بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تحليل اگزرژي و انرژي دريک نيروگاه هسته اي PWR با ظرفيت MW ١٠٠٠ مشابه نيروگاه هسته اي بوشهر
واژه هاي کليدي : اگزرژي ، تبديل انرژي ، آناليزقانون دوم ، نيروگاه هسته اي ، راکتورهاي آب تحت فشار PWR
چکيده
يک نيرو گاه هسته اي با راکتورآب سبک تحت فشار PWR ) ( با ظرفيت نامي MW ١٠٠٠ مورد تحليل اگزرژي قرار گرفته است و ميزان بازگشت ناپذيريها وافت اگزرژي در تـک تـک اجزاء سيکل محاسبه و در صـد اتلافـات اگـزرژي در اجـزاء مختلف سيکل نسبت به افت اگـزرژي کـل محاسـبه گرديـده است . همچنين نسبت اين اتلافات بـه کـل اگـزرژي ورودي سنجيده شده است . در اين تحليل نشان داده شـده اسـت کـه بيشترين موارد بازگشت ناپذيري به ترتيب در راکتور ، توربين ها ، مولد بخاروگرمکن ها بوقـوع مـي پيونـدد . در پايـان راه کارهايي به منظور افزايش راندمان اينگونه نيروگاه هاي هسـته اي ارائه گرديده است .
١- مقدمه :
در علم ترموديناک دانشمندان قـانون اول ترموديناميـک را بـر مبناي انرژي و قانون دوم ترموديناک را بر مبناي اگـزرژي بنـا نهاده اند . اگزرژي به تعريف برخي از پژوهشگران بخـش قابـل تبـديل انرژي به صورتهاي ديگر انرژي تعريـف مـي شـود و بخـش
غيرقابل تبديل انرژي را آنرژي مي گويند .
به عبارتي :
انرژي + اگزرژي = انرژي
در واقع اگزرژي مبين کيفيت انرژي است .
تحليل جريان اگزرژي در نيروگاهها کمک شاياني به مهندسان و تحليل گران براي افزايش بازده وکاهش تلفات انرژي کـه از ديدگاه اقتصادي کاملا قابل توجه مي باشد، مي کند.
نيروگاههاي هسته اي در مقابل نيروگاههـاي فسـيلي از بـازده کمتري برخوردار هستند بطوري که در نيروگاههاي هسـته اي از نوع راکتور آب تحت فشار ( PWR) معمولا بـازده بـين ٢٨ تا ٣٥% مي باشد در حالي که در نيروگاههاي فسيلي امروزه به بازده هاي حدودا ٤٥% نيزرسيده اند .
با توجه به گران بودن سوخت اورانيوم غني شده نيـاز مبرمـي به تحليل انرژي و اگزرژي در نيروگاههاي هسته اي احسـاس مي شود . در زمينه تلفات اگزرژي در نيروگاههـاي هسـته اي تحقيقـات وسيعي صورت نگرفته است .
Gyftopoulos و [ 1Beretta] بصورت تخميني ميزان بازگشت ناپذيري هايي راکه در راکتور هسته اي يک نيروگاه اتفاق مـي افتد را محاسـبه کـرده انـد . [ 2Seigel] بـا آنـاليز قـانون دوم ترموديناميک براي نيروگاه هسته اي از نـوع Fast breeder در کشور آلمان ميزان بازگشت ناپذيري هاي اين نوع نيروگـاه را مورد بررسي قرار داده است او همچنين نتيجه مـي گيـرد کـه راکتــور نيروگــاه هســته اي Fast Breeder بيشــترين ميــزان بازگشت ناپذيري را به خود اختصاص مي دهد . Dunbar [٣] آناليز اگزرژي را براي نيروگاه اتمي BWR انجام مـي دهـد و راندمان اگزرژي و همچنين ميزان و محل اتلافات اگـزرژي را در اين نوع نيروگاه مشخص مي کند .
در اين مقاله نيرو گاه هسته اي از نوع PWR با ظرفيـت نـامي 1000MW که شبيه نيروگاه اتمي بوشهر مي باشد مورد تحليل اگزرژي و انرژي قرار مـي گيـرد.نيروگاههـاي PWR از نـوع متداولترين نيروگاه هاي هسته اي در سر تا سر دنيا مي باشـد .شـکل ١ راکتـور يـک نيروگـاه هسـته اي PWR را بصـورت شماتيک نشان ميدهد .
نحوه تحليل اگزرژي در نيروگـاه موردبررسـي در ايـن مقالـه بصورت پله به پله توضيح داده شده است .
