CC BY
5
Использованные источники:
1.Россия на турборынке: быстро - не всегда хорошо. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://atomicexpert-old.com/content/turborynok.
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. 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.
5.Гафуров А.М. Возможности преобразования низкопотенциальной тепловой энергии в работу теплового двигателя. В сборнике: Актуальные проблемы технических наук. Сборник статей международной научно-практической конференции. 2014. С. 18-20.
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 ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В СИСТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ПАРОВЫХ ТУРБИН ТИПА К-1200-6,8/50
КОНТУРА ЦИРКУЛЯЦИИ НА СО2
Рассматриваются возможности экономии расхода условного топлива на атомных электростанциях (АЭС) при замещении традиционной системы охлаждения конденсаторов паровых турбин типа К-1200-6,8/50 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 POWER STATIONS WHEN USING IN AN INTEGRAL COOLING SYSTEM OF STEAM TURBINES К-1200-6,8/50 OF A CONTOUR OF CIRCULATION ON СО2
The possibilities of economy of a consumption of equivalent fuel on the nuclear power stations (NPS) at substitution of a traditional integral cooling system of condensers of steam turbines К-1200-6,8/50 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.
Характерным отличием турбинных технологий для АЭС является абсолютное господство паровых конденсационных турбин насыщенного пара достаточно низких параметров, но при этом обладающая большей единичной мощностью (1000-1400 МВт), которая превышает производительность любых тепловых блоков на органическом топливе. К особенностям турбин современных 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.
Быстроходные паровые турбины и турбогенераторы мощностью 1200 МВт для АЭС - это одни из последних отечественных разработок компании «Силовые машины», ориентированные на атомные энергоблоки нового поколения с повышенной надежностью и безопасностью [1].
В конденсаторе современной паровой турбины типа К-1200-6,8/50 (номинальной мощностью 1170 МВт и начальными параметрами пара: давление 6,8 МПа и температура 284°С) поддерживается низкое давление пара равное 5,0 кПа, что соответствует температуре насыщения в 32,87°С. При этом расход пара в конденсатор на максимальном конденсационном режиме составляет около 960 кг/с. Процесс конденсации 1 кг отработавшего в турбине пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования (ранее затраченная на испарение) равная примерно 2136 кДж/кг, которая отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду. При этом потери теплоты в конденсаторе паровой турбины составляют примерно половины (45-50%) затрачиваемой теплоты в цикле. В зимний период времени конденсаторы паровых турбин типа К-1200-6,8/50 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 замкнутого контура циркуляции на низкокипящем рабочем теле (НРТ) представляющий собой тепловой двигатель, осуществляющий свою работу по органическому циклу Ренкина [2].
Предлагается использование в системе охлаждения конденсаторов паровых турбин типа К-1200-6,8/50 контура циркуляции на сжиженном СО2 в виде теплового двигателя, где реализуется термодинамический цикл Ренкина на основе парового контура с отводом теплоты в холодном источнике (конденсаторе) второму контуру на низкокипящем рабочем теле -СО2. Основным преимуществом использования диоксида углерода является его температура в тройной точке равная минус 56,56°С, что позволяет осуществлять процесс охлаждения и сжижения газообразного СО2 наружным воздухом окружающей среды в зимний период времени при температуре от 0°С до минус 50°С [3].
Тепловой двигатель в виде замкнутого контура циркуляции на СО2 включает в себя последовательно соединенные насос, теплообменник-испаритель (конденсатор паровой турбины), турбодетандер с электрогенератором и теплообменник-конденсатор аппарата воздушного охлаждения. При этом обезвоженный диоксид углерода (как газообразный, так и жидкий) не коррозирует металлы [4, 5].
Способ работы теплового двигателя на СО2 осуществляется следующим образом. Отработавший в паровой турбине влажный пар (1014%) 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 систему регенерации. В качестве охлаждающей жидкости используется сжиженный углекислый газ СО2, который сжимают в насосе до высокого давления и направляют в конденсатор паровой турбины типа К-1200-6,8/50 для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 960 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 2050 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа СО2 до температуры перегретого газа в 28°С. На выходе из конденсатора паровой турбины полученный перегретый газ СО2 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 СО2 направляют в конденсатор воздушного охлаждения, где в процессе охлаждения газообразного СО2 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 экономии расхода условного топлива на АЭС (т.у.т./ч) и эксергетической эффективности теплового двигателя при осуществлении процесса охлаждения конденсаторов паровых турбин типа К-1200-6,8/50 контуром
циркуляции на СО2 в зависимости от температуры наружного воздуха в зимний период времени.
Рис. 1. Для турбин К-1200-6,8/50 с расходом пара в конденсатор 960
кг/с.
Рис. 2. Для турбин К-1200-6,8/50 с расходом пара в конденсатор 960
кг/с.
Эксергетическая эффективность теплового двигателя (рис. 2) варьируется от 5,41% до 16%. При этом использование теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на СО2 в системе охлаждения паровых турбин типа К-1200-6,8/50 позволяет экономить (рис. 1) до 22,24 т.у.т./час на АЭС в температурном диапазоне окружающей среды от 263,15 К (-10°С) до 223,15 К (-50°С).
Использованные источники:
1.Россия на турборынке: быстро - не всегда хорошо. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://atomicexpert-old.com/content/turborynok.
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 ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В СИСТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ПАРОВЫХ ТУРБИН ТИПА К-1200-6,8/50
КОНТУРА ЦИРКУЛЯЦИИ НА СЖИЖЕННОМ ПРОПАНЕ
Рассматриваются возможности экономии расхода условного топлива на атомных электростанциях (АЭС) при замещении традиционной системы охлаждения конденсаторов паровых турбин типа К-1200-6,8/50 контуром циркуляции на сжиженном C3H8 в зимний период времени.
Ключевые слова: паровая турбина, система охлаждения, 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 ECONOMY OF A CONSUMPTION OF EQUIVALENT FUEL ON NUCLEAR POWER STATIONS WHEN USING IN AN INTEGRAL COOLING SYSTEM OF STEAM TURBINES К-1200-6,8/50 OF A CONTOUR OF CIRCULATION ON THE LIQUEFIED
PROPANE
The possibilities of economy of a consumption of equivalent fuel on the nuclear power stations (NPS) at substitution of a traditional integral cooling system of condensers of steam turbines К-1200-6,8/50 by a circulation contour on the liquefied C3H8 in a winter time span is considered.
Keywords: steam turbine, integral cooling system, liquefied propane.
В настоящее время одним из последних отечественных разработок компании «Силовые машины» для атомных энергоблоков (Нововоронежская АЭС-2 и Ленинградская АЭС-2) являются быстроходные паровые турбины и турбогенераторы мощностью 1200 МВт.
Современные и в тоже время мощные паровые турбины типа К-1200-6,8/50 (номинальной мощностью 1170 МВт и начальными параметрами пара: давление 6,8 МПа и температура 284°С) предназначены для работы в
