XÂY DỰNG MÔ HÌNH THIẾT BỊ AN TOÀN DÙNG NHIỆT HÓA HỌC TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN

Năng lượng hạt nhân là một loại công nghệ hạt nhân sử dụng năng lượng hữuích từ hạt nhân nguyên tử thông quá các lò phản ứng hạt nhân có kiểm soát. Vớitrên 50 năm hình thành và phát triển, hiện nay trên thế giới có hàng trăm lò phảnứng hạt nhân thương mại sản xuất điện phục vụ nhu cầu năng lượng của con người.Trong vấn đề phát triển năng lượng, để giải quyết nhu cầu nguồn năng lượng ngàycàng tăng nhanh của Việt Nam, quyết định lựa chọn điện hạt nhân đã được đưa ra làphương án tối ưu nhất.Với hai nhà máy Điện hạt nhân Ninh Thuận I và Ninh Thuận II sắp xây dựngsử dụng công nghệ lò nước áp lực PWR (Pressurized Water Reactors), vấn đề đượcquan tâm nhất hiện nay là an toàn của các lò phản ứng hạt nhân đặc biệt khi xuấthiện sự cố điện hạt nhân. Qua các thế hệ nhà máy điện hạt nhân cải tiến, hệ thống antoàn trong nhà máy điện hạt nhân ngày càng được thiết kế bảo vệ theo chiều sâuhơn với các nguyên tắc thiết kế: nguyên tắc dự phòng, nguyên tắc độc lập, nguyêntắc tách rời, nguyên tắc khác biệt.Công nghệ lò nước nhẹ sử dụng nước để giải nhiệt cho nước đi ra từ lõi lò vàquá trình này không thể thiếu nước vì vậy tiềm ẩn nguy cơ cao khi xảy ra sự cố mấtnước. Dựa trên các nguyên tắc an toàn trên và tính ứng dụng của nhiệt hóa họcchúng tôi thực hiện đề tài “Xây dựng mô hình thiết bị an toàn dùng nhiệt hóa họctrong nhà máy điện hạt nhân”.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HẠT NHÂN VÀ VẬT LÝ MÔI TRƯỜNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG MƠ HÌNH THIẾT BỊ AN TỒN DÙNG NHIỆT HÓA HỌC TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN HẠT NHÂN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : ThS CAO ĐỨC LƯỢNG SINH VIÊN THỰC HIÊN : NGƠ HỒNG ANH Lớp : KỸ THUẬT HẠT NHÂN VÀ VẬT LÝ MƠI TRƯỜNG Khố : 54 (2009 – 2014) Hà Nội, tháng năm 2014 NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .7 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Mục đích nghiên cứu .8 Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 10 1.1 Công nghệ lò phản ứng nước nhẹ cố LOCA 10 1.1.1 Cơng nghệ lò phản ứng nước nhẹ 10 1.1.2 Sự cố LOCA 14 1.2 Lưu trữ lượng nhiệt 15 1.2.1 Tổng quan lưu trữ lượng 15 1.2.2 Công nghệ lưu trữ lượng 15 1.3 Phương pháp sử dụng nhiệt hóa học 19 1.4 So sánh phương pháp lưu trữ nhiệt .20 CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ XÂY DỰNG THIẾT BỊ .25 2.1 Ý tưởng mô hình thiết bị giải nhiệt hóa học 25 2.2 Nguyên lý thiết bị giải nhiệt dùng nhiệt hóa học .25 2.3 Phân loại máy bơm nhiệt hóa học .26 2.4 Lựa chọn chất hóa học phù hợp 30 NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT DÙNG NHIỆT HÓA HỌC 32 3.1 Điều kiện đầu toán trao đổi nhiệt 32 3.2 Tính tốn thơng số nhiệt mơ hình thiết bị .35 3.2.1 Tính tốn nhiệt lượng trao đổi 35 3.2.2 Tính toán hệ số truyền nhiệt 35 3.2.3 Tính diện tích trao đổi nhiệt 39 3.2.4 Xây dựng hình thiết bị .39 3.3 Hoạt động thiết bị 42 KẾT LUẬN .46 TÀI LIỆU THAM KHẢO .47 NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH Hình 1.1 Chu trình nhiệt lò phản ứng hạt nhân nước áp lực (PWR) 11 Hình 1.2 Chu