CC BY
3
Эксергетическая эффективность теплового двигателя (рис. 2) варьируется от 9,61% до 24,84%. При этом использование теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на C3H8 в системе охлаждения паровых турбин типа К-65-12,8 УТЗ позволяет экономить (рис. 1) до 1,27 т.у.т./час на ТЭС в температурном диапазоне окружающей среды от 268,15 К (-5°С) до 223,15 К (-50°С).
Использованные источники:
1.Для самых для окраин. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.eprussia.ru/epr/290/8521188.htm.
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. 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.
4.Гафуров А.М. Тепловая электрическая станция. Патент на полезную модель RUS 140405 04.12.2013.
5.Гафуров А.М. Тепловая электрическая станция. Патент на полезную модель RUS 140435 04.12.2013.
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 А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУВО «КГЭУ» Зайнуллин Р. Р., к ф. -м. н. старший преподаватель кафедры ПЭС
ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ВОЗМОЖНОСТИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СОСТАВЕ КОНДЕНСАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ ТИПА К-1200-6,8/50 С ПОМОЩЬЮ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ НА СО2 Представлены результаты исследования способа работы низкотемпературного теплового двигателя на сжиженном СО2 по выработке электроэнергии в составе конденсационной паровой турбины типа К-1200-6,8/50 при температуре окружающей среды до минус 50°С.
Ключевые слова: паровая турбина, низкотемпературный тепловой двигатель, сжиженный углекислый газ.
Gafurov A.M.
engineer of the I category «Management of research work» Zainullin R.R., candidate of physico-mathematical sciences senior lecturer of department «industrial electronics and lighting»
«KSPEU» Russia, Kazan
POSSIBILITIES OF ADDITIONAL ELECTRICITY PRODUCTION AS A PART OF THE CONDENSATION STEAM TURBINE К-1200-6,8/50 BY MEANS OF THE LOW-TEMPERATURE HEAT ENGINE ON СО2
Results of research of mode of work of the low-temperature heat engine are presented on the liquefied СО2 on electricity production as a part of the condensation steam turbine К-1200-6,8/50 at ambient temperature to minus 50°C.
Keywords: steam turbine, low-temperature heat engine, liquefied carbon dioxide gas.
В последнее время большое распространение получило применение тепловых двигателей на низкокипящих рабочих телах (НРТ). Главным достоинством НРТ является возможность его адаптации к различным источникам тепловой энергии. За счет варьирования рабочего тела его можно использовать в широком диапазоне температур и давлений [1].
Большинство тепловых двигателей на НРТ состоят из нескольких основных элементов - насос, теплообменник-испаритель, турбина, теплообменник-рекуператор (зависит от свойств НРТ) и теплообменник-конденсатор. Несмотря на различия в конструкциях, эти основные элементы образуют основу для эффективной работы и осуществления процессов теплового контура органического цикла Ренкина. В основных элементах происходят характерные изменения свойств НРТ, где эффективность цикла можно вычислить, зная температуру подведенной теплоты от источника и отведенной теплоты из цикла [2, 3].
В настоящее время одним из основных источников термального (теплового) загрязнения окружающей среды являются тепловые и атомные электростанции, которые нуждаются в большом количестве охлаждающей воды для осуществления процесса конденсации отработавшего в турбине пара. Поглощение тепловой энергии осуществляется путем прямой прокачки пресной озерной или речной воды через теплообменник-конденсатор паровой турбины, и затем возвращение её в естественные водоёмы без предварительного охлаждения. Например, для атомных электростанций мощностью 1000 МВт требуется озеро площадью 810 га, глубиной около 8,7 м.
Внедрение реакторов ВВЭР-1200 на Нововоронежской АЭС-2 и Ленинградской АЭС-2 потребовало создания более мощных паровых турбин типа К-1200-6,8/50 производства Ленинградского металлического завода (ЛМЗ), которые характеризуются значительным расходом пара в конденсатор равным около 960 кг/с. При этом потери теплоты в конденсаторе паровой турбины составляют примерно половины (45-50%)
затрачиваемой теплоты в цикле. Таким образом, в конденсаторе паровой турбины типа К-1200-6,8/50 поддерживается низкое давление пара равное 5,0 кПа, что соответствует температуре насыщения в 32,87°С. Процесс конденсации 1 кг отработавшего в турбине пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования (ранее затраченная на испарение) равная примерно 2136 кДж/кг, которая отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду. В зимний период времени конденсаторы паровых турбин типа К-1200-6,8/50 являются источниками сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 32,87°С, а окружающая среда - прямой источник холода с температурой вплоть до минус 50°С. Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на НРТ [4, 5].
