非能動(dòng)氫復(fù)合器研發(fā)背景

日本福島核事故后，中國出臺(tái)了《核安全法規(guī)》，對核電廠安全運(yùn)行及相關(guān)設(shè)備提出了新的要求。非能動(dòng)氫復(fù)合器作為核電廠安全殼內(nèi)重要的安全設(shè)備，可以消除核電站嚴(yán)重事故下安全殼內(nèi)的高濃度氫氣，從而防止由于氫氣爆炸而引發(fā)的核事故。中國新研發(fā)的非能動(dòng)氫復(fù)合器于2011年9月立項(xiàng)研發(fā)，其關(guān)鍵部件――催化板，創(chuàng)新工藝，性能優(yōu)良、壽命長，整機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)高于研發(fā)技術(shù)要求;在研發(fā)過程中，針對中國新的核安全要求，搭建了綜合試驗(yàn)平臺(tái)，是中國國內(nèi)唯一模擬嚴(yán)重事故綜合環(huán)境下開展鑒定試驗(yàn)的產(chǎn)品。

非能動(dòng)式氫氣復(fù)合器設(shè)計(jì)功能主要保證在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故失水事故下，控制安全殼內(nèi)整體和局部的空間中氫氣體積濃度小于4%。在超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故下，控制100%燃料包殼與冷卻劑反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣在安全殼內(nèi)均勻分布的體積濃度不超過10%。

非能動(dòng)式氫氣復(fù)合器的核心部件是催化板，催化板由不銹鋼制成，外面包裹一層氧化鋁作為催化劑載體， 氧化鋁上面粘著催化劑(鉑/鈀)。催化劑的主要成分為鉑，鈀主要是加快低溫下催化反應(yīng)的初始速度。

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故(DBA)和超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故(BDDA)工況下，H，在催化劑的表面氧化變成水蒸氣，反應(yīng)釋放的大量熱量加熱了催化板人口的空氣，熱空氣因密度小而上升，熱空氣上升后留下的空間由氫復(fù)合器下部冷空氣流人補(bǔ)充，形成氣體自然擴(kuò)散循環(huán)的"煙囪效應(yīng)" ，實(shí)現(xiàn)了氫復(fù)合器內(nèi)外氣體"非能動(dòng)"對流循環(huán)，加速了氫氣的催化反應(yīng)。

2013年10月9日，受國家能源局委托，中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)在四川江油市主持召開了由中國工程物理研究院材料研究所和中廣核工程有限公司聯(lián)合研制的安全殼非能動(dòng)氫復(fù)合器產(chǎn)品鑒定會(huì)。經(jīng)國內(nèi)11家單位的核電專家評審，認(rèn)為該產(chǎn)品滿足日本福島核事故后我國更高的核安全要求，達(dá)到了國際先進(jìn)水平，具有廣泛的應(yīng)用前景。

核安全是核電穩(wěn)步發(fā)展的保障，嚴(yán)重事故下的消氫技術(shù)是日本福島核電站事故后的研究熱點(diǎn)。核動(dòng)力院非能動(dòng)氫復(fù)合器首次交貨的順利完成，不僅體現(xiàn)了該院的技術(shù)研發(fā)實(shí)力，而且鍛煉和壯大了消氫技術(shù)研發(fā)隊(duì)伍，為進(jìn)一步研發(fā)安全殼氫氣控制系統(tǒng)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

第1章非能動(dòng)技術(shù)的概念

1.1非能動(dòng)技術(shù)的定義與效用

1.1.1非能動(dòng)技術(shù)的定義

1.1.2非能動(dòng)技術(shù)的效用

1.2非能動(dòng)技術(shù)概念的產(chǎn)生與發(fā)展

1.2.1非能動(dòng)技術(shù)概念的產(chǎn)生

1.2.2非能動(dòng)技術(shù)概念的發(fā)展

1.3非能動(dòng)技術(shù)的特征

1.3.1非能動(dòng)技術(shù)的內(nèi)涵特征

1.3.2非能動(dòng)技術(shù)的外延特征

1.4非能動(dòng)技術(shù)的現(xiàn)有問題

1.5非能動(dòng)技術(shù)的發(fā)展方向

思考題

參考文獻(xiàn)

第2章非能動(dòng)技術(shù)的類型

2.1現(xiàn)有非能動(dòng)技術(shù)的類型

2.1.1非能動(dòng)技術(shù)應(yīng)用的分類

2.1.2非能動(dòng)技術(shù)性質(zhì)的分類

2.1.3非能動(dòng)系統(tǒng)的子系統(tǒng)

2.1.4廣義非能動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)造

2.2典型的非能動(dòng)技術(shù)類型

2.2.1自然循環(huán)

2.2.2重力驅(qū)動(dòng)