trình nhiệt lò phản ứng hạt nhân nước sơi (BWR) .12 Hình 1.3 Chu trình nhiệt lò phản ứng nước áp lực (SCWR) 13 Hình 1.4 Lưu trữ sử dụng lượng nhiệt mặt trời nước 16 Hình 1.5 Quá trình biến đổi pha vật liệu 17 Hình 1.6 Mơ hình lưu trữ dùng vật liệu biến đổi pha Na2S 18 Hình 1.7 Các trình chu trình lưu trữ dùng nhiệt hóa học 19 Hình 1.8 Nguyên tắc lưu trữ sử dụng nhiệt phản ứng hóa học Silicagel khơ 23 Hình 2.1: Ngun lý thiết bị giải nhiệt dùng nhiệt hóa học 26 Hình 2.2:Ba kiểu máy bơm nhiệt hóa học đặc trưng 28 Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động máy bơm nhiệt dùng MgO/H2O .28 Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động máy bơm nhiệt dùng CaO/PbO/CO2 29 Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động máy bơm nhiệt dùng axeton/H2/2-propanol 30 Hình 2.6 Nguyên tắc hoạt động bơm nhiệt hóa học MgO/H2O 31 Hình Kích thước hạt Mg(OH)2 33 Hình Sắp xếp ống thiết bị 34 Hình 3 Phần trăm độ rỗng môi chất Mg(OH)2 .34 Hình Cách xếp ống vào bình trao đổi nhiệt 40 Hình Mặt cắt đứng mơ hình thiết bị trao đổi nhiệt dùng Mg(OH)2 41 Hình Hiệu suất nhiệt phân Mg(OH)2 theo thời gian[5] 43 Hình Nhiệt độ viên Mg(OH)2 theo thời gian nhiệt phân [5] 44 NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG Bảng 1 :Bảng so sánh phương pháp lưu trữ nhiệt 20 Bảng Giá trị sức chứa phạm vi nhiệt độ số chất hợp chất 22 Bảng Phân loại máy bơm nhiệt hóa học: 26 Bảng Các thông số hai mẫu nguyên liệu MgO 32 Bảng Bảng thông số nhiệt môi chất 35 NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG KÝ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT - BWR: Boiling Water Reactors - PCM : Phase Change Materials - PWR : Pressurized Water Reactors - SCWR: Supercritical Water-Cooled Reactor - ECCS - Emergency core cooling system - C: nhiệt dung riêng [J/kg.K] - d: đường kính ống [m] - F: tổng diện tích trao đổi nhiệt [m2] - G: lưu lượng dòng mơi chất [t/s] - Gr: số Garshof - K: hệ số trao đổi nhiệt tổng [W/m.K] - L, l: chiều dài ống [m] - N: số ống - Nu: số Nusselt - Pr: số Prand - Q: nhiệt lượng [W] - Re: số Reynold - s: khoảng cách tâm ống liền kề[m] - t: nhiệt độ [0C] - α: hệ số trao đổi nhiệt riêng [W/m.K] - µ: độ nhớt động lực học [kg/m.s] - γ: độ nhớt động học [m2/s] - ρ: mật độ khối [kg/m3] - ω: tốc độ dòng mơi chất [m/s] - Φ: tỷ lệ khối lượng NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG LỜI CẢM ƠN Để có kiến thức, hiểu biết suốt thời gian qua học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, thời gian thực đề tài em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ quý Thầy Cô, gia đình bạn bè Với lòng biết ơn sâu sắc em xin gửi lời cảm ơn tới Thầy Cô Viện kỹ thuật Hạt nhân Vật lý Môi trường - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập trường Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ThS Cao Đức Lượng – Giảng viên trực tiếp hướng dẫn em suốt thời gian em thực đề tài Viện Kỹ thuật hạt nhân Vật lý môi trường Thầy người không tiếc thời gian, cơng sức tận tình hướng dẫn tạo điều kiên giúp đỡ em hoàn thành đề tài Do thiếu kỹ kinh nghiệm nghiên cứu khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu Thầy Cơ bạn để em hồn thiện