CC BY
5
УДК 62-176.2
Гатина Р.З. студент 4 курс
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Зайнуллин Р. Р., к. ф. -м. н. старший преподаватель кафедры ПЭС
ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ БИНАРНОГО ЦИКЛА В СОСТАВЕ КОНДЕНСАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ ТИПА К-1000-60/3000 ЛМЗ, ОХЛАЖДАЕМОГО ВОДОЙ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ 12°С Рассматривается способ работы бинарной энергоустановки в составе конденсационной паровой турбины типа К-1000-60/3000 ЛМЗ (Ленинградский Металлический завод), которая охлаждается водой при допустимой температуре в 12°С для осеннего и весеннего периода времени.
Ключевые слова: паровая турбина, бинарный цикл, низкокипящее рабочее тело.
Gatina R.Z.
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
IMPLEMENTATION OF A BINARY CYCLE AS A PART OF THE CONDENSATION К-1000-60/3000 LMP STEAM TURBINE COOLED BY WATER AT A TEMPERATURE OF 12°С
Mode of work of binary power installation in structure of the condensation К-1000-60/3000 steam turbine LMP (LeningradMetal Plant) which is cooled with water at temperature in 12°C for an autumn and spring time span is considered. Keywords: steam turbine, binary cycle, low-boiling working fluid. Характерным отличием турбинных технологий для атомных электростанций (АЭС) является абсолютное господство паровых конденсационных турбин насыщенного пара достаточно низких параметров. К особенностям паровых турбин современных АЭС относятся большие потоки пара, повышенные требования к влагоудалению внутри турбины, сепарации и промежуточному перегреву пара, стойкости материалов к эрозии в присутствии влажного пара (12-14% и более), обеспечению приемлемого КПД. К примеру, конденсационные паровые турбины типа К-1000-60/3000 ЛМЗ (номинальной мощностью 1074 МВт и начальными параметрами пара: давление 5,88 МПа и температура 274,3°С) для блоков ВВЭР-1000 характеризуются тем, что предназначены для выработки
электроэнергии со значительным расходом пара в конденсатор равным около 883 кг/с.
В конденсаторе паровой турбины типа К-1000-60/3000 ЛМЗ поддерживается низкое давление пара равное 5,0 кПа, что соответствует температуре насыщения в 32,87°С. Процесс конденсации 1 кг пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования равная примерно 2136 кДж/кг, которая в настоящее время отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду. При этом потери теплоты в конденсаторе паровой турбины (холодном источнике) могут составлять до половины (45-50%) затрачиваемой теплоты в термодинамическом цикле. В осенние и весенние периоды времени конденсаторы паровых турбин типа К-1000-60/3000 ЛМЗ являются источниками сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 32,87°С, а окружающая среда - прямой источник холода с допустимой температурой охлаждающей воды в 12°С. Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью бинарной энергоустановки с замкнутым контуром циркуляции на низкокипящем рабочем теле [1].
Предлагается использование бинарной энергоустановки в составе конденсационной паровой турбины типа К-1000-60/3000 ЛМЗ, где реализуется термодинамический цикл Ренкина на основе парового контура с отводом теплоты в холодном источнике второму контуру на низкокипящем рабочем теле (рис. 1). В качестве низкокипящего рабочего тела для бинарной энергоустановки в составе паровой турбины типа К-1000-60/3000 ЛМЗ предлагается использовать сжиженный пропан СзНв [2].
Влажный пар
Расход гаю ОН*
Паровая турбина К-1000-60
ОI работавший в турбине пар, расход 883 кг/с
Основной электрогенератор
-©
1074 МВт
Перегрет^!. ТнГ^с
5298 кг/с
Отработавший в турбине га? С,Нч 22°С
Koндcнcaтopi
водяного охлаждения
Сжиженный газ С,Нк 20°С
До П ОЛ11И ГС Л ЫI м й электрогенератор
31.3 МВт
17°С
-21.2 МВт
12°С
Насос
регенерации
Рис. 1. Схема бинарной энергоустановки в составе конденсационной паровой турбины типа К-1000-60/3000 ЛМЗ.
