Bài giảng công nghệ sản xuất điện

khái niệm về nhiên liệu hạt nhân  Uranium:  Uranium có tỷ trọng là 18,5-19 xấp xỉ tỷ trọng của Vàng  Uranium t ơng đối mềm dễ tiến hành gia công cơ khí  Trong không khí, Uranium có

Trang 1

Bµi gi¶ng c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®iÖn

HÖ: Liªn Th«ng Cao §¼ng- §¹i Häc

Ng êi so¹n: Ths §Æng Thµnh Trung

HÖ: Liªn Th«ng Cao §¼ng- §¹i Häc

Ng êi so¹n: Ths §Æng Thµnh Trung

Trang 2

Giíi thiÖu chung

CNSX§

1 2 3 4

Giíi thiÖu vÒ m«n häc

Néi dung m«n häc

H×nh thøc thi vµ kiÓm tra

Tµi liÖu vµ ph ¬ng ph¸p häc

Trang 4

Néi dung m«n häc

 Néi dung chÝnh: Giíi thiÖu chung vÒ t×nh h×nh n¨ng l îng vµ

nhµ m¸y ®iÖn nguyªn tö

Trang 5

Tài liệu và ph ơng pháp học

 Tài liệu:

 Bài giảng điện tử ( Sinh viên in sẵn để sử dụng trên lớp)

 Giáo trình công nghệ sản xuất điện- Đại học Điện lực

Nhà máy điện nguyên tử - Nguyễn Lân Tráng

Website: www.google.com.vn

 Ph ơng pháp học:

Giảng viên cung cấp chủ đề cần thảo luận cho sinh viên

Sinh viên dựa trên Slide và tài liệu tự chuẩn bị bài tr ớc khi

đến lớp

 Giảng viên đặt câu hỏi và cùng sinh viên thảo luận

Trang 6

HìNH THứC THI & KIểM TRA

 Kiểm tra: Sinh viên sẽ có 3 điểm kiểm tra trong quá trình học

 2 điểm kiểm tra 1 tiết sẽ đ ợc thực hiện ngay sau khi kết

thúc mỗi phần học.

 1 điểm kiểm tra còn lại sẽ đ ợc thực hiện trong quá trình

chuẩn bị môn học, thảo luận trên lớp của sinh viên

 Thi:

 Sinh viên sẽ làm bài thi lý thuyết vào cuối kỳ.

 Thời gian làm bài 90 phút

 Tổng kết:

Điểm tổng kết bao gồm 70% điểm thi cuối kỳ và 30% điểm

kiểm tra giữa kỳ.

 Cấm thi & điểm th ởng:

Sinh viên sẽ bị cấm thi khi nghỉ quá số buổi quy định.

Sinh viên sẽ đ ợc những điểm th ởng khi trả lời đ ợc một số

câu hỏi đặc biệt trong quá trình học.

