Возможности экономии расхода условного топлива на атомных электростанциях при использовании в системе охлаждения паровых турбин типа К-1200-6,8/50 контура циркуляции на сжиженном пропане

candidate of physico-mathematical sciences senior lecturer of department «industrial electronics and lighting» «KSPEU»

Russia, Kazan

POSSIBILITIES OF ECONOMY OF A CONSUMPTION OF EQUIVALENT FUEL ON NUCLEAR POWER STATIONS WHEN USING IN AN INTEGRAL COOLING SYSTEM OF STEAM TURBINES К-1200-

6,8/50 OF A CONTOUR OF CIRCULATION ON THE LIQUEFIED PROPANE

The possibilities of economy of a consumption of equivalent fuel on the nuclear power stations (NPS) at substitution of a traditional integral cooling system of condensers of steam turbines К-1200-6,8/50 by a circulation contour on the liquefied C 3 H 8 in a winter time span is considered.

В настоящее время одним из последних отечественных разработок компании «Силовые машины» для атомных энергоблоков (Нововоронежская АЭС-2 и Ленинградская АЭС-2) являются быстроходные паровые турбины и турбогенераторы мощностью 1200 МВт.

Современные и в тоже время мощные паровые турбины типа К-1200-6,8/50 (номинальной мощностью 1170 МВт и начальными параметрами пара: давление 6,8 МПа и температура 284°С) предназначены для работы в конденсационном режиме со значительным расходом пара (около 960 кг/с) в конденсатор, где поддерживается низкое давление пара равное 5,0 кПа, что соответствует температуре насыщения в 32,87°С. 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. При этом потери теплоты в конденсаторе паровой турбины составляют примерно половины (45-50%) затрачиваемой теплоты в цикле. 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 замкнутого контура циркуляции на низкокипящем рабочем теле (НРТ) представляющий собой тепловой двигатель, осуществляющий свою работу по органическому циклу Ренкина [1, 2].

Предлагается использование в системе охлаждения конденсаторов паровых турбин типа К-1200-6,8/50 контура циркуляции на сжиженном пропане в виде теплового двигателя, где реализуется термодинамический цикл Ренкина на основе парового контура с отводом теплоты в холодном источнике (конденсаторе) второму контуру на низкокипящем рабочем теле -C3H8. Основным преимуществом использования пропана C3H8 является его температура насыщения минус 42°С при давлении 0,1 МПа, что позволяет осуществлять процесс охлаждения и сжижения газообразного C3H8 наружным воздухом окружающей среды в зимний период времени при температуре от 0°С до минус 50°С [3].

Тепловой двигатель в виде замкнутого контура циркуляции на C 3 H 8 включает в себя последовательно соединенные насос, теплообменник-испаритель (конденсатор паровой турбины), турбодетандер с электрогенератором и теплообменник-конденсатор аппарата воздушного охлаждения. Несмотря на различия в конструкциях, эти основные элементы образуют основу для эффективной работы и осуществления процессов теплового контура органического цикла Ренкина. В основных элементах происходят характерные изменения свойств пропана, где эффективность цикла можно вычислить, зная температуру подведенной теплоты от источника и отведенной теплоты из цикла [4, 5].

Способ работы теплового двигателя на C3H8 осуществляется следующим образом. Отработавший в паровой турбине влажный пар (1014%) 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 пропан направляют в теплообменник-конденсатор аппарата воздушного охлаждения, где в процессе охлаждения газообразного пропана 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 экономии расхода условного топлива на АЭС (т.у.т./ч) и эксергетической эффективности теплового двигателя при осуществлении процесса охлаждения конденсаторов паровых турбин типа К-1200-6,8/50 контуром циркуляции на C 3 H 8 в зависимости от температуры наружного воздуха в зимний период времени.

Эксергетическая эффективность теплового двигателя (рис. 2) варьируется от 6,07% до 23,05%. При этом использование теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на C3H8 в системе охлаждения паровых турбин типа К-1200-6,8/50 позволяет экономить (рис. 1) до 28,26 т.у.т./час на АЭС в температурном диапазоне окружающей среды от 268,15 К (-5°С) до 223,15 К (-50°С).

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.