ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ВЫРАБОТКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СИСТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ПАРОВЫХ ТУРБИН ТИПА К-220-44 С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНТУРА ЦИРКУЛЯЦИИ НА СО2 Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 62-176.2

Гатина Р.З. студент 4 курс

факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»

ФГБОУ ВО «КНИТУ» Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ВЫРАБОТКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СИСТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ПАРОВЫХ ТУРБИН ТИПА К-220-44 С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНТУРА ЦИРКУЛЯЦИИ НА СО2 Представлены результаты исследования бинарной энергоустановки на сжиженном углекислом газе по выработке электроэнергии в системе охлаждения паровых турбин типа К-220-44 в зимний период времени. Ключевые слова: конденсатор паровой турбины, система охлаждения, бинарная энергоустановка, сжиженный углекислый газ.

Gatina R.Z.

Gafurov A.M.

ADDITIONAL ELECTRICITY PRODUCTION IN AN COOLING SYSTEM OF К-220-44 STEAM TURBINES WITH USE OF A CONTOUR

OF CIRCULATION ON СО2

Results of research of binary power installation are presented on the liquefied carbon dioxide gas on electricity production in an cooling system of К-220-44 steam turbines in a winter time span.

Keywords: condenser of the steam turbine, cooling system, binary power installation, liquefied carbon dioxide gas.

Конденсаторы паровых турбин являются основными потребителями воды в системе технического водоснабжения тепловых электростанций (ТЭС). Доля воды, идущей на охлаждение конденсаторов, составляет 90 -94%, что в среднем для производства 1 кВт-ч электроэнергии требуется 130 кг воды. Поэтому возможность эффективного использования охлаждающей среды (воды, воздуха) в системе охлаждения конденсаторов паровых турбин является важной научно-технической задачей [1].

В конденсаторе паровой турбины типа К-220-44 поддерживается низкое давление пара равное 3,0 кПа, что соответствует температуре насыщения в 24,08°С. Процесс конденсации пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования, которая отводится при помощи охлаждающей жидкости в окружающую среду. При этом потери теплоты в конденсаторе паровой турбины составляют примерно половины (45-50%) затрачиваемой теплоты в цикле. В зимний период времени конденсатор паровой турбины является источником сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 24,08°С, а окружающая среда - прямой источник холода с температурой вплоть до минус 50°С.

Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью бинарной энергоустановки на основе низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на сжиженном углекислом газе СО2 [2].

Замкнутый контур циркуляции низкотемпературного теплового двигателя содержит последовательно соединенные насос, теплообменник-конденсатор паровой турбины, турбодетандер с электрогенератором и теплообменник-конденсатор аппарата воздушного охлаждения (АВО). Причем охлаждение низкокипящего рабочего газа СО2 осуществляют наружным воздухом окружающей среды в зимний период времени при температуре от 0°С до минус 50°С [3].

Бинарная энергоустановка работает следующим образом. Отработавший в турбине пар при давлении в 3,0 кПа охлаждается и конденсируется на поверхности конденсаторных трубок, внутри которых протекает охлаждающая жидкость. Полученный основной конденсат с помощью конденсатного насоса направляют в систему регенерации. В качестве охлаждающей жидкости используется сжиженный углекислый газ СО2, который сжимают в насосе до высокого давления 5,79 МПа и направляют в конденсатор паровой турбины для охлаждения отработавшего в турбине пара. Конденсация пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 2156 кДж/кг, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа СО2 до температуры перегретого газа в 19°С. Далее перегретый газ СО2 расширяют в турбодетандере теплового двигателя, который соединен с электрогенератором. На выходе из турбодетандера отработавший в турбине газ СО2 направляют на охлаждение в конденсатор АВО, где в процессе охлаждения газа СО2 ниже его температуры насыщения происходит интенсивное сжижение, после чего сжиженный газ СО2 направляют для сжатия в насос теплового двигателя. Затем органический цикл Ренкина на основе низкокипящего рабочего тела повторяется [4].

На рис. 1, 2 представлены графики расчетных показателей по выработке (потреблению) полезной электрической мощности низкотемпературным тепловым двигателем и абсолютного электрического КПД турбогенератора при осуществлении процесса охлаждения конденсаторов паровых турбин типа К-220-44 контуром циркуляции на СО2 в зависимости от температуры наружного воздуха [5].

Температурный диапазон использования сжиженного газа СО2 в тепловом контуре бинарной энергоустановки ограничивается показателями критической температуры в 31°С и температурой в тройной точке -56,56°С. Поэтому использование сжиженного СО2 в температурном диапазоне от 60°С до -50°С позволит обеспечить приемлемые давления контура циркуляции теплового двигателя и затраты на его сжатие.

Рис. 1. Для паровых турбин типа К-220-44 с расходом пара в 200 кг/с.

4.5

я

1.5 -1-1-1-1-1-1-1-1-1 I

213,15 228.15 233.15 238.15 243.15 248.15 253.15 258.15 263.15 268.15 273.15

Температура наружного вому\а. К

Рис. 2. Для паровых турбин типа К-220-44 с расходом пара в 200 кг/с.

Абсолютный электрический КПД (рис. 2) турбогенератора низкотемпературного теплового двигателя варьируется от 1,64% до 3,97%.

При этом использование низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на СО2 в системе охлаждения паровых турбин типа К-220-44 позволяет дополнительно вырабатывать электроэнергию на ТЭС (рис. 1) в диапазоне температур окружающей среды от 258,15 К (-15°С) до 223,15 К (-50°С).

Использованные источники:

1.Гафуров А.М. Способ утилизации сбросной теплоты в конденсаторах паровых турбин, охлаждаемых водными ресурсами при температуре 5°С в зимний период времени. // Инновационная наука. 2016. - № 4-3. - С. 50-51.

2.Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Эффективность низкотемпературного теплового двигателя по утилизации теплоты в конденсаторе паровой турбины при давлении пара в 3 кПа. // Инновационная наука. 2016. № 2-3. -С. 30-32.

3.Гафуров А.М., Гафуров Н.М., Гатина Р.З. Способ работы низкотемпературного теплового двигателя на сжиженном газе СО2 с комбинированным охлаждением. // Теория и практика современной науки. -2016. - № 9 (15). - С. 122-125.

4.Гафуров А.М. Способ преобразования сбросной низкопотенциальной теплоты ТЭС в работу низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. - 2016. - №3 (31). - С. 73-78.

5.Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Эффективность низкотемпературного теплового двигателя по утилизации теплоты в конденсаторе паровой турбины при давлении пара в 3,5 кПа. // Инновационная наука. - 2016. - № 2-3. - С. 32-34.

УДК 62-176.2

Гатина Р.З. студент 4 курс

факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»

ФГБОУ ВО «КНИТУ» Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ВЫРАБОТКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СИСТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ПАРОВЫХ ТУРБИН ТИПА К-220-44 С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНТУРА ЦИРКУЛЯЦИИ НА ^Бв Представлены результаты исследования бинарной энергоустановки на сжиженном пропане по выработке электроэнергии в системе охлаждения паровых турбин типа К-220-44 в зимний период времени. Ключевые слова: конденсатор паровой турбины, система охлаждения, бинарная энергоустановка, сжиженный пропан.