Исследование бинарной энергоустановки на C3H8 для выработки электроэнергии на ТЭС за счет утилизации теплоты конденсации отработавшего в турбине пара с давлением в 5,5 кПа

Автор: Зайнуллин Р.Р., Гафуров А.М.

Журнал: Теория и практика современной науки @modern-j

Рубрика: Основной раздел

Статья в выпуске: 3 (21), 2017 года.

Бесплатный доступ

Представлены результаты исследования бинарной энергоустановки на сжиженном пропане для выработки электроэнергии на тепловых электрических станциях (ТЭС) за счет утилизации теплоты конденсации отработавшего в турбине пара с давлением в 5,5 кПа.

Конденсатор паровой турбины, утилизация теплоты, бинарная энергоустановка, сжиженный пропан

Короткий адрес: https://sciup.org/140270977

IDR: 140270977

Текст научной статьи Исследование бинарной энергоустановки на C3H8 для выработки электроэнергии на ТЭС за счет утилизации теплоты конденсации отработавшего в турбине пара с давлением в 5,5 кПа

Конденсаторы паровых турбин ТЭС являются одним из основных источников сбросной низкопотенциальной теплоты, где происходит конденсация отработавшего в турбине пара с выделение скрытой теплоты парообразования, которая отводится при помощи охлаждающей жидкости в окружающую среду. 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 [1].

В конденсаторе паровой турбины поддерживается низкое давление пара равное 5,5 кПа, что соответствует температуре насыщения в 34,58°С. Для осуществления процесса утилизации сбросной низкопотенциальной теплоты с помощью бинарной энергоустановки, необходимо иметь достаточный температурный перепад между теплотой в конденсаторе паровой турбины и окружающей средой. В зимний период времени конденсатор паровой турбины является источником сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 34,58°С, а окружающая среда – прямой источник холода с температурой вплоть до минус 50°С. Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью бинарной энергоустановки на основе низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на сжиженном пропане C3H8 [2].

Замкнутый контур циркуляции низкотемпературного теплового двигателя содержит последовательно соединенные насос, теплообменник-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].

Бинарная энергоустановка работает следующим образом. Отработавший в турбине пар при давлении в 5,5 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 C 3 H 8 , который сжимают в насосе до давления 0,9-1,2 МПа и направляют в конденсатор паровой турбины для охлаждения отработавшего в турбине пара. Конденсация пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 2133 кДж/кг, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа C 3 H 8 до температуры перегретого газа в 29,58°С. Далее перегретый газ C 3 H 8 расширяют в турбодетандере теплового двигателя, который соединен с электрогенератором. На выходе из турбодетандера отработавший в турбине газ C 3 H 8 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 на ТЭС и абсолютного электрического КПД турбогенератора низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на C3H8 при осуществлении утилизации сбросной теплоты в конденсаторе паровой турбины с давлением в 5,5 кПа и расходом пара в 1 кг/с в зависимости от температуры наружного воздуха [5].

Рис. 1. При давлении в конденсаторе паровой турбины равной 5,5 кПа.

Рис. 2. При давлении в конденсаторе паровой турбины равной 5,5 кПа.

Абсолютный электрический КПД турбогенератора низкотемпературного теплового двигателя составляет 5,56% в температурном диапазоне окружающей среды от 263,15 К (-10°С) до 223,15 К (-50°С). К примеру, для паровых турбин типа Т-110/120-130 с расходом пара в конденсатор до 8 кг/с (10% от номинала) в теплофикационном режиме дополнительная выработка электроэнергии на ТЭС с помощью низкотемпературного теплового двигателя может составить до 0,8 МВт в зимний период времени.

Список литературы Исследование бинарной энергоустановки на C3H8 для выработки электроэнергии на ТЭС за счет утилизации теплоты конденсации отработавшего в турбине пара с давлением в 5,5 кПа

  • Гафуров А.М. Выбор оптимального низкокипящего рабочего тела для системы охлаждения конденсаторов паровых турбин по теплофизическим показателям. // Инновационная наука. - 2016. - № 4-3. - С. 43-45.
  • 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.
  • 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.
  • Гафуров А.М. Выбор оптимального низкокипящего рабочего тела для системы охлаждения конденсаторов паровых турбин по кривой линии насыщенного газа. // Инновационная наука. - 2016. - № 4-3. - С. 45-47.
  • 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.
Статья научная