2.2.3溫差驅(qū)動(dòng)

2.2.4逆止閥

2.2.5密度鎖

2.3飛輪儲(chǔ)能非能動(dòng)技術(shù)

2.3.1飛輪儲(chǔ)能的概念

2.3.2飛輪儲(chǔ)能的原理

2.3.3飛輪儲(chǔ)能的應(yīng)用

2.4其他非能動(dòng)技術(shù)的類型

思考題

參考文獻(xiàn)

第3章火電系統(tǒng)中的非能動(dòng)技術(shù)

3.1自然循環(huán)鍋爐非能動(dòng)技術(shù)

3.1.1鍋爐自然循環(huán)的概念

3.1.2自然循環(huán)鍋爐的原理

3.1.3自然循環(huán)鍋爐的可靠性應(yīng)用

3.2煙氣脫硫中的非能動(dòng)技術(shù)

3.2.1煙氣脫硫中的非能動(dòng)概念

3.2.2煙氣脫硫中的非能動(dòng)原理

3.2.3煙氣脫硫中的非能動(dòng)技術(shù)應(yīng)用

3.3火電中其他非能動(dòng)技術(shù)

3.3.1可吸入顆粒物脫除塔

3.3.2可吸入顆粒物熱泳脫除器

3.3.3超速危急保安器

思考題

參考文獻(xiàn)

第4章二代和二代加核電系統(tǒng)中的非能動(dòng)技術(shù)

4.1壓水堆非能動(dòng)技術(shù)

4.1.1CPR1000

4.1.2VVER/WWER

4.1.3CNP1000

4.2沸水堆非能動(dòng)技術(shù)

4.2.1沸水堆的技術(shù)背景

4.2.2沸水堆的技術(shù)特征

4.2.3沸水堆非能動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用

4.3重水堆非能動(dòng)技術(shù)

4.3.1重水堆的技術(shù)背景

4.3.2重水堆的技術(shù)特征

4.3.3重水堆非能動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用

思考題

參考文獻(xiàn)

第5章三代及先進(jìn)核電中的非能動(dòng)技術(shù)

5.1AP1000的非能動(dòng)技術(shù)

5.1.1AP1000的技術(shù)背景

5.1.2AP1000的技術(shù)特征

5.1.3非能動(dòng)堆芯冷卻系統(tǒng)

5.1.4非能動(dòng)余熱排出系統(tǒng)

5.1.5安全注射和卸壓系統(tǒng)

5.1.6非能動(dòng)安全殼冷卻系統(tǒng)

5.1.7主控室應(yīng)急可居留性系統(tǒng)

5.2EPR的非能動(dòng)技術(shù)

5.2.1EPR的技術(shù)背景

5.2.2EPR的技術(shù)特征

5.2.3非能動(dòng)氫復(fù)合器

5.2.4非能動(dòng)熔融物冷卻系統(tǒng)

5.3ABWR中的非能動(dòng)技術(shù)

5.3.1ABWR的技術(shù)背景

5.3.2ABWR的技術(shù)特征

5.3.3ABWR安全殼系統(tǒng)

5.3.4ABWR的負(fù)反應(yīng)性系數(shù)

5.4"華龍一號(hào)"中的非能動(dòng)技術(shù)

5.4.1"華龍一號(hào)"的技術(shù)背景

5.4.2"華龍一號(hào)"的技術(shù)特征

5.4.3"華龍一號(hào)"研發(fā)進(jìn)展情況

思考題

參考文獻(xiàn)

第6章四代核電中的非能動(dòng)技術(shù)

6.1四代核電發(fā)展歷程

6.2高溫氣冷反應(yīng)堆

6.2.1高溫氣冷反應(yīng)堆的背景

6.2.2高溫氣冷堆的非能動(dòng)技術(shù)

6.3超臨界水冷反應(yīng)堆

6.3.1超臨界水冷反應(yīng)堆的背景

6.3.2超臨界水冷反應(yīng)堆的非能動(dòng)技術(shù)

6.4熔鹽反應(yīng)堆

6.4.1熔鹽反應(yīng)堆的背景

6.4.2熔鹽反應(yīng)堆的非能動(dòng)技術(shù)

6.5氣冷快中子反應(yīng)堆

6.5.1氣冷快中子反應(yīng)堆的背景

6.5.2氣冷快中子反應(yīng)堆的非能動(dòng)技術(shù)

6.6鈉冷快中子反應(yīng)堆

6.6.1鈉冷快中子反應(yīng)堆的背景

6.6.2鈉冷快中子反應(yīng)堆的非能動(dòng)技術(shù)

6.7鉛冷快中子反應(yīng)堆

6.7.1鉛冷快中子反應(yīng)堆的背景

6.7.2鉛冷快中子反應(yīng)堆的非能動(dòng)技術(shù)

