Возможности дополнительной выработки электроэнергии в составе конденсационной паровой турбины типа К-1200-6,8/50 с помощью низкотемпературного теплового двигателя на C3H8

engineer of the I category «Management of research work» Zainullin R.R. candidate of physico-mathematical sciences senior lecturer of department «industrial electronics and lighting» «KSPEU» Russia, Kazan POSSIBILITIES OF ADDITIONAL ELECTRICITY PRODUCTION AS A

PART OF THE CONDENSATION STEAM TURBINE К-1200-6,8/50 BY MEANS OF THE LOW-TEMPERATURE HEAT ENGINE ON C 3 H 8

Results of research of mode of work of the low-temperature heat engine are presented on the liquefied C 3 H 8 on electricity production as a part of the condensation steam turbine К-1200-6,8/50 at ambient temperature to minus 50°C. Keywords: steam turbine, low-temperature heat engine, liquefied propane.

В настоящее время одним из основных источников термального (теплового) загрязнения окружающей среды являются атомные электростанции (АЭС), которые нуждаются в большом количестве охлаждающей воды для осуществления процесса конденсации отработавшего в турбине влажного пара. Поглощение тепловой энергии осуществляется путем прямой прокачки пресной озерной или речной воды через теплообменник-конденсатор паровой турбины, и затем возвращение её в естественные водоёмы без предварительного охлаждения.

Отчетливой глобальной тенденцией в последние годы стал рост спроса на сверхкрупные атомные блоки мощностью 1200 – 1700 МВт. Внедрение реакторов ВВЭР-1200 на Нововоронежской АЭС-2 и Ленинградской АЭС-2 потребовало создания более мощных паровых турбин типа К-1200-6,8/50 производства Ленинградского металлического завода (ЛМЗ), которые характеризуются значительным расходом пара в конденсатор равным около 960 кг/с. При этом потери теплоты в конденсаторе паровой турбины составляют примерно половины (45-50%) затрачиваемой теплоты в цикле. В основном проблема связано с тем, что в конденсаторах паровых турбин типа К-1200-6,8/50 поддерживается низкое давление пара равное 5,0 кПа, что соответствует температуре насыщения в 32,87°С, а сам процесс конденсации 1 кг отработавшего в турбине пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования (ранее затраченная на испарение) равная примерно 2136 кДж/кг, которая отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду. Например, в зимний период времени конденсаторы паровых турбин типа К-1200-6,8/50 являются источниками 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 низкокипящем рабочем теле [1, 2].

Предлагается использование низкотемпературного теплового двигателя в составе мощной конденсационной паровой турбины типа К-1200-6,8/50, где реализуется термодинамический цикл Ренкина на основе парового контура с отводом теплоты в холодном источнике (конденсаторе) второму контуру на низкокипящем рабочем теле - C3H8. Причем охлаждение низкокипящего рабочего газа C3H8 осуществляют наружным воздухом окружающей среды при температуре от 0°С до минус 50°С [3].

Уже в течение многих лет пропан используют в промышленных холодильных установках. Хладагент С₃Н₈ характеризуется мало растворимостью в воде и низкой стоимостью. При использовании хладагента С 3 Н 8 не возникает проблем с осуществлением выбора конструкционных материалов деталей теплообменника-испарителя, теплообменника-конденсатора, турбины и конденсатного насоса.

Способ работы низкотемпературного теплового двигателя на C3H8 осуществляется следующим образом. Отработавший в паровой турбине влажный пар (10-14%) 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 C3H8, который сжимают в насосе до давления 0,9-1,2 МПа и направляют в конденсатор паровой турбины типа К-1200-6,8/50 для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 960 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 2050 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа C3H8 до температуры перегретого газа в 28°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 C3H8 направляют в теплообменник-конденсатор воздушного охлаждения, где в процессе охлаждения газообразного C3H8 ниже его температуры насыщения происходит процесс интенсивного сжижения, после чего сжиженный газ направляют в насос и цикл повторяется [4, 5].

На рис. 1, 2 представлены графики расчетных показателей по выработке (потреблению) полезной электрической мощности низкотемпературным тепловым двигателем и абсолютного электрического КПД турбогенератора при осуществлении процесса охлаждения конденсаторов паровых турбин типа К-1200-6,8/50 контуром циркуляции на сжиженном C3H8 в зависимости от температуры наружного воздуха в зимний период времени.

Абсолютный электрический КПД (рис. 2) турбогенератора низкотемпературного теплового двигателя варьируется от 2,9% до 5,17%. При этом использование низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на C3H8 в составе мощной конденсационной паровой турбины типа К-1200-6,8/50 позволяет дополнительно вырабатывать электроэнергию на АЭС (рис. 1) в диапазоне температур окружающей среды от 268,15 К (-5°С) до 223,15 К (-50°С).

Темпера гура наружного воздуха, К

Рис. 1. Для турбин К-1200-6,8/50 с расходом пара в конденсатор 960 кг/с.

Рис. 2. Для турбин К-1200-6,8/50 с расходом пара в конденсатор 960 кг/с.