CC BY
6
УДК 62-176.2
Гафуров Н.М. студент 4 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Зайнуллин Р.Р., к.ф.-м.н. старший преподаватель кафедра ПЭС ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ РАБОТЫ
КОНДЕНСАТОРОВ ПАРОВЫХ ТУРБИН Рассматриваются возможности повышения надежности работы конденсаторов паровых турбин при замещении традиционной системы охлаждения контуром циркуляции на сжиженном пропане.
Ключевые слова: паровая турбина, система охлаждения, сжиженный пропан.
Gafurov N.M.
4th 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 INCREASE OF RELIABILITY OF OPERATION OF CONDENSERS OF STEAM TURBINES
The possibilities of increase of reliability of operation of condensers of steam turbines at substitution of a traditional integral cooling system by a circulation contour on the liquefied propane are considered.
Keywords: steam turbine, integral cooling system, liquefied propane. Работа традиционных тепловых электростанций не обходиться без использования водных ресурсов окружающей среды для охлаждения конденсаторов паровых турбин. Известно, что для конденсации 1 кг отработавшего в турбине пара требуется прокачивать в конденсаторе около 45-60 кг охлаждающей воды с затратами электрической мощности на циркуляционные насосы в среднем до 12 кВт. Огромной расход воды обусловлен в первую очередь допустимой температурой нагрева охлаждающей воды не более чем на 5°С зимой и на 3°С - летом, что зачастую может приводить к изменениям биотического компонента экосистемы. Воздушные конденсаторы по ряду причин пока не получили широкого распространения, перспективные разработки в этой области будут описаны далее [1].
ФОРУМ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ №7(11) 2017
http ://forum-nauka.ru
151
В качестве охлаждающей воды при прямоточной системе в большинстве случаев используется вода из рек и озер, реже - из морей. Такая же вода применяется для подпитки оборотной системы. Оборотное водоснабжение требует меньшего расхода природной воды, но оно менее благоприятно по условиям коррозии трубок конденсатора паровых турбин вследствие испарения воды (примерно 2%) в градирнях и брызгальных бассейнах шламо- и солесодержание охлаждающей воды выше, чем при прямоточной системе. По этой же причине увеличивается возможность карбонатного накипеобразования. Оба эти фактора способствуют развитию кислородной коррозии не-только трубок, но и металла водяных камер, так как контактирующая с ними охлаждающая вода полностью насыщена воздухом [2].
Корпус и трубные доски конденсаторов паровых турбин выполняются из углеродистой стали, а трубки, как правило, из медных сплавов. Высокая коррозионная стойкость медных сплавов, сочетаемая со значительной теплопроводностью, делает их наиболее распространенным материалом для изготовления не только конденсаторных трубок, но и трубок подогревателей низкого давления, сетевых подогревателей и других теплообменников.
Обесцинкование латуни - основная форма разрушения трубок. Оно представляет собой компонентно-избирательную коррозию цинка, которая сопровождается осаждением меди в виде рыхлых образований. Скорость обесцинкования латуней зависит от качества металла и агрессивности охлаждающей воды. Опыт эксплуатации показывает, что при общем солесодержании охлаждающей воды не более 200 мг/кг, концентрации хлоридов менее 5 мг/кг и отсутствии аммиака, нитритов и сероводорода, скорость коррозии латунных труб составляет 0,02 - 0,06 мм в год, то есть срок их службы составит 10-20 лет. Однако в связи с катастрофическим загрязнением вод поверхностных источников бытовыми и промышленными сточными водами скорость разрушения латуней достигает 0,2 мм/год и выше
[3].
Основная причина ухудшения вакуума в конденсаторах паровых турбин по сравнению с нормативными значениями - загрязнение трубок с водяной стороны. Отложения, образующиеся в конденсаторных трубках, ухудшают теплопередачу и являются одной из причин их коррозионного разрушения. В зависимости от характера и состава отложений, качества охлаждающей воды на электростанциях применяются различные способы очистки конденсаторных трубок: термическая и вакуумная сушки, кислотные промывки, простреливание трубок из водяных и водовоздушных пистолетов, промывка высоконапорной струей воды и др [4].
Все используемые методы очистки являются периодическими средствами борьбы с отложениями и требуют останова или разгрузки паровой турбины, обусловливают работу оборудования с постоянно загрязняемой между чистками поверхностью охлаждения конденсаторов, т.е. с пониженной экономичностью работы оборудования. Кроме того,
периодическая очистка конденсаторных трубок трудоемка и связана обычно с большими затратами средств.
