CC BY
8
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-500-60/1500 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.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.
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. Тепловая электрическая станция. Патент на полезную модель RUS 140405 04.12.2013.
4.Гафуров А.М. Тепловая электрическая станция. Патент на полезную модель RUS 140435 04.12.2013.
5.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.
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
Зайнуллин Р. Р., к ф. -м. н. старший преподаватель кафедры ПЭС
ФГБОУВО «КГЭУ» Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ВОЗМОЖНОСТИ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СОСТАВЕ КОНДЕНСАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ ТИПА К-500-60/1500 С ПОМОЩЬЮ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ НА СзШ Представлены результаты исследования способа работы низкотемпературного теплового двигателя на сжиженном CßHg по выработке электроэнергии в составе конденсационной паровой турбины типа К-500-60/1500 при температуре окружающей среды до минус 50°С.
Ключевые слова: паровая турбина, низкотемпературный тепловой двигатель, сжиженный пропан.
Zainullin R.R., candidate of physico-mathematical sciences senior lecturer of department«industrial electronics and lighting.»
Gafurov A.M.
engineer of the I category «Management of research work»
«KSPEU» Russia, Kazan
POSSIBILITIES OF ADDITIONAL ELECTRICITY PRODUCTION AS A PART OF THE CONDENSATION STEAM TURBINE К-500-60/1500 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-500-60/1500 at ambient temperature to minus 50°C.
Keywords: steam turbine, low-temperature heat engine, liquefied propane.
Кособенностям паровых турбин современных атомных электростанций (АЭС) относятся большие потоки пара, повышенные требования к влагоудалению внутри турбины, сепарации и промежуточному перегреву пара, стойкости материалов к эрозии в присутствии влажного пара, обеспечению приемлемого КПД. В качестве примера служит конденсационная паровая турбина типа К-500-60/1500 производства Харьковского турбинного завода (ныне «Турбоатом»), которая эксплуатируется на таких станциях как Нововоронежская АЭС в дубль-блоке с реакторами ВВЭР-1000 (водо-водяной энергетический реактор электрической мощностью 1000 МВт).
Конденсационные паровые турбины типа К-500-60/1500 (номинальной мощностью 500 МВт и начальными параметрами пара: давление 5,9 МПа и температура 274,3°С) характеризуются тем, что предназначены для выработки электроэнергии со значительным расходом пара в конденсатор равным около 489,8 кг/с. При этом в конденсаторе паровой турбины поддерживается низкое давление пара равное 5,88 кПа, что соответствует температуре насыщения в 35,79°С, а сам процесс конденсации 1 кг пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования равная примерно 2130 кДж/кг, которая в настоящее время отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду. Поэтому потери теплоты в конденсаторе паровой турбины (холодном источнике) могут составлять до половины (45-50%) затрачиваемой теплоты в термодинамическом цикле [1].
Таким образом в зимний период времени конденсаторы паровых турбин типа К-500-60/1500 являются источниками сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 35,79°С, а окружающая среда - прямой источник холода с допустимой температурой до минус 50°С. Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью
низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на низкокипящем рабочем теле [2].
Предлагается использование низкотемпературного теплового двигателя в составе конденсационной паровой турбины типа К-500-60/1500, где реализуется термодинамический цикл Ренкина на основе парового контура с отводом теплоты в холодном источнике (конденсаторе) второму контуру на низкокипящем рабочем теле - сжиженном пропане С3Н8. Причем охлаждение низкокипящего рабочего газа С3Н8 будет осуществляться наружным воздухом окружающей среды в зимний период времени при температуре от 0°С до минус 50°С [3].
Замкнутый контур циркуляции низкотемпературного теплового двигателя представляет собой последовательно соединенные насос, теплообменник-испаритель (конденсатор паровой турбины), турбодетандер с электрогенератором и теплообменник-конденсатор аппарата воздушного охлаждения [4, 5].
Способ работы низкотемпературного теплового двигателя на С3Н8 осуществляется следующим образом. Отработавший в паровой турбине влажный пар (10-14%) при давлении в 5,88 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 0,9-1,2 МПа и направляют в конденсатор паровой турбины типа К-500-60/1500 для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 489,8 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 1043,3 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа СзН8 до температуры перегретого газа в 29°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 С3Н8 направляют в теплообменник-конденсатор аппарата воздушного охлаждения, где в процессе охлаждения газообразного С3Н8 ниже его температуры насыщения происходит процесс интенсивного сжижения, после чего сжиженный газ направляют в насос и цикл повторяется [6].
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-500-60/1500 контуром циркуляции на сжиженном С3Н8 в зависимости от температуры наружного воздуха.
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-500-60/1500 позволяет дополнительно вырабатывать электроэнергию на АЭС (рис. 1) в диапазоне температур окружающей среды от 268,15 К (-5°С) до 223,15 К (-50°С).
-ю -1 I-1 I-1 I-1-1-1-Т
223,15 228,15 233.15 238,15 243,15 24Я.15 253.15 258.15 263.15 268.15 273,15
Темпера!ура наружною воздуха, К
Рис. 1. Для турбин К-500-60/1500 с расходом пара в конденсатор 489,8 кг/с.
Рис. 2. Для турбин К-500-60/1500 с расходом пара в конденсатор 489,8 кг/с.
Использованные источники:
1.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.
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.
