ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ НА C3H8 ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СОСТАВЕ КОНДЕНСАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ ТИПА К-300-240 ЛМЗ

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

турбины используются в основном на крупных ГРЭС (государственная районная электростанция) такие как Костромская ГРЭС (3600 МВт), Сургутская ГРЭС-2 (5597 МВт), Рефтинская ГРЭС (3800 МВт), Рязанская ГРЭС (3070 МВт) и т.д. [1].

Наибольшее распространение получили конденсационные паровые турбины типа К-300-240 производства Ленинградского металлического завода (ЛМЗ, входит в состав «Силовые машины»). Данные паровые турбины предназначены для работы в конденсационном режиме со значительным расходом пара (около 159 кг/с) в конденсатор, где 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 [2].

Особенностью конденсационных паровых турбин является возможность повышения их тепловой экономичности за счет усовершенствования той части тепловой схемы, которая относится к использованию теплоты отработавшего в турбине пара. Поэтому 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 [3, 4]

Например, 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. То есть 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 - сжиженном пропане С3Н8. Причем охлаждение низкокипящего рабочего газа С3Н8 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 [5].

Способ работы низкотемпературного теплового двигателя на С3Н8 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. 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-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 С3Н8 до температуры перегретого газа в 21,67°С. На выходе из теплообменника-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 [6].

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 С3Н8 в зависимости от температуры наружного воздуха в зимний период времени.

-1« I-1-1-1111-1-1-1

223.15 228.15 233.15 238.15 243.15 248.15 253.15 258.15 263.15 268.15 273.15

Темперапра 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 1,05% до 3,46%.

При этом использование низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на С3Н8 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. Самые крупные электростанции России. [Электронный ресурс] / Режим доступа: ЬИр://1ев1аев.ги/?са1=252.

2. 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.

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

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

5. 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.

6. 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»

ФГБОУ ВО «КНИТУ» Гафуров А.М. инженер I категории УНИР ФГБОУ ВО «КГЭУ» Россия, г. Казань

ВОЗМОЖНОСТИ ЭКОНОМИИ РАСХОДА УСЛОВНОГО ТОПЛИВА НА СОБСТВЕННЫЕ НУЖДЫ СТАНЦИИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В СИСТЕМЕ ОХЛАЖДЕНИЯ ПАРОВЫХ ТУРБИН ТИПА К-300-240 КОНТУРА ЦИРКУЛЯЦИИ НА СО2

Рассматриваются возможности экономии расхода условного топлива на собственные нужды станции при замещении традиционной системы охлаждения конденсаторов паровых турбин типа К-300-240 контуром циркуляции на сжиженном СО2 в зимний период времени.

Ключевые слова: паровая турбина, система охлаждения, сжиженный углекислый газ.