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.
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 18°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 18°С is considered.
Keywords: nuclear combined heat and power plant, extraction turbine, binary cycle, low-boiling working fluid.
Первые атомные теплоэлектроцентрали (АТЭЦ) проектировались электрической мощностью в 2000 МВт из двух энергоблоков, каждый из которых состоял из ядерной паропроизводительной установки с реактором ВВЭР-1000 (водо-водяной энергетический реактор электрической мощностью 1000 МВт), полностью повторяющей такую же установку для атомных электростанций (АЭС), и двух теплофикационных паровых турбин типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ, обеспечивающих полную номинальную электрическую мощность 500 МВт в конденсационном режиме работы [1].
Однако, как показывает практика, часто после начала эксплуатации АТЭЦ довольно длительный период тепловые сети еще не готовы, не подключены или подключены к АТЭЦ лишь частично и теплофикационные турбины работают в неоптимальных для них круглогодичных конденсационных режимах.
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 в летний период времени в конденсационном режиме при отсутствии тепловой нагрузки расход пара в конденсатор может составлять до 480 кг/с [2].
При допустимой температуре охлаждающей воды в 18°С в летний период времени в конденсаторе паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ может поддерживаться низкое давление пара равное 9,0 кПа, что соответствует температуре насыщения в 43,76°С. Конденсация 1 кг отработавшего в турбине пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования (ранее затраченная на испарение) равная примерно 2127 кДж/кг, которая отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду. Поэтому в летний период времени конденсаторы паровых турбин типа ТК-450/500-5,9 являются источниками сбросной
низкопотенциальной теплоты с температурой в 43,76°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 [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].
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 9 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 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 1021 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа С3Н8 с расходом в 2966 кг/с до температуры перегретого газа в 36°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 27,63°С направляют в 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].
Таким образом, температурный перепад в 25°С обеспечивает дополнительную полезную выработку электроэнергии бинарной энергоустановкой в 4,86 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 1,54 т.у.т./час при использовании в качестве низкокипящего рабочего тела -сжиженный пропан С3Н8.
Создание конструкций бинарной энергоустановки на С3Н8 возможно из обычных материалов и отечественных комплектующих (низкий уровень температур, минимальные окружные скорости и напряжения). Однако основными факторами, которые затрудняют применения данных установок, являются относительная дешевизна традиционных углеводородов и слабое развитие оборудования отечественного производства, работающего на низкокипящих рабочих телах.
Использованные источники:
1.Некрасов А.М. Энергетика СССР в 1981-1985 годах. - М.: Энергоиздат, 1981. - 352 с.
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 12°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 12°С.
Ключевые слова: атомная теплоэлектроцентраль,
теплофикационная турбина, бинарный цикл, низкокипящее рабочее тело.