CC BY
3
электрической станции / Гафуров А.М., Гафуров Н.М. 20.08.2015 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 экономической эффективности тепловых электрических станций при генерации электроэнергии в зимний период времени. В сборнике: Сборник материалов докладов Национального конгресса по энергетике. 2014. С. 130-136.
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.
УДК 62-176.2
Гафуров Н.М. 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 Т-180/215-12,8-2 ЛМЗ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫ В 12°С Рассматривается способ работы бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа Т-180/215-12,8-2 ЛМЗ (Ленинградский Металлический завод) при допустимой температуре охлаждающей воды в 12°С для осеннего и весеннего периода времени.
Ключевые слова: теплоэлектроцентраль, теплофикационная турбина, бинарный цикл, низкокипящее рабочее тело.
Gafurov N.M.
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 Т-180/215-12,8-2 LMP AT AN TEMPERATURE
OF THE COOLING WATER IN 12°С
Mode of work of binary power installation as a part of a extraction turbine Т-180/215-12,8-2 LMP (LeningradMetal Plant) at an admissible temperature of the cooling water in 12°C for an autumn and spring time span is considered.
Keywords: combined heat and power plant, extraction turbine, binary cycle, low-boiling working fluid.
На современных теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) более 70% суммарной мощности приходится на теплофикационные паровые турбины, где осуществляется комбинированное производство тепловой и электрической энергии. Теплофикационные паровые турбины характеризуются наличием регулируемых производственных и теплофикационных отборов пара для нужд производства, отопления и горячего водоснабжения. Благодаря этому обстоятельству удельный расход топлива на выработку электроэнергии на ТЭЦ уменьшается с возрастанием доли пара, отбираемого для теплового потребителя, поэтому коэффициент полезного действия ТЭЦ достигает 6065% на тепловом потреблении.
В настоящее время для большинства ТЭЦ в эксплуатации находятся теплофикационные паровые турбины с установленной мощностью 60-180 МВт, работающие на начальных параметрах пара 12,75 МПа, 540-560°С. Например, теплофикационные паровые турбины типа Т-180/210-12,8 ЛМЗ (Ленинградский Металлический завод, входит в «Силовые машины») эксплуатируются на таких станциях как Тюменская ТЭЦ-2 (3 турбоагрегата), Правобережная ТЭЦ-5 ОАО «ТГК-1» (1 турбоагрегат), Челябинская ТЭЦ-3 (1 турбоагрегат), Гомельская ТЭЦ-2 (Республика Беларусь) и др.
Также применяются модификации (с индексом 2) теплофикационных паровых турбин типа Т-180/215-12,8-2 ЛМЗ (номинальной мощностью 180 МВт и начальными параметрами пара: давление 12,8 МПа и температура 540°С), предназначенные для режимов работы с пониженной температурой охлаждающей воды. Турбина имеет два отопительных отбора пара - верхний и нижний, предназначенные для ступенчатого подогрева сетевой воды. Регулируемое давление поддерживается в верхнем отборе при двух включенных отборах, в нижнем - при включенном одном нижнем отопительном отборе. Максимальный расход пара в конденсатор на конденсационном режиме составляет до 128 кг/с [1].
При допустимой температуре охлаждающей воды в 12°С для осеннего и весеннего периода времени в конденсаторе паровой турбины типа Т-180/215-12,8-2 ЛМЗ поддерживается низкое давление пара равное 6,27 кПа, что соответствует температуре насыщения в 37°С. Процесс конденсации 1 кг пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования в 2128 кДж/кг, которая отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду. Таким образом конденсаторы паровых турбин типа Т-180/215-12,8-2 являются источниками сбросной теплоты с температурой в 37°С, а окружающая среда - прямой источник холода с температурой охлаждающей воды в 12°С. Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью бинарной энергоустановки с замкнутым контуром циркуляции на низкокипящем рабочем теле [2].
Предлагается использование бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа Т-180/215-12,8-2 ЛМЗ, 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 Т-180/215-12,8-2 предлагается использовать сжиженный пропан СзНв [3, 4].
Перегретый Расход газа СзН*
1аровая турбина Т-180/215-12.8-2
Влажный пар.' расход 76,8 кг/с
Основной электрогенератор
I
461 кг/с
185 МВт
Дополнительный электрогенератор
2,72 МВт
Перегреть^ | Конденсатор
Отработавший в турбине га) С\НХ 22°С
Конденсатор,
водяного охлаждения
Сжиженный газ С\Н*20°С
17°С
- 1,84 МВт
12°С
регенерации
Рис. 1. Принципиальная схема бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа Т-180/215-12,8-2 ЛМЗ, охлаждаемая технической водой при температуре в 12°С при среднегодовой тепловой нагрузке - около 40%: Т - отопительный отбор пара.
Представленная бинарная энергоустановка (рис. 1) работает следующим образом. Отработавший в паровой турбине влажный пар (3%-10%) при давлении в 6,27 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 конденсатор паровой турбины типа Т-180/215-12,8-2 ЛМЗ для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 76,8 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 163 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа С3Н8 с расходом в 461 кг/с до температуры перегретого газа в 28°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 22°С направляют в 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 [5, 6].
Таким образом, допустимый температурный перепад в 25°С обеспечивает дополнительную полезную выработку электроэнергии бинарной энергоустановкой в 0,68 МВт при использовании в качестве источника холода - водные ресурсы окружающей среды с температурой в 12°С. 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. В данном случаи при расходе пара в конденсатор в 76,8 кг/с (для среднегодовой тепловой нагрузке) затраты электрической мощности на циркуляционные насосы составили бы около 850 кВт. Поэтому использование бинарной энергоустановки позволяет не только дополнительно вырабатывать электроэнергию на станции, но и существо экономить на собственные нужды в осенние и весенние периоды времени.
Использованные источники:
1.Клименко А.В., Зорин В.М. Тепловые и атомные электростанции: Справочник. Книга 3. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство МЭИ, 2003. - 648 с.
2.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.
3.Патент на изобретение №2560505 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М., Гафуров Н.М. 20.08.2015 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 экономической эффективности тепловых электрических станций при генерации электроэнергии в зимний период времени. В сборнике: Сборник материалов докладов Национального конгресса по энергетике. 2014. С. 130-136.
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.
УДК 62-176.2
Гафуров Н.М. 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 Т-180/215-12,8-2 ЛМЗ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫ В 5°С Рассматривается способ работы бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа Т-180/215-12,8-2 ЛМЗ (Ленинградский Металлический завод) при допустимой температуре охлаждающей воды в 5°С для зимнего периода времени.
Ключевые слова: теплоэлектроцентраль, теплофикационная турбина, бинарный цикл, низкокипящеерабочее тело.
