Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание научно-технического задела для разработки угольных энергоблоков с ультрасверхкритическими параметрами пара

Докладчик: Рогалев Николай Дмитриевич

Должность: Профессор, профессор, доктор технических наук

Цель проекта:
Реализуемый проект направлен на решение проблемы повышения тепловой экономичности паротурбинных угольных энергоблоков до уровня в 50-51%, в то время как КПД действующих в России на настоящий момент угольных энергоблоков не превышает 40%. Такой рост тепловой экономичности предполагается получить за счет перехода на более высокие – ультрасверхкритические параметры (УСКП) пара – давление свежего пара 30-36 МПа, температура пара 700-760°С. Целью реализуемого проекта является создание научно-технического задела в области разработки энергоблоков с ультрасверхкритическими пара, обеспечивающих КПД выработки электроэнергии на уровне 50-51%. В частности, будет разработана технологическая схема энергоблока, проведена оптимизация ее параметров и структуры, разработаны и экспериментально проверены новые технические решения, применяемые при разработке оборудования для энергоблока с УСКП пара. Также будут выявлены особенности работы оборудования при столь высоких параметрах и разработаны рекомендации по применяемым при конструировании оборудования материалам и эксплуатации этого оборудования. Полученные в ходе выполнения проекта результаты будут использованы при дальнейшей конструктивной проработке и создании оборудования энергоблоков с ультрасверхкритическими параметрами пара.

Основные планируемые результаты проекта:
В результате реализации проекта будет разработана технологическая схема энергоблока с ультрасверхкритическими параметрами пара, проведена оптимизация ее параметров и структуры. На основе указанных расчетов будут разработаны технические требования к оборудованию энергоблока, в том числе к основному – паровой турбине и котельному агрегату. На основании разработанных требований будут разработаны конструктивные профили котельного агрегата и паровой турбины с применением новых конструктивных решений, обеспечивающих необходимые характеристики оборудования и их экспериментальной отработкой. Будут проведены исследования по разработке новых конструкционных материалов, способных работать при высоких параметрах пара. Кроме того, большое внимание в работе уделяется вопросам разработки и ведения водного режима энергоблока, подготовки и очистки добавочной воды, что в большой степени определяет надежность работы оборудования. Предлагаемые решения для обеспечения необходимой чистоты воды и ведения водного режима энергоблока предполагают как расчетно-теоретическое обоснование, так и экспериментальную проверку.
Все выполняемые исследования полностью соответствуют мировому уровню в области разработок, посвященных созданию угольных энергоблоков с ультрасверхкритическими параметрами пара, обеспечивающими КПД выработки электроэнергии на уровне 50-51%.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Полученные в ходе выполнения исследований результаты могут быть использованы энергомашиностроительными компаниями и проектными организациями в качестве основы при проектировании нового оборудования и энергоблоков с ультрасверхкритическими параметрами пара, а также энергетическими компаниями при принятии решений о возможности применения рассматриваемой технологии.
Внедрение угольных энергоблоков с УСКП пара позволит существенно сократить удельный расход топлива на выработку электроэнергии, что приведет к снижению экологической нагрузки на окружающую среду и позволит изменить топливный баланс России, увеличив в нем долю использования угля, как это предусмотрено Энергетической стратегией России на период до 2030 года.
Развитие рассматриваемой технологии неизбежно приведет к интенсификации исследований во многих отраслях знаний, в том числе: энергомашиностроении, материаловедении, металлургии, химии, газодинамики и приведет к развитию материально-технической и информационной инфраструктуры научных организаций.

Текущие результаты проекта:
В результате реализации работ первого этапа был проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной и методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках работы. Также были проведены патентные исследования. Проведенный анализ позволил выявить современные тенденции в создании энергоблоков с ультрасверхкритическими параметрами пара, а также их основного и вспомогательного оборудования. Были выявлены основные проблемы и сформулированы пути их решения в области разработки и применения новых жаропрочных материалов и их работы в условиях воздействия среды с ультрасверхкритическими параметрами. Был проведен анализ возможных вариантов использования топлива на энергоблоках с УСКП пара. В результате наиболее подходящим видом топлива оказался каменный уголь Кузнецкого бассейна. Также была проведена разработка тепловой схемы энергоблока, оптимизация ее параметров и структуры. При исследовании влияния параметров пара на экономичность энергоблока за базу для сравнения был принят КПД при начальных параметрах 24 МПа и 600°С. В результате исследований получено, что увеличение начального давления на 31,4% приводит к приросту электрического КПД на 0,29%. При переходе от начального давления 24 МПа к 35 МПа относительный прирост КПД составляет 0,64%. Изменение начальной температуры оказывает существенное влияние на тепловую эффективность. Так, при начальном давлении 30 МПа переход к температуре острого пара c 600°С до 700°С дает относительный прирост в 4,31%.
Важным вопросом при разработке тепловой схемы является выбор количества промежуточных перегревов пара и их параметров. Проведенные исследования показали, что оптимальные давления первого и второго промежуточных перегревов находятся в диапазонах 25-30% и 6-10% от начального давления соответственно. Еще одним важным фактором, влияющим на тепловую экономичность энергоблока, является температура питательной воды, оптимальное значение которой лежит в диапазоне 320-345°С для начальных давлений пара 26-35 МПа.
В процессе работы было рассмотрено влияние следующих факторов на тепловую экономичность энергоблока: начальных параметров (давления и температуры) пара, параметров пара промежуточного перегрева, температуры питательной воды, схемы включения питательной установки, применения одноступенчатого или двухступенчатого промежуточного перегрева пара.
Полученные результаты свидетельствуют о возможности достижения КПД энергоблока на уровне 49-50% и более при давлении острого пара свыше 30 МПа и температуре свыше 700°С. На основании данных, полученных в результате расчетов тепловых схем, были разработаны технические требования к основному оборудованию энергоблока УСКП: паровой турбине и котельному агрегату.
Проведены исследования, относящиеся к вопросам подготовки воды надлежащего качества для энергоблока с УСКП пара. Проведен анализ существующих технологических схем получения воды с содержанием примесей, требуемых для котлов УСКП. Установлено, что для обеспечения требуемого качества воды для котлов УСКП оптимальной является схема с последовательным применением мембранных и ионообменных методов водоподготовки. На основе результатов анализа определена технологическая схема экспериментального стенда для комплексной отработки режимов ионообменной очистки воды до уровня качества конденсата, требуемого для котлов УСКП. Разработана эскизная конструкторская документация на экспериментальный стенд для комплексной отработки режимов ионообменной очистки воды до уровня качества конденсата, требуемого для котлов УСКП. Также проведена конструктивная проработка экспериментального стенда для исследования процессов коррозии конструкционных материалов, входящих в пароводяной тракт энергоблока УСКП. Были разработаны основные требования к экспериментальному стенду и его параметрам, разработана эскизная конструкторская документация.