ВОЗМОЖНОСТИ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СИСТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ПАРОВЫХ ТУРБИН ТИПА К-1000-60/3000 С ПОМОЩЬЮ КОНТУРА ЦИРКУЛЯЦИИ НА СЖИЖЕННОМ C3H8 Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 62-176.2

Зайнуллин Р.Р., к. ф.-м. н. старший преподаватель кафедры ПЭС

Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУВО «КГЭУ» Россия, г. Казань

ВОЗМОЖНОСТИ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СИСТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ПАРОВЫХ ТУРБИН ТИПА К-1000-60/3000 С

ПОМОЩЬЮ КОНТУРА ЦИРКУЛЯЦИИ НА СЖИЖЕННОМ C3H8

Представлены результаты исследования низкотемпературного теплового двигателя на сжиженном C3H8 по выработке электроэнергии в системе охлаждения паровых турбин типа К-1000-60/3000 в зимний период времени. Ключевые слова: конденсатор паровой турбины, система охлаждения, низкотемпературный тепловой двигатель, сжиженный пропан.

Zainullin R.R.

Gafurov A.M.

POSSIBILITIES OF ELECTRICITY PRODUCTION IN AN COOLING SYSTEM OF К-1000-60/3000 STEAM TURBINES BY MEANS OF A CIRCULATION CONTOUR ON THE LIQUEFIED C3H8

Results of research of the low-temperature heat engine are presented on the liquefied C3H8 on electricity production in an cooling system of К-1000-60/3000 steam turbines in a winter time span.

Keywords: condenser of the steam turbine, cooling system, low-temperature heat engine, liquefied propane.

Мощные конденсационные паровые турбины типа К-1000-60/3000 характеризуются тем, что почти весь пар, пройдя через турбину, направляется в конденсатор. Процесс конденсации совершается за счет отвода от пара теплоты конденсации при постоянном давлении. На охлаждение отработанного пара на тепловых электростанциях мощностью 1000 МВт требуется вода из водоема-охладителя площадью примерно 810 га, глубиной около 8,7 м. Воздушные конденсаторы по ряду причин пока не получили широкого распространения, перспективные разработки в этой области будут описаны далее. Проводятся исследования и разработки новых систем охлаждения, в которых промежуточным теплоносителем вместо воды служит низкокипящее рабочее тело [1].

В конденсаторе паровой турбины типа К-1000-60/3000 поддерживается низкое давление пара равное 5,0 кПа, что соответствует температуре насыщения в 32,87°С. Процесс конденсации пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования, которая отводится при помощи охлаждающей жидкости в окружающую среду. При этом потери теплоты в конденсаторе паровой турбины составляют примерно половины (45-50%) затрачиваемой теплоты в цикле. В зимний период времени конденсатор паровой турбины является источником сбросной

низкопотенциальной теплоты с температурой в 32,87°С, а окружающая среда - прямой источник холода с температурой вплоть до минус 50°С. Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на сжиженном пропане C3H8 [2].

Замкнутый контур циркуляции низкотемпературного теплового двигателя содержит последовательно соединенные насос, теплообменник-испаритель (конденсатор паровой турбины), турбодетандер с электрогенератором и теплообменник-конденсатор аппарата воздушного охлаждения (АВО). Причем охлаждение низкокипящего рабочего газа C3H8 осуществляют наружным воздухом окружающей среды в зимний период времени при температуре от 0°С до минус 50°С [3].

Низкотемпературный тепловой двигатель работает следующим образом. Отработавший в турбине пар при давлении в 5,0 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 пропан C3H8, который сжимают в насосе до давления 0,97 МПа и направляют в конденсатор паровой турбины для охлаждения отработавшего в турбине пара. Конденсация пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 2136 кДж/кг, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа C3H8 до температуры перегретого газа в 27,85°С. Далее перегретый газ C3H8 расширяют в турбодетандере теплового двигателя, который соединен с электрогенератором. На выходе из турбодетандера отработавший в турбине газ C3H8 направляют на охлаждение в конденсатор АВО, где в процессе охлаждения газа C3H8 ниже его температуры насыщения происходит интенсивное сжижение, после чего сжиженный газ C3H8 направляют для сжатия в насос теплового двигателя. Затем органический цикл Ренкина на основе низкокипящего рабочего тела повторяется [4].

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-1000-60/3000 контуром циркуляции на сжиженном C3H8 в зависимости от температуры наружного воздуха [5].

Рис. 1. Для турбин типа К-1000-60/3000 с расходом пара в 1340 кг/с.

Рис. 2. Для турбин типа К-1000-60/3000 с расходом пара в 1340 кг/с.

Абсолютный электрический КПД (рис. 2) турбогенератора низкотемпературного теплового двигателя варьируется от 2,9% до 5,17%.

При этом использование низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на C3H8 в системе охлаждения паровых турбин типа К-1000-60/3000 позволяет дополнительно вырабатывать электроэнергию на атомных электростанциях (рис. 1) в диапазоне температур окружающей среды от 268,15 К (-5°С) до 223,15 К (-50°С).

Использованные источники:

1.Калимуллина Д.Д., Гафуров А.М. Новые системы охлаждения конденсаторов паровых турбин ТЭС. // Инновационная наука. - 2016. - № 33. - С. 100-101.

2.Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Эффективность низкотемпературного теплового двигателя по утилизации теплоты в конденсаторе паровой турбины при давлении пара в 5 кПа. // Инновационная наука. 2016. № 2-3. -С. 38-40.

3.Гафуров А.М., Калимуллина Д.Д. Способ утилизации сбросной теплоты в конденсаторах паровых турбин, охлаждаемых воздушными ресурсами. // Инновационная наука. - 2015. - № 12-2. - С. 29-31.

4.Гафуров Н.М., Гатина Р.З., Гафуров А.М. Возможности использования геотермальной теплоты с температурой до 250°С в бинарных циклах, охлаждаемых водными ресурсами. // Теория и практика современной науки.

- 2017. - № 2 (20). - С. 193-196.

5.Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Эффективность низкотемпературного теплового двигателя по утилизации теплоты в конденсаторе паровой турбины при давлении пара в 5,5 кПа. // Инновационная наука. - 2016. № 2-3.

- С. 40-42.

УДК 62-176.2

Зайнуллин Р.Р., к.ф.-м.н. старший преподаватель кафедры ПЭС

Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ КОНДЕНСАТОРОВ ПАРОВЫХ ТУРБИН ТИПА К-1000-60/3000 С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНТУРА ЦИРКУЛЯЦИИ НА СЖИЖЕННОМ

СО2

Представлены результаты исследования низкотемпературного теплового двигателя на сжиженном СО2 по экономии расхода условного топлива в системе охлаждения турбин типа К-1000-60/3000 в зимний период. Ключевые слова: конденсатор паровой турбины, система охлаждения, низкотемпературный тепловой двигатель, сжиженный углекислый газ.