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%

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
турбина, конденсатор, неконденсирующиеся газы, абсорбция, макет, компремирование.

Цель проекта:
Реализуемый проект направлен на исследование наиболее значимых процессов и выработку оптимальных технических решений при создании экологически чистой высокотемпературной газопаротурбинной установки мощностью 300 МВт (ГПТУ-300) для энергоблоков с котлами на угольном топливе и газовым перегревом пара, а именно: - оптимизацию тепловой схемы и параметров установки - исследование работы высокотемпературной паротурбинной установки на парогазовой смеси, содержащей до 15-20% неконденсирующихся газов; - разработку новых принципов проектирования высокоэффективных конденсаторов пара с большим (до15-20%) содержанием неконденсирующихся газов; - исследование экспериментального образца камеры сгорания СН4-О2 в смеси с водяным паром; - исследование экспериментального образца системы удаления и подготовки к утилизации неконденсирующихся газов. Целью настоящего проекта является создание научно-технического задела в области разработки: - энергоблоков с ультрасверхкритическими параметрами пара, обеспечивающих КПД выработки электроэнергии не менее 53 %. - 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 работ будут получены следующие результаты:
– разработана оптимальная тепловая схема и параметры 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 (технологически усовершенствованной высокотемпературной паровой турбины ВПТУ-100 для исследований 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;
– 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%.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Итогом проекта будет создание научно-технической базы для разработки энергоблока мощностью 300 МВт на параметры пара 35 МПа, 1250/1450°С с КПД не менее 53% .
Предлагаемые технические решения предназначены для дальнейшего продвижения в промышленность перспективных высокотемпературных газопаротурбинных установок с прямым сжиганием смеси топливо- кислород в среде водяного пара.
Такие 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.
Потребителями научно-технических результатов проекта являются энергомашиностроительные предприятия, а их продукции – территориальные электрогенерирующие компании как в России, так и за рубежом.
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, неатомных подводных лодках.
По уровню решаемых технических задач проект относится к созданию принципиально новой продукции.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Найденные технические решения предназначены для дальнейшего продвижения в промышленность перспективных высокотемпературных газопаротурбинных установок с прямым сжиганием смеси топливо - кислород в среде водяного пара. Потребителями научно-технических результатов проекта являются энергомашиностроительные предприятия, а их продукции – территориальные электрогенерирующие компании, как в России, так и за рубежом.
Результаты настоящих ПНИ планируется использовать на опытно-промышленном образце высокотемпературной (1000/1250 С) газопаротурбинной установке мощностью 25 МВт, на которой будет исследована и отлажена совместная работа всех систем с целью создания газопаротурбинной установки 300 МВт.
Внедрение угольных энергоблоков мощностью 300 МВт с ультрасверхкритическими параметрами пара с газовым перегревом пара и промперегревом (1250/1450 С) с высокотемпературной охлаждаемой турбиной, обеспечивающих КПД выработки электроэнергии не менее 53 % и утилизацию СО2 не менее 98 %, обосновано тем, что примененная в них технология имеет лучшие в мире технико - экономические характеристики по использованию газообразного или жидкого топлива.
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.
Снижение стоимости достигается за счет сокращения числа агрегатов с двух-трех для парогазовых установок до одного в предложенном проекте. Выбросы уменьшаются за счет утилизации СО2 в количестве 15÷20% от расхода пара.
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 следующие работы.
Проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической 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.
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; параметров, обеспечивающих высокую полноту сгорания CH4-O2 и высокую степень абсорбции углекислого газа;
Разработаны принципы проектирования высокоэффективных конденсаторов пара с большим (до 15-20%) содержанием неконденсирующихся газов; 3D модель течения парогазовой смеси в проточной части высокотемпературной газопаротурбинной установки; 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%.
На основе разработанной эскизной конструкторской документации созданы экспериментальные образцы высокотемпературной паротурбинной установки (ВПТУ) при работе на парогазовой смеси с большим (до 15-20%) содержанием неконденсирующихся газов; высокоэффективного конденсатора пара с большим (до 15-20%) содержанием неконденсирующихся газов; камеры сгорания CH4-O2 в смеси с водяным паром; системы удаления и подготовки к утилизации неконденсирующихся газов, а также стенды для их исследований.
Разработаны программы и методики проведения исследований созданных экспериментальных образцов.
По результатам исследований опубликованы статьи:
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;
Клименко А.В., д.т.н., профессор, член-корр. РАН; Мильман О.О., д.т.н., профессор; Шифрин Б.А. к.т.н. «Высокотемпературная газопаротурбинная установка на базе комбинированного топлива» в международном журнале «Теплоэнергетика» № 11 2015г., стр. 1–10.
Проводились подготовительные мероприятия по использованию уникальной научной установки – опытного образца ВПТУ-100.