CC BY
8
Использованные источники:
1. Гафуров А.М. Перспективные области применения энергетических установок на низкокипящих рабочих телах. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2015. №1 (25). - С. 93-98.
2. Гафуров А.М. Выбор оптимального низкокипящего рабочего тела для системы охлаждения конденсаторов паровых турбин по экономическим показателям. // Инновационная наука. - 2016. - № 4-3. - С. 48-50.
3. 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.
4. Гафуров А.М. Утилизация сбросной низкопотенциальной теплоты ТЭС в зимний период времени для дополнительной выработки электроэнергии. // Энергетика Татарстана. - 2014. - № 2 (34). - С. 21-25.
5. Гафуров А.М. Повышение энергоэффективности тепловых электрических станций за счет утилизации тепловых отходов. В сборнике: Электроэнергетика глазами молодежи-2016 Материалы VII Международной молодежной научно-технической конференции. 2016. С. 49-52.
УДК 62-176.2
Гафуров А.М.
инженер I категории УНИР, ФГБОУ ВО «КГЭУ»
Гафуров Н.М. студент 4 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Россия, г. Казань
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ БИНАРНЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК НА ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ РОССИИ
Рассматриваются перспективы применения бинарных энергоустановок в составе паровых турбин тепловых электростанций для повышения эффективного КПД станции в зимний период времени.
Ключевые слова: тепловая электростанция, тепловой двигатель, бинарный цикл, низкокипящее рабочее тело.
Gafurov A.M.
engineer of the I category «Management of research work»
«KSPEU» Gafurov N.M.
4th year student, faculty of «Energy-intensive materials and products»
«KNRTU» Russia, Kazan
PERSPECTIVES OF APPLICATION OF BINARY POWER INSTALLATIONS ON THERMAL POWER STATIONS OF RUSSIA
Prospects of application of binary power installations as a part of steam
turbines of thermal power stations for increase of effective efficiency of station in a winter time span are considered.
Keywords: thermal power station, heat engine, binary cycle, low-boiling working fluid.
Основная часть электроэнергии в настоящее время производится на тепловых электростанциях (ТЭС). На ТЭС используется только 40% энергии топлива, это означает, что 60% этой энергии теряется безвозвратно в виде тепловых отходов. Это обусловлено использованием водяного пара в качестве рабочего тела в термодинамическом цикле Ренкина, когда в процессе конденсации отработавшего в турбине пара происходит высвобождение скрытой теплоты парообразования равная примерно 2200 кДж/кг с 1 кг пара, которая в настоящее время отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду. Использование водяного пара ограничивается температурным диапазоном от 0°С (теоретически возможно при глубоком вакууме) до 700°С (практически ограничивается прочностными и технологическими свойствами используемых металлов) [1].
Учитывая суровые климатические условия России и продолжительность зимнего периода времени появляется возможность осуществления низкотемпературных термодинамических циклов с использованием низкокипящих рабочих тел, что возможно реализовать с помощью комбинированных бинарных циклов на ТЭС. Например, Якутия является «рекордсменом» по низким температурам в Северном полушарии. Абсолютный минимум температуры воздуха здесь достигает минус 70°С, а средний из абсолютных минимумов составляет минус 60°С. При этом установленная мощность тепловых электростанций Республике Саха (Якутия) составляет около 2200 МВт. Другим примером может служить Сургутская ГРЭС-2 - крупнейшая тепловая электростанция России с установленной мощностью около 5597 МВт, расположенная в городе Сургут Ханты-Мансийского автономного округа, где температура воздуха зимой опускается до минус 50°С и ниже [2].
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 паровой турбины ТЭС, где реализуется термодинамический цикл Ренкина на основе парового контура с отводом теплоты в холодном источнике второму контуру на низкокипящем рабочем теле (рис. 1).
Большинство установок (тепловых двигателей) на низкокипящих рабочих телах состоят из пяти основных элементов, образующих замкнутый контур циркуляции рабочего тела, - насос, теплообменник-испаритель, турбодетандер, теплообменник-рекуператор и теплообменник-конденсатор. Несмотря на различия в конструкциях, эти ключевые элементы образуют основу для эффективной работы и реализации процессов теплового контура
органического цикла Ренкина (ОЦР). В пяти основных элементах происходят характерные изменения свойств рабочего тела, где эффективность цикла может быть определено, зная температуру подведенной теплоты от источника и отведенной теплоты из цикла. Причем охлаждение низкокипящего рабочего тела можно осуществлять наружным воздухом окружающей среды в зимний период времени при температуре вплоть до минус 50°С [3].
В качестве низкокипящего рабочего тела для бинарной энергоустановки в составе паровой турбины ТЭС предлагается использовать сжиженный пропан СЗН8 (рис. 1).
регенерации
Рис. 1. Схема бинарной энергоустановки в составе паровой турбины
ТЭС.
Бинарная энергоустановка ТЭС работает следующим образом. Отработавший в турбине пар с температурой 26-50°С 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 высокого давления 1,2 МПа и направляют теплообменник-рекуператор для охлаждения газообразного пропана, а затем в конденсатор паровой турбины для охлаждения отработавшего в турбине пара. Конденсация 1 кг пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 2200 кДж/кг, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа С3Н8 до температуры перегретого газа.
Далее перегретый газ C3H8 расширяют в турбодетандере теплового двигателя, который соединен с электрогенератором. На выходе из турбодетандера отработавший газ C3H8 охлаждают в теплообменнике-рекуператоре, а затем в конденсаторе аппарата воздушного охлаждения, где в процессе охлаждения газа C3H8 ниже его температуры насыщения происходит интенсивное сжижение, после чего сжиженный газ C3H8 направляют для сжатия в насос и цикл повторяется [4, 5].
Таким образом, при использовании бинарной энергоустановки в составе паровой турбины ТЭС можно повысить эффективных КПД станции до 8% в зимний период времени.
Использованные источники:
1. Гафуров А.М. Повышение энергоэффективности тепловых электрических станций за счет утилизации тепловых отходов. В сборнике: Электроэнергетика глазами молодежи-2016 Материалы VII Международной молодежной научно-технической конференции. 2016. С. 49-52.
2. Минимальная температура воздуха. [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://geographyofrussia.com/minimalnaya-temperatura-vozduxa/.
3. Патент на изобретение № 2562506 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М. 10.09.2015 г.
4. 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.
5. 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 курса, ФГБОУ ВО «КНИТУ» факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань
ПОТЕНЦИАЛ РАЗВИТИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В
РОССИИ
Рассматриваются возможности энергоэффективного использования источников геотермальной теплоты в России для выработки тепловой и электрической энергии с помощью энергоустановок на низкокипящих рабочих телах.
Ключевые слова: геотермальная энергетика, использование низкопотенциальной теплоты, низкокипящее рабочее тело.