思考題

參考文獻(xiàn)

第7章其他堆型中的非能動(dòng)技術(shù)

7.1ADS堆

7.1.1ADS堆的技術(shù)背景

7.1.2ADS堆的技術(shù)特征

7.1.3ADS堆非能動(dòng)技術(shù)應(yīng)用

7.2脈沖堆

7.2.1脈沖堆的技術(shù)背景

7.2.2脈沖堆的技術(shù)特征

7.2.3脈沖堆非能動(dòng)技術(shù)應(yīng)用

7.3行波堆

7.3.1行波堆的技術(shù)背景

7.3.2行波堆的技術(shù)特征

7.3.3行波堆非能動(dòng)技術(shù)應(yīng)用

7.4固有安全堆

7.4.1固有安全堆的技術(shù)背景

7.4.2固有安全堆的技術(shù)特征

7.4.3固有安全堆非能動(dòng)技術(shù)應(yīng)用

思考題

參考文獻(xiàn)

第8章太陽能系統(tǒng)中的非能動(dòng)技術(shù)

8.1太陽能及其發(fā)電系統(tǒng)概述

8.1.1太陽能發(fā)電及其特點(diǎn)

8.1.2太陽能發(fā)電系統(tǒng)的類型

8.2國內(nèi)外太陽能系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

8.2.1國外太陽能系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

8.2.2國內(nèi)太陽能系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

8.3太陽能非能動(dòng)技術(shù)的分類與特征

8.3.1太陽能非能動(dòng)技術(shù)概述

8.3.2太陽能非能動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用原理

8.3.3太陽能非能動(dòng)技術(shù)應(yīng)用分類

8.4非能動(dòng)技術(shù)在太陽能系統(tǒng)中的應(yīng)用

8.4.1被動(dòng)式太陽房

8.4.2主動(dòng)式太陽房

8.4.3零能房屋

8.4.4綿陽小學(xué)太陽能系統(tǒng)

思考題

參考文獻(xiàn)

第9章生物質(zhì)能源中的非能動(dòng)技術(shù)

9.1生物質(zhì)發(fā)電概述

9.1.1生物質(zhì)發(fā)電及其特點(diǎn)

9.1.2生物質(zhì)發(fā)電類型

9.2國內(nèi)外生物質(zhì)發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

9.2.1國外生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

9.2.2國內(nèi)生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

9.3非能動(dòng)技術(shù)在生物質(zhì)發(fā)電中的應(yīng)用

9.3.1非能動(dòng)技術(shù)在直接燃燒發(fā)電中的應(yīng)用

9.3.2非能動(dòng)技術(shù)在汽化發(fā)電中的應(yīng)用

9.3.3非能動(dòng)技術(shù)在垃圾焚燒發(fā)電中的應(yīng)用

思考題

參考文獻(xiàn)

第10章風(fēng)能中的非能動(dòng)技術(shù)

10.1風(fēng)電概述

10.1.1風(fēng)力發(fā)電及其特點(diǎn)

10.1.2風(fēng)力發(fā)電的類型

10.2國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀

10.2.1國外風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀

10.2.2國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀

10.3非能動(dòng)技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用

10.3.1飛輪儲(chǔ)能裝置中的非能動(dòng)技術(shù)

10.3.2葉片中的非能動(dòng)技術(shù)

10.3.3調(diào)速或限速裝置中的非能動(dòng)技術(shù)

10.3.4油系統(tǒng)止回閥中的非能動(dòng)技術(shù)

思考題

參考文獻(xiàn)

第11章水能中的非能動(dòng)技術(shù)

11.1水力發(fā)電概述

11.1.1水力發(fā)電及其特點(diǎn)

11.1.2水力發(fā)電的類型

11.2國內(nèi)外水力發(fā)電現(xiàn)狀

11.2.1國外水力發(fā)電現(xiàn)狀

11.2.2國內(nèi)水力發(fā)電現(xiàn)狀

11.3非能動(dòng)技術(shù)在水力發(fā)電中的應(yīng)用

11.3.1水輪機(jī)中的非能動(dòng)技術(shù)

11.3.2油系統(tǒng)中的非能動(dòng)技術(shù)

11.3.3氣系統(tǒng)中的非能動(dòng)技術(shù)

11.3.4水系統(tǒng)中的非能動(dòng)技術(shù)

思考題

參考文獻(xiàn)

第12章其他新能源發(fā)電系統(tǒng)中的非能動(dòng)技術(shù)

12.1潮汐能發(fā)電系統(tǒng)

