Регистрация / Вход
Прислать материал

14.576.21.0049

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.576.21.0049
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
Закрытое акционерное общество Научно-производственное внедренческое предприятие "Турбокон"
Название доклада
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
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цели 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 (1250/1450°С) охлаждаемых газопаровых турбин, работающих на смеси пара и продуктов сгорания газа в его среде для энергоблоков с котлами на угольном топливе.
Задача ПНИ состоит в исследовании наиболее значимых процессов и выработке 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:
- оптимизация тепловой схемы и параметров установки;
- исследование высокотемпературной паротурбинной установки на парогазовой смеси, содержащей до 15-20 % неконденсирующихся газов;
- разработка 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.
Актуальность и новизна исследования
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 охладителя лопаток, интегрированной с системой регенерации тепла, высокоэффективных конденсаторов пара из парогазовой смеси, содержащей 15-20% неконденсирующихся газов, наличием системы удаления и утилизации двуокиси углерода, образующейся при сжигании метана.
Описание исследования

По Соглашению 14.576.21.0049 выполнены следующие работы:

- проведен анализ научно-технической и патентной литературы по теме проекта с обоснованием выбора направления исследований;

- разработана эскизная конструкторская документация на 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 (НКГ), камеры сгорания СН42 в смеси с водяным паром, системы удаления и подготовки к утилизации НКГ;

- разработана эскизная конструкторская документация на стенды для исследования работы экспериментальных образцов;

- разработаны программы и методики и проведены экспериментальные исследования всех вышеперечисленных экспериментальных образцов;

- разработан эскизный проект опытно-промышленного образца высокотемпературной (1000/1250оС) газопаротурбинной установки мощностью 25 МВт для накопления опыта разработок и эксплуатации энергокомплексов такого типа.

На заключительном пятом этапе выполнены следующие работы:

- обобщены результаты исследований экспериментальных образцов оборудования:

        -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 (НКГ) - рис. 1,

         - камеры сгорания СН42 в смеси с водяным паром,

         - системы удаления и подготовки к утилизации НКГ;

- определены технические характеристики высокотемпературной (1250/1450°С) газопаротурбинной установки для угольных энергоблоков с газовым перегревом пара мощностью 300 МВт с КПД 54% (рис. 2), сделана оценка полноты решения задачи и достижения поставленных целей ПНИ;

- разработаны технические требования и предложения по производству и эксплуатации продукции с учётом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера – ОАО «Калужский турбинный завод»;

- разработаны технико-экономическое обоснование и проект технического задания на создание высокотемпературной газопаротурбинной установки мощностью 300 МВт для энергоблоков с котлами на угольном топливе и газовым перегревом острого пара и промперегревом (1250/1450°С), обеспечивающего КПД выработки электроэнергии не менее 53% и утилизацию не менее 98% CO2 из отработавшей в турбине парогазовой смеси»;

- выполнено технико-экономическое обоснование на тему: «Перспективные высокотемпературные газопаровые турбины в территориальных генерирующих компаниях».

Анализ экономических показателей свидетельствует о том, что себестоимость электроэнергии от ГПТУ-300-1250/1450°С меньше аналогичных показателей для современных ПГУ с КПД до 57% при отношении цен угля Су к цене газа Сг (приведенная к 1 т.у.т) до \({C_y \over C_r } \le 0,8\)
По сравнению с наиболее современными зарубежными парогазовыми установками с КПД до 60% предложенная технология имеет несколько меньший КПД, но обладает следующими преимуществами:
- более низкой удельной стоимостью установленного киловатта;
- отсутствием выбросов СО2 в окружающую среду от высокотемпературной надстройки;
- более высоким КПД высокотемпературной надстройки, т.е. более эффективным использованием газового топлива.

Рис. 1 - Экспериментальный образец высокоэффективного конденсатора пара с большим (до 15-20%) содержанием неконденсирующихся газов на стенде

Рис. 2 - Тепловая схема ГПТУ-300 – двухвальный вариант

Результаты исследования

На основе проведенных исследований получены следующие результаты:

- разработана схема и проведены оптимизация параметров опытного образца высокотемпературной газопаротурбинной установки мощностью 25 МВТ на температуру 1000/1250°С, подтвержден коэффициент полезного действия установки 51%;

- разработаны принципы проектирования высокоэффективного конденсатора пара из парогазовой смеси с содержанием НКГ до 20%;

- разработаны технико-экономическое обоснование и техническое задание на опытно-конструкторские работы по созданию высокотемпературных газопаротурбинных установок (ГПТУ) мощностью 300 МВт с котлом на угольном топливе и газовым перегревом пара до 1250/1450°С, а КПД не ниже 53% и утилизацией СО2 на выходе из ГПТУ.

На заключительном пятом этапе работ проведено обобщение результатов иследований и получены следующие данные:

– коэффициент теплопередачи в конденсаторе парогазовой смеси с содержанием до 20 % неконденсирующихся газов составил не менее 2400 Вт/м2К при скорости воды 1,5 м/с;

– степень утилизации CO2 в абсорбере системы удаления неконденсирующихся газов достигает 98 % при наличии в смеси до 20 % паров воды;

– выявлены важные составляющие процесса горения смеси CH4 – O2 в среде водяного пара: установлено, что в присутствии паров H2O имеет место процесс образования водорода в диапазоне температур смеси 600÷800°С;

- КПД разработанных установок ГПТУ-25 составляет 51%, а ГПТУ-300составляет не менее 54% (нетто) при утилизации выбросов  CO2 в окружающую среду.

Практическая значимость исследования
Результаты ПНИ планируется использовать на опытно-промышленном образце высокотемпературной (1000/1250 оС) газопаротурбинной установке мощностью 25 МВт, на которой будет исследована и отлажена совместная работа всех систем применительно к созданию ГПТУ-300 МВт. Внедрение угольных энергоблоков мощностью 300 МВт с ультрасверхкритическими параметрами пара с газовым перегревом пара и промперегревом (1250/1450 оС) с высокотемпературной охлаждаемой турбиной, обеспечивающих КПД выработки электроэнергии не менее 53 % и утилизацию не менее 98 % СО2, обоснован тем, что эта технология имеет лучшие в мире технико - экономические характеристики по использованию газообразного или жидкого топлива.