Sau cùng, em xin kính chúc q Thầy Cô Viện kỹ thuật hạt nhân Vật lý môi trường – ThS Cao Đức lượng thật dồi sức khỏe, niềm tin để tiếp tục để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau Trân trọng! Hà Nội, tháng năm 2014 Sinh viên thực Ngơ Hồng Anh NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Năng lượng hạt nhân loại công nghệ hạt nhân sử dụng lượng hữu ích từ hạt nhân nguyên tử thơng q lò phản ứng hạt nhân có kiểm sốt Với 50 năm hình thành phát triển, giới có hàng trăm lò phản ứng hạt nhân thương mại sản xuất điện phục vụ nhu cầu lượng người Trong vấn đề phát triển lượng, để giải nhu cầu nguồn lượng ngày tăng nhanh Việt Nam, định lựa chọn điện hạt nhân đưa phương án tối ưu Với hai nhà máy Điện hạt nhân Ninh Thuận I Ninh Thuận II xây dựng sử dụng cơng nghệ lò nước áp lực PWR (Pressurized Water Reactors), vấn đề quan tâm an tồn lò phản ứng hạt nhân đặc biệt xuất cố điện hạt nhân Qua hệ nhà máy điện hạt nhân cải tiến, hệ thống an toàn nhà máy điện hạt nhân ngày thiết kế bảo vệ theo chiều sâu với nguyên tắc thiết kế: nguyên tắc dự phòng, nguyên tắc độc lập, nguyên tắc tách rời, ngun tắc khác biệt Cơng nghệ lò nước nhẹ sử dụng nước để giải nhiệt cho nước từ lõi lò q trình khơng thể thiếu nước tiềm ẩn nguy cao xảy cố nước Dựa ngun tắc an tồn tính ứng dụng nhiệt hóa học chúng tơi thực đề tài “Xây dựng mơ hình thiết bị an tồn dùng nhiệt hóa học nhà máy điện hạt nhân” Mục đích nghiên cứu Đề tài nghiên cứu với mục đích xây dựng mơ hình thiết bị giải nhiệt cho nước từ lõi lò phản ứng nhà máy điện hạt nhân nâng tăng tính an tồn nhà máy điện hạt nhân Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu tai nạn nhà máy điện hạt nhân NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG Nghiên cứu phương pháp lưu trữ lượng nhiệt So sánh đánh giá phương pháp lưu trữ dùng nhiệt hóa học với phương pháp lưu trữ khác - Nghiên cứu thiết bị giải nhiệt sử dụng chất hóa học thay nước Xây dựng mơ hình thiết bị giải nhiệt sử dụng nhiệt phản ứng hóa học lò nhà máy điện hạt nhân cơng nghệ lò nước áp lực Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Thiết bị trao đổi nhiệt sử dụng chất hóa học Magie hydroxit Mg(OH)2, sử dụng số liệu nghiên cứu công bố giáo sư Yukitaka Kato – Trung tâm nghiên cứu hạt nhân – Viện công nghệ Tokyo Phạm vi nghiên cứu: Do khó khăn đặc thù ngành lượng hạt nhân Việt Nam mơ hình thiết bị nghiên cứu phạm vi lý thuyết túy có sử dụng số liệu khoa học cơng nhận NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Cơng nghệ lò phản ứng nước nhẹ cố LOCA 1.1.1 Cơng nghệ lò phản ứng nước nhẹ Lò phản ứng nước nhẹ (LWR – Light Water Reactors) kiểu lò phản ứng hạt nhân sử dụng notron nhiệt, chất làm lạnh sử dụng nước đồng thời nước chất làm chậm notron Các lò phản ứng notron nhiệt loại lò phản ứng hạt nhân phổ biến nhất, lò phản ứng nước nhẹ phổ biến lò phản ứng notron nhiệt Có dạng lò phản ứng nước nhẹ: lò phản ứng nước áp lực (PWR - Pressurized Water Reactors), lò phản ứng nước sơi (BWR - Boiling Water Reactors), (hầu hết thiết kế của) lò phản ứng nước siêu tới hạn (SCWR Supercritical Water-Cooled Reactor ) a Lò phản ứng nước áp lực (PWR) Lò phản ứng nước áp lực (PWR) hai