Выработка электроэнергии в системе охлаждения конденсаторов паровых турбин типа Т-180/210-130 с помощью контура циркуляции на СО2

Основная часть электроэнергии в настоящее время производится на тепловых электростанциях (ТЭС). На ТЭС используется только 40% энергии топлива, это означает, что 60% этой энергии теряется безвозвратно в виде тепловых отходов. На охлаждение отработанного пара на ТЭС мощностью 1000 МВт требуется вода из водоема-охладителя площадью примерно 810 га, глубиной около 8,7 м. Поэтому в последнее время прилагаются большие усилия по утилизации тепловых отходов с возможностью генерации электроэнергии [1].

В конденсаторе паровой турбины типа Т-180/210-130 поддерживается низкое давление пара равное 7,0 кПа, что соответствует температуре насыщения в 39°С. Процесс конденсации пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования, которая отводится при помощи охлаждающей воды в окружающую среду. В зимний период времени конденсатор паровой турбины является источником сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 39°С, а окружающая среда – прямой источник холода с температурой вплоть до минус 50°С. Имеющийся теплоперепад можно сработать с помощью энергоустановки на основе низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на сжиженном углекислом газе СО 2 [2].

Замкнутый контур циркуляции низкотемпературного теплового двигателя содержит последовательно соединенные насос, теплообменник-испаритель (конденсатор паровой турбины), турбодетандер с электрогенератором и теплообменник-конденсатор аппарата воздушного охлаждения (АВО). Причем охлаждение низкокипящего рабочего газа СО 2 осуществляют наружным воздухом окружающей среды в зимний период времени при температуре от 0°С до минус 50°С [3].

В зимний период времени паровые турбины типа Т-180/210-130 работают в теплофикационном режиме, когда часть теплоты отработавшего в турбине пара, имеющая более низкий потенциал, отбирается для централизованного теплоснабжения, а часть пара (10% от номинала) направляется в конденсатор паровой турбины для осуществления вентиляционного режима работы последней ступени паровой турбины. Работа низкотемпературного теплового двигателя осуществляется следующим образом. Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор при давлении в 7,41 кПа, где 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 углекислый газ СО2, который сжимают в насосе до высокого давления 7,6 МПа и направляют в конденсатор паровой турбины для охлаждения отработавшего в турбине пара. Конденсация пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 2122 кДж/кг, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа СО2 до температуры перегретого газа в 34°С. Далее перегретый газ СО2 расширяют в турбодетандере теплового двигателя, который соединен с электрогенератором. На выходе из турбодетандера отработавший в турбине газ СО2 направляют на охлаждение в конденсатор АВО, где в процессе охлаждения газа СО2 ниже его температуры насыщения происходит интенсивное сжижение, после чего сжиженный газ СО2 направляют для сжатия в насос теплового двигателя. Затем органический цикл Ренкина на основе низкокипящего рабочего тела повторяется [4].

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 Т-180/210-130 контуром циркуляции на СО 2 в зависимости от температуры наружного воздуха [5].

Рис. 1. При расходе пара в конденсатор до 12,5 кг/с (10% от номинала).

Рис. 2. При расходе пара в конденсатор до 12,5 кг/с (10% от номинала).

Абсолютный электрический КПД (рис. 2) турбогенератора низкотемпературного теплового двигателя варьируется от 5,34% до 7,04%. Использование низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на СО 2 в системе охлаждения паровых турбин типа Т-180/210-130 с расходом пара в конденсатор до 12,5 кг/с (в теплофикационном режиме) позволяет дополнительно вырабатывать электроэнергию на ТЭС (рис. 1) в диапазоне температур окружающей среды от 268,15 К (-5°С) до 223,15 К (-50°С).