CC BY
4
УДК 62-176.2
Гатина Р.З. студент 4 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ БИНАРНОГО ЦИКЛА В СОСТАВЕ ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ ТИПА ПТ-40/50-8,8/1,3 ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫ В 18°С
Рассматривается способ работы бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа ПТ-40/50-8,8/1,3 при допустимой температуре охлаждающей воды в 18°С.
Ключевые слова: теплофикационная паровая турбина, бинарный цикл, низкокипящее рабочее тело.
Gatina R.Z.
4th year student, faculty of «Energy-intensive materials and products»
«KNRTU» Gafurov A.M.
engineer of the I category «Management of research work»
«KSPEU» Russia, Kazan
IMPLEMENTATION OF A BINARY CYCLE AS A PART OF A EXTRACTION TURBINE PT-40/50-8,8/1,3 AT AN TEMPERATURE OF
THE COOLING WATER IN 18°С
Mode of work of binary power installation as a part of a extraction turbine PT-40/50-8,8/1,3 at an admissible temperature of the cooling water in 18°C is considered.
Keywords: extraction turbine, binary cycle, low-boiling working fluid.
В настоящее время широкое распространение получили теплофикационные паровые турбины единичной мощностью до 80 МВт для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии, что является наиболее экономически оправданным решением. Это обусловлено тем, что используется теплота водяного пара, имеющая высокий потенциал, сначала для выработки электроэнергии в паровых турбинах, а затем часть теплоты отработавшего в турбине пара, имеющая более низкий потенциал, отбирается для централизованного теплоснабжения, что позволяет существенно снизить потери в холодном источнике (конденсаторе) и затраты на собственные нужды станции.
Примером может служить современная теплофикационная паровая
ФОРУМ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ №7(11) 2017
http ://forum-nauka.ru
104
турбина типа ПТ-40/50-8,8/1,3 производства Калужского турбинного завода (входит в состав «Силовые машины»), которая широко используется на таких станциях как Новолипецкая ТЭЦ металлургического комбината, Витебская ТЭЦ и Новоберезниковская ТЭЦ [1, 2].
Теплофикационные паровые турбины типа ПТ-40/50-8,8/1,3 (номинальной мощностью 40 МВт и начальными параметрами пара: давление 8,8 МПа и температура 535°С) характеризуются наличием двух регулируемых отборов пара на производственные нужды и теплофикацию. В летний период времени обеспечивается покрытие производственной нагрузки и частично теплофикационной нагрузки потребителей [3].
При допустимой температуре охлаждающей воды в 18°С для летнего периода времени в конденсаторе паровой турбины типа ПТ-40/50-8,8/1,3 может поддерживаться низкое давление пара равное 7,5 кПа (допустимо ухудшение вакуума от 5,5 кПа до 17,8 кПа), что соответствует температуре насыщения в 40,29°С. Процесс конденсации 1 кг пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования (ранее затраченная на испарение) равная примерно 2120 кДж/кг, которая в настоящее время отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду. Таким образом конденсаторы паровых турбин типа ПТ-40/50-8,8/1,3 являются источниками сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 40,29°С, а окружающая среда - прямой источник холода с допустимой температурой охлаждающей воды в 18°С. Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью бинарной энергоустановки с замкнутым контуром циркуляции на низкокипящем рабочем теле [4].
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-40/50-8,8/1,3, 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 ПТ-40/50-8,8/1,3 предлагается использовать сжиженный пропан С3Н8, который уже в течение многих лет используется в промышленных холодильных установках [5].
ФОРУМ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ №7(11) 2017
Ьйр ://£огит-ш.ика.ги
105
регенерации
Рис. 1. Принципиальная схема бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа ПТ-40/50-8,8/1,3 с отборами пара на производство и теплофикацию (теплофикационная нагрузка около 40%) для летнего 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 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 теплообменник-конденсатор паровой турбины типа ПТ-40/50-8,8/1,3 для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 20 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 42,4 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа С3Н8 с расходом в 124 кг/с до температуры перегретого газа в 35,29°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.
ФОРУМ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ №7(11) 2017
Ьйр ¡/Яогит-паика-ги
106
После турбодетандера газообразный пропан с температурой в 27,63°С направляют в теплообменник-конденсатор водяного охлаждения, который охлаждается технической водой окружающей среды при допустимой температуре в 18°С для летнего периода времени. В процессе охлаждения газообразного пропана ниже его температуры насыщения происходит процесс интенсивного сжижения, после чего сжиженный газ с температурой в 26°С направляют в насос и цикл повторяется [6, 7].
Известно, 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 среднем 12 кВт. В данном случаи при расходе пара в конденсатор до 20 кг/с затраты электрической мощности на циркуляционные насосы составили бы около 240 кВт.
Таким образом, использование бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа ПТ-40/50-8,8/1,3 в летний период времени с допустимым температурным перепадом в 22,29°С обеспечивает экономию расхода электроэнергии на собственные нужды станции, снижает тепловое загрязнение водоемов, что удовлетворяет нормативным требованиям «Правил охраны поверхностных вод» (ограничивающих повышение температуры не более чем на 5°С зимой и на 3°С - летом) и позволяет дополнительно вырабатывать электроэнергию в 207 кВт без использования дополнительного топлива и без увеличения эмиссии вредных веществ.
Использованные источники:
1. Салманов А.А. Утилизационная ТЭЦ Новолипецкого металлургического комбината. // Турбины и дизели. - 2012. - №5. - С. 2-5.
2. Общественное уведомление. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.vitebsk.gov.by/ru/gorod-m/view/obschestvennoe-uvedomlenie-13978/.
3. Паровые турбины малой и средней мощности производства КТЗ. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://oaoktz.ru/products/steam_turbines/Default.aspx?section_id=232&element_i d=15163.
4. Номенклатура выпускаемой продукции КТЗ. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://nnhpe.spbstu.ru/wp-content/uploads/2015/02/Nomenklatura-KTZ-2014-g.pdf.
5. Гафуров А.М., Усков Д.А., Осипов Б.М. Модернизация энергоблока ГТУ-ТЭЦ с применением теплоутилизирующих установок. // Энергетика Татарстана. - 2012. - № 2. - С. 10-16.
6. Патент на изобретение № 2555600 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М. 10.07.2015 г.
7. Патент на изобретение № 2555597 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М. 10.07.2015 г.
ФОРУМ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ №7(11) 2017
http ://forum-nauka.ru
107
