CC BY
5
Эксергетическая эффективность теплового двигателя (рис. 2) варьируется от 10,92% до 30,58%. При этом использование теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на C3H8 в системе охлаждения паровых турбин типа ТК-450/500-5,9 позволяет экономить (рис. 1) до 6,82 т.у.т./час на АТЭЦ в температурном диапазоне окружающей среды от 273,15 К (0°С) до 223,15 К (-50°С).
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 А.М. Использование сбросной низкопотенциальной теплоты для повышения экономической эффективности ТЭС в зимний период времени. // Энергетика Татарстана. - 2014. - № 3-4 (35-36). - С. 69-76.
3.Гафуров А.М. Тепловая электрическая станция. Патент на полезную модель RUS 140405 04.12.2013.
4.Гафуров А.М. Тепловая электрическая станция. Патент на полезную модель RUS 140435 04.12.2013.
5.Гафуров А.М. Возможности повышения выработки электроэнергии на Заинской ГРЭС в зимний период времени. Сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы технических наук в современных условиях». - 2015. - С. 82-85.
6.Гафуров А.М. Способ преобразования сбросной низкопотенциальной теплоты ТЭС в работу низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. - 2016. - №3 (31). - С. 73-78.
УДК 62-176.2
Гафуров Н.М. студент 4 курс
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУВО «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 ТК-450/500-5,9 ТМЗ ДЛЯ АТОМНЫХ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЕЙ ПРИ
ТЕМПЕРАТУРЕ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫ В 24°С Рассматривается способ работы бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ (Турбомоторный завод) для атомных теплоэлектроцентралей при допустимой температуре охлаждающей воды в летний период в 24°С.
Ключевые слова: атомная 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 ТК-450/500-5,9 TMP FOR NUCLEAR COMBINED HEAT AND POWER PLANTS AT AN TEMPERATURE OF
COOLING WATER IN 24°С
Mode of work of binary power installation as a part of a extraction turbine ТК-450/500-5,9 TMP (Turbomotor plant) for nuclear combined heat and power plants at an admissible temperature of cooling water during the summer period in 24°С is considered.
Keywords: nuclear combined heat and power plant, extraction turbine, binary cycle, low-boiling working fluid.
Теплофикационные паровые турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ (Турбомоторный завод, ныне Уральский турбинный завод) были спроектированы для работы на атомных теплоэлектроцентралях (АТЭЦ) в дубль-блоке с реакторами ВВЭР-1000 (водо-водяной энергетический реактор электрической мощностью 1000 МВт). Данная паровая турбина представляет собой быстроходный (3000 об./мин.) четырехцилиндровый агрегат. Турбина спроектирована с привязанной конденсационной мощностью с регулируемыми теплофикационными отборами пара для отопления и горячего водоснабжения. Подогрев сетевой воды осуществляется последовательно в двух подогревателях, питаемых из регулируемых отборов. Диапазон давлений этих отборов 0,06-0,3 МПа и 0,04-0,2 МПа [1].
Теплофикационные паровые турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ (номинальной мощностью 450 МВт и начальными параметрами пара: давление 5,87 МПа и температура 274,3°С) характеризуются тем, что электрическая мощность в конденсационном режиме достигает 500 МВт и максимальная тепловая мощность в теплофикационном режиме тоже достигает 500 МВт. В летний период времени в конденсационном режиме при отключенных теплофикационных отборах расход пара в конденсатор может составлять до 480 кг/с [2].
В конденсаторе паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ поддерживается низкое давление пара около 10 кПа, что соответствует температуре насыщения в 45,81°С. Процесс конденсации 1 кг пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования равная примерно 2132 кДж/кг, которая отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду. В летний период времени конденсатор паровой
турбины типа ТК-450/500-5,9 является источником сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 45,81°С, а окружающая среда - прямой источник холода с допустимой температурой охлаждающей воды в 24°С. Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью бинарной энергоустановки с замкнутым контуром циркуляции на низкокипящем рабочем теле [3].
Бинарный термодинамический цикл - совокупность двух термодинамических циклов, осуществляемых двумя рабочими телами так, что теплота, отводимая в одном цикле, используется в другом цикле.
Предлагается способ работы бинарной энергоустановки в летний период времени в составе теплофикационной паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ для атомных теплоэлектроцентралей, 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 ТК-450/500-5,9 предлагается использовать сжиженный пропан С3Н8 [4, 5].
При использовании сжиженного пропана С3Н8 не возникает проблем с осуществлением выбора конструкционных материалов деталей теплообменника-испарителя, теплообменника-конденсатора, турбодетандера и насоса.
регенерации
Рис. 1. Принципиальная схема бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ при
конденсационном режиме работы (отсутствии тепловой нагрузки) в летний период времени.
Представленная бинарная энергоустановка (рис. 1) работает следующим образом. Отработавший в паровой турбине влажный пар (1214%) при давлении в 10 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 ^Щ, который сжимают в насосе до давления 1,39 МПа и направляют в конденсатор паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 480 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 1023 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа с расходом в 3052 кг/с до температуры перегретого газа в 40,81°С. На выходе из конденсатора паровой турбины полученный перегретый газ CзH8 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 33,86°С направляют в конденсатор водяного охлаждения, который охлаждается технической водой окружающей среды при допустимой температуре в 24°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 32°С направляют в насос и цикл повторяется [6, 7].
Таким образом, минимально допустимый температурный перепад в 21°С обеспечивает дополнительную полезную выработку электроэнергии бинарной энергоустановкой в 2,51 МВт при использовании в качестве источника холода - водные ресурсы окружающей среды в летний период времени. В данном случаи дополнительная выработка электроэнергии в летний период времени позволяет экономить на станции расход условного топлива до 0,8 т.у.т./час при использовании в качестве низкокипящего рабочего тела - сжиженный пропан ^Щ.
Использованные источники:
1.Паровые турбины. Часть 2. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.tehnoinfa.ru/parovyeturbiny2/68.html.
2.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.
3.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.
4.Патент на изобретение №2560505 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М., Гафуров Н.М. 20.08.2015 г.
5.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.
6.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.
7.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 ТК-450/500-5,9 ТМЗ ДЛЯ АТОМНЫХ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЕЙ ПРИ
ТЕМПЕРАТУРЕ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫ В 18°С Рассматривается способ работы бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ (Турбомоторный завод) для атомных теплоэлектроцентралей при допустимой температуре охлаждающей воды в летний период в 18°С.
Ключевые слова: атомная теплоэлектроцентраль,
теплофикационная турбина, бинарный цикл, низкокипящеерабочее тело.