Trang 7

Môc lôc

CNSX§

1 2 3

Giíi thiÖu chung

PhÇn I: §¸nh gi¸ t×nh h×nh n¨ng l îng vµ tiªu thô n¨ng l îng

PhÇn II: Nhµ m¸y ®iÖn nguyªn tö

Trang 8

PHầN I: đánh giá năng l ợng

 Tỷ trọng năng l ợng trên thế giới

Trang 9

6 C¸c lo¹i n¨ng l îng t¸i t¹o kh«ng kÓ thñy ®iÖn ( renewable energy) 2%

Trang 10

 Tỷ lệ các nhà máy điện trên thế giới

Trang 11

 Các nhà máy điện Việt Nam và quy hoạch phát triển

Trang 12

PHầN i: đánh giá năng l ợng

 Tỷ trọng các loại nhà máy điện Việt Nam giai đoạn

2006-2025

Trang 13

PHầN i: đánh giá năng l ợng

 Danh mục nhà máy điện nguyên tử trên thế giới

TT Quốc Gia Số nhà máy

Tổng công suất MW

TT Quốc Gia Số nhà máy

Tổng công suất MW

1 ARGENTINA 2 935 16 LITHUANIA REPUBLIC 1 1185

2 ARMENIA 1 376 17 MEXICO 2 1360

3 BELGIUM 7 5824 18 NETHERLANDS 1 482

4 BRAZIL 2 1795 19 PAKISTAN 2 425

5 BULGARIA 2 1906 20 ROMANIA 2 1300

6 CANADA 18 12589 21 RUSSIAN FEDERATION 31 21743

7 CHINA 11 8572 22 SLOVAK REPUBLIC 5 2034

8 CZECH REPUBLIC 6 3538 23 SLOVENIA 1 666

9 FINLAND 4 2696 24 SOUTH AFRICA 2 1800

10 FRANCE 59 63260 25 SPAIN 8 7450

11 GERMANY 17 20430 26 SWEDEN 10 8974

Trang 14

PhÇn iI: nhµ m¸y §IÖN NGUY£N Tö

®iÖn nguyªn tö

1 2 3 4

Ch ¬ng I: Nguyªn tö vµ ph¶n øng h¹t nh©n

Ch ¬ng II: Nhiªn liÖu h¹t nh©n

Ch ¬ng IV: ChÊt th¶i h¹t nh©n

Ch ¬ng III: Nhµ m¸y ®iÖn h¹t nh©n

Ch ¬ng V: ThiÕt kÕ vµ vËn hµnh nhµ m¸y ®iÖn h¹t nh©n

Trang 15

PhÇn iI ch ¬ng I: nguyªn tö vµ ph¶n øng h¹t nh©n

1 2 3 4

1.1 ThÕ giíi vËt chÊt

1.2 CÊu t¹o nguyªn tö

1.4 Qu¸ tr×nh n¨ng l îng cña ph¶n øng h¹t nh©n 1.3 Ph¶n øng h¹t nh©n

Trang 16

PhÇn iI ch ¬ng I 1.1

thÕ giíi vËt chÊt

 ThÕ giíi vËt chÊt ® îc cÊu t¹o tõ nguyªn tö vµ ph©n tö Ph©n tö

bao gåm nhiÒu nguyªn tö

Trang 18

Phần iI ch ơng I 1.1

thế giới vật chất

 Vị trí các nguyên tử cũng quy định đặc tính của nó

 Than, kim c ơng cùng đ ợc cấu tạo từ Cacbon

 Rắn, lỏng, khí là các trạng thái khác nhau của 1 nguyên tử,

phân tử

Trang 19

Phần Ii ch ơng I 1.1

thế giới vật chất

 Phản ứng hóa học xảy ra khi các nguyên tử, phân tử kết hợp với

nhau tạo thành các nguyên tử, phân tử khác nh ng tổng số các

nguyên tử vi mô thành phần không đổi

Trang 20

PhÇn Ii ch ¬ng I 1.2

cÊu t¹o nguyªn tö

 CÊu t¹o nguyªn tö:

 Nguyªn tö bao gåm h¹t nh©n mang ®iÖn tÝch d ¬ng ë trung t©m

vµ c¸c electron mang ®iÖn tÝch ©m bay xung quanh

 H¹t nh©n vµ Electron liªn kÕt nhau b»ng lùc ®iÖn tõ

Trang 21

cÊu t¹o nguyªn tö

 CÊu t¹o nguyªn tö:

 H¹t nh©n bao gåm Proton vµ

Neutron

 Proton v Neutron liªn kÕt à Neutron liªn kÕt

víi nhau b»ng lùc nguyªn tö

Trang 22

Phần Ii ch ơng I 1.2

cấu tạo nguyên tử

 Cấu tạo nguyên tử:

 Một nguyên tử có thể có một hoặc nhiều đồng vị bằng cách thay

đổi số Neutron trong hạt nhân

Trang 24

ph¶n øng h¹t nh©n

 Phãng x¹ h¹t nh©n:

