công nghệ lò phản ứng

Nhóm 2: CÔNG NGHỆ LÒ PHẢN ỨNG
Nhóm 2: CÔNG NGHỆ LÒ PHẢN ỨNG
Mở đầu
Theo số liệu mới nhất tháng 1/2011 của cơ quan năng
Theo số liệu mới nhất tháng 1/2011 của cơ quan năng
lượng nguyên tử quốc tế, hiện nay trên toàn thế giới có
lượng nguyên tử quốc tế, hiện nay trên toàn thế giới có
442 tổ máy điện hạt nhân đang vận hành, lượng điện phát
442 tổ máy điện hạt nhân đang vận hành, lượng điện phát
điện hạt nhân chiếm 16% sản lượng điện toàn cầu
điện hạt nhân chiếm 16% sản lượng điện toàn cầu
Do nhu cầu năng lượng đang là một vấn đề sống còn của
mỗi nước ,nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt, lên công
nghệ hạt nhân là một sự lựa chọn quan trong của thế kỷ 21
dù đang phải đối mặt với nhiệt thách thức
Dưới đây chúng tôi sẽ trình bày các công nghệ lò hạt nhân
mới của một số nước trên thế giới có tính kinh tế, độ an
toàn cao hơn và giải quyết được vấn đề bã thải hoạt độ
cao sống dài ngày
Nội dung trình bày

Giới thiệu về phản ứng hạt nhân
Giới thiệu về phản ứng hạt nhân

Cấu tạo chung của một lò hạt nhân
Cấu tạo chung của một lò hạt nhân

Phân loại các loại nhà máy điện
Phân loại các loại nhà máy điện
1. Lò áp lực PWR (Pressurized Water Reactor)
2. Lò nước sôi BWR (Boilling Water Reactor)

3. Lò nước nặng Pressurised Heavy Water Reactor
'CANDU' (PHWR)
4. Lò nước nhẹ LWR (Light Water Reactor)
5. Gas-cooled Reactor (AGR & Magnox)
6. Lò phản ứng tái sinh nhanh Fast Neutron Breeder
Reactor (FBR)
Giới thiệu về phản ứng hạt nhân
•
Lò phản ứng hạt nhân hoạt động dựa trên nguyên lý
phản ứng phân hạch dây chuyền.
Nơtrơn nhiệt
U235
Chất làm chậm
Hấp
thụ
N
U235
N
Tuy nhiên trong nhà máy nhiêt điện ta cần có chất hấp
thụ và chất làm chậm nhằm giữ cho chuỗi phản ứng luôn
được duy trì đồng thời khống chế tốc độ phản ứng dây
chuyền
N
N
Cấu trúc cơ bản của lò và
các vật liệu sử dụng
Cấu trúc cơ bản của lò phản ứng hạt nhân bao gồm :
Cấu trúc cơ bản của lò phản ứng hạt nhân bao gồm :

Nhiên liệu hạt nhân


Chất làm chậm

Chất tải nhiệt

Thanh điều khiển

Vành phản xạ

Thùng lò

Tường bảo vệ và
các vật cấu trúc khác
Các phần tử chính, vật liệu sử dụng và các chức năng của chúng
TT Phần tử Vật liệu Chức năng
1 Nhiên liệu U
233
,U
235
,U
239
,Pu
241
Chất phân hạch
2 Chất làm chậm H
2
O, D
2
O, CO
,

