CC BY
5
УДК 62-176.2
Гафуров Н.М. студент 5 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Бобин Д.Н., к.т.н. доцент, старший научный сотрудник УНИР
ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ БИНАРНОГО ЦИКЛА В СОСТАВЕ ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ ТИПА ПТ-30/35-3,4/1,0 ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫ В 12°С
Рассматривается способ работы бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0 при допустимой температуре охлаждающей воды в 12°С для осеннего и весеннего периода времени.
Ключевые слова: теплофикационная паровая турбина, бинарный цикл, низкокипящее рабочее тело.
Gafurov N.M.
5th year student, faculty of «Energy-intensive materials and products»
«KNRTU» Bobin D.N.
cand.tech.sci., associate professor senior research associate «Management of research work»
«KSPEU» Russia, Kazan
IMPLEMENTATION OF A BINARY CYCLE AS A PART OF A EXTRACTION TURBINE PT-30/35-3,4/1,0 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-30/35-3,4/1,0 at an admissible temperature of the cooling water in 12°C for an autumn and spring time span is considered.
Keywords: extraction turbine, binary cycle, low-boiling working fluid.
Практически все предприятия различных отраслей промышленности нуждаются в производственном паре для осуществления технологических процессов: приведения в движение прессов, паровых молотов, турбин и т.д. Также имеется потребность в сетевой воде для отопления, горячего водоснабжения, вентиляции и кондиционирования. В основном снабжение тепловой энергией и паром осуществляется с близлежащих котельных и теплоэлектроцентралей (ТЭЦ). Для этих целей на ТЭЦ используются теплофикационные паровые турбины различного исполнения (турбины с конденсационной установкой и регулируемыми отборами пара и турбины с
противодавлением).
Однако имеется опыт использования теплофикационных паровых турбин единичной мощностью до 80 МВт для утилизации теплоты или отходов основного технологического производства. Примером может служить теплофикационная паровая турбина типа ПТ-30/35-3,4/1,0 производства Калужского турбинного завода, которая в настоящее время эксплуатируется в составе теплоэлектроцентрали на территории химического предприятия АО «ФосАгро-Череповец» [1].
Особенностью теплофикационных паровых турбин является возможность повышения их тепловой экономичности за счет усовершенствования той части тепловой схемы, которая относится к использованию теплоты отработавшего в турбине пара.
Например, в конденсаторе паровой турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0 (номинальной мощностью 30 МВт и начальными параметрами пара: давление 3,4 МПа и температура 435°С) поддерживается низкое давление пара равное 5,0 кПа (допустимо ухудшение вакуума от 4 кПа до 13,2 кПа), что соответствует температуре насыщения в 33°С, а сам процесс конденсации 1 кг пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования (ранее затраченная на испарение) равная примерно 2136 кДж/кг, которая в настоящее время отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду [2].
Таким образом, в осенние и весенние периоды времени конденсаторы паровых турбин типа ПТ-30/35-3,4/1,0 являются источниками сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 33°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.
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 теплофикационной паровой турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0, 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-30/35-3,4/1,0 предлагается использовать сжиженный пропан С3Н8, который уже в течение многих лет используется в промышленных холодильных установках [3].
регенерации
Рис. 1. Принципиальная схема бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0 с отборами пара на производство и теплофикацию (теплофикационная нагрузка около 60%) для осеннего и весеннего периода времени: П - производственный отбор пара; Т - теплофикационный отбор пара.
Представленная бинарная энергоустановка (рис. 1) работает следующим образом. Отработавший в паровой турбине влажный пар (2%-10%) при давлении в 5,0 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 пропан С3Н8, который сжимают в насосе до давления 1,02 МПа и направляют в теплообменник-конденсатор паровой турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0 для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 10 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 21,36 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа С3Н8 с расходом в 60 кг/с до температуры перегретого газа в 28°С. На выходе из теплообменника-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 теплообменник-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 [4, 5].
Преимущество использования сжиженного пропана в качестве низкокипящего рабочего тела в бинарной энергоустановке в составе теплофикационной паровой турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0 определяется его термодинамическими свойствами - критической температурой равной 96,7°С и температурой насыщения при атмосферном давлении равной минус 42,11°С, что позволяет исключить проблемы создания вакуума и обеспечения прочности, и герметичности трубопроводов и арматуры.
Таким образом, использование бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0 в осенние и весенние периоды времени с допустимым температурным перепадом в 21°С обеспечивает экономию расхода электроэнергии на собственные нужды станции (промышленных предприятий) и позволяет дополнительно вырабатывать электроэнергию в 88 кВт без использования дополнительного топлива и без увеличения эмиссии вредных веществ.
Использованные источники:
1. АО «ФосАгро-Череповец». [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://www.phosagro.ru/about/holding/item1821.php.
2. Паровые турбины и турбогенераторы Калужского турбинного завода. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://ehc-group.ru/catalog/gtu/turbine/kaluga/288.html.
3. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Перспективы применения бинарных энергоустановок на тепловых электростанциях России. // Форум молодых ученых. - 2017. - №5 (9). - С. 509-512.
4. Гафуров Н.М. Эффективность теплового двигателя по утилизации теплоты в конденсаторе паровой турбины, охлаждаемого водными ресурсами в зимний период. В сборнике: Интеллектуальный и научный потенциал XXI века. Сборник статей Международной научно-практической конференции. 2016. С. 17-20.
5. Патент на изобретение № 2560510 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М., Гафуров Н.М. 20.08.2015 г.