12.1.1潮汐能發(fā)電的技術(shù)背景

12.1.2潮汐能發(fā)電的技術(shù)特征

12.1.3潮汐能發(fā)電非能動(dòng)技術(shù)應(yīng)用

12.2地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)

12.2.1地?zé)岚l(fā)電的技術(shù)背景

12.2.2地?zé)岚l(fā)電的技術(shù)特征

12.2.3地?zé)岚l(fā)電非能動(dòng)技術(shù)應(yīng)用

12.3氫能發(fā)電系統(tǒng)

12.3.1氫能發(fā)電的技術(shù)背景

12.3.2氫能發(fā)電的技術(shù)特征

12.3.3氫能發(fā)電非能動(dòng)技術(shù)應(yīng)用

思考題

參考文獻(xiàn)

隨著能源工業(yè)的發(fā)展，非能動(dòng)技術(shù)在能源工業(yè)特別是在核能領(lǐng)域開始擔(dān)當(dāng)重要角色。非能動(dòng)系統(tǒng)的非能動(dòng)安全性也得到不斷重視，隨著其在能源工業(yè)中發(fā)揮了越來越多的作用，非能動(dòng)理論和方法也開始得到不斷發(fā)展。本書概括了目前應(yīng)用于能源電力領(lǐng)域的非能動(dòng)技術(shù)，通過對其進(jìn)行分類及分析，闡明了非能動(dòng)系統(tǒng)的功能特征，提出了非能動(dòng)系統(tǒng)的本質(zhì)定義，討論了非能動(dòng)概念的時(shí)空相對性，陳述了廣義非能動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)想及相關(guān)研究內(nèi)容。

本書共12章，其中第1章講述了非能動(dòng)技術(shù)的概念;第2章介紹了非能動(dòng)技術(shù)的類型;第3章主要講述了火電系統(tǒng)中的非能動(dòng)技術(shù);第4章介紹了二代和二代加核電系統(tǒng)中的非能動(dòng)技術(shù);第5章介紹了三代及先進(jìn)核電中的非能動(dòng)技術(shù);第6章介紹了四代核電中的非能動(dòng)技術(shù);第7章介紹了其他堆型中的非能動(dòng)技術(shù);第8章介紹了太陽能系統(tǒng)中的非能動(dòng)技術(shù);第9章介紹了生物質(zhì)能源中的非能動(dòng)技術(shù);第10章介紹了風(fēng)能中的非能動(dòng)技術(shù);第11章介紹了水能中的非能動(dòng)技術(shù);第12章介紹了其他新能源發(fā)電系統(tǒng)中的非能動(dòng)技術(shù)。

本書以非能動(dòng)概念為先導(dǎo)，以先進(jìn)的非能動(dòng)技術(shù)和系統(tǒng)應(yīng)用為案例，可作為工程參考書或培訓(xùn)教材。本書的知識(shí)領(lǐng)域涉及基礎(chǔ)物理化學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)、熱工測量等基礎(chǔ)知識(shí)，可供新能源工程、熱能工程、核能工程等相關(guān)學(xué)科專業(yè)的大一新生及對非能動(dòng)技術(shù)感興趣的其他專業(yè)新生使用，也可作為卓越工程師和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教材。

本書第1~3章由周濤、李精精編寫;第4章由周濤、汝小龍、李宇編寫;第5~6章由周濤、段軍、霍啟軍編寫;第7章由宋明強(qiáng)、陳娟編寫;第8章由李精精編寫;第9章由宋明強(qiáng)編寫;第10~11章由楊旭編寫;第12章由李精精、李宇編寫。全書由周濤和陳娟統(tǒng)稿，由李宇及宋明強(qiáng)等進(jìn)行全書校對。此外，劉亮、琚忠云、林達(dá)平、李云博和周藍(lán)宇等協(xié)助查閱材料、輸入文字及插圖，為編著提供了很大幫助。在此一并表示衷心感謝。

編者2016年4月

本書以非能動(dòng)概念為先導(dǎo)，以先進(jìn)的非能動(dòng)技術(shù)和系統(tǒng)應(yīng)用為案例，概括介紹了目前應(yīng)用于能源電力領(lǐng)域的非能動(dòng)技術(shù)。通過對其進(jìn)行分類及分析，闡明了非能動(dòng)系統(tǒng)的功能特征，提出了非能動(dòng)系統(tǒng)的本質(zhì)定義，討論了非能動(dòng)概念的時(shí)空相對性，陳述了廣義非能動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)想及相關(guān)研究內(nèi)容。本書可作為工程參考書或培訓(xùn)教材，也可供新能源工程、熱能工程、核能工程等相關(guān)學(xué)科專業(yè)的大一新生，及對非能動(dòng)技術(shù)感興趣的其他專業(yè)學(xué)生作為教材使用，還可作為卓越工程師和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的教材。