Be Giảm năng lượng của nơtrơn
nhanh thành nơtrơn nhiệt
3 Chất tải nhiệt H
2
O, D
2
O, CO
2
, He,
Na
Tải nhiệt làm mát lò
4 Thanh điều khiển Cd, B, Hf Điều khiển mức tăng giảm nơtrơn
5 Vành phản xạ Như các chất làm
chậm
Giảm mất mát nơtrơn
6 Thùng lò Fe &S/S Chịu áp lực và chứa toàn bộ vùng
hoạt
7 Tường bảo vệ Bê tông, H
2
O, Fe,
Pb
Bảo vệ chống bức xạ
8 Các vật cấu trúc khác Al, Fe, Zn,S/S Hỗ trợ các cấu trúc trong lò
Nguyên lý hoạt động của một nhà máy điện hạt nhân nói chung
Phân loại các loại lò phản ứng trong
nhà máy nhiệt điện
Phân loại theo nguyên lý cấu tạo và hoạt động
Phân loại theo nguyên lý cấu tạo và hoạt động
ta chia thành 6 loại lò phản ứng sau:
ta chia thành 6 loại lò phản ứng sau:

1.
1.
Lò áp lực PWR (Pressurized Water Reactor)
Lò áp lực PWR (Pressurized Water Reactor)
2.
2.
Lò nước sôi BWR (Boilling Water Reactor)
Lò nước sôi BWR (Boilling Water Reactor)
3.
3.
Lò nước nặng Pressurised Heavy Water
Lò nước nặng Pressurised Heavy Water
Reactor 'CANDU' (PHWR)
Reactor 'CANDU' (PHWR)
4.
4.
Lò nước nhẹ LWGR (Light Water Graphite
Lò nước nhẹ LWGR (Light Water Graphite
Reactor)
Reactor)
5.
5.
Gas-cooled Reactor (AGR & Magnox)
Gas-cooled Reactor (AGR & Magnox)
6.
6.
Lò phản ứng tái sinh nhanh Fast Neutron
Lò phản ứng tái sinh nhanh Fast Neutron
Breeder Reactor (FBR)
Breeder Reactor (FBR)

Các nhà máy điện hạt nhân trong hoạt động thương mại
Reactor type Main Countries Number GWe Fuel Coolant Moderator
Pressurised Water
Reactor (PWR)
US, France, Japan,
Russia, China

271 270.4
enriched UO
2

water water
Boiling Water Reactor
(BWR)
US, Japan, Sweden 84 81.2
enriched UO
2

water water
Pressurised Heavy
Water Reactor
'CANDU' (PHWR)
Canada 48 27.1
natural UO
2

heavy water heavy water
Gas-cooled Reactor
(AGR & Magnox)
UK 17 9.6

natural U (metal),
enriched UO
2

CO
2

graphite
Light Water Graphite
Reactor (RBMK &
EGP)
Russia 11 + 4 10.4
enriched UO
2

water graphite
Fast Neutron Reactor
(FBR)
Russia 1 0.6
PuO
2
and UO
2

liquid sodium none
TOTAL 436 399.3
Source: Nuclear Engineering International Handbook 2011, updated to 1/1/12
I. Lịch sử phát triển của PWR
I. Lịch sử phát triển của PWR
Lò áp lực (PWR)

•
Ở Mỹ
PWRs được thiết kế ban đầu tại Phòng thí nghiệm quốc
gia Oak Ridge của bộ năng lượng Mỹ để sử dụng cho
hệ thống năng lượng của tàu ngầm hạt nhân.
Trong chương trình năng lượng phục vụ quân sự của Mỹ
(ANPP) đã đưa vào vận hành những lò phản ứng nước
chịu áp lực từ năm 1954 đến năm 1974.
Các nghiên cứu tiếp theo được tiến hành ở Phòng thí
nghiệm chuyên về năng lượng nguyên tử
Westinghouse Bettis. Và nhà máy điện hạt nhân
thương mại đầu tiên ở trạm năng lượng nguyên tử
Shippingport (1965) với thiết kế nguyên thủy là một
lò phản ứng nước chịu áp lực
•
Ở Nga
Với loại lò VVER (tên gọi khác của PWR), các thế hệ đầu tiên
của loại lò này được xây dựng trước năm 1970, với lịch sử
phát triển các thế hệ lò là:
o
VVER 210 - 365(trong phóng thí nghiệm) ở Novovoroneg
NPP
o
VVER 440 / 187 : Thế hệ dự bị
o
VVER 440 / 230 : Thế hệ đầu tiên của PWR
o
VVER 440 / 213: Thế hệ thứ 2 của PWR
o
VVER 1000: Thế hệ thứ 3 của PWR ( ngày nay)