 Tia α lµ h¹t nh©n nguyªn tö Heli

 Tia ß lµ h¹t m¹ng ®iÖn, ß- lµ tia mang ®iÖn ©m vµ ß + lµ tia mang

®iÖn d ¬ng

 Tia γ lµ sãng ®iÖn tõ Tia γ lµ tia nguy hiÓm nhÊt vµ xuÊt hiÖn ë tÊt

c¶ c¸c phãng x¹

Trang 25

ph¶n øng h¹t nh©n

 Ph¶n øng h¹t nh©n:

 Trong mét sè tr êng hîp, khi c¸c h¹t nh©n va ch¹m víi nhau hoÆc

va ch¹m vµo Neutron sÏ biÕn thµnh c¸c h¹t nh©n, Neutron kh¸c vµ thu hoÆc táa ra n¨ng l îng

Trang 29

PhÇn ii ch ¬ng I 1.4

qu¸ tr×nh n¨ng l îng cña ph¶n øng h¹t nh©n

 N¨ng l îng sinh ra trong ph¶n øng h¹t nh©n:

 E= mc2 chÝnh lµ ph ¬ng tr×nh c¬ b¶n t¹o ra n¨ng l îng cho ph¶n øng h¹t nh©n

Trang 31

Phần ii ch ơng I 1.4

quá trình năng l ợng của phản ứng hạt nhân

 Năng l ợng liên kết, năng l ợng liên kết riêng:

 Năng l ợng liên kết: Là năng l ợng tối thiểu cần thiết để phá hạt nhân đó thành các Nuclons riêng lẻ

Wlk = [Zmp+(A-Z)mn –mhn]c2

hay Wlk = Δm.c2

Trang 32

 N¨ng l îng liªn kÕt, n¨ng l îng liªn kÕt riªng:

 N¨ng l îng liªn kÕt riªng: Lµ n¨ng l îng liªn kÕt tÝnh cho

Trang 33

 §é bÒn v÷ng h¹t nh©n

Trang 34

 N¨ng l îng liªn kÕt riªng

Trang 35

PhÇn iI ch ¬ng II: nhiªn liÖu h¹t nh©n

1 2 3 4

2.1 Kh¸i niÖm vÒ nhiªn liÖu h¹t nh©n

2.2 ChuÈn bÞ nhiªn liÖu

2.4 Chu tr×nh nhiªn liÖu

2.3 Xö lý nhiªn liÖu vµ t¸i xö lý nhiªn liÖu

2.5 C¸c lo¹i nhiªn liÖu

Trang 36

Phần Ii ch ơng Ii 2.1

khái niệm về nhiên liệu hạt nhân

 Nhiên liệu: Là chất khi cháy cho nhiệt năng Nhiên liệu chia làm 2

loại- Nhiên liệu vô cơ và nhiên liệu hữu cơ

 Nhiên liệu hữu cơ: Dầu mỏ, than đá, khí thiên nhiên, gỗ

 Nhiên liệu vô cơ: Uranium

Trang 37

Phần ii ch ơng Ii 2.1

 Nhiên liệu hạt nhân cung cấp năng l ợng lớn hơn rất nhiều so với

nhiên liệu hóa thạch: 1kg Uranium t ơng đ ơng 16 tấn than đá

Trang 41

 Uranium:

 Uranium có tỷ trọng là 18,5-19 xấp xỉ tỷ trọng của Vàng

 Uranium t ơng đối mềm dễ tiến hành gia công cơ khí

 Trong không khí, Uranium có thể bị ô xy hóa chậm chuyển thành

màu đen

 Uranium có tính phóng xạ và khó có thể nhận ra bằng mắt th ờng

Trang 42

 Plutonium lµ kim lo¹i mµu tr¾ng b¹c, bÞ xØn khi tiÕp xóc víi kh«ng

khÝ t¹o thµnh mét líp phñ mê khi bÞ oxi hãa

Trang 45

PhÇn ii ch ¬ng Ii 2.1

kh¸i niÖm vÒ nhiªn liÖu h¹t nh©n

 Plutonium:

