CC BY
3
Абсолютный электрический КПД (рис. 2) турбогенератора низкотемпературного теплового двигателя варьируется от 4,47% до 6,29%. При этом использование низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на СО2 в составе конденсационной паровой турбины типа К-65-12,8 УТЗ позволяет дополнительно вырабатывать электроэнергию на ТЭС (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. Тепловая электрическая станция. Патент на полезную модель RUS 140405 04.12.2013.
2.Гафуров А.М. Тепловая электрическая станция. Патент на полезную модель RUS 140435 04.12.2013.
3.Для самых для окраин. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.eprussia.ru/epr/290/8521188.htm.
4.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.
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
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-65-12,8 УТЗ С ПОМОЩЬЮ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ НА СзШ Представлены результаты исследования способа работы низкотемпературного теплового двигателя на сжиженном C3H8 по выработке электроэнергии в составе конденсационной паровой турбины типа К-65-12,8 УТЗ при температуре окружающей среды до минус 50°С.
Ключевые слова: паровая турбина, 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 K-65-12,8 UTZ 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-65-12,8 UTZ at ambient temperature to minus 50°C.
Keywords: steam turbine, low-temperature heat engine, liquefied propane.
В настоящее время низкокипящие рабочие тела (НРТ) 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.
Большинство применяемых 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 [1, 2].
Проводятся исследования и разработки новых систем охлаждения конденсаторов паровых турбин, в которых промежуточным теплоносителем вместо воды служит низкокипящее рабочее тело, 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.
В основном проблема связано с тем, что в конденсаторах современных паровых турбин типа К-65-12,8 УТЗ (Уральский турбинный завод) поддерживается низкое давление пара равное 5,6 кПа, что соответствует температуре насыщения в 35°С, а сам процесс конденсации 1 кг отработавшего в турбине пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования (ранее затраченная на испарение) равная примерно 2133 кДж/кг, которая отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду. Например, в зимний период времени конденсаторы
паровых турбин типа К-65-12,8 являются источниками сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 35°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 [3].
Таким образом, предлагается использование низкотемпературного теплового двигателя в составе современной конденсационной паровой турбины типа К-65-12,8 УТЗ, 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 [4].
Способ работы низкотемпературного теплового двигателя на C3H8 осуществляется следующим образом. Отработавший в паровой турбине влажный пар (3-10%) при давлении в 5,6 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 C3H8, который сжимают в насосе до давления 0,9-1,2 МПа и направляют в конденсатор паровой турбины типа К-65-12,8 УТЗ для охлаждения отработавшего в турбине пара. При этом расход пара в конденсатор может составлять до 40 кг/с на максимальном конденсационном режиме. Конденсация 40 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 85,32 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа C3H8 до температуры перегретого газа в 29,58°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 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 [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-65-12,8 УТЗ контуром циркуляции на сжиженном пропане в зависимости от температуры наружного воздуха в зимний период времени.
-«.5 -1-1-1-11111-1-1
223.15 228.15 233.15 238.15 243.15 248.15 253.15 258.15 263.15 268.15 273.15
Температура наружною коц\\а. К
Рис. 1. Для турбин типа К-65-12,8 с расходом пара в конденсатор 40
кг/с.
Рис. 2. Для турбин типа К-65-12,8 с расходом пара в конденсатор 40
кг/с.
ФОРУМ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ №6(10) 2017
Ьйр ://&гшп-паика.ш
414
Абсолютный электрический КПД (рис. 2) турбогенератора низкотемпературного теплового двигателя варьируется от 3,32% до 5,56%. При этом использование низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на C3H8 в составе конденсационной паровой турбины типа К-65-12,8 УТЗ позволяет дополнительно вырабатывать электроэнергию на станции (рис. 1) в диапазоне температур окружающей среды от 268,15 К (-5°С) до 223,15 К (-50°С).
Использованные источники:
1.Гафуров А.М. Тепловая электрическая станция. Патент на полезную модель RUS 140405 04.12.2013.
2.Гафуров А.М. Тепловая электрическая станция. Патент на полезную модель RUS 140435 04.12.2013.
3.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.
4.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.
5.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 ЭКОНОМИИ РАСХОДА УСЛОВНОГО ТОПЛИВА
НА СТАНЦИИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В СИСТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ПАРОВЫХ ТУРБИН ТИПА К-65-12,8 УТЗ КОНТУРА
ЦИРКУЛЯЦИИ НА СО2
Рассматриваются возможности экономии расхода условного топлива на тепловых электрических станциях (ТЭС) при замещении традиционной системы охлаждения конденсаторов паровых турбин типа К-65-12,8 УТЗ контуром циркуляции на сжиженном СО2 в зимний период времени.
Ключевые слова: паровая турбина, система охлаждения, сжиженный углекислый газ.
