CC BY
3
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 ТК-450/500-5,9 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 ТК-450/500-5,9 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 ТК-450/500-5,9 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 ТК-450/500-5,9 at ambient temperature to minus 50°C.
Keywords: steam turbine, low-temperature heat engine, liquefied propane. Для атомных теплоэлектроцентралей (АТЭЦ) может найти применение влажнопаровая теплофикационная турбина - турбина типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ (Турбомоторный завод, ныне Уральский турбинный завод), выполняемая аналогично теплофикационным турбинам ТЭЦ, работающих на органическом топливе, но отличающаяся от них достаточно большим конденсационным пропуском пара при всех режимах. В турбоустановке предусмотрен двухступенчатый подогрев сетевой воды паром двух отопительных отборов.
В зимний период времени паровые турбины типа ТК-450/500-5,9 (номинальной мощностью 450 МВт и начальными параметрами пара: давление 5,87 МПа и температура 274,3°С) могут работать в теплофикационном режиме со значительным расходом пара в конденсатор, когда часть теплоты отработавшего в турбине пара, имеющая более низкий
потенциал, отбирается для централизованного теплоснабжения, а часть пара до 168 кг/с направляется в конденсатор паровой турбины. При этом в конденсаторе паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 поддерживается низкое давление пара равное 9,0 кПа, что соответствует температуре насыщения в 43,76°С. Процесс конденсация 1 кг отработавшего в турбине пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования (ранее затраченная на испарение) равная примерно 2127 кДж/кг, которая 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 ТК-450/500-5,9 являются источниками сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 43,76°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].
Особенностью теплофикационных паровых турбин является возможность повышения их тепловой экономичности за счет усовершенствования той части тепловой схемы, которая относится к использованию теплоты отработавшего в турбине пара. Поэтому предлагается использование низкотемпературного теплового двигателя в составе теплофикационной паровой турбины типа ТК-450/500-5,9, 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 9,0 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 пропан С3Н8, который сжимают в насосе до давления 0,9-1,2 МПа и направляют в конденсатор паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 для охлаждения
отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 168 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 357 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа С3Н8 до температуры перегретого газа в 36°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 паровых турбин типа ТК-450/500-5,9 контуром циркуляции на С3Н8 в зависимости от температуры наружного воздуха в зимний период времени.
23
_ ее 21
\ Ё о й) — е* 19
* ■м г •л и V р я К 17
т 7 ■ с
а. Б ^ 2 ей о !™ С 15 13
0 К 1 Я а * 3 = а. С' г. ^ II 9
1 я а. £ и н о •л г* 7
г 5 3
223.15 228,15 233,15 238,15 243,15 248.15 253,15 258.15 263.15 268.15 273,15
Температура наружною во пуха. К
Рис. 1. Для турбин ТК-450/500-5,9 с расходом пара в конденсатор 168 кг/с.
Рис. 2. Для турбин ТК-450/500-5,9 с расходом пара в конденсатор 168 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 ТК-450/500-5,9 позволяет дополнительно вырабатывать электроэнергию на АТЭЦ (рис. 1) в диапазоне температур окружающей среды от 273,15 К (0°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. 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 ЭКОНОМИИ РАСХОДА УСЛОВНОГО ТОПЛИВА НА АТОМНЫХ ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЯХ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В СИСТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ПАРОВЫХ ТУРБИН ТИПА ТК-450/500-5,9 КОНТУРА ЦИРКУЛЯЦИИ НА СО2
Рассматриваются возможности экономии расхода условного топлива на атомных теплоэлектроцентралях при замещении традиционной системы охлаждения конденсаторов паровых турбин типа ТК-450/500-5,9 контуром циркуляции на сжиженном СО2 в зимний период времени.
Ключевые слова: паровая турбина, система охлаждения, 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 ECONOMY OF A CONSUMPTION OF EQUIVALENT FUEL ON NUCLEAR COMBINED HEAT AND POWER
PLANTS WHEN USING IN AN INTEGRAL COOLING SYSTEM OF STEAM TURBINES ТК-450/500-5,9 OF A CONTOUR OF CIRCULATION
ON СО2
The possibilities of economy of a consumption of equivalent fuel on nuclear combined heat and power plants at substitution of a traditional integral cooling system of condensers of steam turbines ТК-450/500-5,9 by a circulation contour on the liquefied СО2 in a winter time span is considered.
Keywords: steam turbine, integral cooling system, liquefied carbon dioxide
gas.
В России пока действует только одна атомная теплоэлектроцентраль (АТЭЦ) - Билибинская АЭС на Чукотке, состоящая из четырёх одинаковых энергоблоков общей электрической мощностью 48 МВт. Станция вырабатывает как электрическую, так и тепловую энергию. В настоящее время разработаны проекты атомных теплоэлектроцентралей с установкой на них реакторов ВВЭР-1000 и паровых турбин типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ
