Выработка электроэнергии в системе охлаждения конденсаторов паровых турбин типа Т-250/300-240 с помощью контура циркуляции на пропане

Работа традиционных тепловых электростанций (ТЭС) не обходиться без использования водных ресурсов окружающей среды для охлаждения конденсаторов паровых турбин, где расход воды может составлять до 150 кг/с для производства 1 кВт∙ч электроэнергии. Огромной расход воды обусловлен в первую очередь допустимой температурой нагрева охлаждающей воды не более чем на 5°С зимой и на 3°С – летом, что зачастую может приводить к изменениям биотического компонента экосистемы [1].

В конденсаторе паровой турбины типа Т-250/300-240 поддерживается низкое давление пара равное 6,0 кПа, что соответствует температуре насыщения в 36,16°С. Процесс конденсации пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования, которая отводится при помощи охлаждающей жидкости в окружающую среду. В зимний период времени конденсатор паровой турбины является источником сбросной низкопотенциальной теплоты с температурой в 36,16°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 C 3 H 8 [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 C3H8 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-250/300-240 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 6,41 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 пропан C3H8, который сжимают в насосе до давления 1,06 МПа и направляют в конденсатор паровой турбины для охлаждения отработавшего в турбине пара. Конденсация пара сопровождается выделением скрытой теплоты парообразования равного примерно 2130 кДж/кг, которая отводится на нагрев и испарение сжиженного газа C3H8 до температуры перегретого газа в 31,16°С. Далее перегретый газ C3H8 расширяют в турбодетандере теплового двигателя, который соединен с электрогенератором. На выходе из турбодетандера отработавший в турбине газ C3H8 направляют на охлаждение в конденсатор АВО, где в процессе охлаждения газа C3H8 ниже его температуры насыщения происходит интенсивное сжижение, после чего сжиженный газ C3H8 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 полезной электрической мощности низкотемпературным тепловым двигателем и абсолютного электрического КПД турбогенератора при осуществлении процесса охлаждения конденсаторов паровых турбин типа Т-250/300-240 контуром циркуляции на C3H8 в зависимости от температуры наружного воздуха [5].

Рис. 1. При расходе пара в конденсатор до 15 кг/с (10% от номинала).

Рис. 2. При расходе пара в конденсатор до 15 кг/с (10% от номинала).

Абсолютный электрический КПД (рис. 2) турбогенератора низкотемпературного теплового двигателя варьируется от 3,84% до 6,03%. Использование низкотемпературного теплового двигателя с замкнутым контуром циркуляции на C 3 H 8 в системе охлаждения паровых турбин типа Т-250/300-240 с расходом пара в конденсатор до 15 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).