CC BY
6
Эксергетическая эффективность теплового двигателя (рис. 2) варьируется от 9,61% до 24,84%. При этом использование теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на C3H8 в системе охлаждения паровых турбин типа ПТ-40/50-8,8/1,3 позволяет экономить (рис. 1) до 191,2 кг.у.т./час на собственные нужды станции в температурном диапазоне окружающей среды от 268,15 К (-5°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. Номенклатура выпускаемой продукции КТЗ. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://nnhpe.spbstu.ru/wp-content/uploads/2015/02/Nomenklatura-KTZ-2014-g.pdf.
3. Гафуров А.М., Гатина Р.З. Выбор низкокипящего рабочего тела по положению угла наклона кривой линии насыщенного газа. // Форум молодых ученых. - 2017. - №5 (9). - С. 500-503.
4. Гафуров А.М., Гатина Р.З. Выбор низкокипящего рабочего тела по теплофизическим показателям для использования в тепловом двигателе в области температур от 80°С до минус 55°С. // Форум молодых ученых. -2017. - №5 (9). - С. 496-499.
5. 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
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 ПРИМЕНЕНИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ НА СО2 ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СОСТАВЕ КОНДЕНСАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ
ТУРБИНЫ ТИПА К-300-240 ЛМЗ Представлены результаты исследования способа работы низкотемпературного теплового двигателя на сжиженном СО2 по выработке электроэнергии в составе конденсационной паровой турбины типа К-300-240 ЛМЗ (Ленинградский Металлический завод) при температуре окружающей среды до минус 50°С.
Ключевые слова: паровая турбина, низкотемпературный тепловой двигатель, сжиженный углекислый газ.
Gatina R.Z.
4th year student, faculty of «Energy-intensive materials and products»
«KNRTU» 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 СО2 FOR ELECTRICITY PRODUCTION AS A PART OF A CONDENSATION TURBINE К-300-240 LMP
Results of research of mode of work of the low-temperature heat engine are presented on the liquefied СО2 for electricity production as a part of the condensation turbine К-300-240 LMP (Leningrad Metal Plant) at ambient temperature to minus 50°C.
Keywords: steam turbine, low-temperature heat engine, liquefied carbon dioxide gas.
Основная часть электроэнергии в настоящее время производится на тепловых электростанциях с использованием конденсационных паровых турбин. Наибольшее распространение получили конденсационные паровые турбины типа К-300-240 производства Ленинградского металлического завода (ЛМЗ, входит в состав «Силовые машины»), которые в настоящее время эксплуатируются на таких крупных станциях как Костромская ГРЭС (8 энергоблоков), Рефтинская ГРЭС (6 энергоблоков), Киришская ГРЭС (6 энергоблоков), Рязанская ГРЭС (4 энергоблока) и т.д. Всего заводом-изготовителем ЛМЗ было выпущено более 120 паровых турбин типа К-300-240 [1, 2].
Конденсационные паровые турбины типа К-300-240 ЛМЗ (номинальной мощностью 300 МВт и начальными параметрами пара: давление 23,5 МПа и температура 540°С) характеризуются тем, что почти весь пар, пройдя через турбину, поступает в конденсатор с расходом в 159 кг/с. В конденсаторе паровой турбины типа К-300-240 ЛМЗ поддерживается низкое давление пара равное 3,5 кПа, что соответствует температуре насыщения в 26,67°С. Процесс конденсации 1 кг пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования равная примерно 2150 кДж/кг, которая в настоящее время отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду. При этом потери теплоты в конденсаторе паровой турбины могут составлять до половины (45-50%) затрачиваемой теплоты в термодинамическом цикле [3].
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 [4, 5].
Таким образом в зимний период времени конденсаторы паровых турбин типа К-300-240 ЛМЗ являются источниками сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 26,67°С, а окружающая среда - прямой источник 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.
Поэтому предлагается использование низкотемпературного теплового двигателя в составе конденсационной паровой турбины типа К-300-240, где реализуется термодинамический цикл Ренкина на основе парового контура с отводом теплоты в холодном источнике (конденсаторе) второму контуру на низкокипящем рабочем теле - углекислом газе СО2. Причем охлаждение низкокипящего рабочего газа СО2 будет осуществляться наружным воздухом окружающей среды в зимний период времени при температуре от 0°С до минус 50°С.
