CC BY
4
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 ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ ТИПА ПТ-135/165-
130/15 ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫ В 5°С
Рассматривается способ работы бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа ПТ-135/165-130/15 при допустимой температуре охлаждающей воды в 5°С для зимнего периода времени.
Ключевые слова: теплоэлектроцентраль, паровая турбина, бинарный цикл, низкокипящеерабочее 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 A EXTRACTION TURBINE PT-135/165-130/15 AT AN TEMPERATURE OF
THE COOLING WATER IN 5°С
Mode of work of binary power installation as a part of a extraction turbine PT-135/165-130/15 at an admissible temperature of the cooling water in 5°C for a winter period is considered.
Keywords: combined heat and power plant, steam turbine, binary cycle, low-boiling working fluid.
Особенности теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) обусловлены ее основной задачей, заключающейся в обеспечении потребителей тепловой энергией в виде пара или горячей воды необходимых параметров. Удельный расход топлива на выработку электроэнергии на ТЭЦ уменьшается с возрастанием доли пара, отбираемого для теплового потребителя. Чем выше удельная выработка на тепловом потреблении, тем больше экономия топлива. Это обеспечивается за счет использования теплофикационных паровых турбин с регулируемыми отборами пара, где используется теплота водяного пара, имеющая высокий потенциал, сначала для выработки электроэнергии, а затем часть теплоты отработавшего в турбине пара, имеющая более низкий потенциал, отпускается тепловым потребителям. Оставшаяся доля пара
ФОРУМ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ №6(10) 2017
http ://foram-nauka.m
400
используется в турбине с возможностью отбора пара на теплофикацию и затем поступает в конденсатор.
При обеспечении тепловой нагрузки потребителей недопустима работа паровых турбин, когда через конденсатор не пропускается пар, т. е. когда весь пар идет в отбор, так как вращение ротора в корпусе, через который не пропускается пар, приведет за счет сил трения между лопатками и рабочим телом к чрезмерному перегреву ротора из-за недостаточного отвода теплоты и, как следствие, понижению механической прочности металла. Для отвода этой теплоты через часть низкого давления должно обязательно пропускаться некоторое вентиляционное количество пара. Минимальное количество вентиляционного пара составляет 5-10% от расчетного, проходящего через часть низкого давления [1].
Паровые турбины типа ПТ-135/165-130/15 (номинальной мощностью 135 МВт и начальными параметрами пара: давление 12,75 МПа и температура 555°С) снабжаются одним производственным и двумя теплофикационными отборами пара для нужд производства, отопления и горячего водоснабжения. Минимально допустимый расход пара в конденсатор при тепловом потреблении составляет около 9 кг/с [2].
В конденсаторе паровой турбины типа ПТ-135/165-130/15 поддерживается низкое давление пара равное 7,5 кПа, что соответствует температуре насыщения в 40,29°С. Процесс конденсации 1 кг пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования равная примерно 2120 кДж/кг. В зимний период времени конденсаторы паровых турбин типа ПТ-135/165-130/15 выступают в качестве источника сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 40,29°С, а окружающая среда - прямой источник холода с допустимой температурой охлаждающей воды в 5°С. Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью бинарной энергоустановки с замкнутым контуром циркуляции на низкокипящем рабочем теле [3].
Рассмотрим способ работы бинарной энергоустановки в зимний период времени в составе теплофикационной паровой турбины типа ПТ-135/165-130/15 с одним производственным и двумя теплофикационными отборами пара, где реализуется термодинамический цикл Ренкина на основе парового контура с отводом теплоты в холодном источнике (конденсаторе) второму контуру на низкокипящем рабочем теле (рис. 1). В качестве низкокипящего рабочего тела предлагается использовать сжиженный пропан С3Н8 [4, 5].
регенерации
Рис. 1. Принципиальная схема бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа ПТ-135/165-130/15 с одним производственным и двумя теплофикационными отборами пара: П -производственный отбор пара; Т - отопительный отбор пара.
Представленная бинарная энергоустановка (рис. 1) работает следующим образом. Отработавший в паровой турбине влажный пар (3%-10%) при давлении в 7,5 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 1,18 МПа и направляют в конденсатор паровой турбины типа ПТ-135/165-130/15 для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 9 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 19 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа С3Н8 с расходом в 50 кг/с до температуры перегретого газа в 35,29°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 21,11°С направляют в конденсатор водяного охлаждения,
который охлаждается технической водой окружающей среды при допустимой температуре в 5°С для зимнего периода времени. В процессе охлаждения газообразного пропана ниже его температуры насыщения происходит процесс интенсивного сжижения, после чего сжиженный газ с температурой в 14,35°С направляют в насос и цикл повторяется [6, 7].
Таким образом, допустимый температурный перепад в 35°С обеспечивает дополнительную полезную выработку электроэнергии бинарной энергоустановкой в 463 кВт при вентиляционном расходе пара в конденсатор в 9 кг/с, что позволяет экономить на собственные нужды станции. При изменении тепловой нагрузки потребителей и увеличении расхода пара в конденсатор бинарная энергоустановка может обеспечивать дополнительную выработку электроэнергии с допустимым температурным перепадом в 21°С.
Использованные источники:
1.Пропуск пара вентиляционный через ЧНД турбины. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://mash-xxl.info/info/345214/.
2.Техническое описание и тепловая схема установки ПТ-135/165-130. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://energoworld.ru/blog/tehnicheskoe-opisanie-i-teplovaya-shema-turboustanovki-pt-135-165-130/.
3.Гафуров А.М. Способ преобразования сбросной низкопотенциальной теплоты ТЭС. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. - 2015. - №4 (28). - С. 28-32.
4.Патент на изобретение № 2569470 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М. 27.11.2015 г.
5.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.
6.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.
7.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.
ФОРУМ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ №6(10) 2017
http ://foram-nauka.m
403
