Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание высокоэффективной паровой турбины для технологий переработки жидких и твердых органических отходов при производстве энергии для малой распределенной энергетики.

Номер контракта: 14.579.21.0123

Руководитель: Ефимов Николай Николаевич

Должность руководителя: заместитель директора по науке ООО НПП "Донские технологии"

Докладчик: Паршуков Владимир Иванович, Директор ООО НПП "Донские технологии"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
паровая турбина, рабочее колесо, ротор турбины, малая распределенная энергетика, переработка отходов, автономное энергоснабжение, когенерация, тригенераия, энергоэффективность, органические отходы

Цель проекта:
1 Разработка и изготовление экспериментального образца высокоэффективной паровой турбины, рассчитанной на критические параметры пара (температура свыше 400 °С давление свыше 20 МПа), для современных энергетических комплексов электрической мощностью 250 кВт, с использованием в качестве теплоносителя - парогазовой смеси, полученной путем переработки отходов твердых и жидких органических топлив. 2. Определение оптимальных энергетических характеристик высокоэффективной паровой турбины , разработка схемы, конструкции и системы охлаждения высоконагруженных элементов турбины (диска, лопаток соплового аппарата, рабочих решеток и других элементов), подшипниковых узлов. Получение значимых научных результатов и научно-технического задела, позволяющих создать высокоэффективную паровую турбину на критические параметры пара в диапазоне электрической мощности 30–1000 кВт.

Основные планируемые результаты проекта:
1. За время реализации проекта запланированы следующие основные результаты:
- математическая модель термодинамических процессов в проточной части турбины, предназначенная для расчета показателей работы сопловой и рабочей решетки;
- имитационная модель пуска и переменных режимов работы турбины, построенная на базе математической модели и предназначенная для имитации работы турбины при разной степени открытия регулирующего клапана пара;
- лабораторный технологический регламент, предназначенный для реализации технологического процесса изготовления Турбины, а также определения способов контроля, сроков и условий хранения изделия, определяющихся в процессе научно-исследовательской работы;
- экспериментальный образец турбины, предназначенный для высокоэффективного и малозатратного производства электроэнергии;
- испытательный стенд, предназначенный для проведения исследовательских испытаний экспериментального образца турбины.
2. Требования к показателям назначения, техническим характеристикам научно-технических результатов ПНИЭР.
Показатели назначения и технические характеристики Турбины:
- номинальная частота вращения, об/мин - 12000±1000 об/мин;
- начальное давление пара, МПа - до 25 МПа;
- начальная температура пара, 0С - до 550 0С;
- длина лопаток ступени турбины, мм - не менее 4 мм;
- диаметр ступени, м от 0.1 м до 1 м;
- электрическая мощность турбины, кВт - 250 кВт.
Показатели назначения и технические характеристики математической модели термодинамических процессов в проточной части Турбины:
- давление свежего пара, МПа до 25 МПа;
- температура свежего пара, 0С - 450-550 0С;
- степень реактивности p=0;
- расход свежего пара, кг/с до 0,6 кг/с.
Показателям назначения и технические характеристики имитационной модели пуска и переменных режимов работы Турбины:
- интервал рабочего давления, МПа - 20-30 МПа;
- интервал рабочей температуры, 0С - 450-550 0С;
- степень порциальности, 5-100%;
- коэффициент сопловой решетки, 0,93;
- коэффициент рабочей решетки, 0,93.
Показатели назначения и техническим характеристики Испытательного стенда:
- начальное давление пара, МПа до 30 МПа.
- начальная температура пара, 0С до 550 0С.
- частота вращения, об/мин до 15 000 об/мин.
- расход пара, до 1 кг/с.


Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. В результате выполнения проекта будет создана высокоэффективная паровая турбина, рассчитанная на критические параметры пара (температура более 400 °С, давление свыше 20 МПа), электрической мощностью 250 кВт для технологий переработки жидких и твердых органических отходов при производстве энергии для малой распределенной энергетики.
2. Научная новизна и мировой научно-технический уровень предлагаемых решений реализации проекта обусловлены следующими инновационными особенностями:
– обеспечение повышения термодинамической эффективности энергетических установок на базе разрабатываемой турбины, за счет совершенствования проточных частей турбины, способствующих увеличению срабатываемого в одной из ступеней перепада энтальпии, при сохранении высокого КПД;
– применение конструкции радиальной центростремительной турбины, что обеспечивает ряд таких преимуществ как: малые габариты и вес; изготовление ротора более дешевым способом из поковки или путем точного литья; более высокую прочность и соответственно надежность в работе;
– объединение турбинного отсека и конденсатора в единый турбоагрегат, что делает установку компактной, обеспечивает лучшую герметичность конденсатора и корпуса в целом, а также снижает затраты на эжекцию;
– применением нового метода получения рабочего перегретого пара для турбины из органических отходов методом гидротермальной деструкции, что позволяет использовать исходный источник энергии в большом диапазоне химического состава в отличие от
парогенераторов на традиционном органическом топливе;
– использование нового подхода построения тепловой схемы проточной части турбины и ее обвязки, в отличие от существующих аналогов, что позволяет осуществлять тригенерацию при комбинированной работе с каскадным тепловым насосом.
3. Эксплуатируемые в настоящее время современные тепловые электростанции большой мощности работают на сверхкритических и даже на суперсверхкритических параметрах пара. При этом эффективность паровых турбин достигает 42-44 %. Паровые турбины на малые мощности и высокие параметры пара (давление до 250 атм, температура до 550 0С) не производятся виду сложности технологий и повышения удельных затрат на 1 кВт установленной мощности. Поэтому, до настоящего времени, разработки в данной области в РФ не велись. Использование технологии гидротермального производства и преобразования энергии на органическом топливе (отходов производств и низкокалорийного местного сырья), которые фактически не вносят затраты в себестоимость вырабатываемой энергии, открывают новые перспективы создания эффективных энергетических комплексов на базе новых высокоэффективных паровых турбин малой мощности, которые по своим технико-экономическим показателям будут конкурентоспособными в данном сегменте рынка.
4. Для достижения заявленных результатов и реализации проекта в заданные сроки будут привлечены специалисты, имеющие опыт выполнения исследовательских, конструкторских работ и необходимую квалификацию. Для реализации проекта создан консорциум из числа ведущих в предметной области проекта научных организаций: ООО НПП "Донские технологии", ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет» и ФГБНУ "Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машинно-тракторного парка". Каждая из представленных организаций имеет развитую материально-техническую базу и необходимую инфраструктуру, позволяющих реализовать поставленные перед ними задачи. Учитывая успех ФГБНУ ГОСНИТИ в решении вопросов гидротермальной деструкции жидких и твердых органических отходов, наличие производственной и необходимой промышленно-измерительной базы ФГБОУ ВПО «ДГТУ», индустриального партнера ООО "ИнвестПромСтрой", заинтересованного в коммерциализации планируемых результатов, а так же четкое и выверенное планирование снижают риски невыполнения обязательств.



Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Основной областью применения полученных результатов является новая подотрасль энергетического сектора - малая распределенная энергетика (МРЭ). Полученные результаты будут способствовать развитию МРЭ, основным принципом которой является максимальное приближение генерации к месту потребления, использование дешевых местных источников первичного топлива, в том числе отходов самих производств, значительное снижение издержек производства. Проект создания отечественной паровой турбины малой мощности станет первым в РФ проектом, направленным на замещение импортной продукции данного класса. Реализация проекта позволит повысить энергетическую безопасность страны.
2. Источником энергии для МРЭ на базе разрабатываемой высокоэффективной паровой турбины могут быть как местные виды топлива так и возобновляемые источники энергии, потенциал которых в России в настоящее время используется незначительно. На территории РФ и не только, существует множество полигонов жидких и твердых бытовых отходов, отходов промышленного производства и животноводческих хозяйств, на которых может быть организована переработка отходов в высокоэнергетические паровоздушные и парогазовые смеси.
3. На базе предлагаемых технологических решений можно реализовать ряд энергетических установок, электрической мощностью от 30 кВт до 1 МВт, в зависимости от расхода пара. Возможна реализация процесса тригенерации с включением в состав энергетического комплекса
реверсивного теплового насоса. На практике, создаваемая паровая турбина исключает проблемы эксплуатации энергетической установки и гарантированно обеспечивает высокую маневренность. При снижении электрической нагрузки до 10%, уровень выработки тепловой энергии может оставаться на требуемом уровне - 100%. Предложенная технология является прорывной, в РФ установки данного класса отсутствуют.
4. Основные научные результаты, полученные при разработке высокоэффективной паровой турбины, будут представлены на международных научно-технических конференциях, опубликованы в международных журналах. Для популяризации полученных знаний разрабатывается демонстрационная установка для показа принципа работы паровой турбины малой мощности.

Текущие результаты проекта:
1.Начат аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР.
2. Начат обзор и анализ существующих технических решений получения пара на основе метода гидротермальной деструкции жидких и твердых органических топлив.
3. Начата разработка принципиальной тепловой схемы проточной части турбины.
4. Начата разработка технологической схемы использования различных источников тепла для разрабатываемой турбины.