CC BY
4
УДК 62-176.2
Зайнуллин Р. Р., к ф. -м. н. старший преподаватель кафедры ПЭС
ФГБОУВО «КГЭУ» Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань
ВОЗМОЖНОСТИ ЭКОНОМИИ РАСХОДА УСЛОВНОГО ТОПЛИВА НА АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В СИСТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ПАРОВЫХ ТУРБИН ТИПА К-500-60/1500
КОНТУРА ЦИРКУЛЯЦИИ НА СО2
Рассматриваются возможности экономии расхода условного топлива на атомных электростанциях при замещении традиционной системы охлаждения конденсаторов паровых турбин типа К-500-60/1500 контуром циркуляции на сжиженном СО2 в зимний период времени.
Ключевые слова: паровая турбина, система охлаждения, сжиженный углекислый газ.
Zainullin R.R., candidate of physico-mathematical sciences senior lecturer of department «industrial electronics and lighting»
Gafurov A.M.
engineer of the I category «Management of research work»
«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-500-60/1500 OF A CONTOUR OF CIRCULATION ON СО2
The possibilities of economy of a consumption of equivalent fuel on nuclear power stations at substitution of a traditional integral cooling system of condensers of steam turbines К-500-60/1500 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 мире порядка 85% ядерных энергоблоков мощностью свыше 500 МВт оснащены тихоходными паровыми турбинами. В качестве примера служит паровая турбина типа К-500-60/1500 производства Харьковского турбинного завода (ныне «Турбоатом»), которая является тихоходной (1500 оборотов) паровой турбиной конденсационного типа, используемая на энергоблоках атомных электростанций (АЭС) с водоводяными реакторами ВВЭР-1000. Применение тихоходных (1500 об./мин.) паровых турбин на АЭС обусловлено тем, что они характеризуются повышенной экономичностью (на 2%), меньшими нагрузками на ротор, лопатки и прочие элементы, менее требовательны к виброустойчивости и балансированию.
Также тихоходные паровые турбины типа К-500-60/1500 (номинальной мощностью 500 МВт и начальными параметрами пара: давление 5,9 МПа и температура 274,3°С) характеризуются тем, что предназначены для выработки электроэнергии со значительным расходом пара в конденсатор равным около 489,8 кг/с. При этом потери теплоты в конденсаторе паровой турбины (холодном источнике) могут составлять до половины (45-50%) затрачиваемой теплоты в термодинамическом цикле. Это связано с тем, что в конденсаторе паровой турбины типа К-500-60/1500 поддерживается низкое давление пара равное 5,88 кПа, что соответствует температуре насыщения в 35,79°С, а сам процесс конденсации 1 кг пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования равная примерно 2130 кДж/кг, которая в настоящее время отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду [1].
Поэтому одной из возможностей повышения тепловой экономичности конденсационных паровых турбин является усовершенствование той части тепловой схемы, которая относится к использованию теплоты отработавшего в турбине пара. То есть в зимний период времени конденсаторы паровых турбин типа К-500-60/1500 являются источниками сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 35,79°С, а окружающая среда - прямой источник холода с допустимой температурой до минус 50°С. Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью замкнутого контура циркуляции на низкокипящем рабочем теле представляющий собой тепловой двигатель, осуществляющий свою работу по органическому циклу Ренкина [2].
Таким образом предлагается использование в системе охлаждения конденсаторов паровых турбин типа К-500-60/1500 контура циркуляции на сжиженном углекислом газе 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 углекислого газа СО2 является его температура тройной точки 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 [4, 5].
Способ работы теплового двигателя на СО2 осуществляется следующим образом. Отработавший в паровой турбине влажный пар (1014%) при давлении в 5,88 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-500-60/1500 для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 489,8 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 1043,3 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа СО2 до температуры перегретого газа в 29°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-500-60/1500 контуром циркуляции на С02 в зависимости от температуры наружного воздуха.
12,5 т
-5 I-1-1 I-1-1-1 I-1-1
223.15 228.15 233,15 238.15 243.15 248.15 253,15 258.15 263.15 268.15 273,15
Тсмнсрапра наружною воцука. К
Рис. 1. Для турбин К-500-60/1500 с расходом пара в конденсатор 489,8 кг/с.
Рис. 2. Для турбин К-500-60/1500 с расходом пара в конденсатор 489,8 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-500-60/1500 позволяет экономить (рис. 1) до 11,35 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.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
Зайнуллин Р. Р., к ф. -м. н. старший преподаватель кафедры ПЭС
ФГБОУВО «КГЭУ» Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань
ВОЗМОЖНОСТИ ЭКОНОМИИ РАСХОДА УСЛОВНОГО ТОПЛИВА НА АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В СИСТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ПАРОВЫХ ТУРБИН ТИПА К-500-60/1500 КОНТУРА ЦИРКУЛЯЦИИ НА СЖИЖЕННОМ ПРОПАНЕ
Рассматриваются возможности экономии расхода условного топлива на атомных электростанциях при замещении традиционной системы охлаждения конденсаторов паровых турбин типа К-500-60/1500 контуром циркуляции на сжиженном C3H8 в зимний период времени.
Ключевые слова: паровая турбина, система охлаждения, сжиженный пропан.
Zainullin R.R., candidate of physico-mathematical sciences senior lecturer of department «industrial electronics and lighting»
Gafurov A.M.
engineer of the I category «Management of research work»
«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-500-60/1500 OF A CONTOUR OF CIRCULATION ON THE LIQUEFIED
PROPANE
The possibilities of economy of a consumption of equivalent fuel on nuclear power stations at substitution of a traditional integral cooling system of condensers of steam turbines К-500-60/1500 by a circulation contour on the liquefied C3H8 in a winter time span is considered.
Keywords: steam turbine, integral cooling system, liquefied propane.
Применение тихоходных (1500 об./мин.) паровых турбин на атомных электростанциях (АЭС) обусловлено тем, что они характеризуются повышенной экономичностью (на 2%), меньшими нагрузками на ротор, лопатки и прочие элементы, менее требовательны к виброустойчивости и балансированию.
