Осуществление бинарного цикла в составе теплофикационной паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ для атомных теплоэлектроцентралей при температуре охлаждающей воды в 24°С

4th year student, faculty of «Energy-intensive materials and products» «KNRTU»

candidate of physico-mathematical sciences senior lecturer of department «industrial electronics and lighting» «KSPEU» Russia, Kazan

IMPLEMENTATION OF A BINARY CYCLE AS A PART OF A EXTRACTION TURBINE ТК-450/500-5,9 TMP FOR NUCLEAR COMBINED HEAT AND POWER PLANTS AT AN TEMPERATURE OF

COOLING WATER IN 24°С

Mode of work of binary power installation as a part of a extraction turbine ТК-450/500-5,9 TMP (Turbomotor plant) for nuclear combined heat and power plants at an admissible temperature of cooling water during the summer period in 24°С is considered.

Теплофикационные паровые турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ (Турбомоторный завод, ныне Уральский турбинный завод) были спроектированы для работы на атомных теплоэлектроцентралях (АТЭЦ) в дубль-блоке с реакторами ВВЭР-1000 (водо-водяной энергетический реактор электрической мощностью 1000 МВт). Данная паровая турбина представляет собой быстроходный (3000 об./мин.) четырехцилиндровый агрегат. Турбина спроектирована с привязанной конденсационной мощностью с регулируемыми теплофикационными отборами пара для отопления и горячего водоснабжения. Подогрев сетевой воды осуществляется последовательно в двух подогревателях, питаемых из регулируемых отборов. Диапазон давлений этих отборов 0,06-0,3 МПа и 0,04-0,2 МПа [1].

Теплофикационные паровые турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ (номинальной мощностью 450 МВт и начальными параметрами пара: давление 5,87 МПа и температура 274,3°С) характеризуются тем, что электрическая мощность в конденсационном режиме достигает 500 МВт и максимальная тепловая мощность в теплофикационном режиме тоже достигает 500 МВт. В летний период времени в конденсационном режиме при отключенных теплофикационных отборах расход пара в конденсатор может составлять до 480 кг/с [2].

В конденсаторе паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ поддерживается низкое давление пара около 10 кПа, что соответствует температуре насыщения в 45,81°С. Процесс конденсации 1 кг пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования равная примерно 2132 кДж/кг, которая отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду. В летний период времени конденсатор паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 является источником сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 45,81°С, а окружающая среда – прямой источник холода с допустимой температурой охлаждающей воды в 24°С. Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью бинарной энергоустановки с замкнутым контуром циркуляции на низкокипящем рабочем теле [3].

Бинарный термодинамический цикл – совокупность двух термодинамических циклов, осуществляемых двумя рабочими телами так, что теплота, отводимая в одном цикле, используется в другом цикле.

Предлагается способ работы бинарной энергоустановки в летний период времени в составе теплофикационной паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ для атомных теплоэлектроцентралей, где реализуется термодинамический цикл Ренкина на основе парового контура с отводом теплоты в холодном источнике (конденсаторе) второму контуру на низкокипящем рабочем теле (рис. 1). В качестве низкокипящего рабочего тела для бинарной энергоустановки в составе паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 предлагается использовать сжиженный пропан C 3 H 8 [4, 5].

При использовании сжиженного пропана С3Н8 не возникает проблем с осуществлением выбора конструкционных материалов деталей теплообменника-испарителя, теплообменника-конденсатора, турбодетандера и насоса.

Рис. 1. Принципиальная схема бинарной энергоустановки в составе

теплофикационной паровой турбины типа

ТК-450/500-5,9  ТМЗ при

конденсационном режиме работы (отсутствии тепловой нагрузки) в летний период времени.

Представленная бинарная энергоустановка (рис. 1) работает следующим образом. Отработавший в паровой турбине влажный пар (1214%) при давлении в 10 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 C3H8, который сжимают в насосе до давления 1,39 МПа и направляют в конденсатор паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 480 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 1023 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа C3H8 с расходом в 3052 кг/с до температуры перегретого газа в 40,81°С. На выходе из конденсатора паровой турбины полученный перегретый газ C3H8 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 пропан с температурой в 33,86°С направляют в конденсатор водяного охлаждения, который охлаждается технической водой окружающей среды при допустимой температуре в 24°С для летнего периода времени. В процессе охлаждения газообразного пропана ниже его температуры насыщения происходит процесс интенсивного сжижения, после чего сжиженный газ с температурой в 32°С направляют в насос и цикл повторяется [6, 7].

Таким образом, минимально допустимый температурный перепад в 21°С обеспечивает дополнительную полезную выработку электроэнергии бинарной энергоустановкой в 2,51 МВт при использовании в качестве источника холода – водные ресурсы окружающей среды в летний период времени. В данном случаи дополнительная выработка электроэнергии в летний период времени позволяет экономить на станции расход условного топлива до 0,8 т.у.т./час при использовании в качестве низкокипящего рабочего тела – сжиженный пропан C3H8.