核電科普:重水堆核電站
重水堆核電站是指以重水堆作為電熱源的核電站。重水堆是以重水作慢化劑的反應(yīng)堆,可以直接利用天然鈾或回收鈾作為核燃料。重水堆可用輕水(普通水)或重水(氧化氘)作冷卻劑和中子慢化劑,分壓力殼式和壓力管式兩類。 重水堆核電站是發(fā)展較早的核電站,有各種類別,但已實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模推廣的只有加拿大發(fā)展起來的坎杜型(CANDU型)壓力管式重水堆核電站。 目前加拿大已實現(xiàn)將回收鈾燃料全堆裝入商用重水堆。 CANDU型堆的特點是堆心使用壓力管代替壓水堆的壓力容器,用重水作為慢化劑和冷卻劑,以天然鈾作核燃料,可不停堆更換燃料。 為一水平放置的筒形容器(稱排管容器),里面盛低溫低壓的重水慢化劑。容器內(nèi)貫穿有許多根水平管道(壓力管),其中裝有燃料棒束和作為冷卻劑的高溫、高壓重水。[3]由主回路水泵輸送冷卻劑,經(jīng)過燃料管道,把燃料發(fā)出的熱量帶出堆心,然后經(jīng)過蒸汽發(fā)生器,加熱二次側(cè)的輕水使其產(chǎn)生蒸汽,以供給汽輪機-發(fā)電機組,使熱能轉(zhuǎn)換為機械能,機械能轉(zhuǎn)換為電能。排管容器由超低碳不銹鋼制造,壓力管由鋯-鈮合金制造。整個排管容器連同其內(nèi)容物置于帶不銹鋼襯里的混凝土堆室中。堆室內(nèi)充以輕水,作冷卻和屏蔽用。 坎杜型重水堆核采用冷卻劑、慢化劑循環(huán) 蒸汽發(fā)生器和主回路水泵安裝在反應(yīng)堆的兩端,以便使冷卻劑自反應(yīng)堆的一端流入反應(yīng)堆堆心的一半燃料管道,另一端則以相反的方向流入另一半燃料管道。冷卻劑系統(tǒng)設(shè)有一個穩(wěn)壓器,以維持主回路的壓力,使重水不致沸騰。慢化劑系統(tǒng)的溫度較低,它也設(shè)有循環(huán)泵和熱交換器。它把高溫燃料管道傳給慢化劑的熱量及重水與中子和γ射線相互作用產(chǎn)生的熱量帶出堆心,以提高反應(yīng)堆的物理性能。 重水堆的核燃料是由天然二氧化鈾壓制、燒結(jié)而成的圓柱形二氧化鈾芯塊。若干個二氧化鈾芯塊裝入一根鋯合金包殼管內(nèi),兩端用端塞密封形成一根燃料元件。再將若干根燃料元件焊到兩個端部支撐板上,形成柱形燃料棒。元件棒間用定位隔塊將其隔開。 在反應(yīng)堆的兩端各設(shè)一臺遙控操作的換料機。當某根壓力管內(nèi)的燃料需要更換時,一臺換料機處于裝料位置,另一臺則處于卸料位置。處于裝料位置的核燃料換料機內(nèi)裝有新的燃料棒束,由逆冷卻劑流向推入,堆內(nèi)相對應(yīng)壓力管道內(nèi)的乏燃料棒束即被推入另一端處于卸料位置的換料機內(nèi)。整個操作由電子計算機來完成,可實現(xiàn)不停堆換料。 CANDU型重水堆的反應(yīng)性控制是由下列裝置實現(xiàn)。它們從頂部垂直穿過反應(yīng)堆容器。①調(diào)節(jié)棒:由強中子吸收體構(gòu)成,用于均衡反應(yīng)堆中心區(qū)的功率分布,使反應(yīng)堆的總功率輸出最佳。②增益棒:由高濃鈾代替強中子吸收體,用來補償氙中毒所引起的反應(yīng)性下降。③區(qū)域控制棒:由一些可充輕水的圓柱形隔套組成。④停堆系統(tǒng):由兩組停堆系統(tǒng)組成。一組停堆系統(tǒng)是由能快速插入反應(yīng)堆堆心的強中子吸收棒組成;另一組停堆系統(tǒng)是將吸收中子的溶液注入慢化劑或注入堆心的一些管中,也可以把慢化劑排空。 我國首座商用重水堆核電站———————秦山三期重水堆核電站 秦山三期(重水堆)核電站,是我國首座商用重水堆核電站,也是中加兩國迄今為止最大的核電合作項目。電站采用加拿大坎杜6型重水堆核電技術(shù),建造兩臺700兆瓦級核電機組,設(shè)計壽命40年,設(shè)計年容量因子85%,每千瓦造價1791美元。秦山三期核電站由中國核工業(yè)集團有限公司控股,秦山第三核電有限公司為項目業(yè)主。 秦山三期電站于1998年6月8日開工,2003年7月24日并網(wǎng)發(fā)電,比主合同規(guī)定工期提前了112天建成,創(chuàng)造了國際33座重水堆核電站建設(shè)周期最短紀錄。目前秦山三期一、二號機組正安全可靠運行。 在工程建設(shè)中,中方堅持自主原則,實施核電工程與國際接軌,工程建設(shè)取得輝煌業(yè)績。探索總結(jié)出一套與國際接軌的“垂直管理,分級授權(quán),相互協(xié)作,橫向約束,規(guī)范化、程序化和信息化運作”管理模式,有效地實施“質(zhì)量、進度、投資”三大控制。采用國際先進管理手段,高起點搭建計算機信息網(wǎng)絡(luò);建立了合同談判、工程建造、調(diào)試、生產(chǎn)運行和技術(shù)支持等一套完整的管理體系,培養(yǎng)了一支高素質(zhì)的項目管理、生產(chǎn)運行、經(jīng)營管理的隊伍。 進入生產(chǎn)運營期,公司平穩(wěn)實現(xiàn)了由基建轉(zhuǎn)生產(chǎn)、領(lǐng)導(dǎo)班子交接的兩個重大轉(zhuǎn)變?!按怪惫芾?,分級授權(quán),相互協(xié)作,橫向約束,規(guī)范化、程序化和信息化運作”的管理模式在生產(chǎn)運行管理工作中通過制度進一步得到深化和落實。推出一系列管理新舉措,進一步優(yōu)化生產(chǎn)運行指揮體系,完善維修管理模式,強化電站技術(shù)管理。 截至2005年12月31日,兩臺機組總累計發(fā)電達288億千瓦時,有效緩解了華東地區(qū)電力緊張狀況,促進了當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。