 Plutonium tån t¹i trong lß ph¶n øng h¹t nh©n, chÊt th¶i lß ph¶n øng

h¹t nh©n, chÊt th¶i sau vô næ h¹t nh©n

 Trong lß ph¶n øng h¹t nh©n, 2/3 n¨ng l îng ® îc t¹o thµnh tõ U235 vµ 1/3 n¨ng l îng ® îc t¹o thµnh tõ Pu 239

Trang 46

chuẩn bị nhiên liệu

 Khai thác, tuyển quặng và tinh chế quặng Uranium

 Phần lớn Uranium không đ ợc khai thác trực tiếp mà nằm lẫn với các

nguyên tố khác

 Tùy thuộc vào các mỏ quặng khác nhau, nh ng hàm l ợng Uranium

trong quặng là rất thấp.

 Sau khi đ ợc khai thác, quặng sẽ đ ợc đập nhỏ, nghiền nát và sử dụng

một số thao tác hóa học để chế xuất Uranium

 Sản phẩm của quá trình chế xuất trên sẽ là một chất nhão màu vàng

gọi là “ Bánh vàng” Bánh vàng chứa khoảng 75% Oxit Uranium

 Việc khai thác và tăng hàm l ợng Uranium gọi là quá trình tuyển

quặng Uranium Quá trình tuyển quặng đ ợc làm trực tiếp tại mỏ

Trang 47

chuÈn bÞ nhiªn liÖu

 Khai th¸c, tuyÓn quÆng vµ tinh chÕ quÆng Uranium

Trang 48

chuÈn bÞ nhiªn liÖu

 Khai th¸c, tuyÓn quÆng vµ tinh chÕ quÆng Uranium

 “B¸nh vµng” kh«ng ® îc dïng ngay trong lß ph¶n øng mµ ph¶i lo¹i

hÕt t¹p chÊt th«ng qua nhiÒu giai ®o¹n lµm tinh khiÕt- refining

Trang 49

 Khai thác, tuyển quặng và tinh chế quặng Uranium

 Sau khi đạt độ tinh khiết, Oxit Uranium sẽ đ ợc chuyển thành

Teraflourua Uranium ( UF4)- conversion

Trang 50

 Hiện nay có 3 ph ơng pháp làm giàu Uranium chính là:

 Khuếch tán khí

 Siêu ly tâm

 Phân tách đồng vị bằng Laser ( Chỉ mới áp dụng trong phòng thí

nghiệm)

Trang 51

 Làm giàu Uranium

 Khuếch tán khí:

 Uranium đ ợc chuyển từ tetraflourua Uranium ( UF4) thành

hexaflourua Uranium ( UF6) có đặc tính là thể khí bắt đầu từ

56 0C

 UF6 sẽ đ ợc đi qua một loạt các “ hàng rào” là những tấm màng

đục lỗ rất nhỏ Các phân tử hexaflourua U 235 nhẹ hơn nên đi qua các hàng rào nhanh hơn, nhờ vậy có thể dần dần làm giàu Uranium.

Trang 52

Khuếch tán khí:

 Tuy nhiên do khối l ợng 2 đồng vị khác nhau rất ít nên sự di

chuyển cũng khác nhau rất ít Một nhà máy làm giàu Uranium cần phải thao tác lặp lại 1400 lần để sản xuất ra Uranium có độ giàu U 235 cần thiết.

Trang 53

Siêu ly tâm:

 Ph ơng pháp này đ ợc dùng với quy mô nhỏ hơn và đ ợc phát triển

bởi tập đoàn Châu Âu URENCO ( Đức, Hà Lan, Anh)

 Sử dụng một máy ly tâm quay với tốc độ rất nhanh đánh bật ra

ngoài hexaflourua Uranium 238 và hexaflourua Uranium 235 chứa trong máy

Trang 54

Siêu ly tâm:

 Do khối l ợng gần giống nhau nên muốn đạt đến hàm l ợng Urani

cần thiết thì phải qua nhiều giai đoạn nối tiếp

Trang 55

Phân tách đồng vị bằng Laser ( SILVA):

