆采用一个回路，压水堆有两个回路； 沸水堆由于堆芯顶部要安装汽水分离器等 设备，故控制棒需从堆芯底部向上插入， 控制棒为十字形控制棒，压水堆为棒束型 控制棒，从堆芯顶部进入堆芯；沸水堆具 有较低的运行压力（约为70个大气压）， 冷却水在堆内以汽液形式存在，压水堆一 回路压力通常达150个大气压，冷却水不产 生沸腾。
压水堆相对沸水堆的优势
• 沸水堆与压水堆不同之处在于沸水堆没有蒸汽发 生器，一回路水通过堆芯加热变成约285℃的蒸 汽并直接引入汽轮机，因此常规岛布置有一回路 的冷却剂管道，管道失效可能引起冷却剂泄漏。 压水堆的一回路和蒸汽系统通过蒸汽发生器分隔 开，而且蒸汽发生器安置在安全壳内，只要蒸汽 发生器完整，放射性物质不会释放到环境中，即 使蒸汽发生器故障破损，利用安全壳贯穿件关闭， 放射性物质也不会释放到环境中。
BWR追求简易化的历史
刻意追求简易-直接循环 采用验证技术 传统式BWR 初期的BWR
内置循环泵 取消堆芯周围管道 （1990年代～至今） 带蒸气包／汽水分离器 双重循环式 （1950年代～60年代）
ABWR
内置汽水分离器 直接循环式 （1960年代）
内置射流泵 减少周围管道式 （1970年代～至今）
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压水堆堆芯（reactor core）
堆芯设计满足的一般要求： 1 堆芯功率分布尽量均匀，以便堆芯有最大的功率输出 2 尽量减少堆芯内不必要的中子吸收材料，提高中子经济性
3 要有最佳的冷却剂流量分配和最小的流动阻力
4 有较长的堆芯寿命，适当的减少换料操作次数 5 堆芯结构紧凑，换料要简易方便。
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沸水堆简介
• 沸水堆与压水堆不同之处在于冷却水保持在较低的压力 沸水堆是轻水堆的一种，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 （约为 70个大气压）下，水通过堆芯变成约285℃的蒸 料棒那里得到了热量，使冷却剂变成了蒸汽和水的混合物， 汽，并直接被引入汽轮机。所以，沸水堆只有一个回路， 经过汽水分离器和蒸汽干燥器，将分离出的蒸汽来推动汽 省去了容易发生泄漏的蒸汽发生器，因而显得很简单。 轮发电机组发电。 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 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 有良好的安全性、可靠性与经济性。它的缺点是必须使 的作用是把蒸汽和水滴分开、防止水进入汽轮机，造成汽 用低浓铀，目前采用轻水堆的国家，在核燃料供应上大 轮机叶片损坏。沸水堆所用的燃料和燃料组件与压水堆相 多依赖美国和独联体。此外，轻水堆对天然铀的利用率 同。沸腾水既作慢化剂又作冷却剂。 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。