Осуществление бинарного цикла в составе теплофикационной паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ для атомных теплоэлектроцентралей при температуре охлаждающей воды в 12°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 12°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 in 12°С is considered.

Известно, что термодинамической основой теплофикации является полезное использование для целей теплоснабжения отработавшей теплоты, отводимой из теплосилового цикла. В турбинах с конденсатором и регулируемыми отборами пара после того, как часть энергии пара израсходуется на приведение в движение ротора турбины и параметры его понизятся, производится отбор некоторой доли пара для потребителей. Оставшаяся доля пара далее обычным порядком используется в турбине и затем поступает в конденсатор. При этом полная номинальная электрическая мощность, если это требуется, может быть достигнута в отсутствие тепловой нагрузки.

Для атомных теплоэлектроцентралей (АТЭЦ) может найти применение влажнопаровая теплофикационная турбина - турбина типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ, выполняемая аналогично теплофикационным турбинам ТЭЦ, работающих на органическом топливе, но отличающаяся от них достаточно большим конденсационным пропуском пара при всех режимах. В турбоустановке предусмотрен двухступенчатый подогрев сетевой воды паром двух отопительных отборов [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 при полной загрузке всех отборов выработка электроэнергии на тепловом потреблении не превышает 65% полной выработки, а при среднегодовой тепловой нагрузке – около 40% [2].

При допустимой температуре охлаждающей воды в 12°С для осеннего и весеннего периода времени в конденсаторе паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ поддерживается низкое давление пара равное 9 кПа, что соответствует температуре насыщения в 43,76°С. Конденсация 1 кг отработавшего в турбине пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования (ранее затраченная на испарение) равная примерно 2127 кДж/кг, которая отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду. Таким образом конденсаторы паровых турбин типа ТК-450/500-5,9 являются источниками сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 43,76°С, а окружающая среда – прямой источник холода с допустимой температурой охлаждающей воды в 12°С. Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью бинарной энергоустановки с замкнутым контуром циркуляции на низкокипящем рабочем теле [3].

Предлагается способ работы бинарной энергоустановки в осенние и весенние периоды 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].

Рис. 1. Принципиальная схема бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ, охлаждаемая технической водой при температуре в 12°С при среднегодовой тепловой нагрузке – около 40%: Т – отопительный отбор пара.

Представленная бинарная энергоустановка (рис. 1) работает следующим образом. Отработавший в паровой турбине влажный пар (1214%) при давлении в 9 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 1,22 МПа и направляют в конденсатор паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 288 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 612 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа C3H8 с расходом в 1699 кг/с до температуры перегретого газа в 36°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 21,59°С направляют в конденсатор водяного охлаждения, который охлаждается технической водой окружающей среды при допустимой температуре в 12°С для осеннего и весеннего периода времени. В процессе охлаждения газообразного пропана ниже его температуры насыщения происходит процесс интенсивного сжижения, после чего сжиженный газ с температурой в 20°С направляют в насос и цикл повторяется [6, 7].

Таким образом, температурный перепад в 31°С обеспечивает дополнительную полезную выработку электроэнергии бинарной энергоустановкой в 11,81 МВт при использовании в качестве источника холода – водные ресурсы окружающей среды. В данном случаи дополнительная выработка электроэнергии в осенние и весенние периоды времени позволяет экономить на станции расход условного топлива до 3,75 т.у.т./час при использовании в качестве низкокипящего рабочего тела – сжиженный пропан C 3 H 8 .

Использование бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ в осенние и весенние периоды времени позволяет снижать тепловое загрязнение водоемов, что удовлетворяет нормативным требованиям «Правил охраны поверхностных вод», ограничивающих повышение температуры в водных объектах более чем на 5°С зимой и на 3°С – летом.