核電站動力裝置是指為核電站生產(chǎn)電能提供動力的一系列設(shè)施的統(tǒng)稱。這些設(shè)施包括一回路系統(tǒng)、二回路系統(tǒng)以及相關(guān)的輔助系統(tǒng)。
一回路系統(tǒng)
一回路系統(tǒng)是由核反應(yīng)堆、主循環(huán)泵、蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器及其相關(guān)管道閥門和其他輔助設(shè)備組成的。在這個系統(tǒng)中，反應(yīng)堆冷卻劑是一種高溫高壓的含硼水，由主循環(huán)泵推動，經(jīng)過反應(yīng)堆吸收核燃料裂變所產(chǎn)生的熱能后，進入蒸汽發(fā)生器并通過其管壁傳遞熱量給外部流動的二回路，從而產(chǎn)生蒸汽。隨后，冷卻水再次被主循環(huán)泵推回到反應(yīng)堆內(nèi)部，形成一個封閉的循環(huán)回路。一回路系統(tǒng)的壓力由穩(wěn)壓器控制。大型壓水堆核電站通常具有2至4個并行連接在反應(yīng)堆壓力殼上的密封環(huán)路，每個環(huán)路包含一臺主循環(huán)泵、一臺蒸汽發(fā)生器及相關(guān)管道閥門。
蒸汽發(fā)生器與主循環(huán)泵
蒸汽發(fā)生器分為臥式和立式兩種，其中立式蒸汽發(fā)生器較為常見。這種蒸汽發(fā)生器由U型傳熱管、管板、管道支撐板、汽水分離器和容器等組成。U型管通常使用因科鎳或因科鉻依等鎳基合金制成，管板則通常由高強度低合金鋼制造。在反應(yīng)堆冷卻劑一側(cè)，有一層不銹鋼堆焊層。與蒸汽發(fā)生器相連的汽水分離器可以提高飽和蒸汽的干燥程度，這對蒸汽的質(zhì)量至關(guān)重要。汽水分離器通常設(shè)計為兩級或三級，第一級為筒狀的旋風(fēng)式分離器，第二、三級為波紋板分離器。在運行期間，應(yīng)嚴格控制蒸汽發(fā)生器給水的水質(zhì)，以減少應(yīng)力腐蝕的風(fēng)險；保持水質(zhì)呈堿性和減少水中氧氣含量，以減緩腐蝕速度；同時減少給水中的含鹽量，以降低管壁積垢，提升傳熱效率。
主循環(huán)泵
主循環(huán)泵負責(zé)輸送高溫高壓的反應(yīng)堆冷卻劑，使它們能夠循環(huán)流動，持續(xù)地將反應(yīng)堆中產(chǎn)生的熱能傳輸?shù)秸羝l(fā)生器，確保一回路系統(tǒng)的正常運作。它是核動力裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一，也是一回路主系統(tǒng)中唯一的高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備。
穩(wěn)壓器
穩(wěn)壓器的主要作用是穩(wěn)定和調(diào)節(jié)一回路主系統(tǒng)冷卻劑的壓力，避免壓力過高或過低的情況，防止一回路主系統(tǒng)及設(shè)備超壓或反應(yīng)堆內(nèi)冷卻劑壓力過低導(dǎo)致的容積沸騰現(xiàn)象，進而避免堆芯燃料棒過熱燒毀的事故發(fā)生。現(xiàn)代大功率壓水堆核電站廣泛采用電熱式穩(wěn)壓器。電熱式穩(wěn)壓器通常采用立式圓柱形結(jié)構(gòu)，頂部的噴淋頭用于抑制壓力上升，底部的電加熱器則起到限制壓力下降的作用。
二回路系統(tǒng)
二回路系統(tǒng)是將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。它主要包括汽輪發(fā)電機組、凝汽器、凝結(jié)水泵、給水泵、低壓加熱器、高壓加熱器、除氧器、汽水分離再熱器以及其他管道閥門。二回路的給水在蒸汽發(fā)生器中吸收了來自一回路的熱量后變?yōu)檎羝又M入汽輪機做工，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。做完工的乏汽排出凝汽器，凝結(jié)成水，再由凝結(jié)水泵輸送到加熱器，加熱后再返回蒸汽發(fā)生器，形成了二回路的封閉循環(huán)。核電站的二回路系統(tǒng)與普通的火力發(fā)電廠的動力回路類似。一回路系統(tǒng)類似于火電廠的鍋爐系統(tǒng)，通常被稱為核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)。然而，由于核反應(yīng)堆是強烈的輻射源，流經(jīng)反應(yīng)堆的冷卻劑帶有一定的放射性，尤其是在核燃料元件受損時放射性更強。因此，從反應(yīng)堆流出的冷卻劑一般不會直接進入汽輪機，這使得壓水堆核電站相對于普通火電廠多出一套動力回路。
汽輪機
壓水堆核電站的汽輪機與火電廠的汽輪機在原理上沒有顯著差異，只是受限于反應(yīng)堆冷卻劑的溫度，蒸汽發(fā)生器只能產(chǎn)生壓力較低的飽和蒸汽或微過熱蒸汽。相比之下，火電廠的高參數(shù)汽輪機的性能更佳。核電站的飽和蒸汽汽輪機的汽耗大約是火電廠的兩倍，排氣體積流量增加了60%至70%，其轉(zhuǎn)輪葉片也相對較長，主要部件的尺寸和重量也隨之增加。由于飽和蒸汽汽輪機在濕蒸汽區(qū)域工作，蒸汽在汽輪機各階段膨脹過程中會產(chǎn)生大量的水分。為了避免水蝕，除了在易受水蝕影響的部件表面噴涂或堆焊一層含有13%鉻的鋼材保護層外，通常還在高壓缸與低壓缸之間安裝汽水分離再熱器，以提高循環(huán)效率并減少葉片水蝕。此外，核電站的飽和蒸汽汽輪機在事故情況下容易超速，因此需要采取預(yù)防措施。
參考資料 >
核電站的概述(核電站原理流程及工況).人人文庫.2024-10-28
核電廠輻射防護:第四章 核電廠輻射與防護.人人文庫.2024-10-28
蒸汽發(fā)生器立式和臥式的區(qū)別.愛采購 .2024-10-28