CC BY
3
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 ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ ТИПА ПТ-135/165-130/15 С ПОМОЩЬЮ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ НА C3H8 Представлены результаты исследования способа работы низкотемпературного теплового двигателя на сжиженном C3H8 по выработке электроэнергии в составе теплофикационной паровой турбины типа ПТ-135/165-130/15 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 A EXTRACTION TURBINE PT-135/165-130/15 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 a extraction turbine PT-135/165-130/15 at ambient temperature to minus 50°C.
Keywords: steam turbine, low-temperature heat engine, liquefied propane. Отечественные теплофикационные паровые турбины типа ПТ-135/165-130/15 производства Турбомоторного завода (ныне Уральский турбинный завод) эксплуатируются на таких станциях как Красноярская ТЭЦ-2 (Енисейская ТГК (ТГК-13)), Омская ТЭЦ-4 (ТГК-11), Волгодонская ТЭЦ-2 (Лукойл-Ростовэнерго), Карагандинская ТЭЦ-2 (Казахстан) и др.
Паровые турбины типа ПТ-135/165-130/15 (номинальной мощностью 135 МВт и начальными параметрами пара: давление 12,75 МПа и температура 555°С) снабжаются одним производственным и двумя теплофикационными отборами пара для нужд производства, отопления и горячего водоснабжения. В зимний период времени паровые турбины типа ПТ-135/165-130/15 работают в теплофикационном режиме, когда часть теплоты отработавшего в турбине пара, имеющая более низкий потенциал, отбирается для централизованного теплоснабжения, а часть пара около 10 кг/с (до 10% от номинала) направляется в конденсатор паровой турбины для осуществления вентиляционного режима работы последней ступени паровой турбины. В конденсаторе паровой турбины типа ПТ-135/165-130/15 поддерживается низкое давление пара равное 7,5 кПа, что соответствует температуре насыщения в 40,29°С. Процесс конденсации 1 кг отработавшего в турбине пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования (ранее затраченная на испарение) равная примерно 2120 кДж/кг, которая отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду [1].
Таким образом в зимний период времени конденсаторы паровых турбин типа ПТ-135/165-130/15 являются источниками сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 40,29°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 низкокипящем рабочем теле [2].
Низкотемпературный тепловой двигатель представляет собой замкнутый контур циркуляции, включающий в себя последовательно соединенные насос, теплообменник-испаритель, турбодетандер с электрогенератором 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 низкокипящего рабочего тела, где эффективность цикла можно вычислить, зная температуру подведенной теплоты от источника и отведенной теплоты из цикла [3, 4].
Предлагается использование низкотемпературного теплового двигателя в составе теплофикационной паровой турбины типа ПТ-135/165-130/15, 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 [5].
Способ работы низкотемпературного теплового двигателя на С3Н8 осуществляется следующим образом. Отработавший в паровой турбине
влажный пар (3-10%) при давлении в 7,5 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 ПТ-135/165-130/15 для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 10 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 21,2 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа С3Н8 до температуры перегретого газа в 35,29°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 полезной электрической мощности низкотемпературным тепловым двигателем и абсолютного электрического КПД турбогенератора при осуществлении процесса охлаждения конденсаторов теплофикационных паровых турбин типа ПТ-135/165-130/15 контуром циркуляции на С3Н8 в зависимости от температуры наружного воздуха в зимний период времени.
Рис. 1. Для турбин ПТ-135/165-130 с расходом пара в конденсатор 10
кг/с.
7,5
я а.
<
4.5 -1-1-1 I I-1-1111
223,15 228.15 233,15 238.15 243.15 248.15 253.15 258,15 263.15 268.15 273,15
Температура наружного воздуха. К
Рис. 2. Для турбин ПТ-135/165-130 с расходом пара в конденсатор 10
кг/с.
Абсолютный электрический КПД (рис. 2) турбогенератора низкотемпературного теплового двигателя варьируется от 4,85% до 6,97%. При этом использование низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на C3H8 в составе теплофикационной паровой турбины типа ПТ-135/165-130/15 позволяет экономить электроэнергию на собственный нужды ТЭЦ (рис. 1) в диапазоне температур окружающей среды от 273,15 К (0°С) до 223,15 К (-50°С).
Использованные источники:
1.Техническое описание и тепловая схема турбоустановки ПТ-135/165-130. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://energoworld.ru/blog/tehnicheskoe-opisanie-i-teplovaya-shema-turboustanovki-pt-135-165-130/.
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.
