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 ТМЗ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫ В 12°С
Рассматривается способ работы бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа ПТ-135/165-130/15 ТМЗ (Турбомоторный завод) при допустимой температуре охлаждающей воды в 12°С для прямоточной системы водоснабжения.
Ключевые слова: теплоэлектроцентраль, теплофикационная 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 TMP AT AN TEMPERATURE OF THE COOLING WATER IN 12°С
Mode of work of binary power installation as a part of a extraction turbine PT-135/165-130/15 TMP (Turbomotor plant) at an admissible temperature of the cooling water in 12°C for a direct-flow water supply system is considered.
Keywords: combined heat and power plant, extraction turbine, binary cycle, low-boiling working fluid.
В настоящее время на отопительных теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) наибольшее распространение имеют установки электрической мощностью 100 МВт и 150 МВт, работающие на начальных параметрах пара 12,75 МПа, 540-560°С. Теплофикационные паровые турбины типа ПТ-135/165-130/15 ТМЗ (Турбомоторный завод, ныне Уральский турбинный завод) эксплуатируются на таких станциях как Красноярская ТЭЦ-2 (Енисейская ТГК (ТГК-13)), Омская ТЭЦ-4 (ТГК-11), Волгодонская ТЭЦ-2 (Лукойл-Ростовэнерго), Карагандинская ТЭЦ-2 (Казахстан) и др.
Особенностью теплофикационных турбин является возможность повышения их тепловой экономичности за счет усовершенствования той
ФОРУМ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ №6(10) 2017
http ://foram-nauka.m
396
части тепловой схемы, которая относится к использованию теплоты отработавшего в турбине пара.
Паровые турбины типа ПТ-135/165-130/15 ТМЗ (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. Максимальная электрическая мощность турбоустановки 165 МВт достигается при величине расхода производственного отбора 62 кг/с и отключенных теплофикационных отборах, что наиболее характерно для летнего периода времени [1].
В конденсаторе паровой турбины типа ПТ-135/165-130/15 ТМЗ 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, которая в настоящее время отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду. В летний период времени конденсаторы паровых турбин типа ПТ-135/165-130/15 являются источниками сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 40,29°С, а окружающая среда - прямой источник холода с допустимой температурой охлаждающей воды в 12°С при использовании прямоточной системы водоснабжения. 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.
Рассмотрим бинарную энергоустановку в составе теплофикационной паровой турбины типа ПТ-135/165-130/15 ТМЗ с одним производственным отбором в режиме конденсационной установки, 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 для бинарной энергоустановки в составе паровой турбины типа ПТ-135/165-130/15 предлагается использовать сжиженный пропан С3Н8. При этом охлаждение низкокипящего рабочего газа С3Н8 будет осуществляться с использованием прямоточной системы водоснабжения [3, 4].
регенерации
Рис. 1. Принципиальная схема бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа ПТ-135/165-130/15 ТМЗ с одним производственным отбором в режиме конденсационной установки: П -производственный 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 1,22 МПа и направляют в конденсатор паровой турбины типа ПТ-135/165-130/15 ТМЗ для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 89 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 188,7 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа С3Н8 с расходом в 525 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 21,59°С направляют в конденсатор водяного охлаждения,
который охлаждается технической водой окружающей среды при допустимой температуре в 12°С для прямоточной системы водоснабжения. 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, допустимый температурный перепад в 28°С обеспечивает дополнительную полезную выработку электроэнергии бинарной энергоустановкой в 3,67 МВт при использовании в качестве источника холода - водные ресурсы окружающей среды. В данном случаи дополнительная выработка электроэнергии позволяет экономить на станции расход условного топлива до 1,16 т.у.т./час при использовании в качестве низкокипящего рабочего тела - сжиженный пропан C3H8.
Также необходимо учитывать, что при традиционном способе охлаждения 1 кг пара в конденсаторе паровой турбины требуется прокачивать около 45-60 кг охлаждающей воды с затратами электрической мощности на циркуляционные насосы в 11-12 кВт. Поэтому использование бинарной энергоустановки позволяет не только дополнительно вырабатывать электроэнергию на станции, но и существо экономить на собственные нужды.
Использованные источники:
1.Техническое описание и тепловая схема турбоустановки ПТ-135/165-130. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://energoworld.ru/blog/tehnicheskoe-opisanie-i-teplovaya-shema-turboustanovki-pt-135-165-130/.
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 № 2569470 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М. 27.11.2015 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.
ФОРУМ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ №6(10) 2017
http ://foram-nauka.m
399
