Энергоэффективность системы охлаждения конденсаторов паровых турбин типа К-1000-60/3000 с использованием контура циркуляции на сжиженном пропане

Основные потери теплоты в конденсационных паровых турбинах – потери в холодном источнике (конденсаторе паровой турбины), которые составляют примерно половины (45-50%) затрачиваемой теплоты в цикле. При этом мощные конденсационные паровые турбины типа К-1000-60/3000 характеризуются тем, что почти весь пар, пройдя через турбину, направляется в конденсатор. Низкие начальные параметры пара (5,88 МПа, 274,3°С) компенсируются по мощности большими расходами пара в турбину (1340 кг/с). Поэтому возможность эффективного использования охлаждающей среды в системе охлаждения конденсаторов паровых турбин является важной научно-технической задачей.

В конденсаторе паровой турбины типа К-1000-60/3000 поддерживается низкое давление пара равное 5,0 кПа, что соответствует температуре насыщения в 32,87°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 32,87°С, а окружающая среда – прямой источник холода с температурой вплоть до минус 50°С. Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на сжиженном пропане C 3 H 8 [1].

Замкнутый контур циркуляции низкотемпературного теплового двигателя включает в себя последовательно соединенные насос, теплообменник-испаритель (конденсатор паровой турбины), турбодетандер с электрогенератором и теплообменник-конденсатор аппарата воздушного охлаждения (АВО). Причем охлаждение низкокипящего рабочего газа C 3 H 8 осуществляют наружным воздухом окружающей среды в зимний период времени при температуре от 0°С до минус 50°С [2].

Низкотемпературный тепловой двигатель работает следующим образом. Отработавший в турбине пар при давлении в 5,0 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 0,97 МПа и направляют в конденсатор паровой турбины для охлаждения отработавшего в турбине пара. Конденсация пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 2136 кДж/кг, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа C 3 H 8 до температуры перегретого газа в 27,85°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 C 3 H 8 направляют для сжатия в насос теплового двигателя. Затем органический цикл Ренкина на основе низкокипящего рабочего тела повторяется [3].

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 К-1000-60/3000 контуром циркуляции на сжиженном C 3 H 8 в зависимости от температуры наружного воздуха [4].

Температурный диапазон использования сжиженного газа C3H8 в тепловом контуре низкотемпературного теплового двигателя ограничивается показателями критической температуры в 96,7°С и температурой насыщения при давлении 0,1 МПа (минус 42°С).

Рис. 1. Для турбин типа К-1000-60/3000 с расходом пара в 1340 кг/с.

Рис. 2. Для турбин типа К-1000-60/3000 с расходом пара в 1340 кг/с.

Эксергетическая эффективность низкотемпературного теплового двигателя (рис. 2) варьируется от 6,07% до 23%. При этом использование низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на C 3 H 8 в системе охлаждения паровых турбин типа К-1000-60/3000 позволяет экономить (рис. 1) до 39,45 т.у.т./час на атомных электростанциях в температурном диапазоне окружающей среды от 268,15 К (-5°С) до 223,15 К (-50°С).