٢- شرح مختصري از نيروگاه مدل شده :
نيروگاه مورد بررسي که از لحاظ ظرفيت شبيه نيروگـاه اتمـي بوشهر مي باشد از نوع نيروگاه هاي آب سبک تحت فشـار PWR با توان الکتريکي 1000MW و ظرفيت حرارتي MW ٣٤٩٠ مي باشد .
نيروگاه از دو مدار اصلي تشکيل شده اسـت کـه عبارتنـد از :
١- مدار خنک کننده که به اصطلاح مدار اوليه نيز ناميـده مـي شود.٢- مدار آب وبخار و يا مدار سيال عامل کـه بـه اصـلاح به آن مدار ثانويه نيز مي گوينـد. در مـدار اوليـه سـيال خنـک کننده آب سبک بوده که همواره از طريق اعمال فشـار توسـط سيستم فشارنده Pressurizer زير دماي اشباع نگه داشـته مـي شود .
در مدار اوليه با شکافت اورانيوم غني شده انرژي حرارتي آزاد مي شود .
مدار اوليه از چهار مدار مشابه تشکيل شده اسـت کـه در هـر يک از آنها يک پمپ و يک مولد بخار وجود دارد. يک مخزن تحت فشار نيز فشار داخلي چهار زير مدار فوق را تنظيم مـي کند و ازنوسانات فشار درون آنهاجلوگيري مي کند .
شکل ٢ و جدول ١ مشخصات فني نيروگـاه مـورد بررسـي را نشان مي دهد .
٣- توصيف فرآيند
حرارت حاصل از واکنش Fission توسط خنک کـن کـه آب سبک معمولي مي باشد بوسـيله چهـار مـدار خنـک کـن کـه هريک شامل چهار مولد بخار و چهـار پمـپ بـه همـراه يـک واحد Pressurizer( بمنظور کنترل فشـار مـدار اوليـه ) سـيال مدار ثانويه را در مولـد بخـار تبخيـر نمـوده بطوريکـه سـيال خروجي از مولد بخار سيال دوفازي بادرجه حـرارت C٢٨٥ و با کيفيت ٠.٩٩٧٥ مي باشد. بخشي از بخار به تـوربين H.P و بخشي از آن بـه يـک واحـد R.H (بازگرمـايش ) خروجـي از رطوبت گير انتقال داده مي شود. خروجي از توربين H.P پس از عبور از رطوبت گير و گرم شدن مجدد ، ما فوق گرم شـده و به توربين P.L مـي رود.در تـوربين L.P در چهـار مرحلـه بخار زير کش شده و به گرمکن هاي بخـش سردسـيکل وارد مي شود.بخار خروجـي از تـوربين مرحلـه آخـر داراي فشـار KPa ١٠.١ و دماي C٤٦ مي باشد . دماي محيط در اين مساله C ٣٠ در نظر گرفته شده است .
٤- معادلات حاکم :
٤-١ ) قانون بقاي جرم براي هر يک از اجـزاي تشـکيل دهنده نيروگاه :
٤-٢) قانون اول ترمودينـاک بـراي هـر يـک از اجـزاي تشکيل دهنده نيروگاه :
٤-٣) بالانس اگزرژي و تلفات اگزرژي براي هـر يـک از اجزاي تشکيل دهنده نيروگاه :
محاسبه اگزرژي فيزيکي در هر نقطه :
در معادله فوق ePh اگزرژي فيزيکي و ech اگزرژي شـيميايي و ek اگزرژي جنبشي و ep اگزرژي پتانسيل است کـه ميتـوان از اگزرژي پتانسيل ، جنبشي و شيميايي صرفنظر نمود . پس داريم :
٤-٤) بالانس اگزرژي در يک توربين :
با فرض آدياباتيک بودن توربين داريم :
در نتيجه راندمان اگزرژتيک توربين عبارتست از : :
٤-٥) بالانس اگزرژي دريک پمپ :
نشان دهنده حرارت تبادلي از فرايند به محـيط اسـت که به صورت اتلافات اگزرژي حرارتي ظاهر شده است .
پمپ هاي نيروگاهي را معمـولا بـا تقريـب خـوبي مـي تـوان آدياباتيک فرض نمود. در صورتي کـه بـدليل کـوچکي پمـپ از کــه نــرخ تخريــب اگــزرژي در اثــر عــواملي از قبيــل اصطحکاک است نيز بتوان صرفنظر نمود ، راندمان اگزرژتيک پمپ عبارتست از :