Замкнутый контур циркуляции низкотемпературного теплового двигателя представляет собой последовательно соединенные насос, теплообменник-испаритель (конденсатор паровой турбины), турбодетандер с электрогенератором и теплообменник-конденсатор аппарата воздушного охлаждения [6].
Способ работы низкотемпературного теплового двигателя на СО2 осуществляется следующим образом. Отработавший в паровой турбине влажный пар (2%-10%) при давлении в 3,5 кПа охлаждается и конденсируется на поверхности конденсаторных трубок, внутри которых протекает охлаждающая жидкость. Полученный основной конденсат с помощью конденсатного насоса направляют в систему регенерации. В качестве охлаждающей жидкости используется сжиженный углекислый газ СО2, который сжимают в насосе до высокого давления и направляют в теплообменник-конденсатор паровой турбины типа К-300-240 ЛМЗ для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 159 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 341,85 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа СО2 до температуры перегретого газа в 21,67°С. На выходе из теплообменника-конденсатора паровой турбины полученный перегретый газ СО2 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 СО2 направляют в теплообменник-конденсатор аппарата воздушного охлаждения, где в процессе охлаждения газообразного СО2 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-300-240 ЛМЗ контуром циркуляции на СО2 в зависимости от температуры наружного воздуха в зимний период времени.
ю т
-ю -1-1 I I-1-1-1 I-1-1
223.15 228.15 233,15 238.15 243.15 248.15 253.15 258.15 263.15 268.15 273.15
Температура наружною воздуха. К
Рис. 1. Для турбин К-300-240 с расходом пара в конденсатор 159 кг/с.
Рис. 2. Для турбин К-300-240 с расходом пара в конденсатор 159 кг/с. Абсолютный электрический КПД (рис. 2) турбогенератора низкотемпературного теплового двигателя варьируется от 2,26% до 4,58%. При этом использование низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на СО2 в составе конденсационной паровой турбины типа К-300-240 ЛМЗ позволяет дополнительно вырабатывать электроэнергию на станции (рис. 1) в диапазоне температур окружающей среды от 258,15 К (-15°С) до 223,15 К (-50°С).
Использованные источники:
1. Современные быстроходные и тихоходные паровые турбины. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://proatom.ru/modules.php?name=News&file=prmt&sid=2330.
2. Самые крупные электростанции России. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://tesiaes.ru/?cat=252.
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 № 2555600 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М. 10.07.2015 г.
5. Патент на изобретение № 2555597 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М. 10.07.2015 г.
6. Гафуров А.М., Гатина Р.З. Выбор низкокипящего рабочего тела по положению угла наклона кривой линии насыщенного газа. // Форум молодых ученых. - 2017. - №5 (9). - С. 500-503.
7. Зайнуллин Р.Р., Гафуров А.М. Осуществление бинарного цикла в составе конденсационной паровой турбины типа К-300-240 ЛМЗ, охлаждаемого
водой при температуре 5°С. // Форум молодых ученых. - 2017. - №5 (9). - С. 789-792.
УДК 62-176.2
Гатина Р.З. студент 4 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУВО «КНИТУ» Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ НА C3H8 ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СОСТАВЕ КОНДЕНСАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ
ТУРБИНЫ ТИПА К-300-240 ЛМЗ
Представлены результаты исследования способа работы низкотемпературного теплового двигателя на сжиженном C3H8 по выработке электроэнергии в составе конденсационной паровой турбины типа К-300-240 ЛМЗ (Ленинградский Металлический завод) при температуре окружающей среды до минус 50°С.
Ключевые слова: паровая турбина, низкотемпературный тепловой двигатель, сжиженный пропан.
Gatina R.Z.
4th year student, faculty of «Energy-intensive materials and products»
«KNRTU» 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-300-240 LMP
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-300-240 LMP (Leningrad Metal Plant) at ambient temperature to minus 50°C.
Keywords: steam turbine, low-temperature heat engine, liquefied propane.
Конденсационные паровые турбины предназначены для выработки электроэнергии за счет превращения максимально возможной части теплоты пара в механическую работу. При этом весь отработавший пар в такой турбине поступает в конденсатор. В России конденсационные паровые
