CC BY
5
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
конденсационном режиме со значительным расходом пара (около 960 кг/с) в конденсатор, где поддерживается низкое давление пара равное 5,0 кПа, что соответствует температуре насыщения в 32,87°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 [1, 2].
Предлагается использование в системе охлаждения конденсаторов паровых турбин типа К-1200-6,8/50 контура циркуляции на сжиженном пропане 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 -C3H8. Основным преимуществом использования пропана C3H8 является его температура насыщения минус 42°С при давлении 0,1 МПа, что позволяет осуществлять процесс охлаждения и сжижения газообразного C3H8 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 C3H8 включает в себя последовательно соединенные насос, теплообменник-испаритель (конденсатор паровой турбины), турбодетандер с электрогенератором и теплообменник-конденсатор аппарата воздушного охлаждения. 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 пропана, где эффективность цикла можно вычислить, зная температуру подведенной теплоты от источника и отведенной теплоты из цикла [4, 5].
Способ работы теплового двигателя на C3H8 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 пропан C3H8, который сжимают в насосе до давления 0,9-1,2 МПа 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 С3Н8 до температуры перегретого газа в 28°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 пропан направляют в теплообменник-конденсатор аппарата воздушного охлаждения, где в процессе охлаждения газообразного пропана 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 С3Н8 в зависимости от температуры наружного воздуха в зимний период времени.
Эксергетическая эффективность теплового двигателя (рис. 2) варьируется от 6,07% до 23,05%. При этом использование теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на С3Н8 в системе охлаждения паровых турбин типа К-1200-6,8/50 позволяет экономить (рис. 1) до 28,26 т.у.т./час на АЭС в температурном диапазоне окружающей среды от 268,15 К (-5°С) до 223,15 К (-50°С).
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.
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 ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СОСТАВЕ ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ ТИПА ПТ-135/165-130/15 С ПОМОЩЬЮ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ НА СО2 Представлены результаты исследования способа работы низкотемпературного теплового двигателя на сжиженном СО2 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 углекислый газ.
