CC BY
5
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 конденсационной паровой турбины типа К-25-0,6 Гео позволяет дополнительно вырабатывать электроэнергию на ГеоЭС (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., 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.
2. Мутновская ГеоЭС. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.geotherm.rushydro.ru/press/press-kit/.
3. Гафуров А.М., Осипов Б.М., Гафуров Н.М., Гатина Р.З. Перспективы использования бинарных циклов в утилизации низкопотенциальной теплоты на геотермальных электростанциях. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2017. - № 5-6 - С. 14-24.
4. Гафуров Н.М., Гафуров А.М. Способ работы низкотемпературного теплового двигателя от источника геотермальной воды. // Форум молодых ученых. - 2017. - №5 (9). - С. 525-528.
5. Патент на изобретение № 2564748 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М., Гафуров Н.М. 10.10.2015 г.
УДК 62-176.2
Гафуров Н.М. студент 5 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Бобин Д.Н., к.т.н. доцент, старший научный сотрудник УНИР
ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ВОЗМОЖНОСТИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СОСТАВЕ КОНДЕНСАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ ТИПА К-25-0,6 ГЕО 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-25-0,6 Гео при температуре окружающей среды до минус 50°С.
Ключевые слова: паровая турбина, низкотемпературный тепловой двигатель, сжиженный пропан.
Gafurov N.M.
5th year student, faculty of«Energy-intensive materials and products»
«KNRTU» Bobin D.N.
cand.tech.sci., associate professor senior research associate «Management of research work»
«KSPEU» Russia, Kazan
POSSIBILITIES OF ADDITIONAL ELECTRICITY PRODUCTION AS A PART OF THE CONDENSATION STEAM TURBINE К-25-0,6 GEO 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 K-25-0,6 Geo 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 тепловые 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.
Проводятся исследования и разработки новых систем охлаждения конденсаторов паровых турбин, в которых промежуточным теплоносителем вместо воды служит низкокипящее рабочее тело (НРТ), которое испаряется в поверхностном конденсаторе паровой турбины, расширяется в турбодетандере и конденсируется затем в охладительной башне, где теплота конденсации передается наружному воздуху. Однако основной не решенной задачей является выбор оптимального НРТ для осуществления термодинамического цикла [1].
В большинстве случаев низкокипящие рабочие тела находят широкое применение в тепловых двигателях по утилизации низко- и среднепотенциальной теплоты на уровне 80-160°С с выработкой электроэнергии, что в основном применимо для геотермальной энергетики.
Рассмотрим конденсационную паровую турбину типа К-25-0,6 Гео (номинальной мощностью 25 МВт и начальными параметрами пара: давление 0,62 МПа и температура 162°С), которая в настоящее время эксплуатируется на Мутновской геотермальной электростанции [2].
Основная проблема заключается в том, что в конденсаторе паровой турбины типа К-25-0,6 Гео поддерживается низкое давление пара равное 5,0 кПа, что соответствует температуре насыщения в 32,87°С, а сам процесс
конденсации 1 кг пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования равная примерно 2136 кДж/кг, которая отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду. Таким образом, в зимний период времени конденсаторы паровых турбин типа К-25-0,6 Гео 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.
Поэтому предлагается использование низкотемпературного теплового двигателя в составе конденсационной паровой турбины типа К-25-0,6 Гео, где реализуется термодинамический цикл Ренкина на основе парового контура с отводом теплоты в холодном источнике (конденсаторе) второму контуру на низкокипящем рабочем теле - C3H8. Причем охлаждение низкокипящего рабочего газа C3H8 осуществляют наружным воздухом окружающей среды в зимний период времени при температуре от 0°С до минус 50°С [3].
Способ работы низкотемпературного теплового двигателя на C3H8 осуществляется следующим образом. Отработавший в паровой турбине влажный пар (10-12%) 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 нагнетательную скважину. В качестве охлаждающей жидкости используется сжиженный пропан C3H8, который сжимают в насосе до давления 0,9-1,2 МПа и направляют в конденсатор паровой турбины типа К-25-0,6 Гео для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. При этом расход пара в конденсатор может составлять до 42 кг/с на максимальном конденсационном режиме. Конденсация 42 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 90 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа C3H8 до температуры перегретого газа в 28°С. На выходе из конденсатора паровой турбины полученный перегретый газ C3H8 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 C3H8 направляют в теплообменник-конденсатор аппарата воздушного охлаждения, где в процессе охлаждения газообразного пропана C3H8 ниже его температуры насыщения происходит процесс интенсивного сжижения, после чего сжиженный пропан направляют в насос и цикл повторяется [4, 5].
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-25-0,6 Гео контуром циркуляции на сжиженном С3Н8 в зависимости от температуры наружного воздуха в зимний период времени.
Рис. 1. Для турбин типа К-25-0,6 с расходом пара в конденсатор 42
кг/с.
Рис. 2. Для турбин типа К-25-0,6 с расходом пара в конденсатор 42
кг/с.
Абсолютный электрический КПД (рис. 2) турбогенератора низкотемпературного теплового двигателя варьируется от 2,9% до 5,17%. При этом использование низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на C3H8 в составе конденсационной паровой турбины типа К-25-0,6 Гео позволяет дополнительно вырабатывать электроэнергию на геотермальной электростанции (рис. 1) в диапазоне температур окружающей среды от 268,15 К (минус 5°С) до 223,15 К (минус 50°С).
Использованные источники:
1. Гафуров А.М., Гатина Р.З. Выбор низкокипящего рабочего тела по термодинамическим показателям для использования в тепловом двигателе в области температур от 80°С до минус 55°С. // Форум молодых ученых. -2017. - №5 (9). - С. 493-496.
2. Мутновская ГеоЭС. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.geotherm.rushydro.ru/press/press-kit/.
3. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Перспективы применения бинарных энергоустановок на тепловых электростанциях России. // Форум молодых ученых. - 2017. - №5 (9). - С. 509-512.
4. Гафуров А.М., Осипов Б.М., Гафуров Н.М., Гатина Р.З. Перспективы использования бинарных циклов в утилизации низкопотенциальной теплоты на геотермальных электростанциях. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2017. - № 5-6 - С. 14-24.
5. Патент на изобретение № 2560510 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М., Гафуров Н.М. 20.08.2015 г.
