Возможности экономии расхода условного топлива на теплоэлектроцентралях при использовании в системе охлаждения паровых турбин типа ПТ-135/165-130/15 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 COMBINED HEAT AND POWER PLANTS WHEN USING IN AN INTEGRAL COOLING SYSTEM OF STEAM TURBINES PT-135/165-130/15 OF A CONTOUR OF CIRCULATION ON THE LIQUEFIED PROPANE

The possibilities of economy of a consumption of equivalent fuel on combined heat and power plants at substitution of a traditional integral cooling system of condensers of steam turbines PT-135/165-130/15 by a circulation contour on the liquefied C 3 H 8 in a winter time span is considered.

В зимний период времени паровые турбины типа ПТ-135/165-130/15 (номинальной мощностью 135 МВт и начальными параметрами пара: давление 12,75 МПа и температура 555°С) работают в теплофикационном режиме, когда в конденсатор поступает минимальное количество вентиляционного пара около 10 кг/с. При этом в конденсаторе паровой турбины типа ПТ-135/165-130/15 поддерживается низкое давление пара равное 7,5 кПа, что соответствует температуре насыщения в 40,29°С. Процесс конденсации 1 кг отработавшего в турбине пара сопровождается высвобождением скрытой теплоты парообразования (ранее затраченная на испарение) равная примерно 2120 кДж/кг, которая в настоящее время отводиться с помощью охлаждающей воды в окружающую среду [1].

Известно, что при традиционном способе охлаждения 1 кг пара в конденсаторе паровой турбины требуется прокачивать около 45-60 кг охлаждающей воды с затратами электрической мощности на циркуляционные насосы в среднем 11-12 кВт. В данном случаи при расходе пара в конденсатор до 10 кг/с затраты электрической мощности на циркуляционные насосы составили бы около 110 кВт.

Проводятся исследования и разработки новых систем охлаждения конденсаторов паровых турбин, в которых промежуточным теплоносителем вместо воды служит низкокипящее рабочее тело (НРТ), которое испаряется в поверхностном конденсаторе паровой турбины, расширяется в турбодетандере и конденсируется затем в охладительной башне, где теплота конденсации передается наружному воздуху. Однако основной не решенной задачей является выбор оптимального НРТ для осуществления термодинамического цикла [2, 3].

Таким образом в зимний период времени конденсаторы паровых турбин типа ПТ-135/165-130/15 являются источниками сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 40,29°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 представляющий собой тепловой двигатель, осуществляющий свою работу по органическому циклу Ренкина [4].

Поэтому предлагается использование в системе охлаждения конденсаторов паровых турбин типа ПТ-135/165-130/15 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 – C 3 H 8 . 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 [5].

Способ работы теплового двигателя на C3H8 осуществляется следующим образом. Отработавший в паровой турбине влажный пар (3-10%) при давлении в 7,5 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 ПТ-135/165-130/15 для охлаждения отработавшего в турбине влажного пара. Конденсация 10 кг/с пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 21,2 МВт, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа C 3 H 8 до температуры перегретого газа в 35,29°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 C 3 H 8 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 ТЭЦ (кг.у.т./ч) и эксергетической эффективности теплового двигателя при осуществлении процесса охлаждения конденсаторов паровых турбин типа ПТ-135/165-130/15 контуром циркуляции на C 3 H 8 в зависимости от температуры наружного воздуха в зимний период времени.

Рис. 1. Для турбин ПТ-135/165-130 с расходом пара в конденсатор 10 кг/с.

Рис. 2. Для турбин ПТ-135/165-130 с расходом пара в конденсатор 10 кг/с.

Эксергетическая эффективность теплового двигателя (рис. 2) варьируется от 10,92% до 30,58%. При этом использование теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на C3H8 в системе охлаждения паровых турбин типа ПТ-135/165-130/15 позволяет экономить (рис. 1) до 406 кг.у.т./час на ТЭЦ в температурном диапазоне окружающей среды от 273,15 К (0°С) до 223,15 К (-50°С).