loại lò phản ứng hạt nhân thuộc nhóm lò phản ứng nước nhẹ, loại lò sử dụng phổ biến nước phương Tây Vòng sơ cấp: nước qua vùng hoạt nhận nhiệt từ lớp vỏ nhiên liệu Phần nước nóng đưa đến lối khoang vùng hoạt, sau chảy qua kênh nóng tới lối vào bình sinh + Bình sinh hơi: nước vòng sơ cấp trao đổi nhiệt với nước vòng thứ cấp, sau qua kênh lạnh đổ vào khoang lưu hồi thùng lò + Khoang lưu hồi: dẫn nước đến lối vào vùng hoạt Q trình tuần hồn nước lặp lại + Bình điều áp: có hệ thống sưởi nước để tạo nước hệ thống phun nước để làm ngưng tụ phần nước, nhằm điều chỉnh áp suất hệ thống khoảng ổn định Hệ thống sưởi nước lò xo nhiệt, sử dụng để làm tăng áp suất trường hợp hệ thống bị giảm áp, hệ thống phun nước sử dụng để giảm áp suất trường hợp hệ thống bị tăng áp mức Dưới NGÔ HOÀNG ANH – K54 – KTHN & VLMT 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG Hình Kích thước hạt Mg(OH)2 Ta tính thể tích viên Mg(OH)2 là: V1viên=3,14.(0,01)2 0,02=6,28.10-6 m3 + Sắp xếp ống Ống trao đổi nhiệt: đường kính d1=0,027 m; đường kính ngồi d2=0,03 m Số lượng ống: N = 6000 ống Chọn bước ống (khoảng cách tâm ống liền kề) s = 5cm, minh họa hình 3.2: NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT 33 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG Hình Sắp xếp ống thiết bị Do môi chất lạnh Mg(OH)2 không đặc khít, với kích thước hình trụ tròn ta tính độ rỗng môi chất chiếm khoảng 9,3% thể tích tồn mơi chất (hình 3.3) Hình 3 Phần trăm độ rỗng mơi chất Mg(OH)2 NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT 34 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG Thông số nhiệt mơi chất nóng mơi chất lạnh: Bảng Bảng thông số nhiệt môi chất Thông số Nước Mg(OH)2 Nhiệt độ vào: t’ 3250C 1100C Nhiệt độ ra: t’’ 2890C 2500C Nhiệt dung riêng 5653 J/kg.K 1653 J/kg.K [11] Áp suất 15,41 MPa 405 kPa Độ dẫn nhiệt 0,55 W/m.K 30 W/m.K Lưu lượng 5,55 t/s 5,23t/s kênh 3.2 Tính tốn thơng số nhiệt mơ hình thiết bị 3.2.1 Tính tốn nhiệt lượng trao đổi Độ chênh nhiệt độ nước đầu vào/ra là: ∆t1=325 – 289 = 360C Nhiệt lượng cần trao đổi: Q = G.C.∆t1 = 5,55.103.5653.36= 1,129.109 W Theo pt cân nhiệt =>Lưu lượng Mg(OH)2 là: G2 = 4,88 t/s 3.2.2 Tính tốn hệ số truyền nhiệt Gọi hệ số truyền nhiệt nước – thành ống là: α1 Hệ số truyền nhiệt thành ống – Mg(OH)2 là: α2 a) xác định α1 + Nhiệt độ trung bình nước là: NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT 35 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG 1 t f  (t1'  t1'' )  (325  289)  3070 C 2 + Tra thông số vật lý nước [12] ta được: Mật độ khối: 1  711kg / m Độ dẫn nhiệt: 1  0,548W / mK 6 Độ nhớt động học:   0,12.10 m / s Độ nhớt động lực học: 1  8,573.10 5 kg / m.s =>tốc độ nước ống là: 1  4.G1 4.5,55.103   2,3m / s  1.d12 N  711.0, 027 2.6000 + Hệ số Reynolds: Re  1.d1 2,3.0, 027   51, 75.104  104 (chế độ chảy rối) 6 1 0,12.10 + Hệ số Prand: Pr  C p1.1 1  5653.8,573.105  0,884 ; 0,548 + Chuẩn số Nusselt: Nu  0, 021.Re0,8 Pr 0,43 ( - Do tf ≈ tw nên ( Pr 0,25 )  l  R Prw (2-18)[6] Pr 0,25 ) ≈ 1; chiều dài ống l lớn so với đường kính Prw ống (l > 50d1) nên εl = 1; ống thẳng nên εR = Vậy hệ số trao đổi nhiệt nước vách ống α1 bằng: 1  1 0,548 Nu  0, 021.