 Ph ơng pháp này hiện đang đ ợc sử dụng trong phòng nghiên cứu

và ch a đ ợc sử dụng trong công nghiệp

 Ph ơng pháp này cho phép tách một nguyên tử Urani 235 và một

nguyên tử Urani 238 chỉ qua một giai đoạn

 Nguyên lý của ph ơng pháp này là lấy đi một electron Urani 235

bằng cách sử dụng năng l ợng do chùm laser cung cấp mà không

đụng đến Urani 238

Trang 56

Những tia laser có b ớc sóng đ ợc lựa chọn một cách chính xác

cung cấp năng l ợng cần thiết để electron bứt ra khỏi Urani 235 chứ không phải Urani 238

Trang 57

Sau khi Ion hóa mang điện tích d ơng, Urani 235 sẽ bị tách khỏi

hơi Urani bởi một điện tr ờng và đ ợc thu về phía cực âm trên các

bộ góp

Trang 58

xử lý nhiên liệu và tái xử lý nhiên liệu

 Xử lý nhiên liệu

Chế tạo các bó thanh nhiên liệu

 Sau khi đ ợc làm giàu, hexaflourua Urani đ ợc chuyển về oxit Urani d ới dạng chất bột màu đen.

 Chất bột này đ ợc ép rồi nung để cho ra những khối trụ tròn nhỏ

có chiều dài chừng 1cm và kích th ớc cỡ mẩu phấn nhỏ gọi là

“viên” Mỗi viên nặng 7g và có thể cung cấp năng l ợng t ơng đ

ơng 1 tấn than đá.

Trang 59

xö lý nhiªn liÖu vµ t¸i xö lý nhiªn liÖu

 Xö lý nhiªn liÖu

ChÕ t¹o c¸c bã thanh nhiªn liÖu

 C¸c viªn ® îc xÕp vµo nh÷ng èng kim lo¹i dµi chõng 4m b»ng hîp kim ziriconi, nh÷ng èng nµy dïng lµm “vá bäc”, hai ®Çu bÞt kÝn, t¹o thµnh c¸c “thanh” nhiªn liÖu.

Trang 60

xö lý nhiªn liÖu vµ t¸i xö lý nhiªn liÖu

 Xö lý nhiªn liÖu

ChÕ t¹o c¸c bã thanh nhiªn liÖu

 Ng êi ta l¹i kÕt hîp 264 thanh nhiªn liÖu kÕt l¹i thµnh nh÷ng “ bã cñi” tiÕt diÖn h×nh vu«ng gäi lµ bã thanh nhiªn liÖu

 §Ó n¹p nhiªn liÖu cho mét lß ph¶n øng 900 MW cÇn dïng 157

bã thanh nhiªn liÖu chøa tÊt c¶ 11 triÖu “viªn”

Trang 63

Sự thoái hóa của nhiên liệu

 Theo thời gian, nhiên liệu chịu một số biến đổi và giảm dần tính

năng của nó.

 Sự xuất hiện các sản phẩm phân hạch hấp thụ neutron làm ảnh h

ởng đến phản ứng dây chuyền

 Sau một thời gian, nhiên liệu phải bị rút ra khỏi lò phản ứng mặc

dù vẫn còn một số l ợng lớn vật lệu cung cấp năng l ợng có thể thu hồi đ ợc là Uranium và Plutonium

Trang 64

Sự thoái hóa của nhiên liệu

Nhiên liệu đã sử dụng có hoạt độ phóng xạ rất cao do sự có mặt

của các sản phẩm phân hạch.

 Bức xạ do các nguyên tử phóng xạ phát ra tỏa ra rất nhiều nhiệt.

