CC BY
15
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 5°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 5°С для зимнего 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 5°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 5°C for a winter period is considered.
Keywords: extraction turbine, binary cycle, low-boiling working fluid.
В настоящее время комбинированная выработка электрической и тепловой энергии (теплофикация) - это наиболее эффективный способ экономии топлива на современных тепловых электростанциях. Это достигается 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.
Большинство теплофикационных паровых турбин с отопительным
отбором пара (типа Т) спроектированы так, чтобы при максимальной теплофикационной нагрузке ступени, расположенные за зоной отбора, мощности не вырабатывали. Однако 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 данной 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].
Таким образом, при работе паровых турбин по тепловому графику наблюдаются потери мощности на трение и вентиляцию в ступенях цилиндра низкого давления, а при охлаждении конденсатора циркуляционной водой - потери тепла вентиляционного расхода 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 4,0 кПа (при номинальных режимах отбора пара на производство и теплофикацию), что соответствует температуре насыщения в 28,96°С, а сам процесс конденсации 1 кг пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования (ранее затраченная на испарение) равная примерно 2145 кДж/кг, которая отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду [2].
Получается, что в зимний период времени конденсаторы паровых турбин типа ПТ-30/35-3,4/1,0 являются источниками сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 28,96°С, а окружающая среда - прямой источник холода с допустимой температурой охлаждающей воды в 5°С. Тем самым имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью бинарной энергоустановки с замкнутым контуром циркуляции на низкокипящем рабочем теле для повышения эффективности паровой турбины.
Таким образом, 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 [3].
регенерации
Рис. 1. Принципиальная схема бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0 при номинальных режимах отбора пара на производство и теплофикацию в зимний период 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 4,0 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 0,87 МПа и направляют в теплообменник-конденсатор паровой турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0 для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 6 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 12,87 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа С3Н8 с расходом в 35 кг/с до температуры перегретого газа в 21,67°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 15,29°С направляют в теплообменник-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 13°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.
Уже в течение многих лет пропан используют в промышленных холодильных установках. Хладагент С3Н8 характеризуется мало растворимостью в воде и низкой стоимостью. При использовании хладагента С3Н8 не возникает проблем с осуществлением выбора конструкционных материалов деталей теплообменника-испарителя, теплообменника-конденсатора, турбодетандера и насоса. Поэтому возможно повышение надежности работы конденсаторов паровых турбин за счет отсутствия коррозионно-активной среды и обрастания трубок органическими соединениями по сравнению с традиционной системой охлаждения.
Таким образом, допустимый температурный перепад в 24°С обеспечивает дополнительную полезную выработку электроэнергии бинарной энергоустановкой в 72 кВт при использовании в качестве источника холода - водные ресурсы окружающей среды с температурой в 5°С. Поэтому при значительном вентиляционном пропуске пара через цилиндр низкого давления паровой турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0 данная бинарная энергоустановка может обеспечить ее надежную работу без снижения экономичности станции.
Использованные источники:
1. Пропуск пара вентиляционный через ЧНД турбины. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://mash-xxl.info/info/345214/.
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., Осипов Б.М., Гафуров Н.М., Гатина Р.З. Перспективы использования бинарных циклов в утилизации низкопотенциальной теплоты на геотермальных электростанциях. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2017. - № 5-6 - С. 14-24.
4. Патент на изобретение № 2560510 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М., Гафуров Н.М. 20.08.2015 г.
5. Патент на изобретение № 2564748 РФ. Способ работы тепловой
электрической станции / Гафуров А.М., Гафуров Н.М. 10.10.2015 г.
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
ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ НА СО2 ДЛЯ ВЫРАБОТКИ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СОСТАВЕ ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ ТИПА ПТ-30/35-3,4/1,0
Представлены результаты исследования способа работы низкотемпературного теплового двигателя на сжиженном СО2 по выработке электроэнергии в составе теплофикационной паровой турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0 при температуре окружающей среды до минус 50°С.
Ключевые слова: паровая турбина, низкотемпературный тепловой двигатель, сжиженный углекислый газ.
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
POSSIBILITIES OF USE OF THE LOW-TEMPERATURE HEAT ENGINE ON СО2 FOR ELECTRICITY PRODUCTION AS A PART OF A EXTRACTION TURBINE PT-30/35-3,4/1,0
Results of research of mode of work of the low-temperature heat engine are presented on the liquefied СО2 on electricity production as a part of the extraction turbine PT-30/35-3,4/1,0 at ambient temperature to minus 50°C.
Keywords: steam turbine, low-temperature heat engine, liquefied carbon dioxide gas.
Теплофикационные паровые турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0 производства Калужского турбинного завода (входит в состав «Силовые машины») снабжаются двумя регулируемыми отборами пара на производственные нужды и теплофикацию.
В зимний период времени паровые турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0