(51, 75.104 )0,8 (0,884)0,43  15057W / m2 K d1 0, 027 NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT 36 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG b) Xác định α2 Hạt nhiên liệu Mg(OH)2 có kích thước nhỏ (2mmm) so với khoảng cách hai ống (2cm) ta giả thiết tính hệ số truyền nhiệt α2 vách ống với Mg(OH)2 tính với mơi chất lỏng + Độ dẫn nhiệt: 2  30W / mK + Mật độkhối thực:   2360kg / m3 ; với độ rỗng 9,3% xếp đống ta tính mật độ khối xếp đống:  2*  2141kg / m3 + Xếp ống theo hình vng, khoảng cách hai tâm ống s = 0,05m; ta tính đường kính tương đương de mơi chất chảy dọc bên ngồi ống: de  4.s 4.0, 052  d2   0, 03  0, 076m  7, 6cm ; (2-87)[6]  d  0, 03 => tốc độ dòng Mg(OH)2 ống là: 4.G2 4.4,88.103 2    0, 22m / s   d e2 N  2141.0, 0762.2266 đó: N2 số ống tính tương đương: N2 = 2266 ống tương đương + Tính độ nhớt động học γ2: tính theo cơng thức sau:γ2=γh.γ2* [9] γh = 7,87.10-6 m2/s [14] độ nhớt động học nước sau nhiệt phân Mg(OH)2 405kPa, 1850C γ2* độ nhớt động học riêng Mg(OH)2 Ta tính γ2*:  2*   2* với µ2 độ nhớt động lực học;  2* NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT 37 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG mà  2*   2,5.  10,05.  0,00273.e16,6. [9] vớiΦ tỷ lệ khối lượng Mg(OH)2 dòng mơi chất Được tính theo sau:    2* =0,907 2 * 16,6.  9452kg / m.s Lúc ta tính được:    2,5.  10, 05.  0, 00273.e  2* 9452 =>   *   4, 41m / s  2141 * Vậy ta tính độ nhớt động học γ2:    h  2*  7,87.106.4, 41  3, 48.105 m2 / s => độ nhớt động lực học dòng mơi chất là:    2*   2141.3, 48.10 5  0, 0745kg / m.s + Hằng số Reynolds: Re   de 0, 22.0, 079   500  2.103 (chế độ chảy tầng) 5 2 3, 48.10 + Hằng số Prand: Pr  C p  2  1653.0, 0745  4,105 30 + Hằng số Prantl vách ống: Prw  C pw  w đó: Cpw nhiệt dung riêng Mg(OH)2 nhiệt độ vách tf ≈ tw=3070C Cpw=1784,5 J/kg.K ; [11] => Prw  C pw  w  1784,5.0, 0745  2,86 46,5 +Hằng số Nusselt: Nu  0,15.Re0,33 Pr 0,43 (Gr Pr) 0,1 ( Pr f Prw ) 0,25  l  R (2-17)[6] + Hằng số Grashof: Gr  g  (t1  t2 ).d e3 9,8.0, 026.(307  180).0, 0763   1855 [10]   3, 48.105.0, 22 NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT 38 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG đó: g gia tốc trọng trường; β =0,026 hệ số giãn nở nhiệt Mg(OH)2 + Thay số ta tính được: Nu  0,15.Re 0,33 Pr 0,43 (Gr Pr) 0,1.( Pr 0,25 ) Prw  0,15.(500) 0,33 (4,105) 0,43 (1855.4,105)0,1.( 4,105 0,25 )  5, 73 2,86 Vậy: hệ số truyền nhiệt α2 bằng: 2  2 30 Nu  5, 73  2262W / m2 K de 0, 076 3.2.3 Tính diện tích trao đổi nhiệt a) Độ chênh nhiệt độ trung bình: t  (t1'  t ''2 )  (t1''  t2' ) (325  250)  (289  110)   119,50 C ' '' (325  250) (t  t ) ln ln( 1'' 2' (289  110) (t1  t2 ) b) Hệ số tryền nhiệt K 1  1 0, 0015 (   )(   ) K 1 w  15057 46,5 2262 => K=1850W/m2K c) Tổng diện tích trao đổi nhiệt F F Q 1,129.109   5107m2 K t 1850.119,5 3.2.4 Xây dựng hình thiết bị a) Chiều cao ống trao đổi nhiệt là: L F 5107   10m N C1 6000. 