CC BY
3
УДК 62-176.2
Гафуров Н.М. студент 5 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУВО «КНИТУ» Зайнуллин Р.Р., к.ф.-м.н. старший преподаватель кафедра ПЭС ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань
ВОЗМОЖНОСТИ ЭКОНОМИИ РАСХОДА УСЛОВНОГО ТОПЛИВА НА СОБСТВЕННЫЕ НУЖДЫ СТАНЦИИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В СИСТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ПАРОВЫХ ТУРБИН ТИПА ПТ-30/35-3,4/1,0 КОНТУРА ЦИРКУЛЯЦИИ НА C3H8
Рассматриваются возможности экономии расхода условного топлива на собственные нужды станции при замещении традиционной системы охлаждения конденсаторов паровых турбин типа ПТ-30/35-3,4/1,0 контуром циркуляции на сжиженном C3H8 в зимний период времени.
Ключевые слова: паровая турбина, система охлаждения, сжиженный пропан.
Gafurov N.M.
5th year student, faculty of «Energy-intensive materials and products»
«KNRTU» 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 OWN NEEDS OF STATION WHEN USING IN AN INTEGRAL COOLING SYSTEM OF STEAM TURBINES PT-30/35-
3,4/1,0 OF A CONTOUR OF CIRCULATION ON C3H8
The possibilities of economy of a consumption of equivalent fuel on own needs of station at substitution of a traditional integral cooling system of condensers of steam turbines PT-30/35-3,4/1,0 by a circulation contour on the liquefied C3H8 in a winter time span is considered.
Keywords: steam turbine, integral cooling system, liquefied propane.
Известно, что удельный расход топлива на выработку электроэнергии на теплоэлектроцентралях уменьшается с возрастанием доли пара, отбираемого для теплового потребителя. Чем выше удельная выработка на тепловом потреблении, тем больше экономия топлива. Это обеспечивается за счет использования теплофикационных паровых турбин с регулируемыми отборами пара, где используется теплота водяного пара, имеющая высокий потенциал, сначала для выработки электроэнергии, а затем часть теплоты
отработавшего в турбине пара, имеющая более низкий потенциал, отпускается тепловым потребителям. Это позволяет существенно снизить потери в холодном источнике (конденсаторе) и затраты на собственные нужды станции.
Однако недопустима работа теплофикационных паровых турбин (кроме паровых турбин с противодавлением), когда через конденсатор не пропускается пар, т. е. когда весь пар идет в отбор, так как вращение ротора в корпусе, через который не пропускается пар, приведет за счет сил трения между лопатками и рабочим телом к чрезмерному перегреву ротора из -за недостаточного отвода теплоты. Поэтому для отвода этой теплоты через часть низкого давления должно обязательно пропускаться некоторое вентиляционное количество пара равное 5-10% от номинального [1].
Например, в зимний период времени паровые турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0 (номинальной мощностью 30 МВт и начальными параметрами пара: давление 3,4 МПа и температура 435°С) работают в теплофикационном режиме, когда часть теплоты отработавшего в турбине пара, имеющая более низкий потенциал, отбирается на производственные нужды и теплофикацию, а часть пара вентиляционного расхода до 6 кг/с через цилиндр низкого давления поступает в конденсатор паровой турбины. При этом в конденсаторе паровой турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0 поддерживается низкое давление пара равное 4,0 кПа, что соответствует температуре насыщения в 28,96°С, а сам процесс конденсации 1 кг отработавшего в турбине пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования равная примерно 2145 кДж/кг, которая отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду [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.
Таким образом в зимний период времени конденсаторы паровых турбин типа ПТ-30/35-3,4/1,0 являются источниками сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 28,96°С, а окружающая среда - прямой источник холода с допустимой температурой вплоть 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.
В настоящее время проводятся исследования и разработки новых систем охлаждения, в которых промежуточным теплоносителем вместо воды служит низкокипящее рабочее тело, которое испаряется в поверхностном конденсаторе паровой турбины, расширяется в турбодетандере и конденсируется затем в охладительной башне, где теплота конденсации передается наружному воздуху [3].
Поэтому предлагается замещение традиционной системы охлаждения
конденсаторов паровых турбин типа ПТ-30/35-3,4/1,0 контуром циркуляции на сжиженном пропане в виде теплового двигателя, где реализуется термодинамический цикл Ренкина на основе парового контура с отводом теплоты в конденсаторе паровой турбины второму контуру на низкокипящем рабочем теле - С3Н8. Основным преимуществом использования пропана С3Н8 является его температура насыщения равная минус 42°С при давлении 0,1 МПа, что позволяет осуществлять процесс охлаждения и сжижения газообразного С3Н8 наружным воздухом окружающей среды в зимний период времени при температуре от 0°С до минус 50°С [4].
Способ работы теплового двигателя на С3Н8 осуществляется следующим образом. Отработавший в паровой турбине влажный пар (2%-10%) при давлении в 4,0 кПа охлаждается и конденсируется на поверхности конденсаторных трубок, внутри которых протекает охлаждающая жидкость. В качестве охлаждающей жидкости используется сжиженный пропан С3Н8, который сжимают в насосе до давления 0,8-1,1 МПа и направляют в теплообменник-конденсатор паровой турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0 для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 6 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 12,87 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа С3Н8 до температуры перегретого газа в 23,85°С. На выходе из теплообменника-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 [5, 6].
На рис. 1, 2 представлены графики расчетных показателей по экономии расхода условного топлива на станции (кг.у.т./ч) и эксергетической эффективности теплового двигателя при осуществлении процесса охлаждения конденсаторов паровых турбин типа ПТ-30/35-3,4/1,0 контуром циркуляции на С3Н8 в зависимости от температуры наружного воздуха в зимний период времени.
Рис. 1. Для турбин ПТ-30/35-3,4/1,0 с расходом пара в конденсатор 6
кг/с.
Рис. 2. Для турбин ПТ-30/35-3,4/1,0 с расходом пара в конденсатор 6
кг/с.
Эксергетическая эффективность теплового двигателя (рис. 2) варьируется от 5,28% до 17,21%. При этом использование теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на C3H8 в системе охлаждения паровых турбин типа ПТ-30/35-3,4/1,0 позволяет экономить (рис. 1) до 133,4 кг.у.т./час на собственные нужды станции в температурном диапазоне окружающей среды от 263,15 К (-10°С) до 223,15 К (-50°С).
Использованные источники:
1. Пропуск пара вентиляционный через ЧНД турбины. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://mash-xxl.info/info/345214/.
2. Паровые турбины и турбогенераторы Калужского турбинного завода. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://ehc-group.ru/catalog/gtu/turbine/kaluga/288.html.
3. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Перспективы применения бинарных энергоустановок на тепловых электростанциях России. // Форум молодых ученых. - 2017. - №5 (9). - С. 509-512.
4. Гафуров А.М., Осипов Б.М., Гафуров Н.М., Гатина Р.З. Перспективы использования бинарных циклов в утилизации низкопотенциальной теплоты на геотермальных электростанциях. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2017. - № 5-6 - С. 14-24.
5. Патент на изобретение № 2560510 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М., Гафуров Н.М. 20.08.2015 г.
6. Патент на изобретение № 2564748 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М., Гафуров Н.М. 10.10.2015 г.
