CC BY
2
двигателя и затраты на его сжатие.
Использованные источники:
1. Патент на изобретение №2560505 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М., Гафуров Н.М. 20.08.2015 г.
2. Патент на изобретение №2564748 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М., Гафуров Н.М. 10.10.2015 г.
3. Гафуров А.М. Способ преобразования сбросной низкопотенциальной теплоты ТЭС. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. - 2015. - №4 (28). - С. 28-32.
4. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Замещение воздушного охлаждения конденсаторов паровых турбин контуром циркуляции на СО2. // Инновационная наука. - 2016. - № 1-2 (13). - С. 27-29.
5. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Характерные особенности использования углекислого газа СО2 в качестве низкокипящего рабочего тела. // Инновационная наука. - 2016. - № 1-2 (13). - С. 19-21.
УДК 62-176.2
Гафуров Н.М. студент 4 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
Гатина Р.З. студент 4 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЕОТЕРМАЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ С ТЕМПЕРАТУРОЙ ДО 250°С В БИНАРНЫХ ЦИКЛАХ, ОХЛАЖДАЕМЫХ ВОДНЫМИ РЕСУРСАМИ Рассматриваются возможности энергоэффективного использования источников геотермальной теплоты с температурой до 250°С для выработки электроэнергии с помощью бинарных циклов, охлаждаемых водными ресурсами. Предлагается в качестве низкокипящего рабочего тела в бинарных циклах использовать сжиженный пропан.
Ключевые слова: геотермальный пар, бинарный цикл, низкокипящее рабочее тело.
Gafurov N.M.
Gatina R.Z. Gafurov A.M.
POSSIBILITIES OF USE OF GEOTHERMAL WARMTH WITH A TEMPERATURE UP TO 250°С IN THE BINARY CYCLES COOLED BY
WATER RESOURCES
The possibilities of power effective use of sources of geothermal warmth with a temperature up to 250°C for electricity production by means of the binary cycles cooled by water resources are considered. It is offered as the low-boiling working fluid in binary cycles to use the liquefied propane.
Keywords: geothermal steam, binary cycle, low-boiling working fluid.
По прогнозам специалистов объемы тепловой энергии Земли, сконцентрированная под толщей земной коры в 10 км, в 50 тысяч раз превышают объемы энергии всех мировых запасов углеводородов - нефти и природного газа. Поэтому поиск новых решений в эффективном использовании низкоэнтальпийных гидротермальных источников теплоты для выработки электроэнергии, то есть преобразование «бесплатной», выбрасываемой тепловой энергии в полезную энергию, является важной научно-технической задачей [1].
В 2015 г. организацией ФГБОУ ВО «КГЭУ» было получено патенты, авторами которых являются Гафуров А.М. и Гафуров Н.М., на способ работы тепловой электрической станции с бинарным циклом по утилизации сбросной низкопотенциальной теплоты. Были предложены эффективные решения по выработки электроэнергии за счет утилизации низкопотенциальной теплоты конденсации отработавшего в турбине пара при определенных внешних условиях окружающей среды. Данные разработки позволяют применять бинарные циклы на низкокипящих рабочих телах при более низких температурах. В качестве оптимального низкокипящего рабочего тела предлагается использовать сжиженный пропан C3H8 [2-4].
Бинарный термодинамический цикл - совокупность двух термодинамических циклов, осуществляемых двумя рабочими телами так, что теплота, отводимая в одном цикле, используется в другом цикле (рис. 1).
Рис. 1. Принципиальная схема бинарной энергоустановки на пропане С3Н8, охлаждаемого водными ресурсами окружающей среды.
Бинарная энергоустановка работает следующим образом (рис. 1). Геотермальный пар с температурой до 250°С и давлением до 0,8 МПа поступает в паровую турбину, где пар в процессе расширения на лопатках турбины до давления (3,91 кПа) насыщенного пара с влажностью не превышающей 12% совершает механическую работу с последующей выработкой электроэнергии. Отработавший в турбине пар охлаждается и конденсируется в конденсаторе паровой турбины. Полученный основной конденсат с помощью конденсатного насоса направляют в нагнетательную скважину геотермального источника. Сжиженный пропан С3Н8 сжимают в конденсатном насосе до высокого давления и направляют в конденсатор-испаритель паровой турбины для охлаждения, отработавшего в турбине пара. Конденсация пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного около 2150 кДж/кг, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа С3Н8 до температуры перегретого газа в 21,67°С. Далее перегретый газ С3Н8 расширяется в турбодетандере, который соединен с электрогенератором. На выходе из турбодетандера отработавший в турбине газ направляют на охлаждение в теплообменник-конденсатор водяного охлаждения, где в процессе охлаждения газа С3Н8 ниже его температуры насыщения происходит интенсивное сжижение, после чего сжиженный газ направляют в конденсатный насос и цикл повторяется [5, 6].
Считается, что утилизация сбросной теплоты и отработанного пара, как и многое другое, - реальные пути защиты от антропогенного загрязнения окружающей среды.
Большинство углеводородов характеризуются низкой теплоемкостью и теплопроводностью, скрытой теплотой испарения, сравнительно низкой температурой кипения, незначительной вязкостью. Пропан C3H8 (R290) -насыщенный углеводород, при нормальных условиях представляет собой бесцветный горючий и взрывоопасный газ, не обладающий запахом. В промышленных холодильных установках пропан используют уже в течение многих лет. Хладагент С3Н8 характеризуется низкой стоимостью и мало растворимостью в воде. При использовании данного хладагента не возникает проблем с выбором конструкционных материалов деталей турбины, конденсатора и испарителя [7].
Температурный диапазон использования сжиженного газа C3H8 в качестве низкокипящего рабочего тела в тепловом контуре бинарного цикла ограничивается показателями критической температуры в 96,7°С и температурой насыщения при давлении не менее 0,1 МПа. Поэтому использование сжиженного газа C3H8 в температурном диапазоне от 100°С до минус 42°С позволит исключить проблемы создания вакуума и обеспечения прочности, и герметичности трубопроводов и арматуры [8].
Использованные источники:
1. Геотермальная энергетика в России. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://altenergiya.ru/termal/geotermalnaya-energetika-v-rossii.html.
2. Патент на изобретение №2560505 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М., Гафуров Н.М. 20.08.2015 г.
3. Патент на изобретение №2564748 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М., Гафуров Н.М. 10.10.2015 г.
4. Патент на изобретение №2562506 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М. 10.09.2015 г.
5. Гафуров А.М. Способ преобразования сбросной низкопотенциальной теплоты ТЭС. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. - 2015. - №4 (28). - С. 28-32.
6. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Замещение водяного охлаждения конденсаторов паровых турбин контуром циркуляции на С3Н8. // Инновационная наука. - 2016. - № 1-2 (13). - С. 25-27.
7. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Характерные особенности использования пропана С3Н8 в качестве низкокипящего рабочего тела. // Инновационная наука. - 2016. - № 1-2 (13). - С. 21-23.
8. Гафуров А.М., Гатина Р.З., Гафуров Н.М. Температурный диапазон использования сжиженного газа С3Н8 в качестве низкокипящего рабочего тела. // Теория и практика современной науки. - 2016. - № 9 (15). - С. 115118.