 Sau khi sử dụng, nhiên liệu đã cháy đ ợc cất giữ trong một bể làm

lạnh ở gần lò phản ứng trong 3 năm để giảm hoạt độ phóng xạ

Trang 65

 Tái xử lý nhiên liệu

Mục đích

 Thu hồi Urani 235 và Plutoni còn có thể sử dụng đ ợc để sản xuất

ra điện

 Phân loại các chất thải phóng xạ không thu hồi đ ợc

 Các n ớc không tái xử lý : Thụy Điển, Mỹ Nhiên liệu đã sử dụng

sẽ đ ợc coi nh chất thải và cất giữ ngay sau khi rút khỏi lò phản ứng

 Các n ớc tái xử lý: Pháp, Anh, Nga, Nhật

 Các n ớc tải xử lý ở n ớc khác ( Pháp): Đức, Thụy Sĩ, Bỉ

Trang 66

Phân tách các sản phẩm phân hạch

 Sau khi đến nhà máy tái xử lý, các bó thanh nhiên liệu đã sử

dụng đ ợc đặt vào một bể n ớc một lần nữa

 Sau đó đ ợc cắt thành những đoạn nhỏ đ a vào một dung dịch hóa

học hòa tan nhiên liệu nh ng vẫn giữ nguyên các mảnh kim loại ( vỏ bọc) Những mảnh này đ ợc cất giữ nh chất thải hạt nhân.

 Một loạt các xử lý hóa học tiếp theo sẽ tách Urani và Plutoni ra

khỏi các sản phẩm phân hạch.

 Những sản phẩm này đ ợc trộn vào thủy tinh đặc biệt ( sự thủy

tinh hóa) và cất giữ nh chất thải hạt nhân

 Urani và Plutoni chiếm khoảng 97% của toàn bộ chất thải sẽ bị

tách biệt và cất giữ riêng rẽ

Trang 67

Tái chế nhiên liệu

 Những nhiên liệu hỗn hợp Oxit Urani và Oxit Plutoni đã đ ợc sử

dụng tại một số lò phản ứng của EDF

 Urani thu hồi đ ợc trong quá trình xử lý cũng hơi giàu hơn Urani

thiên nhiên ( 1% Urani 235) và có thể đ ợc làm giàu lần nữa đến nhiên liệu thông th ờng

Trang 68

chu tr×nh nhiªn liÖu

 Chu tr×nh nhiªn liÖu lµ qu¸ tr×nh: khi th¸c, sö dung, t¸i chÕ nhiªn liÖu.

Trang 69

chu trình nhiên liệu

 Chu trình nhiên liệu có 2 loại: Chu trình kín và chu trình hở

 Chu trình hở là chu trình sử dụng và đào thải nhiên liệu Nhiên liệu

sau khi dùng xong đ ợc cất giữ lâu dài mà không tái xử lý

 Chu trình kín: là chu trình tái chế nhiên liệu hạt nhân sau khi sử

dụng Chu trình kín cho phép lấy lại cả U và Pu

Trang 70

c¸c lo¹i nhiªn liÖu

Lo¹i lß ChÊt t¶i nhiÖt Nhiªn liÖu

BWR H2O UO2, (U-Pu)O2

PWR H2O UO2, (U-Pu)O2

HWR D2O UO2,( U-Pu)O2, ( U-Th)O2

Trang 71

Phần iI ch ơng III: nhà máy điện hạt nhân

Thủy điện

1 2 3

3.1 Lịch sử phát triển nhà máy điện hạt nhân

3.2 Nguyên lý hoạt động nhà máy điện hạt nhân

3.3 Cấu tạo nhà máy điện hạt nhân

3.4 Phân loại nhà máy điện hạt nhân

Tiêu đề	Bài giảng Công nghệ sản xuất điện
Tác giả	Đặng Thành Trung
Người hướng dẫn	Ths. Đặng Thành Trung
Trường học	Trường Đại học Điện lực
Chuyên ngành	Công nghệ sản xuất điện
Thể loại	Bài giảng

Định dạng
Số trang	127
Dung lượng	10,7 MB

Bài giảng công nghệ sản xuất điện

cấu tạo nhà máy điện hạt nhân

phân loại nhà máy điện hạt nhân