Поэтому в настоящее время проводятся исследования и разработки новых энергоэффективных систем охлаждения конденсаторов паровых турбин для повышения надежности работы и экономии электроэнергии 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 [5, 6].
Возможности осуществления термодинамических циклов на низкокипящих теплоносителях во многом определяется имеющимся теплоперепадом между отводимой теплотой в конденсаторе паровой турбины и окружающей средой. То есть когда температура окружающей среды намного ниже температуры конденсации отработавшего в турбине пара.
Учитывая суровые климатические условия России и продолжительность зимнего периода времени появляется возможность осуществления низкотемпературных термодинамических циклов с использованием низкокипящих рабочих тел.
Предлагается замещение традиционной системы охлаждения конденсаторов паровых турбин контуром циркуляции на сжиженном пропане С3Н8. Сам процесс охлаждения осуществляется следующим образом. Сжиженный пропан С3Н8 сжимают в насосе до давления 0,9-1,2 МПа, нагревают и испаряют в теплообменнике-конденсаторе паровой турбины до температуры перегретого газа, снижают его температуру и давление при расширении в турбодетандере, и сжижают в теплообменнике-конденсаторе аппарата воздушного охлаждения. За счет осуществления процесса испарения сжиженного пропана удается добиться снижения расхода рабочего тела и затраты на его сжатие и циркуляцию. При осуществлении процесса расширения перегретого газа в турбодетандере возможно дополнительная выработка электроэнергии для экономии затрат на собственные нужды станции [7].
Пропан С3Н8 ^290) представляет собой насыщенный углеводород, который при нормальных условиях является бесцветным горючим и взрывоопасным газом, не обладающим запахом. Уже в течение многих лет пропан используют в промышленных холодильных установках. Хладагент С3Н8 характеризуется мало растворимостью в воде и низкой стоимостью. При использовании хладагента С3Н8 не возникает проблем с осуществлением выбора конструкционных материалов деталей теплообменника-испарителя, теплообменника-конденсатора, турбодетандера и конденсатного насоса [8].
При этом температурный диапазон использования сжиженного газа С3Н8 в качестве низкокипящего рабочего тела в тепловом контуре
термодинамического 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 [9].
Перспективы использования контура циркуляции на сжиженном пропана в летний период времени определяется минимально допустимый температурный перепад в 21°С при использовании в качестве источника холода - водные ресурсы окружающей среды.
Таким образом, применение низкокипящих рабочих тел, в частности сжиженного пропана, способствует повышению надежности работы конденсаторов паровых турбин за счет отсутствия коррозионно-активной среды и обрастания трубок органическими соединениями по сравнению с традиционной системой охлаждения. Однако основным фактором, который затрудняет применение данных установок, является слабое развитие оборудования отечественного производства, работающего на низкокипящих теплоносителях.
Использованные источники:
1. Бродов Ю.М. Теплообменники энергетических установок. Учебное пособие. - Екатеринбург. Издательство «Сократ», 2003. - 965 с.
2. Коррозия конденсаторов турбин. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://chem21.info/info/1710984/.
3. Коррозия конденсаторов турбин. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://tesiaes.ru/?p=10369.
4. Создание и эффективность автоматической системы шариковой очистки конденсатора. [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/v/sozdanie-i-effektivnost-avtomaticheskoy-sistemy-sharikovoy-ochistki-kondensatora-180-ktss-1 -turbiny-t-180-210-130-1 -lmz-chast-1.
5. Патент на изобретение № 2560495 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М., Гафуров Н.М. 20.08.2015 г.
6. Патент на изобретение № 2560496 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М., Гафуров Н.М. 20.08.2015 г.
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. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Выбор низкокипящего рабочего тела по экономическим показателям для использования в тепловых двигателях. // Форум молодых ученых. - 2017. - №5 (9). - С. 506-509.
9. Гафуров А.М., Гатина Р.З. Выбор низкокипящего рабочего тела по термодинамическим показателям для использования в тепловом двигателе в области температур от 80°С до минус 55°С. // Форум молодых ученых. -2017. - №5 (9). - С. 493-496.
ФОРУМ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ №7(11) 2017
http ://forum-nauka.ru
154
