CC BY
2
электрической станции / Гафуров А.М., Гафуров Н.М. 10.10.2015 г.
УДК 62-176.2
Гафуров Н.М. студент 5 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Бобин Д.Н., к.т.н. доцент, старший научный сотрудник УНИР
ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань
ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ НА СО2 ДЛЯ ВЫРАБОТКИ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СОСТАВЕ ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ ТИПА ПТ-30/35-3,4/1,0
Представлены результаты исследования способа работы низкотемпературного теплового двигателя на сжиженном СО2 по выработке электроэнергии в составе теплофикационной паровой турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0 при температуре окружающей среды до минус 50°С.
Ключевые слова: паровая турбина, низкотемпературный тепловой двигатель, сжиженный углекислый газ.
Gafurov N.M.
5th year student, faculty of «Energy-intensive materials and products»
«KNRTU» Bobin D.N.
cand.tech.sci., associate professor senior research associate «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 EXTRACTION TURBINE PT-30/35-3,4/1,0
Results of research of mode of work of the low-temperature heat engine are presented on the liquefied СО2 on electricity production as a part of the extraction turbine PT-30/35-3,4/1,0 at ambient temperature to minus 50°C.
Keywords: steam turbine, low-temperature heat engine, liquefied carbon dioxide gas.
Теплофикационные паровые турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0 производства Калужского турбинного завода (входит в состав «Силовые машины») снабжаются двумя регулируемыми отборами пара на производственные нужды и теплофикацию.
В зимний период времени паровые турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0
(номинальной мощностью 30 МВт и начальными параметрами пара: давление 3,4 МПа и температура 435°С) работают в теплофикационном режиме, когда часть теплоты отработавшего в турбине пара, имеющая более низкий потенциал, отбирается на производственные нужды и теплофикацию, а часть пара вентиляционного расхода до 6 кг/с через цилиндр низкого давления направляется в конденсатор паровой турбины. При этом в конденсаторе паровой турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0 поддерживается низкое давление пара равное 4,0 кПа, что соответствует температуре насыщения в 28,96°С. Конденсация 1 кг отработавшего в турбине пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования (ранее затраченная на испарение) равная примерно 2145 кДж/кг, которая отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду [1, 2].
В настоящее время возрастает интерес к воздушным конденсаторам в связи с обострением глобальной мировой проблемы нехватки воды во многих районах мира. Использование воздушных конденсаторов позволяет решить такие проблемы, как привязка электростанции к источнику охлаждающей воды, либо затраты на строительство прудов-охладителей, исключает необходимость установки и эксплуатации водозаборных и водоочистных сооружений.
Особенностью использования воздушной системы охлаждения конденсаторов паровых турбин в зимний период времени заключается в том, что конденсаторы паровых турбин типа ПТ-30/35-3,4/1,0 являются источниками сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 28,96°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.
Таким образом, предлагается использование низкотемпературного теплового двигателя в составе теплофикационной паровой турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0, 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 [3].
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.
Способ работы низкотемпературного теплового двигателя на СО2 осуществляется следующим образом. Отработавший в паровой турбине влажный пар (2%-10%) при давлении в 4,0 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 ПТ-30/35-3,4/1,0 для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 6 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 12,87 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа СО2 до температуры перегретого газа в 23,85°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 [4, 5].
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 ПТ-30/35-3,4/1,0 контуром циркуляции на СО2 в зависимости от температуры наружного воздуха в зимний период времени.
Рис. 1. Для турбин ПТ-30/35-3,4/1,0 с расходом пара в конденсатор 6
кг/с.
5.5
2.5 -1-1-1-(-1-1-1 I I-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 поиу\а, К
Рис. 2. Для турбин ПТ-30/35-3,4/1,0 с расходом пара в конденсатор 6
кг/с.
Абсолютный электрический КПД (рис. 2) турбогенератора низкотемпературного теплового двигателя варьируется от 2,89% до 5,17%. При этом использование низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на СО2 в составе теплофикационной паровой турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0 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. Паровые турбины и турбогенераторы Калужского турбинного завода. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://ehc-group.ru/catalog/gtu/turbine/kaluga/288.html.
2. Пропуск пара вентиляционный через ЧНД турбины. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://mash-xxl.info/info/345214/.
3. Гафуров Н.М., Гафуров А.М. Способ работы низкотемпературного теплового двигателя от источника геотермальной воды. // Форум молодых ученых. - 2017. - №5 (9). - С. 525-528.
4. Патент на изобретение № 2560510 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М., Гафуров Н.М. 20.08.2015 г.
5. Патент на изобретение № 2564748 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М., Гафуров Н.М. 10.10.2015 г.
УДК 62-176.2
Гафуров Н.М. студент 5 курса
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Бобин Д.Н., к.т.н. доцент, старший научный сотрудник УНИР
ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО
ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ НА C3H8 ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СОСТАВЕ ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ
ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ ТИПА ПТ-30/35-3,4/1,0 Представлены результаты исследования способа работы низкотемпературного теплового двигателя на сжиженном C3H8 по выработке электроэнергии в составе теплофикационной паровой турбины типа ПТ-30/35-3,4/1,0 при температуре окружающей среды до минус 50°С.
Ключевые слова: паровая турбина, низкотемпературный тепловой двигатель, сжиженный пропан.