0, 027 NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT 39 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG Vậy, với 6000 ống đường kính 30 mm khoảng cách ống liên tiếp 20 mm, ta tính đường kính đáy bình trao đổi nhiệt là: 4,3 m Mỗi ô vuông nhỏ hình tương ứng với kích thước 50x50mm (phần nét đứt mơ tả hình 3.2) Hình Cách xếp ống vào bình trao đổi nhiệt Từ liệu trên, ta xây dựng mơ sau: Mg(OH)2 trao đổi nhiệt bên ống thực phản ứng nhiệt phân tạo MgO nước Hơi nước tách nhờ phân tách nhằm trì áp suất ổn định 405kPa Sau viên nhiên liệu trao đổi nhiệt lần lại tiếp tục quay vòng trở lại nhờ cấu băng tải đưa từ lên để thực vòng phản ứng Như hình 3.5 NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT 40 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG Hình Mặt cắt đứng mơ hình thiết bị trao đổi nhiệt dùng Mg(OH)2 NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT 41 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG b) Tính lượng Mg(OH)2 chứa đầy thiết bị * Thể tích bình trao đổi nhiệt là: V0=S.L = L = 3,14.2,152.10 = 145 m3 * Trong đó: thể tích ống nhiệt là: V1=N.S1.L = 6000.3,14.(0,015)2.10= 42,5 m3 * Vậy, thể tích chứa Mg(OH)2 là: V2= V0 – V1 =102,5 m3 Thể tích rỗng bao quanh chiếm 9,3% tổng thể tích => thể tích thực: V2’=102,5.0,907 m3=93m3 => Có số viên Mg(OH)2 là: V2’/V1vien = 102,5/6,28.10-6 =16,3.106 viên Mà khối lượng viên Mg(OH)2 là: m1vien=ρ.V1vien= 2360.6,28 10-6 = 0,015kg * Vậy ta tính được: khối lượng Mg(OH)2 bình là: mtổng = 0,015.16,3.106 =244,5.103 kg = 244 3.3 Hoạt động thiết bị a) Bảng kết hiệu suất nhiệt phân Mg(OH)2 theo thời gian: NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT 42 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG Hình Hiệu suất nhiệt phân Mg(OH)2 theo thời gian[5] Nhìn vào đồ thị hình 3.6 ta thấy hiệu suất phản ứng nhiệt phân Mg(OH)2 phụ thuộc vào thời gian Trong 30 phút đầu thực phản ứng hiệu suất đạt khoảng 50%, tiếp tục tăng thời gian phản ứng lượng Mg(OH)2 tăng chậm, phản ứng dần đạt trạng thái cân Sau 60 phút hiệu suất nhiệt phân đạt khoảng 65% NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT 43 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG b) Bảng kết quảnhiệt độ Mg(OH)2 theo thời gian: Hình Nhiệt độ viên Mg(OH)2 theo thời gian nhiệt phân [5] Đồ thị hình 3.7 biểu diễn nhiệt độ viên Mg(OH)2 theo thời gian nhiệt phân Ta thấy, áp suất 405kPa thời gian 60 phút thực phản ứng nhiệt độ viên Mg(OH)2 ổn định xung quanh mức nhiệt độ 2500C Từ 60 phút trở đi, nhiệt độ viên Mg(OH)2 giảm nhanh phản ứng dần đạt trạng thái cân nên Mg(OH)2 c) Kết luận hoạt động thiết bị Với lần nạp 244,5 Mg(OH)2, tốc độ dòng 0,23 m/s, thời gian Mg(OH)2 phản ứng hiệu 60 phút ta tính số lần viên Mg(OH)2 qua thiết bị là: n  60.60  83 lần 10 0, 23 Vậy sau 60 phút hoạt động với 83 lần lặp lại trình phản ứng thiết trao đổi nhiệt ta cần cho hỗn hợp nhiên liệu hợp nước để trở trạng thái ban NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT 44 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG đầu phản ứng MgO + H2O = Mg(OH)2; ∆H = -41kJ/mol (đây q trình phát nhiệt bơm nhiệt hóa học) NGƠ HOÀNG ANH – K54 – KTHN & VLMT 45 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG KẾT LUẬN Thơng qua đề tài em có hội tìm hiểu cơng nghệ lưu trữ lượng sử dụng nhiệt hóa học Đây hướng nghiên cứu khơng nhiều vấn tồn mà chưa giải triệt để Xây dựng mơ hình lý thuyết