Представленная бинарная энергоустановка (рис. 1) 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 1,0 МПа и направляют в конденсатор паровой турбины типа К-1000-60/3000 для охлаждения отработавшего в турбине пара. Конденсация 883 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 1886 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа C3H8 с расходом в 5298 кг/с до температуры перегретого газа в 28°С. На выходе из конденсатора паровой турбины полученный перегретый газ C3H8 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 пропан с температурой в 22°С направляют в конденсатор водяного охлаждения, который охлаждается технической водой окружающей среды при допустимой температуре в 12°С для осеннего и весеннего периода времени. В процессе охлаждения газообразного пропана ниже его температуры насыщения происходит процесс интенсивного сжижения, после чего сжиженный газ с температурой в 20°С направляют в насос и цикл повторяется [3, 4].
Таким образом, минимально допустимый температурный перепад в 21°С обеспечивает дополнительную полезную выработку электроэнергии бинарной энергоустановкой в 7,8 МВт при использовании в качестве источника холода - водные ресурсы окружающей среды в осенние и весенние периоды времени. В данном случаи дополнительная выработка электроэнергии в осенние и весенние периоды времени позволяет экономить на станции расход условного топлива на 2,47 т.у.т./час при использовании в качестве низкокипящего рабочего тела - сжиженный пропан C3H8.
Уже в течение многих лет пропан используют в промышленных холодильных установках. При использовании хладагента С3Н8 не возникает проблем с осуществлением выбора конструкционных материалов деталей теплообменника-испарителя, теплообменника-конденсатора, турбодетандера и насоса. Поэтому возможно повышение надежности работы конденсаторов паровых турбин за счет отсутствия коррозионно-активной среды и обрастания трубок органическими соединениями по сравнению с традиционной системой охлаждения.
Использованные источники:
1.Гафуров А.М. Способ преобразования сбросной низкопотенциальной теплоты ТЭС. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. - 2015. - №4 (28). - С. 28-32.
2.Патент на изобретение № 2562506 РФ. Способ работы тепловой
электрической станции / Гафуров А.М. 10.09.2015 г.
3.Гафуров А.М. Повышение энергоэффективности тепловых электрических станций за счет утилизации тепловых отходов. В сборнике: Электроэнергетика глазами молодежи-2016 Материалы VII Международной молодежной научно-технической конференции. 2016. С. 49-52.
4.Гафуров А.М., Осипов Б.М., Гафуров Н.М., Гатина Р.З. Способ утилизации тепловых вторичных энергоресурсов промышленных предприятий для выработки электроэнергии. // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2016. - № 11-12. - С. 36-42.
УДК 62-176.2
Гатина Р.З. студент 4 курс
факультет «Энергонасыщенных материалов и изделий»
ФГБОУ ВО «КНИТУ» Зайнуллин Р. Р., к. ф. -м. н. старший преподаватель кафедры ПЭС
ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ БИНАРНОГО ЦИКЛА В СОСТАВЕ КОНДЕНСАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ ТИПА К-1200-6,8/50 ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ВОДЫ В 12°С Рассматривается способ работы бинарной энергоустановки в составе мощной конденсационной паровой турбины типа К-1200-6,8/50 при допустимой температуре охлаждающей воды в 12°С для осеннего и весеннего периода времени.
Ключевые слова: паровая турбина, бинарный цикл, низкокипящее рабочее тело.
Gatina R.Z.
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
IMPLEMENTATION OF A BINARY CYCLE AS A PART OF THE CONDENSATION К-1200-6,8/50 STEAM TURBINE AT A TEMPERATURE OF COOLING WATER OF 12°С
Mode of work of binary power installation as a part of the powerful condensation K-1200-6,8/50 steam turbine at an admissible temperature of a cooling water in 12°C for an autumn and spring time span is considered. Keywords: steam turbine, binary cycle, low-boiling working fluid. Характерным отличием турбинных технологий для атомных электростанций (АЭС) является абсолютное господство паровых
