Повышение топливной экономичности ТЭС при утилизации сбросной теплоты в конденсаторах паровых турбин с давлением в 7,5 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. Основные потери теплоты в конденсаторах паровых турбин – потери в холодном источнике, которые составляют примерно половины (45-50%) затрачиваемой теплоты. Остальные потери теплоты на электростанции значительно меньше [1].

В конденсаторе паровой турбины поддерживается низкое давление пара равное 7,5 кПа, что соответствует температуре насыщения в 40,29°С. Для осуществления процесса утилизации 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 низкопотенциальной теплоты с температурой в 40,29°С, а окружающая среда – прямой источник холода с температурой вплоть до минус 55°С. Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью бинарной энергоустановки на основе низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на низкокипящем рабочем теле – сжиженном углекислом газе СО 2 [2].

Замкнутый контур циркуляции низкотемпературного теплового двигателя содержит последовательно соединенные конденсатный насос, конденсатор паровой турбины, турбодетандер с электрогенератором и теплообменник-конденсатор аппарата воздушного охлаждения (АВО). Причем охлаждение низкокипящего рабочего газа СО2 осуществляют наружным воздухом окружающей среды в зимний период времени при температуре от 0°С до минус 55°С [3].

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

Бинарная энергоустановка работает следующим образом. Отработавший в турбине пар охлаждается и конденсируется в конденсаторе паровой турбины при давлении в 7,5 кПа. Полученный основной конденсат с помощью конденсатного насоса направляют в систему регенерации. В качестве охлаждающей жидкости используется сжиженный углекислый газ СО₂, который сжимают в насосе до высокого давления и направляют в конденсатор паровой турбины для охлаждения, отработавшего в турбине пара. Конденсация пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 2120 кДж/кг, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа СО 2 до температуры перегретого газа в 35,29°С. Далее перегретый газ СО 2 расширяется в турбодетандере, который соединен с электрогенератором. На выходе из турбодетандера отработавший в турбине газ СО₂ направляют на охлаждение в конденсатор АВО, где в процессе охлаждения газа СО 2 ниже его температуры насыщения происходит интенсивное 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 СО 2 (линия ─•─) при осуществлении утилизации сбросной теплоты в конденсаторах паровых турбин с давлением в 7,5 кПа и расходом пара в 1 кг/с в зависимости от температуры наружного воздуха.

Рис. 1. При давлении в конденсаторе паровой турбины равной 7,5 кПа.

Рис. 2. При давлении в конденсаторе паровой турбины равной 7,5 кПа.

Эксергетическая эффективность низкотемпературного теплового двигателя варьируется от 5,44% до 19,25% в температурном диапазоне окружающей среды от 268,15 К (-5°С) до 223,15 К (-50°С). К примеру, для паровых турбин типа Т-180/210-130 с расходом пара в конденсатор до 12,5 кг/с (10% от номинала) в теплофикационном режиме дополнительная выработка электроэнергии с помощью низкотемпературного теплового двигателя может составить до 1,14 МВт, что позволит сэкономить до 360 кг.у.т./час в зимний период времени.