thiết bị sử dụng hệ thống an toàn nhà máy điện hạt nhân với nguyên tắc đa dạng hóa, độc lập, tách rời khác biệt Biết cách tính toán thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống vỏ Bài toán đầu vào đơn giản hóa, lý tưởng hóa nhiều thơng số kết đơn giản Trong tương lai gần Việt Nam xây dựng hai nhà máy điện hạt nhân: Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận I Ninh Thuận II em hy vọng với đề tài nghiên cứu gợi mở thêm nhiều nghiên cứu khác nhiệt hóa học nhằm đa dạng hóa tăng khả áp dụng hệ thống an toàn nhà máy điện hạt nhân nước ta Với thời gian thực đề tài tốt nghiệp ngắn, nhiên trình độ tiếng Anh em hạn chế tiến độ làm chậm chạp, nội dung làm chưa chuyên sâu dừng lại mức độ tính tốn lý thuyết Em hy vọng tiếp tục làm đề tài đồ án tốt nghiệp để tìm hiểu nghiên cứu sâu Em xin chân thành cảm ơn! NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT 46 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS CAO ĐỨC LƯỢNG TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Yakitaka Kato, Mitsuteru Yamada, Yoshio Yoshizawa - Application of a Chemical heat pump on high-temperature heat process – (Reasearch Laboratory for Nuclear Reactor- Tokyo Institute of Technology ,Tokyo, Japan) [2] Yakitaka Kato - Possibility of Chemical Heat Pump Technologies - (Reasearch Laboratory for Nuclear Reactor- Tokyo Institute of Technology, Tokyo, Japan) [3] IAEA 2009 - Passive safety systems and Natural circulation in water cooled Nuclear Power Plants –– TECDOC 1624 [4] Yakitaka Kato - Carbon Dioxide Zero – Emission Hydrogen System based on Nuclear Power - (Reasearch Laboratory for Nuclear Reactor - Tokyo Institute of Technology, Tokyo, Japan) [5] Yakitaka Kato - Developvement of a magnesium oxide/water chemiscal heat pump for efficient energy storage and utilization - (Reasearch Laboratory for Nuclear Reactor - Tokyo Institute of Technology, Tokyo, Japan) [6] Bùi Hải – Dương Đức Hồng – Hà Mạnh Thư - Thiết bị trao đổi nhiệt–– ĐH Bách khoa Hà Nội 1996 [7].Website:http://www.dienhatnhan.com.vn [8].Website:http://www.peacesoftware.de/einigewerte [9].Website:http://www.us-nano.com/inc/sdetail/245 [10].Website: http://en.wikipedia.org/wiki/Viscosity [11].Website: http://en.wikipedia.org/wiki/Grashof_number [12].Website:http://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C1309428&Type=JANAFS&Table=on# JANAFS [13].Website:http://www.peacesoftware.de/einigewerte/calc_dampf.php5 [14].Website:http://en.wikipedia.org/wiki/Slurry#Volumetric_fraction_from_mass_fraction NGƠ HỒNG ANH – K54 – KTHN & VLMT 47 ... tắc an tồn tính ứng dụng nhiệt hóa học chúng tơi thực đề tài Xây dựng mơ hình thiết bị an tồn dùng nhiệt hóa học nhà máy điện hạt nhân Mục đích nghiên cứu Đề tài nghiên cứu với mục đích xây dựng. .. mơ hình thiết bị giải nhiệt cho nước từ lõi lò phản ứng nhà máy điện hạt nhân nâng tăng tính an tồn nhà máy điện hạt nhân Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu tai nạn nhà máy điện hạt nhân NGƠ HỒNG ANH... LÝ XÂY DỰNG THIẾT BỊ .25 2.1 Ý tưởng mô hình thiết bị giải nhiệt hóa học 25 2.2 Nguyên lý thiết bị giải nhiệt dùng nhiệt hóa học .25 2.3 Phân loại máy bơm nhiệt hóa học .26