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核電廠的原理就是燒水嗎?

2015-06-01科學

作為一名核電廠執行,我來回答吧。先說簡單答案,核電廠原理其中的一步是「燒水」。下面詳細回答,普及一下核電廠的原理吧。希望有耐心讀完。

燒水本質上是能量轉化,其他能量轉化成了水的熱能。而核電廠「燒水」用的是核能,在反應爐裏進行,這一步比火電站用鍋爐「燒水」復雜很多,因為涉及到核分裂反應。

眾所周知,火力發電廠利用煤、石油或天然氣發電,水力發電站利用水力發電,而核電廠則是利用原子核的分裂能發電。目前世界上的核電廠 60%以上都是壓水堆核電廠,其主要由 反應爐、蒸汽發生器、汽輪機、發電機 及有關系統裝置組成。其工作原理流程如圖 1.1所示。

在核電廠中,反應爐的作用是進行核分裂,將核能轉化為水的熱能。水作為冷卻劑在反應爐中吸收核分裂產生的熱能,成為高溫高壓的水(註:這就是「燒水」,只是用核反應的能量在反應爐裏燒水,這一步比火電站用鍋爐「燒水」復雜很多)。 然後沿管道進入蒸汽發生器的 U 型管內,將熱量傳給 U 型管外側的汽輪機工質(水),使其變為飽和蒸汽。

被冷卻後的冷卻劑再由主泵打回到反應爐內重新加熱,如此迴圈往復,形成一個封閉的吸熱和放熱的迴圈過程,這個迴圈回路稱為 一回路 ,也稱核蒸汽供應系統。一回路的壓力由穩壓器控制。由於一回路的主要裝置是核子反應爐,通常把一回路及其輔助系統和廠房統稱為 核島(NI)

汽輪機工質(水)在蒸汽發生器中被加熱成蒸汽後進入汽輪機膨脹作功, 將蒸汽焓降放出的 熱能 轉變為汽輪機轉子旋轉的 機械能 。汽輪機轉子與發電機轉子兩軸剛性相連,因此汽輪機直接帶動發電機發電,把機械能轉換為 電能

作完功後的蒸汽(乏汽)被排入冷凝器,由迴圈冷卻水(如海水)進行冷卻,凝結成水,然後由凝結水泵送入加熱器預加熱,再由給水泵將其輸入蒸汽發生器,從而完成了汽輪機工質的封閉迴圈,我們稱此回路為 二回路 。二回路系統與常規火電廠蒸汽動力回路大致相同,故把它及其輔助系統和廠房統稱為 常規島(CI)

綜上所述,壓水堆核電廠將核能轉變為電能是 分四步 ,如圖 1.2 所示,在四個主要裝置中實作的:

(1) 反應爐——將核能轉變為水的熱能;(註:「燒水」)
(2) 蒸汽發生器——將一回路高溫高壓水中的熱量傳遞給二回路的水,使其變成飽和蒸汽;
(3) 汽輪機——將飽和蒸汽的熱能轉變為汽輪機轉子高速旋轉的機械能;
(4) 發電機——將汽輪機傳來的機械能轉變為電能。

即,核能發電包括 核能→熱能→機械能→電能 的能量轉換全過程。其中後兩種能量轉換過程與常規火力發電廠內的工藝過程基本相同,只是在裝置的技術參數上略有不同。 核子反應爐從功能上相當於火電廠的鍋爐系統(火電站用鍋爐「燒水」)。 但由於它是強放射源,流經反應爐的冷卻劑帶有一定的放射性,一般不宜直接送入汽輪機,所以壓水堆核電廠比普通電廠多了一套動力回路。

擴充套件:
目前的水電站,風電站,火電站,核電廠等最後都是把 機械能→電能。 但前面步驟的能量轉化是不同的。
水電是水的勢能→水輪機的機械能→帶動發電機產生電能。
風電是風的動能→風車的機械能→帶動發電機產生電能。
火電是燃料的化學能→水的熱能→汽輪機的機械能→帶動發電機產生電能。
核電是核反應的能量→水的熱能→汽輪機的機械能→帶動發電機產生電能。

其中,核電廠和火電站前面的步驟簡單說都是「燒水」,只是原料不同而已啦。一個是核燃料,一個是煤等化石燃料。但由於涉及核分裂反應,導致核電廠比火電站復雜。

嗯,反應爐就在中間那兩個大圓柱子裏。圖片來自百度。

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