ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ НА C3H8 ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СОСТАВЕ КОНДЕНСАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ ТИПА К-1200-240

При этом использование низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на СО2 в составе конденсационной паровой турбины типа К-1200-240 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. 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.

2. Бродов Ю.М. Теплообменники энергетических установок. Учебное пособие. - Екатеринбург. Издательство «Сократ», 2003. - 965 с.

3. Патент на изобретение № 2555597 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М. 10.07.2015 г.

4. Патент на изобретение № 2555600 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М. 10.07.2015 г.

5. Гафуров А.М., Гафуров Н.М. Перспективы применения бинарных энергоустановок на тепловых электростанциях России. // Форум молодых ученых. - 2017. - №5 (9). - С. 509-512.

6. Зайнуллин Р.Р., Гафуров А.М. Осуществление бинарного цикла в составе мощной конденсационной паровой турбины типа К-1200-240-3 ЛМЗ, охлаждаемого водой при температуре 5°С. // Форум молодых ученых. -2017. - №5 (9). - С. 799-802.

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-1200-240 Представлены результаты исследования способа работы низкотемпературного теплового двигателя на сжиженном C3H8 по выработке электроэнергии в составе конденсационной паровой турбины типа К-1200-240 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-1200-240

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-1200-240 at ambient temperature to minus 50°C.

Keywords: steam turbine, low-temperature heat engine, liquefied propane.

Главным направлением научно-технического прогресса в теплоэнергетике является дальнейшая концентрация производства электроэнергии путем укрупнения электрических станций с установкой на них мощных высокоэкономичных конденсационных энергоблоков. Созданная с учетом новейших достижений науки и техники, конденсационная паровая турбина типа К-1200-240 ЛМЗ (Ленинградский металлический завод) предназначена для выработки электроэнергии за счет преобразования максимально возможной части теплоты пара в механическую работу. При этом весь отработавший пар (до 596 кг/с) поступает в конденсатор, где для обеспечения процесса конденсации пара требуется большое количество охлаждающей воды (около 104500 м3/ч), что увеличивает затраты электроэнергии на собственные нужды станции. В настоящее время данная паровая турбина эксплуатируется на Комстромской ГРЭС (установленная мощность станции 3600 МВт), которая расположена в Волгореченске на правом берегу Волги [1, 2].

Экологические требования в последние годы ужесточились настолько, что дальнейший рост мощностей теплоэлектростанций можно осуществлять либо за счет использования воздушных конденсатор, либо ориентируясь на оборотные системы водоснабжения с градирнями и брызгальными бассейнами.

Поэтому 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. При этом с экологической точки зрения воздушные конденсаторы дают возможность избавиться от теплового загрязнения водоемов, негативно сказывающего на

обитающих в них организмах [3, 4].

Например, в зимний период времени в конденсаторе паровой турбины типа К-1200-240 ЛМЗ (номинальной мощностью 1200 МВт и начальными параметрами пара: давление 23,5 МПа и температура 540°С) поддерживается низкое давление пара равное 3,0 кПа, что соответствует температуре насыщения в 24,08°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 [5].

Таким образом, в зимний период времени предлагается использовать низкотемпературный тепловой двигатель в составе конденсационной паровой турбины типа К-1200-240 ЛМЗ, 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 (2%-10%) при давлении в 3,0 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-1200-240 ЛМЗ для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 596 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 1285 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа С3Н8 до температуры перегретого газа в 19°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-1200-240 ЛМЗ контуром циркуляции на С3Н8 в зависимости от температуры наружного воздуха в зимний период

времени.

Рис. 1. Для турбин К-1200-240 с расходом пара в конденсатор 596 кг/с.

Рис. 2. Для турбин К-1200-240 с расходом пара в конденсатор 596 кг/с.

Абсолютный электрический КПД (рис. 2) турбогенератора низкотемпературного теплового двигателя варьируется от 0,2% до 2,68%. При этом использование низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на C3H8 в составе конденсационной паровой турбины типа К-1200-240 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. Паровая турбина К-1200-240-3. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://metall-work.ru/energo-mach-79/81.html.

2. Самые крупные электростанции России. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://tesiaes.ru/?cat=252.

3. Патент на изобретение № 2555597 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М. 10.07.2015 г.

4. Патент на изобретение № 2555600 РФ. Способ работы тепловой электрической станции / Гафуров А.М. 10.07.2015 г.

5. 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.

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. Зайнуллин Р.Р., Гафуров А.М. Осуществление бинарного цикла в составе мощной конденсационной паровой турбины типа К-1200-240-3 ЛМЗ, охлаждаемого водой при температуре 5°С. // Форум молодых ученых. -2017. - №5 (9). - С. 799-802.

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-1200-240 КОНТУРА ЦИРКУЛЯЦИИ НА СО2

Рассматриваются возможности экономии расхода условного топлива на собственные нужды станции при замещении традиционной системы охлаждения конденсаторов паровых турбин типа К-1200-240 контуром циркуляции на сжиженном СО2 в зимний период времени.

Ключевые слова: паровая турбина, система охлаждения, сжиженный