o
VVER 1200…(ngày nay)
Vào thời kỳ Xô Viết, hầu hết các quốc gia đông âu đều xây
dựng VVER 440 (Bulgaria, Hungary, Czech Republic,
Slovak Republic, Finland, East Germany, Ukraine,
Armenia, Cuba).
Nguyên lý cơ bản của lò phản ứng hạt nhân là: Năng
Nguyên lý cơ bản của lò phản ứng hạt nhân là: Năng
lượng hạt nhân được sử dụng để sinh hơi, hơi đó làm
lượng hạt nhân được sử dụng để sinh hơi, hơi đó làm
quay tua bin, dẫn đến quay máy phát điện để tạo ra điện.
quay tua bin, dẫn đến quay máy phát điện để tạo ra điện.
Trong lò áp lực, nước trong thùng lò là nước có áp suất
Trong lò áp lực, nước trong thùng lò là nước có áp suất
cao và chưa sôi, mặc dầu nó có thể đạt tới 300atm. Nước
cao và chưa sôi, mặc dầu nó có thể đạt tới 300atm. Nước
này mang theo nhiệt hấp thụ được trong lò phản ứng từ
này mang theo nhiệt hấp thụ được trong lò phản ứng từ
năng lượng hạt nhân được dẫn tới bình sinh hơi và đi qua
năng lượng hạt nhân được dẫn tới bình sinh hơi và đi qua
hàng ngàn ống nhỏ.
hàng ngàn ống nhỏ.
II. Nguyên lý hoạt động
Lượng nhiệt này qua quá trình trao đổi nhiệt sẽ làm cho
nước trong bình sinh hơi biến thành hơi, hơi này sau đó
làm quay tua bin. Tua bin làm quay máy phát điện để phát
ra điện. Nước lò được bơm quay trở lại lò phản ứng để lấy
nhiệt, kết thúc chu trình nước sơ cấp. Hơi sau khi ra khỏi
tua bin được ngưng tụ trong bình ngưng hơi rồi được đưa
quay trở lại bình sinh hơi để mang nhiệt tiếp, kết thúc chu

trình nước thứ cấp.
Các nguyên tử uranium được phân rã bên trong lò phản
ứng để cung cấp nhiệt cho nước. Tuy nhiên do áp suất cao
đã giữ cho nước khỏi sôi mặc dầu nhiệt độ của nước gần
300atm.
Bình áp lực được sử dụng để điều khiển áp suất bên trong
lò phản ứng. Nhiệt được sử dụng để nâng áp suất, và nước
lạnh để giảm áp suất.
Bình sinh hơi hoạt động với vai trò như thiết bị trao đổi
nhiệt, nước nhiệt độ cao trao đổi nhiệt với nước nhiệt độ
thấp ở trong bình sinh hơi làm nước trong bình sinh hơi sôi
và biến thành hơi.
Hơi được đưa vào tua bin làm quay các cánh tua bin với tốc
độ 3000 vòng phút.
Tua bin quay làm máy phát quay để sinh ra điện.
Trong bình ngưng, nước biển lạnh được đưa qua một mạng
lưới các ống để biến hơi thành nước. Lượng nước này sau
đó được bơm quay trở lại bình sinh hơi.
Lò nước sôi (BWR)
I. Lịch sử phát triển của BWR
Đây là loại lò phản ứng hạt nhân tạo ra điện phổ biến
thứ hai sau loại lò PWR.
BWR được thiết kế bởi Phòng thí nghiệm quốc gia
Idaho và Gereral Electric vào giữa thập niên 1950.
Hình ảnh
thùng lò
nước sôi
BWR sử dụng nước khử khoáng như là một chất làm mát và
điều tiết nơtron . Nhiệt là sản phẩm của phân hạch hạt nhân trong

