23 февраля 2016г.
Заинская ГРЭС (государственная районная электростанция) является самой крупной по установленной мощности тепловой конденсационной электростанцией Татарстана. Расположена она в городе Заинск, в непосредственной близости от Заинского водохранилища на реке Зай. В настоящее время установленная электрическая мощность Заинской ГРЭС составляет 2200 МВт (11 конденсационных блоков К-200-130 по 200 МВт).
Полезное использование сбросной низкопотенциальной теплоты на Заинской ГРЭС, образующейся при конденсации отработавшего в турбине К-200-130 пара, обычным путем затруднительно, вследствие того, что температура конденсации незначительно (на 10-20К) отличается от температуры окружающей среды, особенно в летний период времени.
В Табл.1 приводятся данные по расходу охлаждающей воды на конденсационные установки паровых турбин К-200-130 при номинальном режиме их работы и расчетных значениях температуры охлаждающей воды на входе в конденсатор [1].
Таблица 1
|
Марка паровой турбины
|
Давление пара в конденсаторе, кПа
|
Расход пара в конденсаторе, кг/с
|
Теплопроизводительност ь конденсатора, кВт
|
Расход охлаждающей воды, м3/ч
|
|
К-200-130
|
3,5
|
111
|
238616,7
|
25000
|
В зимний период времени, когда температура окружающей среды намного ниже температуры конденсации отработавшего в турбине К-200-130 пара, появляется возможность сработать такой теплоперепад с помощью низкокипящих рабочих тел, работающих в низкотемпературном тепловом двигателе по органическому циклу Ренкина.
Предлагается утилизировать сбросную низкопотенциальную теплоту (скрытую теплоту парообразования) отработавшего в турбине К-200-130 пара с помощью нагрева в конденсаторе паровой турбины К-200-130 сжиженного углекислого газа СО2 (или пропана C3H8), циркулирующего в замкнутом контуре низкотемпературного теплового двигателя (Рисунок 1), работающего по органическому циклу Ренкина [2,3].
Причем охлаждение низкокипящего рабочего газа СО2 (или C3H8) осуществляют низкотемпературным наружным воздухом окружающей среды в зимний период времени.
На Рисунке 2, 3 представлены графики: по выработке
(потреблению) полезной электрической мощности и КПД брутто по выработке электрической энергии
в зависимости от температуры наружного воздуха окружающей среды для низкотемпературного теплового
двигателя с замкнутым контуром
циркуляции на СО2 (линия ─●─) и C3H8 (линия ─■─) при давлении
в конденсаторе паровой
турбины К-200-130 равной 3,5 кПа с расходом пара в 1 кг/с. Также
на рис. 2 по выработке (потреблению) полезной электрической мощности представлены затраты электрической мощности
на циркуляционные насосы (линия ─▲─) системы технического водоснабжения при традиционном способе
охлаждения конденсатора паровой
турбины К-200-130 в зимний период времени.
Низкотемпературный тепловой
двигатель с замкнутым
контуром циркуляции на C3H8 превосходит по выработки полезной электрической мощности контур циркуляции на СО2 в связи с тем, что органический цикл Ренкина
осуществляется при более низких параметрах
давления насыщенных паров, чем для сжиженного углекислого газа СО2. Причем массовый
расход сжиженного пропана C3H8 примерно вдвое меньше по сравнения сжиженным углекислым газом СО2, на что оказывает влияние удельная
теплота парообразования. При этом затраты электрической мощности
на привод электродвигателей аппарата воздушного охлаждения низкотемпературного теплового двигателя являются
одинаковыми при использовании в замкнутом контуре СО2 или C3H8.
Низкие показатели КПД брутто по выработке электрической энергии низкотемпературным тепловым двигателем для замкнутого контура циркуляции на C3H8 обусловлены тем, что в конце процесса расширения в турбодетандере газообразный пропан C3H8 остается в перегретом состоянии. Это означает, что энтальпийный перепад на турбине
очень низкий.
По республике Татарстан средняя минимальная температура окружающей среды в зимний
период времени достигает 258,15 К, что позволяет
сработать теплоперепад в конденсаторах паровых турбин (К-200-130) с помощью низкотемпературного теплового
двигателя с замкнутым контуром
циркуляции на СО2 (или C3H8) и значительно уменьшить тепловые
выбросы в окружаю
среду. При этом дополнительная выработка полезной электрической мощности на электростанции составит 36 (41,2) МВт, экономия
расхода условного
топлива составит
11,4 (13,08) тут/ч, а эффективный КПД электростанции возрастет на 1,636 (1,87)
% [4].
Список литературы
1.
Бродов Ю.М. Теплообменники энергетических установок. Учебное пособие. – Екатеринбург. Издательство «Сократ», 2003. – 965 с.
2.
Гафуров А.М. Патент
на полезную модель
№140435 РФ. Тепловая электрическая станция / 10.05.2014 г.
3.
Гафуров А.М. Патент
на полезную модель
№140382 РФ. Тепловая электрическая станция / 10.05.2014 г.
4.
Гафуров А.М. Использование сбросной низкопотенциальной
теплоты для повышения экономической эффективности ТЭС в зимний период времени. // Энергетика Татарстана. – 2014. № 3-4 (35). – С. 69-76.
