Осуществление бинарного цикла в составе теплофикационной паровой турбины типа Т-180/210-12,8-1 ЛМЗ при температуре охлаждающей воды в 18°С

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 Т-180/210-12,8-1 LMP AT AN TEMPERATURE OF THE COOLING WATER IN 18°С

Mode of work of binary power installation as a part of a extraction turbine Т-180/210-12,8-1 LMP (Leningrad Metal Plant) at an admissible temperature of the cooling water in 18°C for a summer time span is considered.

В настоящее время теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) получили широкое распространение в районах и городах с высоким потреблением тепла. Основной задачей для ТЭЦ является обеспечение потребителей тепловой энергией в виде пара или горячей воды необходимых параметров. При этом удельный расход топлива на выработку электроэнергии на ТЭЦ уменьшается с возрастанием доли пара, отбираемого для теплового потребителя. Это обусловлено тем, что используется теплота водяного пара, имеющая высокий потенциал, сначала для выработки электроэнергии в паровых турбинах, а затем часть теплоты отработавшего в турбине пара, имеющая более низкий потенциал, отбирается для централизованного теплоснабжения, что позволяет существенно снизить потери в холодном источнике (конденсаторе) и затраты на собственные нужды станции. В летний период ТЭЦ, рассчитанные преимущественно на отопительную нагрузку, могут переводиться в конденсационный режим работы.

Наибольшее распространение на ТЭЦ получили теплофикационные паровые турбины электрической мощностью от 60 до 140 МВт, работающие на начальных параметрах пара 12,7 МПа, 540-560°С. Для отопительных ТЭЦ больших городов были разработаны и введены в эксплуатацию теплофикационные турбины электрической мощностью 180 МВт (типа Т-180/210-12,8) и 250 МВт (типа Т-250/300-23,5).

Теплофикационные паровые турбины типа Т-180/210-12,8-1 ЛМЗ (номинальной мощностью 180 МВт и начальными параметрами пара: давление 12,8 МПа и температура 540°С) характеризуются наличием двухступенчатого теплофикационного отбора пара, обеспечивающего тепловую нагрузку в 1089 ГДж/ч, и возможностью работать в конденсационном режиме с расходом пара в конденсатор до 128 кг/с, обеспечивающего электрической мощностью в 210 МВт. Это позволяет не только эффективно использовать турбину в начальный период эксплуатации, когда тепловые сети еще не готовы, но и активно использовать ее для покрытия переменной части графика нагрузок в летний период времени, когда тепловая нагрузка отсутствует или мала [1].

В конденсаторе паровой турбины типа Т-180/210-12,8-1 ЛМЗ поддерживается низкое давление пара около 8,65 кПа, что соответствует температуре насыщения в 43°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 Т-180/210-12,8-1 является источником сбросной теплоты с температурой в 43°С, а окружающая среда – прямой источник холода с температурой охлаждающей воды в 18°С. Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью бинарной энергоустановки с замкнутым контуром циркуляции на низкокипящем рабочем теле [2].

Предлагается использование бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа Т-180/210-12,8-1 ЛМЗ, где реализуется термодинамический цикл Ренкина на основе парового контура с отводом теплоты в холодном источнике второму контуру на низкокипящем рабочем теле (рис. 1). В качестве низкокипящего рабочего тела для бинарной энергоустановки в составе паровой турбины типа Т-180/210-12,8-1 предлагается использовать сжиженный пропан C3H8 [3, 4].

Рис. 1. Принципиальная схема бинарной энергоустановки в составе теплофикационной паровой турбины типа Т-180/210-12,8-1 ЛМЗ 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 (3%-10%) при давлении в 8,65 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 Т-180/210-12,8-1 ЛМЗ для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 128 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 273 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа C3H8 с расходом в 791 кг/с до температуры перегретого газа в 35,5°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 27,63°С направляют в конденсатор водяного охлаждения, который охлаждается технической водой окружающей среды при допустимой температуре в 18°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 26°С направляют в насос и цикл повторяется [5, 6].

Таким образом, допустимый температурный перепад в 25°С обеспечивает дополнительную полезную выработку электроэнергии бинарной энергоустановкой в 1,33 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 0,42 т.у.т./час при использовании в качестве низкокипящего рабочего тела – сжиженный пропан C3H8.