CC BY
3
8. Зайнуллин Р.Р., Гафуров А.М. Осуществление бинарного цикла в составе мощной конденсационной паровой турбины типа К-1200-240-3 ЛМЗ, охлаждаемого водой при температуре 5°С. // Форум молодых ученых. -2017. - №5 (9). - С. 799-802.
УДК 62-176.2
Потапов А.А., к.ф.-м.н.
доцент кафедра ПЭС Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУВО «КГЭУ» Россия, г. Казань
ВОЗМОЖНОСТИ ЭКОНОМИИ РАСХОДА УСЛОВНОГО ТОПЛИВА НА СОБСТВЕННЫЕ НУЖДЫ СТАНЦИИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В СИСТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ПАРОВЫХ ТУРБИН ТИПА К-1200-240 КОНТУРА ЦИРКУЛЯЦИИ НА C3H8
Рассматриваются возможности экономии расхода условного топлива на собственные нужды станции при замещении традиционной системы охлаждения конденсаторов паровых турбин типа К-1200-240 контуром циркуляции на сжиженном C3H8 в зимний период времени.
Ключевые слова: паровая турбина, система охлаждения, сжиженный пропан.
Potapov A.A.
candidate of physico-mathematical sciences assistant professor 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 OWN NEEDS OF STATION WHEN USING IN AN INTEGRAL COOLING SYSTEM OF STEAM TURBINES К-1200-240 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 К-1200-240 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 установленная мощность применяемых конденсационных паровых турбин достигает 500 МВт, 800 МВт и выше, а термический КПД не превышает 42%. Примером тому может служить
паровая турбина типа К-1200-240 с номинальной мощностью 1200 МВт, которая установлена на Комстромской ГРЭС (установленная мощность станции 3600 МВт). Уникальность данной турбины заключается в том, что это самая мощная отечественная паровая турбина на сверхкритические параметры пара (давление 23,5 МПа и температура 540°С) [1].
Относительно низкий термический КПД конденсационных паровых турбин обусловлен тем, что значительная часть отработавшего в турбине пара поступает в конденсатор, где в процессе конденсации пара высвобождается скрытая теплота парообразования (примерно 2200 кДж/кг с 1 кг пара), которая в настоящее время отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду (безвозвратно теряется). Доля этой теплоты в общем балансе паросиловой установки достигает 60% [2].
Для повышения термического КПД паровой турбины стремятся максимально повысить температуру и давление пара на входе в турбину, применить вторичный перегрев пара, а также снизить долю теплоты, теряемой в конденсаторе. Однако возможности повышения температуры и давления пара на входе в турбину ограничиваются жаропрочностью и жаростойкостью сталей, применяемых в конструкциях пароперегревателей котла, паропроводов, элементов проточной части турбины (допустимы параметры до 26 МПа и 540-568°С). Использование промежуточного перегрева пара теоретически дает экономию топлива до 4%, но требует значительных финансовых затрат. Наиболее перспективным остается возможность усовершенствования той части тепловой схемы, которая относится к использованию теплоты отработавшего в турбине пара [3].
Поэтому в настоящее время проводятся исследования и разработки новых энергоэффективных систем охлаждения конденсаторов паровых турбин для экономии расхода условного топлива на собственные нужды станции. Предлагаются варианты использования вместо воды низкокипящего теплоносителя, который испаряется в поверхностном конденсаторе паровой турбины, расширяется в турбодетандере и конденсируется затем в охладительной башне, где теплота конденсации передается наружному воздуху [4, 5].
Учитывая суровые климатические условия России и продолжительность зимнего периода времени появляется возможность осуществления низкотемпературных термодинамических циклов с использованием низкокипящих рабочих тел.
Например, в зимний период времени в конденсаторе паровой турбины типа К-1200-240 поддерживается низкое давление пара равное 3,0 кПа, что соответствует температуре насыщения в 24,08°С, а окружающая среда является прямым источником 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 [6].
То есть предлагается замещение традиционной системы охлаждения конденсаторов паровых турбин типа К-1200-240 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 [7].
Способ работы теплового двигателя на С3Н8 осуществляется следующим образом. Отработавший в паровой турбине влажный пар (2%-10%) при давлении в 3,0 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 0,9-1,2 МПа и направляют в теплообменник-конденсатор паровой турбины типа К-1200-240 для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 596 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 1285 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа С3Н8 до температуры перегретого газа в 19°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 [8].
На рис. 1, 2 представлены графики расчетных показателей по экономии расхода условного топлива на станции (т.у.т./ч) и эксергетической эффективности теплового двигателя при осуществлении процесса охлаждения конденсаторов паровых турбин типа К-1200-240 контуром циркуляции на С3Н8 в зависимости от температуры наружного воздуха в зимний период времени.
Рис. 1. Для турбин К-1200-240 с расходом пара в конденсатор 596 кг/с.
Рис. 2. Для турбин К-1200-240 с расходом пара в конденсатор 596 кг/с.
Эксергетическая эффективность теплового двигателя (рис. 2) варьируется от 3,15% до 9,8%. При этом использование теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на C3H8 в системе охлаждения паровых турбин типа К-1200-240 позволяет экономить (рис. 1) до 7,9 т.у.т./час на собственные нужды станции в температурном диапазоне окружающей среды от 258,15 К (-15°С) до 223,15 К (-50°С).
Использованные источники:
1. Костромская ГРЭС. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://tesiaes.ru/?p=287.
2. Бродов Ю.М. Теплообменники энергетических установок. Учебное пособие. - Екатеринбург. Издательство «Сократ», 2003. - 965 с.
3. Конденсационные электростанции. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://energetika.in.ua/ru/books/book-3/part-1/section-4/4-1.
4. Патент на изобретение № 2555597 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М. 10.07.2015 г.
5. Патент на изобретение № 2555600 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М. 10.07.2015 г.
6. 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.
7. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Перспективы применения бинарных энергоустановок на тепловых электростанциях России. // Форум молодых ученых. - 2017. - №5 (9). - С. 509-512.
8. Зайнуллин Р.Р., Гафуров А.М. Осуществление бинарного цикла в составе мощной конденсационной паровой турбины типа К-1200-240-3 ЛМЗ, охлаждаемого водой при температуре 5°С. // Форум молодых ученых. -2017. - №5 (9). - С. 799-802.
УДК 62-176.2
Потапов А.А., к.ф.-м.н.
доцент кафедра ПЭС Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ НА СО2 ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СОСТАВЕ КОНДЕНСАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ
ТУРБИНЫ ТИПА К-750-65/3000 Представлены результаты исследования способа работы низкотемпературного теплового двигателя на сжиженном СО2 по выработке электроэнергии в составе конденсационной паровой турбины типа К-750-65/3000 при температуре окружающей среды до минус 50°С.
