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

Гафуров Н.М.; Зайнуллин Р.Р.

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.

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 12°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 in 12°С is considered.

Keywords: nuclear combined heat and power plant, extraction turbine, binary cycle, low-boiling working fluid.

Известно, что термодинамической основой теплофикации является полезное использование для целей теплоснабжения отработавшей теплоты, отводимой из теплосилового цикла. В турбинах с конденсатором и регулируемыми отборами пара после того, как часть энергии пара израсходуется на приведение в движение ротора турбины и параметры его понизятся, производится отбор некоторой доли пара для потребителей. Оставшаяся доля пара далее обычным порядком используется в турбине и затем поступает в конденсатор. При этом полная номинальная электрическая мощность, если это требуется, может быть достигнута в отсутствие тепловой нагрузки.

Для атомных теплоэлектроцентралей (АТЭЦ) может найти применение влажнопаровая теплофикационная турбина - турбина типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ, выполняемая аналогично теплофикационным турбинам ТЭЦ, работающих на органическом топливе, но отличающаяся от них достаточно большим конденсационным пропуском пара при всех режимах. В турбоустановке предусмотрен двухступенчатый подогрев сетевой воды паром двух отопительных отборов [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 при полной загрузке всех отборов выработка электроэнергии на тепловом потреблении не превышает 65% полной выработки, а при среднегодовой тепловой нагрузке - около 40% [2].

При допустимой температуре охлаждающей воды в 12°С для осеннего и весеннего периода времени в конденсаторе паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ поддерживается низкое давление пара равное 9 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. Таким образом 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 12°С. Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью бинарной энергоустановки с замкнутым контуром циркуляции на низкокипящем рабочем теле [3].

Предлагается способ работы бинарной энергоустановки в осенние и весенние периоды 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 СзНв [4, 5].

Влажный Расход газа С}Нц

Основной электрогенератор

Г

1699 кг/с

450 МВт

Влажный пар расход 288 кг/<

Дополнительный электрогенератор

22 МВт

Отработавший в турбине 1аг» СзН821,59°С

Конденсатор^

водяного охлаждения

Сжиженный газ С.Нк 20°С

16°С

-8,64 МВт

12°С

Насос

регенерации

Рис. 1. Принципиальная схема бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ, 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 (12-

14%) 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 ^Щ, 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 288 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 612 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа с расходом в 1699 кг/с до температуры перегретого газа в 36°С. На выходе из конденсатора паровой турбины полученный перегретый газ 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 21,59°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 [6, 7].

Таким образом, температурный перепад в 31°С обеспечивает дополнительную полезную выработку электроэнергии бинарной энергоустановкой в 11,81 МВт при использовании в качестве источника холода - водные ресурсы окружающей среды. В данном случаи дополнительная выработка электроэнергии в осенние и весенние периоды времени позволяет экономить на станции расход условного топлива до 3,75 т.у.т./час при использовании в качестве низкокипящего рабочего тела -сжиженный пропан ^Щ.

Использование бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ в осенние и весенние периоды времени позволяет снижать тепловое загрязнение водоемов, что удовлетворяет нормативным требованиям «Правил охраны поверхностных вод», ограничивающих повышение температуры в водных объектах более чем на 5°С зимой и на 3°С - летом.

Использованные источники:

1.Ядерная энергетика. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://tunesofsoul.ru/fizika/energo22.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.