石墨核電站

【專家解說(shuō)】：石墨氣冷堆就是以氣體(二氧化碳或氦氣)作為冷卻劑的反應(yīng)堆。這種堆經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，產(chǎn)生了三種堆型:天然鈾石墨氣冷堆、改進(jìn)型氣冷堆和高溫氣冷堆。 (1)天然鈾石墨氣冷堆核電站 天然鈾石墨氣冷堆實(shí)際上是天然鈾作燃料，石墨作慢化劑，二氧化碳作冷卻劑的反應(yīng)堆。這種反應(yīng)堆是英、法兩國(guó)為商用發(fā)電建造的堆型之一，是在軍用钚生產(chǎn)堆的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，早在1956年英國(guó)就建造了凈功率為45兆瓦的核電站。因?yàn)樗怯面V合金作燃料包殼的，英國(guó)人又把它稱為鎂諾克斯堆。 該堆的堆芯大致為圓柱形，是由很多正六角形棱柱的石墨塊堆砌而成。在石墨砌體中有許多裝有燃料元件的孔道。以便使冷卻劑流過(guò)將熱量帶出去。從堆芯出來(lái)的熱氣體，在蒸汽發(fā)生器中將熱量傳給二回路的水，從而產(chǎn)生蒸汽。這些冷卻氣體借助循環(huán)回路回到堆芯。蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽被送到汽輪機(jī)，帶動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。這就是天然鈾石墨氣冷堆核電站的簡(jiǎn)單工作原理。 這種堆的主要優(yōu)點(diǎn)是用天然鈾作燃料，其缺點(diǎn)是功率密度小、體積大、裝料多、造價(jià)高，天然鈾消耗量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他堆?，F(xiàn)在英、法兩國(guó)都停止建造這種堆型的核電站。 (2)改進(jìn)型氣冷堆核電站改進(jìn)型氣冷堆是在天然鈾石墨氣冷堆的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。設(shè)計(jì)的目的是改進(jìn)蒸汽條件，提高氣體冷卻劑的最大允許溫度。這種堆，石墨仍然為慢化劑，二氧化碳為冷卻劑，核燃料用的是低濃度鈾(鈾-235的濃度為2-3%)，出口溫度可達(dá)670℃。它的蒸汽條件達(dá)到了新型火電站的標(biāo)準(zhǔn)，其熱效率也可與之相比。 這種堆被稱為第二代氣冷堆，英國(guó)建造了這種堆，由于存在不少工程技術(shù)問(wèn)題，對(duì)其經(jīng)濟(jì)性多年來(lái)爭(zhēng)論不休，得不出定論，所以前途暗淡。 (3)高溫氣冷堆 高溫氣冷堆被稱為第三代氣冷堆，它是石墨作為慢化劑，氦氣作為冷卻劑的堆。 這里所說(shuō)的高溫是指氣體的溫度達(dá)到了較高的程度。因?yàn)樵谶@種反應(yīng)堆中，采用了陶瓷燃料和耐高溫的石墨結(jié)構(gòu)材料，并用了惰性的氦氣作冷卻劑，這樣，就把氣體的溫度提高到750℃以上。同時(shí)，由于結(jié)構(gòu)材料石墨吸收中子少，從而加深了燃耗。另外，由于顆粒狀燃料的表面積大、氦氣的傳熱性好和堆芯材料耐高溫，所以改善了傳熱性能，提高了功率密度。這樣，高溫氣冷堆成為一種高溫、深燃耗和高功率密度的堆型。 它的簡(jiǎn)單工作過(guò)程是，氦氣冷卻劑流過(guò)燃料體之間，變成了高溫氣體;高溫氣體通過(guò)蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽，蒸汽帶動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。 高溫氣冷堆有特殊的優(yōu)點(diǎn):由于氦氣是惰性氣體，因而它不能被活化，在高溫下也不腐蝕設(shè)備和管道;由于石墨的熱容量大，所以發(fā)生事故時(shí)不會(huì)引起溫度的迅速增加;由于用混凝土做成壓力殼，這樣，反應(yīng)堆沒(méi)有突然破裂的危險(xiǎn)，大大增加了安全性;由于熱效率達(dá)到40%以上，這樣高的熱效率減少了熱污染。 高溫氣冷堆有可能為鋼鐵、燃料、化工等工業(yè)部門提供高溫?zé)崮?，?shí)現(xiàn)氫還原煉鐵、石油和天然氣裂解、煤的氣化等新工藝，開(kāi)辟綜合利用核能的新途徑。但是高溫氣冷堆技術(shù)較復(fù)雜。