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          核能供热

          发布时间: 2016-02-29 14:35:46   作者:无   来源:

           

          第一部分:概述
          第二部分:技术原理
          第三部分:国内应用和发展
          第四部分:国外应用和发展
          第五部分:大玩家彩票网址经典案例
          第六部分:部分参考文献
           
          概述
          以核裂变产生的能量为热源的城市集中供热方式。它是解决城市能源供应,减轻运输压力和消除烧煤造成的环境污染的一种新途径。
            城市集中供热所需温度不高,现有的核能技术较易满足要求。目前,正在发展的有三种核能供热方式:
            ①城市集中供热专用低温供热堆。这种堆的压力为12兆帕,可以输出100°C左右的热水供城市应用。由于反应堆工作参数低,安全性好,有可能建造在城市近郊。
            ②核热电站。它和普通热电站原理相似,只是用核反应堆代替矿物燃料锅炉。核热电站反应堆工作参数高,必须按照电站选址规程建在远离居民区的地点,从而使它的发展在一定的程度上受到限制。
            ③化学热管远程核供热系统。是正在研究的先进技术。它利用高温气冷堆产生的900°C左右的高温热源,进行可逆反应,并在常温下通过管道送到用户,在再生(甲烷化)装置中产生逆反应放出化学热,供用户应用。这种方法可将核热送到远处供大片地区使用。
            由于采取了多重密封与屏蔽措施,因此核供热堆,特别是低温供热堆运行时排放到环境中的放射性物质甚至比烧煤锅炉还少得多。从经济上看,核供热堆的初始投资高于烧煤锅炉,但燃料费较省,与同功率的烧煤锅炉相比,每年核燃料的运输量仅约为煤量的十万分之一,可以输出100°C左右的热水供城市应用。比烧油锅炉的燃料费低得更多。有些国家已经开始发展核供热堆。已运行的核电站中,有十余座实行抽汽供热。
            性质:核供热堆是一种以输出显热为主的核能系统。可用于城镇居民供暖和综合利用。作为核电的补充,它的推广应用有助于改善能源结构,减排温室气体和改善城镇环境。核供热堆具有良好的固有安全性,系统简单,运行可靠,可以建在靠近居民稠密区,节省显热远距离输送的昂贵费用。世界上第一座5MW核供热试验堆于1989年在中国建成并运行。运行结果表明,中国开发的核供热堆具有优异的性能。
           
          技术原理
          应用核能供热方式有两种:
                 第一种是在发电的同时采用抽气供热,这与常规热电厂相似。这种方式从有效利用燃料角度来分析,经济性较好。但是核供热电站一般蒸汽参数较低,相应的汽轮发电机效率低,设备大,相应的热效率低于烧有机燃料的供热电站。
                 第二种为建造单纯核供热站,即建造只产生低压蒸汽和热水而不发电。则反应堆不必采用高温高压,只有1.52.0兆帕,甚至更低压力。这样反应堆等一回路系统设备管道的制造安装容易成本低。另外,核供热站低温低压,安全可靠,可以建造在热用户附近,降低热管网投资,直接向市区供热。
                 目前世界已有的主要低温供热堆型有:(1)壳式一体化自然循环压水堆,如前苏联设计的AST500,其热功率为500MW,工作压力为2.0兆帕;(2)池式核供热堆,如加拿大建成的SLOW POKE堆热功率2000千瓦。反应堆为池式常压;自然循环,冷却水出口温度为80℃,在热交换器处被冷却剂50℃后通用反应堆,热利用率可达50%。此外,瑞典的ASEA公司也设计成类似的供热站。上图为低温核供热站。
           