Предлагается использование низкотемпературного теплового двигателя в составе мощной конденсационной паровой турбины типа К-1200-6,8/50, где реализуется термодинамический цикл Ренкина на основе парового контура с отводом теплоты в холодном источнике (конденсаторе) второму контуру на низкокипящем рабочем теле - СО2. Причем охлаждение низкокипящего рабочего газа СО2 осуществляют наружным воздухом окружающей среды при температуре от 0°С до минус 50°С [6].
Способ работы низкотемпературного теплового двигателя на СО2 осуществляется следующим образом. Отработавший в паровой турбине влажный пар (10-14%) при давлении в 5,0 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 углекислый газ СО2, который сжимают в насосе до высокого давления и направляют в конденсатор паровой турбины типа К-1200-6,8/50 для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 960 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 2050 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа СО2 до температуры перегретого газа в 28°С. На выходе из конденсатора паровой турбины полученный перегретый газ СО2 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 СО2 направляют в конденсатор воздушного охлаждения, где в процессе охлаждения газообразного СО2 ниже его температуры насыщения происходит процесс интенсивного сжижения, после чего сжиженный газ направляют в насос и цикл повторяется [7].
На рис. 1, 2 представлены графики расчетных показателей по выработке (потреблению) полезной электрической мощности низкотемпературным тепловым двигателем и абсолютного электрического
КПД турбогенератора при осуществлении процесса охлаждения конденсаторов паровых турбин типа К-1200-6,8/50 контуром циркуляции на сжиженном СО2 в зависимости от температуры наружного воздуха.
223.15 228.15 233,15 238.15 243.15 248.15 253.15 258,15 263.15 268.15 273,15
Темпер» ! ура наружною воздуха, К
Рис. 1. Для турбин К-1200-6,8/50 с расходом пара в конденсатор 960
кг/с.
6,5
я
&
= .в
4 lili-1 I-lili-1
223.15 228.15 233,15 238,15 243.15 248.15 253.15 258,15 263,15 268.15 273.15
Темпера!ура наружною вопуха. К
Рис. 2. Для турбин К-1200-6,8/50 с расходом пара в конденсатор 960
кг/с.
Абсолютный электрический КПД (рис. 2) турбогенератора низкотемпературного теплового двигателя варьируется от 4,14% до 5,94%. При этом использование низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на СО2 в составе мощной конденсационной паровой турбины типа К-1200-6,8/50 позволяет дополнительно вырабатывать электроэнергию на АЭС (рис. 1) в диапазоне температур окружающей среды от 263,15 К (-10°С) до 223,15 К (-50°С).
Использованные источники:
1.Гафуров А.М. Возможности преобразования низкопотенциальной тепловой энергии в работу теплового двигателя. В сборнике: Актуальные проблемы технических наук. Сборник статей международной научно-практической конференции. 2014. С. 18-20.
2.Гафуров А.М. Тепловая электрическая станция. Патент на полезную модель RUS 140405 04.12.2013.
3.Гафуров А.М. Тепловая электрическая станция. Патент на полезную модель RUS 140435 04.12.2013.
4.Россия на турборынке: быстро - не всегда хорошо. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://atomicexpert-old.com/content/turborynok.
5.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.
6.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. 7.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 А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУВО «КГЭУ» Зайнуллин Р. Р., к ф. -м. н. старший преподаватель кафедры ПЭС
ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ВОЗМОЖНОСТИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СОСТАВЕ КОНДЕНСАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ ТИПА К-1200-6,8/50 С ПОМОЩЬЮ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ НА C3H8
Представлены результаты исследования способа работы низкотемпературного теплового двигателя на сжиженном C3H8 по выработке электроэнергии в составе конденсационной паровой турбины типа К-1200-6,8/50 при температуре окружающей среды до минус 50°С.
Ключевые слова: паровая турбина7, низкотемпературный тепловой двигатель, сжиженный пропан.
Gafurov A.M.
engineer of the I category «Management of research work» Zainullin R.R., candidate of physico-mathematical sciences senior lecturer of department «industrial electronics and lighting»
«KSPEU» Russia, Kazan
POSSIBILITIES OF ADDITIONAL ELECTRICITY PRODUCTION AS A PART OF THE CONDENSATION STEAM TURBINE К-1200-6,8/50 BY MEANS OF THE LOW-TEMPERATURE HEAT ENGINE ON C3H8
Results of research of mode of work of the low-temperature heat engine are presented on the liquefied C3H8 on electricity production as a part of the condensation steam turbine К-1200-6,8/50 at ambient temperature to minus 50°C.
Keywords: steam turbine, low-temperature heat engine, liquefied propane.
В настоящее время одним из основных источников термального (теплового) загрязнения окружающей среды являются атомные электростанции (АЭС), которые нуждаются в большом количестве охлаждающей воды для осуществления процесса конденсации отработавшего в турбине влажного пара. Поглощение тепловой энергии осуществляется путем прямой прокачки пресной озерной или речной воды
