Достижение топливной экономичности в системе охлаждения конденсаторов паровых турбин типа Т-250/300-240 с помощью контура циркуляции на СО2

Работа традиционных тепловых электростанций (ТЭС) не обходиться без использования водных ресурсов окружающей среды для охлаждения конденсаторов паровых турбин, где расход воды может составлять до 150 кг/с для производства 1 кВт∙ч электроэнергии. Огромной расход воды обусловлен в первую очередь допустимой температурой нагрева охлаждающей воды не более чем на 5°С зимой и на 3°С – летом, что зачастую может приводить к изменениям биотического компонента экосистемы [1].

В конденсаторе паровой турбины типа Т-250/300-240 поддерживается низкое давление пара равное 6,0 кПа, что соответствует температуре насыщения в 36,16°С. Процесс конденсации пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования, которая отводится при помощи охлаждающей жидкости в окружающую среду. В зимний период времени конденсатор паровой турбины является источником сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 36,16°С, а окружающая среда – прямой источник холода с температурой вплоть до минус 50°С. Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью энергоустановки на основе низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на сжиженном СО 2 [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 СО 2 осуществляют наружным воздухом окружающей среды в зимний период времени при температуре от 0°С до минус 50°С [3].

В зимний период времени паровые турбины типа Т-250/300-240 работают в теплофикационном режиме, когда часть теплоты отработавшего в турбине пара, имеющая более низкий потенциал, отбирается для централизованного теплоснабжения, а часть пара (10% от номинала) направляется в конденсатор паровой турбины для осуществления вентиляционного режима работы последней ступени паровой турбины. Работа низкотемпературного теплового двигателя осуществляется следующим образом. Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор при давлении в 6,41 кПа, где 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 7,29 МПа и направляют в конденсатор паровой турбины для охлаждения отработавшего в турбине пара. Конденсация пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 2130 кДж/кг, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа СО2 до температуры перегретого газа в 31,16°С. Далее перегретый газ СО2 расширяют в турбодетандере теплового двигателя, который соединен с электрогенератором. На выходе из турбодетандера отработавший в турбине газ СО2 направляют на охлаждение в конденсатор АВО, где в процессе охлаждения газа СО2 ниже его температуры насыщения происходит интенсивное сжижение, после чего сжиженный газ СО2 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 экономии расхода условного топлива на ТЭС (т.у.т./ч) и эксергетической эффективности низкотемпературного теплового двигателя при осуществлении процесса охлаждения конденсаторов паровых турбин типа Т-250/300-240 контуром циркуляции на СО2 в зависимости от температуры наружного воздуха [5].

223,15 228,15 233,15 238,15 243,15 248,15 253,15 258,15 263,15 268,15 273,15 Температура наружного воздуха, К

Рис. 1. При расходе пара в конденсатор до 15 кг/с (10% от номинала).

Рис. 2. При расходе пара в конденсатор до 15 кг/с (10% от номинала).

Эксергетическая эффективность низкотемпературного теплового двигателя (рис. 2) варьируется от 1,74% до 17,84%. Использование низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на СО 2 в системе охлаждения паровых турбин типа Т-250/300-240 с расходом пара в конденсатор до 15 кг/с (в теплофикационном режиме) позволяет экономить (рис. 1) до 0,4 т.у.т./час на ТЭС при температуре окружающей среды от 263,15 К (-10°С) до 223,15 К (-50°С).