Регистрация / Вход
Прислать материал

Прикладные научно-технические разработки в обеспечение создания энергоблока мощностью 300 МВт с ультрасверхкритическими параметрами пара на базе угольных котлов с газовым перегревом пара и получением коэффициента полезного действия не менее 53%

Докладчик: Мильман Олег Ошеревич

Должность: Президент ЗАО НПВП "Турбокон"

Цель проекта:
Научно-техническая задача состоит в исследовании наиболее значимых процессов, определяющих основные технические решения при разработке экологически чистой высокотемпературной газопаротурбинной установки мощностью 300 МВт (ГПТУ-300) для энергоблоков с котлами на угольном топливе и газовым перегревом пара на ультрасверхвысокие параметры: - оптимизация тепловой схемы установки и обоснование ее параметров с учетом необходимости охлаждения лопаточного аппарата; - разработка экспериментального образца высокотемпературной паротурбинной установки (ВПТУ) и исследования ее работы на парогазовой смеси, содержащей до 15-20% неконденсирующихся газов; - разработка и обоснование новых принципов проектирования высокоэффективных конденсаторов пара с большим (до15-20%) содержанием неконденсирующихся газов с исследованием процессов на экспериментальном образце; - создание и исследование экспериментального образца камеры сгорания СН4-О2 в смеси с водяным паром; - разработка и исследование экспериментального образца системы удаления и подготовки к утилизации неконденсирующихся газов; - разработка программ и методик исследования экспериментальных образцов оборудования ГПТУ-300 (экспериментального образца ВПТУ для исследования на парогазовой смеси, содержащей до 15-20% неконденсирующихся газов; высокоэффективного конденсатора пара с большим (до15-20%) содержанием неконденсирующихся газов; камеры сгорания СН4-О2 в смеси с водяным паром; системы удаления и подготовки к утилизации неконденсирующихся газов). Цель работы: Создание научно-технического задела в области разработки энергоблоков с ультрасверхкритическими параметрами пара, обеспечивающих КПД выработки электроэнергии не менее 53%. Создание научно-технического задела в области разработки высокотемпературных (1250/1450оС) охлаждаемых газопаровых турбин, работающих на смеси пара и продуктов сгорания газа в его среде для энергоблоков с котлами на угольном топливе.

Основные планируемые результаты проекта:
В результате выполнения ПНИ будут получены следующие результаты:
– на базе анализа научно-технической и патентной литературы будет обоснован выбор направления исследований проблемы применительно к высокотемпературной газопаротурбинной установке мощностью 300 МВт (ГПТУ-300) для энергоблоков с котлами на угольном топливе и газовым перегревом пара;
– разработана оптимальная тепловая схема и ее параметры для опытного образца высокотемпературной газопаротурбинной установки мощностью 300 МВт (ГПТУ-300) для энергоблоков с котлами на угольном топливе и газовым перегревом пара;
– созданы и исследованы экспериментальные образцы установки (высокотемпературной паровой турбины ВПТУ для исследований работы на парогазовой смеси, содержащей до 15-20% неконденсирующихся газов; высокоэффективного конденсатора пара с большим (до 15-20%) содержанием неконденсирующихся газов; камеры сгорания СН4-О2 в смеси с водяным паром; системы удаления и подготовки к утилизации неконденсирующихся газов, в частности СО2, образовавшихся в процессе работы высокотемпературной газопаротурбинной установки);
– разработаны и экспериментально подтверждены научно-технические основы расчета и проектирования элементов новых выскоэффективных энергоустановок, базирующихся на газовом перегреве пара;
– разработан проект технического задания на опытно-конструкторские работы по теме: «Создание угольного энергоблока мощностью 300 МВт с ультрасверхкритическими параметрами пара, с газовым перегревом острого пара и промперегревом (1250/1450ºС), с высокотемпературной охлаждаемой турбиной, обеспечивающего КПД выработки электроэнергии не менее 53% и утилизацию не менее 98% СО2 из отработавшей в турбине парогазовой смеси».
– разработан эскизный проект опытно-промышленного образца высокотемпературной (1000/1250°) газопаротубинной установки мощностью 25 МВт, позволяющей в комплексе исследовать особенности совместной работы систем, входящих в ГПТУ-300;
– разработано технико-коммерческое предложение по созданию высокотемпературной газопаротурбинной установки мощностью 300 МВт;
– выполнено технико-экономическое обоснование на тему: «Перспективные высокотемпературные газопаровые турбины в территориальных генерирующих компаниях»;
– разработана система удаления и подготовки к утилизации неконденсирующихся газов с коэффициентом улавливания не менее 98%;
–поданы 2 заявки на охрану результатов интеллектуальной деятельности;
–опубликовано 5 статей в международных журналах.
Общая направленность и последовательность выполнения ПНИ следующая:
- на основе анализа научно-технической и патентной литературы разработка теплой схемы и оптимизация параметров высокотемпературной газопаротурбинной установки мощностью 300 МВт (ГПТУ-300) для энергоблоков с котлами на угольном топливе и газовым перегревом пара;
- разработка технических заданий на создание к экспериментальных образцов узлов энергетического оборудования энергоблоков;
- исследование экспериментальных образцов и получение на их основе данных для оптимизации параметров ГПТУ-300 и разработки технического задания на ОКР для нее;
- разработка эскизного проекта опытно-промышленного образца высокотемпературной (1000/1250°) газопаротубинной установки мощностью 25 МВт, обеспечивающей КПД по выработке электроэнергии не менее 51%, позволяющей в комплексе исследовать особенности совместной работы систем, входящих в ГПТУ-300, и подтвердить реализуемость ее высоких технических характеристик.
Итогом проекта будет создание научно-технической базы для разработки энергоблока мощностью 300 МВт на ультрасверхвысокие параметры пара 35 МПа, 1250/1450°С с КПД 53% .
Актуальность настоящего проекта обусловлена необходимостью создания экологически чистой энергоустановки с коэффициентом полезного действия по выработке электроэнергии, превышающим современные мировые достижения.
Новизна планируемых результатов ПНИ определяется использованием сжигания метана и кислорода в среде пара и достижением за счет этого высокой температуры парогазовой смеси, использованием системы подготовки охлаждения лопаток, интегрированной с системой регенерации тепла, высокоэффективного конденсатора пара из парогазовой смеси, содержащей 15-20% неконденсирующихся газов, наличием системы удаления и подготовки к утилизации двуокиси углерода, образующейся при сжигании метана.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Технические решения предназначены для дальнейшего продвижения в промышленности перспективных высокотемпературных газопаротурбинных установок с прямым сжиганием смеси топливо- кислород в среде водяного пара.
Потребителям научно-технических результатов проекта являются энергомашиностроительные предприятия, а их продукции – территориальные электрогенерирующие компании, как в России, так и за рубежом.
Разрабатываемые установки с КПД не менее 53% составят конкуренцию парогазовым установкам (ПГУ) по двум принципиально важным показателям: более низкой стоимости и существенно лучшим экологическим показателям за счет системы утилизации неконденсирующихся газов, прежде всего СО2. Высокий коэффициент полезного действия в сочетании с меньшими капиталовложениями, лучшими экологическими характеристиками – главные аргументы в пользу широкого внедрения установок в энергетику, масштабы которой практически безграничны. Кроме того, предлагаемый новый тип энергоустановок перспективен для внедрения в воздухонезависимых подводных аппаратах и неатомных подводных лодках. По уровню решаемых технических задач проект относится к созданию принципиально новой продукции.