lõi lò phản ứng, và điều này làm cho nước lạnh đun sôi, sản xuất
hơi nước.hơi nước được trực tiếp sử dụng để quay tua bin , sau
đó nó được làm nguội trong một bình ngưng và chuyển đổi trở lại
để nước lỏng.nước này sau đó được trả lại cho lõi lò phản ứng,
hoàn thành vòng lặpCác nước làm mát được duy trì ở mức
khoảng 75 atm (7,6 MPa, 1000-1100 psi) để nó sôi trong lõi
khoảng 285°C(550 ° F)
II. Nguyên lý hoạt động
Lò nước nặng Pressurised Heavy Water
Reactor 'CANDU' (PHWR)
Là tên viết tắn của CANada Deuterium Uranium, đây là mẫu
Là tên viết tắn của CANada Deuterium Uranium, đây là mẫu
lò phản ứng do Canada thiết kế, sử dụng Nước Nặng ở Áp
lò phản ứng do Canada thiết kế, sử dụng Nước Nặng ở Áp
Suất Cao. Lò phản ứng CANDU do Công Ty Năng Lượng
Suất Cao. Lò phản ứng CANDU do Công Ty Năng Lượng
Nguyên Tử Canada thiết kế (Atomic Energy of Canada
Nguyên Tử Canada thiết kế (Atomic Energy of Canada
Limited), đây là một tập đoàn liên bang, có vai trò thiết kế, mở
Limited), đây là một tập đoàn liên bang, có vai trò thiết kế, mở
rộng thị trường, và xây dựng các dự án. Có tới trên 150 công
rộng thị trường, và xây dựng các dự án. Có tới trên 150 công
ty con khác của Canada tham gia thiết kế các thành phần cho
ty con khác của Canada tham gia thiết kế các thành phần cho
hệ thống của CANDU. AECL có vai trò hợp nhất, trong khi
hệ thống của CANDU. AECL có vai trò hợp nhất, trong khi
đa số các lợi nhuận lại thuộc về các công ty tư nhân.
đa số các lợi nhuận lại thuộc về các công ty tư nhân.
I. Lịch sử phát triển của CANDU

II. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động hoàn toàn giống với loại lò áp lực chỉ
khác ở vài điểm sau
Nước nặng ở đây là deuterium oxit, làm dung dịch trung
hòa cũng chính là nguồn lạnh, và nhiên liệu sử dụng là
uranium tự nhiên. Đặc điểm nổi trội của CANDU thể hiện ở
nhiên liệu sử dụng, môi trường trung hòa cũng như cấu trúc
của lõi lò. CANDU có hiệu suất hoạt động cao nhất trong
các lò phản ứng hiện tại sử dụng uranium, nó dùng ít hơn
khoảng 15% uranium so với loại lò nước dưới áp suất cho
mỗi MW điện tạo ra
Sơ đồ nhà máy
Một điểm nổi trội nữa của CANDU đó chính là thiết kế của lõi lò.
Lõi lò chứa rất nhiều các ống nhiên liệu nhỏ, chứ không phải là một
bình áp suất lớn. Nó cho phép nạp nhiên liệu ngay cả khi máy đang
hoạt động với hiệu suất cao. Khả năng di chuyển được của các thanh
nhiên liệu trong các ống áp suất cho phép khả năng đốt cháy đạt
hiệu quả tối ưu trong lò phản ứng. Và điều quan trọng nữa thời gian
sống của lò có thể được kéo dài, vì các thành phần chính trong lõi lò
có thể được thay thấy mỗi khi cần thiết.
Hình 1 Bundle (cuộn nhiên liệu)
Hệ thống cấp nhiên liệu