                 我国自行设计建造的第一座低温核供热模式堆采用深水池式低温供热堆,热功率为5MW,池表面为常压,冷却水温度可达114℃,向热网提供90℃左右热水,该核供热站已于1989年建成运行。
                 目前我国已设计壳式一体化自然循环核供热堆。其热功率为200MW,工作压力为2.5兆帕,反应堆堆芯和主热交换器均布置在压力壳内。系统压力由压力壳内上部空间中氮气和水汽混合物压力维持。图为壳式自然循环供热堆。
                 由于该堆采用了一体化、自稳压、全功率自然循环冷却,控制棒动压水力驱动,双层结构及非能动安全系统等措施。具有优异的固有安全特性,因此该堆可以建造钢密的居民区附近。
                 一座20万千瓦的低温核热站可以满足500万平方米的建筑面积供暖。每年节省标准煤30万吨,减少1亿多万吨公里的运输量。同时减少排放烟尘。
           
           
          国内发展和应用现状
          核能过去主要用于发电,近几年已逐步应用于供热。由于供热反应堆比发电的动力反应堆输出蒸汽或热水的压力和温度低的多,其安全性大大提高,可靠近城市和热用户建设。另外投资费用也大大降低,一般仅为动力堆的110,其经济性也可和燃气、燃油供热站相比较。清华大学核能研究院开发的51dW试验性供热堆己于198912月正式投入运行,核能供热正在走进百姓生活。
           
          国外发展和应用现状
          国外现有的研究和设计, 多半是在其原有核电技术的基础上, 采用类似核电站的加压反应堆。设计出的供热堆, 在单位功率的造价上, 都不能低于核电站, 而仅用于季节性供热, 经济收益较低, 因此, 还都没有进入工程建设。
           
          经典案例
          加拿大是一个能源和资源都很丰富的国家。除几个城市外,它的人口居住比较分散, 在北部有很多远离大城市的小镇和农场。这些居住点冬季取暖期较长而能源运输路程很长。为了解决这些问题以及综合开发利用能源, 80年代初开始, 加拿大的核能研究公司与握太华大学等合作在Chalk River核实验室建成了一座功率为2MW的名为Slow Poke的池式供热反应堆。这个反应堆目前正在运行, 各系统工作良好。这个反应堆堆的活性区是在一个大水池内。反应堆工作时靠水的自然循环把核燃料产生的热量带到一回路热交换器, 在热交换器内一回路的热量传给二回路。一回路的出口温度为93 , 入口温度为68。可向供热系统提供最高温度为85的热水。整个系统共有三条回路, 第一条回路在水池内部, 载热体靠冷热段的密度差产生自然循环。第三条回路是供热系统回路, 这样可以确保堆内的放射性物质不会外泄到供热系统中去。
          这个反应堆的突出优点是其固有的安全性, 它的堆芯设计具有较大的反应性负温度系数和反应性的负空泡系数。反应堆工作时的出口温度为93 , 当某些因素使堆内反应性增加时, 堆内温度就会提高。由于堆芯燃料表面的热流密度较高, 当出口水温超过93, 堆芯内会出现欠热沸腾, 产生大量汽泡。这些汽泡的出现使中子慢化能力大大降低, 从而使堆内用来产生核裂变的热中子通量相应降低并导致反应性下降。反应堆的这种特性能达到自动调节功率的目的, 也从基本原理上保证了这种堆不可能出现大的安全事故。根据加拿大Chalk River核能研究所的运行经验证明, 这种反应堆不需要整班的操作人员。只需定期检查运行情况就可以了。
          堆芯的反应性是靠一个垂直可移动的钱反射层来控制的。为了确保反应堆在任何情况下绝对不出现事故, 这里有三道保护措施:1) 投入被反射层;2)向池内释放中子吸收溶液;3)在活性区周围插入中子吸收板。在2MW 供热堆运行经验的基础上, 加拿大核能研究单位以及握太华大学、麦克马斯特大学等, 目前正在研究和设计10MW20MW同样类型的反应堆, 以使其成为系列产品。
           
          参考文献
          [1] 林汝谋高林金红光,核能Brayton闭式循环功热并供系统,工程热物理学报,20007月第2L卷第4
          [2]狄育慧黄翔兰天,试论供热系统新型能源的应用前景,
          [3]谷立鹏,浅谈核能低温供热,低温建筑技术2008 年第4