CC BY
3
УДК 62-176.2
Гатина Р.З. студент 4 курс
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Зайнуллин Р. Р., к. ф. -м. н. старший преподаватель кафедры ПЭС
ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ БИНАРНОГО ЦИКЛА В СОСТАВЕ КОНДЕНСАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ ТИПА К-500-60/1500
ХТЗ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫ В 12°С
Рассматривается способ работы бинарной энергоустановки в составе конденсационной паровой турбины типа К-500-60/1500 ХТЗ (Харьковский турбинный завод) при допустимой температуре охлаждающей воды в 12°С для осеннего и весеннего периода времени.
Ключевые слова: атомная электростанция, паровая турбина, бинарный цикл, низкокипящее рабочее тело.
Gatina R.Z.
4th year student, faculty of «Energy-intensive materials and products»
«KNRTU»
Zainullin R.R., candidate of physico-mathematical sciences senior lecturer of department «industrial electronics and lighting»
«KSPEU» Russia, Kazan
IMPLEMENTATION OF A BINARY CYCLE AS A PART OF THE
CONDENSATION К-500-60/1500 KTP STEAM TURBINE AT A TEMPERATURE OF COOLING WATER OF 12°С
Mode of work of binary power installation as a part of a condensation К-500-60/1500 KTP (Kharkiv turbine plant) steam turbine at an admissible temperature of the cooling water in 12°C for an autumn and spring time span is considered.
Keywords: nuclear power station, steam turbine, binary cycle, low-boiling working fluid.
На реакторы ВВЭР-1000 (водо-водяной энергетический реактор электрической мощностью 1000 МВт) устанавливались в основном тихоходные турбины серии К-1000-5,9 производства ХТЗ (Харьковский турбинный завод, ныне «Турбоатом») и быстроходные турбины серии К-1000-60 производства ЛМЗ (Ленинградский металлический завод, входит в «Силовые машины»). К исключениям относится пятый блок Нововоронежской АЭС с реактором ВВЭР-1000, который был оснащен двумя тихоходными турбинами К-500-60/1500 производства ХТЗ. Особенностью турбины К-500-60/1500 является боковое расположение конденсаторов, что снижает окружные неравномерности параметров
парового потока за последней ступенью и способствует повышению надежности работы лопаток, а в выхлопных патрубках удается восстановить около 30% энергии выхода пара из последней ступени. Необходимо отметить, что длина вакуумных разъемов турбины К-500-60/1500 с боковыми конденсаторами на 17% меньше, чем в турбине К-500-65/3000.
Конденсационные паровые турбины типа К-500-60/1500 ХТЗ (номинальной мощностью 500 МВт и начальными параметрами пара: давление 5,9 МПа и температура 274,3°С) характеризуются тем, что предназначены для выработки электроэнергии со значительным расходом пара в конденсатор равным около 489,8 кг/с [1].
В конденсаторе паровой турбины типа К-500-60/1500 ХТЗ поддерживается низкое давление пара равное 5,88 кПа, что соответствует температуре насыщения в 35,79°С. Процесс конденсации 1 кг пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования равная примерно 2130 кДж/кг, которая в настоящее время отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду. При этом потери теплоты в конденсаторе паровой турбины (холодном источнике) могут составлять до половины (45-50%) затрачиваемой теплоты в термодинамическом цикле. В осенние и весенние периоды времени конденсаторы паровых турбин типа К-500-60/1500 являются источниками сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 35,79°С, а окружающая среда - прямой источник холода с допустимой температурой охлаждающей воды в 12°С. Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью бинарной энергоустановки с замкнутым контуром циркуляции на низкокипящем рабочем теле [2].
Бинарный термодинамический цикл - совокупность двух термодинамических циклов, осуществляемых двумя рабочими телами так, что теплота, отводимая в одном цикле, используется в другом цикле.