Текущие результаты проекта:
Выполнены промежуточные и заключительные отчеты о ПНИ:
– проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методиче-ской литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ, изучено 35 источников за период 2009 – 2014 гг.;
– выполнены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96;
– разработаны и исследованы варианты возможных решений задачи;
– выбран оптимальный вариант решения задачи;
– выполнен анализ работы турбины на смеси водяного пара и неконденсирующихся газов (НКГ), в том числе с конденсацией пара и удалением НКГ на выходе;
– разработана концепция создания угольного энергоблока мощностью 300 МВт с ультрасверхкритическими параметрами пара, с газовым перегревом пара, обеспечивающего КПД выработки электроэнергии не менее 53 %;
– проведены исследования условий конденсации движущегося пара из парогазовой смеси при низких давлениях;
– исследованы конструкции атмосферных и вакуумных конденсаторов с большим содержанием неконденсирующихся газов;
– проведены исследования условий и параметров, обеспечивающих высокую полноту сгорания CH4-O2;
– исследованы конструкции камер сгорания для CH4-O2 в смеси с водяным паром;
– проведены исследования условий и параметров, обеспечивающих высокую степень абсорбции углекислого газа;
– исследованы конструкции устройств, обеспечивающих высокую степень абсорбции углекислого газа;
– разработаны принципы проектирования высокоэффективных конденсаторов пара с большим (до 15-20 %) содержанием неконденсирующихся газов;
– разработана 3D модель течения парогазовой смеси в проточной части высокотемпературной газопаротурбинной установки;
– разработана схема высокотемпературной (1000/1250ºС) газопаротурбинной установки мощностью 25 МВт;
– оптимизированы параметры элементов схемы высокотемпературной (1000/1250ºС) газопаротурбинной установки мощностью 25 МВт, обеспечивающей получение КПД не менее 51%.
По результатам исследований подготовлена к опубликованию статья Леонтьев А.И., академик РАН, Мильман О.О., д.т.н., профессор «Потери давления при течении и конденсации сред внутри труб и каналов» в журнале «Письма в Журнал технической физики» том 40, выпуск 24, 2014 г., стр. 69-77.
Проводились подготовительные мероприятия по использованию уникальной научной установки – опытный образец ВПТУ-100.
Объем выполненных работ соответствует техническому заданию и первому этапу Плана-графика Соглашения о предоставлении субсидий № 14.576.21.0049 от 26.08.2014 г.