Возможности дополнительной выработки электроэнергии в составе теплофикационной паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 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 A EXTRACTION TURBINE ТК-450/500-5,9 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 C3H8 on electricity production as a part of a extraction turbine ТК-450/500-5,9 at ambient temperature to minus 50°C.

Для атомных теплоэлектроцентралей (АТЭЦ) может найти применение влажнопаровая теплофикационная турбина – турбина типа ТК-450/500-5,9 ТМЗ (Турбомоторный завод, ныне Уральский турбинный завод), 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.

В зимний период времени паровые турбины типа ТК-450/500-5,9 (номинальной мощностью 450 МВт и начальными параметрами пара: давление 5,87 МПа и температура 274,3°С) могут работать в теплофикационном режиме со значительным расходом пара в конденсатор, когда часть теплоты отработавшего в турбине пара, имеющая более низкий потенциал, отбирается для централизованного теплоснабжения, а часть пара до 168 кг/с направляется в конденсатор паровой турбины. При этом в конденсаторе паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 поддерживается низкое давление пара равное 9,0 кПа, что соответствует температуре насыщения в 43,76°С. Процесс 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. Поэтому потери теплоты в конденсаторе паровой турбины (холодном источнике) могут составлять до половины (45-50%) затрачиваемой теплоты в термодинамическом цикле. [1].

Таким образом в зимний период времени 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 температурой вплоть до минус 50°С. Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на низкокипящем рабочем теле [2].

Особенностью теплофикационных паровых турбин является возможность повышения их тепловой экономичности за счет усовершенствования той части тепловой схемы, которая относится к использованию теплоты отработавшего в турбине пара. Поэтому предлагается использование низкотемпературного теплового двигателя в составе теплофикационной паровой турбины типа ТК-450/500-5,9, где реализуется термодинамический цикл Ренкина на основе парового контура с отводом теплоты в холодном источнике (конденсаторе) второму контуру на низкокипящем рабочем теле – сжиженном пропане C₃H₈. Причем охлаждение низкокипящего рабочего газа C 3 H 8 будет осуществляться наружным воздухом окружающей среды в зимний период времени при температуре от 0°С до минус 50°С [3].

Замкнутый контур циркуляции низкотемпературного теплового двигателя представляет собой последовательно соединенные насос, теплообменник-испаритель (конденсатор паровой турбины), турбодетандер с электрогенератором и теплообменник-конденсатор аппарата воздушного охлаждения [4, 5].

Способ работы низкотемпературного теплового двигателя на C3H8 осуществляется следующим образом. Отработавший в паровой турбине влажный пар (10-14%) при давлении в 9,0 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 ТК-450/500-5,9 для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 168 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 357 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа C3H8 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 C3H8 направляют в теплообменник-конденсатор аппарата 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 [6].

На рис. 1, 2 представлены графики расчетных показателей по выработке полезной электрической мощности низкотемпературным тепловым двигателем и абсолютного электрического КПД турбогенератора при осуществлении процесса охлаждения конденсаторов паровых турбин типа ТК-450/500-5,9 контуром циркуляции на C 3 H 8 в зависимости от температуры наружного воздуха в зимний период времени.

Рис. 1. Для турбин ТК-450/500-5,9 с расходом пара в конденсатор 168 кг/с.

Рис. 2. Для турбин ТК-450/500-5,9 с расходом пара в конденсатор 168 кг/с.

Абсолютный электрический КПД (рис. 2) турбогенератора низкотемпературного теплового двигателя варьируется от 4,85% до 6,97%. При этом использование низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на C 3 H 8 в составе теплофикационной паровой турбины типа ТК-450/500-5,9 позволяет дополнительно вырабатывать электроэнергию на АТЭЦ (рис. 1) в диапазоне температур окружающей среды от 273,15 К (0°С) до 223,15 К (-50°С).