CC BY
3
энергоустановок на тепловых электростанциях России. // Форум молодых ученых. - 2017. - №5 (9). - С. 509-512.
8. Гатина Р.З., Гафуров А.М. Способ утилизации тепловых отходов промышленности с температурой в 30°С в зимний период времени. // Форум молодых ученых. - 2017. - №5 (9). - С. 476-479.
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 C3H8 ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СОСТАВЕ КОНДЕНСАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ
ТУРБИНЫ ТИПА К-750-65/3000
Представлены результаты исследования способа работы низкотемпературного теплового двигателя на сжиженном C3H8 по выработке электроэнергии в составе конденсационной паровой турбины типа К-750-65/3000 при температуре окружающей среды до минус 50°С.
Ключевые слова: паровая турбина, низкотемпературный тепловой двигатель, 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 USE OF THE LOW-TEMPERATURE HEAT ENGINE ON C3H8 FOR ELECTRICITY PRODUCTION AS A PART OF A CONDENSATION TURBINE К-750-65/3000
Results of research of mode of work of the low-temperature heat engine are presented on the liquefied C3H8 for electricity production as a part of the condensation turbine К-750-65/3000 at ambient temperature to minus 50°C.
Keywords: steam turbine, low-temperature heat engine, liquefied propane.
Конденсаторы паровых турбин являются основными потребителями воды в системе технического водоснабжения тепловых и атомных электростанций. Доля воды, идущей на охлаждение конденсаторов, составляет 90 - 94%. При этом для конденсаторов паровых турбин АЭС
расход охлаждающей воды в 1,5 - 1,7 раза выше, чем для ТЭС. Это в основном определяется применением на АЭС турбин насыщенного пара невысоких параметров, у которых в конденсаторы поступает существенно больше пара. В среднем для производства 1 кВтч электроэнергии требуется 130 кг воды для ТЭС и 200 кг для АЭС. Капитальные затраты на систему технического водоснабжения достаточно велики и составляют до 10 - 12% от общей стоимости установленного 1 кВт мощности [1].
Известно, что для охлаждения 1 кг пара в конденсаторе паровой турбины требуется прокачивать около 45-60 кг охлаждающей воды с затратами электрической мощности на циркуляционные насосы в среднем 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 [2].
Например, для конденсационных паровых турбин типа К-750-65/3000 (номинальной мощностью 808 МВт и начальными параметрами пара: давление 6,37 МПа и температура 280°С) с расходом пара в конденсатор до 2539,64 т/ч требуется около 122612 т/ч охлаждающей воды, что увеличивает затраты электроэнергии на собственные нужды станции до 8,5 МВт [3].
Поэтому в настоящее время проводятся исследования и разработки новых энергоэффективных систем охлаждения конденсаторов паровых турбин для 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 [4, 5].
Особенностью конденсационных паровых турбин является возможность повышения их тепловой экономичности за счет усовершенствования той части тепловой схемы, которая относится к использованию теплоты отработавшего в турбине пара. Например, в зимний период времени в конденсаторе паровой турбины типа К-750-65/3000 поддерживается низкое давление пара равное 4,41 кПа, что соответствует температуре насыщения в 30,66°С, а окружающая среда является прямым источником холода с допустимой температурой вплоть до минус 50°С. Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на низкокипящем рабочем теле.
Таким образом, в зимний период времени предлагается использовать низкотемпературный тепловой двигатель в составе конденсационной паровой турбины типа К-750-65/3000, где реализуется термодинамический цикл Ренкина на основе парового контура с отводом теплоты в холодном источнике (конденсаторе) второму контуру на низкокипящем рабочем теле -сжиженном пропане С3Н8. Причем охлаждение низкокипящего рабочего
газа С3Н8 будет осуществляться наружным воздухом окружающей среды при температуре от 0°С до минус 50°С [6].
Способ работы низкотемпературного теплового двигателя на С3Н8 осуществляется следующим образом. Отработавший в паровой турбине влажный пар (10%-14%) при давлении в 4,41 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-750-65/3000 для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 705,4 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 1510 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа С3Н8 до температуры перегретого газа в 25°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 [7].
На рис. 1, 2 представлены графики расчетных показателей по выработке (потреблению) полезной электрической мощности низкотемпературным тепловым двигателем и абсолютного электрического КПД турбогенератора при осуществлении процесса охлаждения конденсаторов паровых турбин типа К-750-65/3000 контуром циркуляции на С3Н8 в зависимости от температуры наружного воздуха в зимний период времени.
Рис. 1. Для турбин К-750-65/3000 с расходом пара в конденсатор 705,4
кг/с.
13 I I-1-1-1-1-1-1-1 I
223.15 228.15 233.15 238.15 243.15 2-1Н.15 253.15 258.15 263.15 268.15 273.15
Температура наружною воздуха, К
Рис. 2. Для турбин К-750-65/3000 с расходом пара в конденсатор 705,4
кг/с.
Абсолютный электрический КПД (рис. 2) турбогенератора низкотемпературного теплового двигателя варьируется от 1,72% до 4,07%. При этом использование низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на C3H8 в составе конденсационной паровой турбины типа К-750-65/3000 позволяет дополнительно вырабатывать электроэнергию на станции (рис. 1) в диапазоне температур окружающей среды от 263,15 К (-10°С) до 223,15 К (-50°С).
Использованные источники:
1. Бродов Ю.М. Теплообменники энергетических установок. Учебное пособие. - Екатеринбург. Издательство «Сократ», 2003. - 965 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. 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.
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. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Перспективы применения бинарных энергоустановок на тепловых электростанциях России. // Форум молодых ученых. - 2017. - №5 (9). - С. 509-512.
7. Гатина Р.З., Гафуров А.М. Способ утилизации тепловых отходов промышленности с температурой в 30°С в зимний период времени. // Форум молодых ученых. - 2017. - №5 (9). - С. 476-479.
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-750-65/3000
КОНТУРА ЦИРКУЛЯЦИИ НА СО2
Рассматриваются возможности экономии расхода условного топлива на собственные нужды станции при замещении традиционной системы охлаждения конденсаторов паровых турбин типа К-750-65/3000 контуром циркуляции на сжиженном СО2 в зимний период времени.
Ключевые слова: паровая турбина, система охлаждения, сжиженный