Предлагается использование бинарной энергоустановки в составе конденсационной паровой турбины типа К-500-60/1500 ХТЗ, где реализуется термодинамический цикл Ренкина на основе парового контура с отводом теплоты в холодном источнике второму контуру на низкокипящем рабочем теле (рис. 1). В качестве низкокипящего рабочего тела для бинарной энергоустановки в составе паровой турбины типа К-500-60/1500 предлагается использовать сжиженный пропан С3Н8 [3, 4].
регенерации
Рис. 1. Принципиальная схема бинарной энергоустановки в составе конденсационной паровой турбины типа К-500-60/1500 ХТЗ.
Представленная бинарная энергоустановка (рис. 1) работает следующим образом. Отработавший в турбине влажный пар (12-14%) при давлении в 5,88 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 пропан С3Н8, который сжимают в насосе до давления 1,0 МПа и направляют в конденсатор паровой турбины типа К-500-60/1500 ХТЗ для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 489,8 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 1043,3 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа С3Н8 с расходом в 2939 кг/с до температуры перегретого газа в 29°С. На выходе из конденсатора паровой турбины полученный перегретый газ С3Н8 направляют в турбодетандер, где в процессе расширения газа происходит снижение его температуры и давления, а мощность на валу турбодетандера передается соединенному на одном валу электрогенератору. После турбодетандера газообразный пропан с температурой в 22°С направляют в конденсатор водяного охлаждения, который охлаждается технической водой окружающей среды при допустимой температуре в 12°С для осеннего и весеннего периода времени.
В процессе охлаждения газообразного пропана ниже его температуры насыщения происходит процесс интенсивного сжижения, после чего сжиженный газ с температурой в 20°С направляют в насос и цикл повторяется [5, 6].
Таким образом, минимально допустимый температурный перепад в 23°С обеспечивает дополнительную полезную выработку электроэнергии бинарной энергоустановкой в 4,34 МВт при использовании в качестве источника холода - водные ресурсы окружающей среды в осенние и весенние периоды времени. В данном случаи дополнительная выработка электроэнергии в зимний период времени позволяет экономить на станции расход условного топлива до 1,38 т.у.т./час при использовании в качестве низкокипящего рабочего тела - сжиженный пропан С3Н8.
На базе основных конструктивных решений, принятых для паровых турбины типа К-500-60/1500, спроектирована и изготавливается заводом ХТЗ тихоходная турбина типа К-1000-60/1500 с установленной мощностью в 1100 МВт. Применение тихоходных (1500 об./мин.) паровых турбин на АЭС обусловлено тем, что они характеризуются меньшими нагрузками на ротор, лопатки и прочие элементы, менее требовательны к виброустойчивости и балансированию. Возможность применения данных паровых турбин в составе бинарных энергоустановок позволит в будущем обеспечить дополнительную выработку электроэнергии на станции в осенне-весенние и зимние периоды времени.
Использованные источники:
1.Клименко А.В., Зорин В.М. Тепловые и атомные электростанции: Справочник. Книга 3. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство МЭИ, 2003. - 648 с.
2.Гафуров А.М. Способ преобразования сбросной низкопотенциальной теплоты ТЭС. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. - 2015. - №4 (28). - С. 28-32.
3.Патент на изобретение № 2562506 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М. 10.09.2015 г.
4.Гафуров А.М., Гафуров Н.М., Гатина Р.З. Пути развития геотермальных электростанций России с использованием бинарных энергоустановок. В сборнике: ТИНЧУРИНСКИЕ ЧТЕНИЯ Материалы докладов XII Международной молодежной научной конференции: в трех томах. 2017. С. 178-179.
5.Гафуров А.М. Повышение энергоэффективности тепловых электрических станций за счет утилизации тепловых отходов. В сборнике: Электроэнергетика глазами молодежи-2016 Материалы VII Международной молодежной научно-технической конференции. 2016. С. 49-52.
6.Гафуров А.М., Осипов Б.М., Гафуров Н.М., Гатина Р.З. Способ утилизации тепловых вторичных энергоресурсов промышленных предприятий для выработки электроэнергии. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2016. - № 11-12. - С. 36-42.
