Экономия расхода условного топлива на ТЭС за счет утилизации теплоты конденсации отработавшего в турбине пара с давлением в 3 кПа

Одним из основных источников сбросной низкопотенциальной теплоты на ТЭС являются конденсаторы паровых турбин, 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 3 кПа, что соответствует температуре насыщения в 24,08°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 24,08°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 C 3 H 8 [2].

Замкнутый контур циркуляции низкотемпературного теплового двигателя содержит последовательно соединенные насос, 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 охлаждается и конденсируется в конденсаторе паровой турбины при давлении в 3 кПа. Полученный основной конденсат с помощью конденсатного насоса направляют в систему регенерации. В качестве охлаждающей жидкости используется сжиженный пропан C₃H₈, который сжимают в насосе до среднего давления и направляют в конденсатор паровой турбины для охлаждения отработавшего в турбине пара. Конденсация пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 2156 кДж/кг, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа C 3 H 8 до температуры перегретого газа в 19°С. Далее перегретый газ C 3 H 8 расширяется в турбодетандере, который соединен с электрогенератором. На выходе из турбодетандера отработавший в турбине газ C₃H₈ направляют на охлаждение в конденсатор АВО, где в процессе охлаждения газа C 3 H 8 ниже его температуры насыщения происходит сжижение, после чего сжиженный газ направляют в насос и цикл повторяется [4, 5].

На рис. 1, 2 представлены графики расчетных показателей по экономии расхода условного топлива на ТЭС (кг.у.т./ч) и эксергетической эффективности низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на C 3 H 8 при осуществлении утилизации сбросной теплоты в конденсаторах паровых турбин с давлением в 3 кПа и расходом пара в 1 кг/с в зависимости от температуры наружного воздуха [6].

Рис. 1. При давлении в конденсаторе паровой турбины равной 3 кПа.

Температура наружного воздуха, К

Рис. 2. При давлении в конденсаторе паровой турбины равной 3 кПа.

Эксергетическая эффективность низкотемпературного теплового двигателя варьируется от 3,8% до 9,8% в температурном диапазоне окружающей среды от 258,15 К (-15°С) до 223,15 К (-50°С). К примеру, для паровых турбин типа К-220-44 с расходом пара в конденсатор 200 кг/с дополнительная выработка электроэнергии с помощью низкотемпературного теплового двигателя может составить до 8,35 МВт, что позволит сэкономить до 2650 кг.у.т./час в зимний период времени.