بررسی روش سوپرهیت در افزایش راندمان حرارتی نیروگاه های هسته ای

در حال حاضر اکثر راکتورهای آب سبک ( lwr) که در حال کار هستند و یا ساخته شده اند، راندمان حرارتی نسبتا پایین (حدود 33%) دارند. بعلاوه این نیروگاه ها به علت محدودیت در پایین بودن نرخ تغییر توان از رقابت پذیری پایینی در محیط تجدید ساختار شده برخوردارند. در نیروگاه های فسیلی، بخار ورودی به توربین به وسیله یک سوپرهیتر تقویت می گردد. این سوپرهیت کردن نه تنها باعث بالا رفتن راندمان کل نیروگاه تا حدود 40% می گردد بلکه کیفیت بخار آب را افزایش داده و مانع از تشکیل قطرات آب برروی پره های توربین می شود. در نیروگاه های هسته ای امکان سوپرهیت کردن بخار در منبع گرمایی (قلب راکتور) وجود ندارد. این مساله به این دلیل است که فاز سوخت هسته ای جامد است و در صورت افزایش بیش از حد دما ساختار سوخت از بین می رود و ذوب می شود. همچنین در دماهای بالا در قلب راکتور واکنش های شیمیایی بین آب درون قلب راکتور و غلاف سوخت بیشتر و سریعتر شده و این ازنظر ایمنی قابل قبول نمی باشد و امکان عبور بخار مستقیما از همسایگی سوخت وجود ندارد. همچنین امکان استفاده از یک قلب دیگر با سوخت هسته ای که در آن بخار آب سوپرهیت شود وجود ندارد، زیرا اولا ظرفیت گرمایی بخار آب پایین است بنابراین یک قلب بزرگ برای انتقال حرارت نیاز است و در ضمن خاصیت کندکنندگی بخار آب بسیار پایین است، که این برخلاف روند واکنش های زنجیری هسته ای می باشد. با توجه به اینکه بر روی سطح غلاف حباب های بخار آب تشکیل می شود و این امر مانع انتقال حرارت کامل از سوخت به سیال عامل می شود. در نتیجه غلاف در آن نقطه بیش از حد داغ شده و ذوب می شود. راندمان پایین نیروگاه هسته ای نه تنها از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نمی باشد بلکه باعث آلودگی حرارتی محیط زیست نیز می شود و این راکتورهای هسته ای اتلاف حرارتی بیشتر نسبت به سایر نیروگاه هایی که بازده آنها حدود 40% است دارند. در عمل روش های مختلفی وجود دارد که می توان راندمان یک نیروگاه را افزایش داد. در این پایان نامه هدف افزایش راندمان حرارتی نیروگاه هسته ای از نوع pwr با استفاده از سوپرهیت کردن بخار در فشار ثابت به کمک گاز طبیعی است. در استفاده از این روش افزایش نرخ تغییرات توان، افزایش سود و رقابت پذیری این نیروگاه در محیط تجدید ساختار شده، کاهش تلفات حرارتی و کاهش خوردگی با بالا بردن دمای بخار ورودی به توربین در نظر گرفته شده است.