Регистрация / Вход
Прислать материал

14.576.21.0048

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.576.21.0048
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени Теплотехнический научно-исследовательский институт"
Название доклада
Разработка научно-технических решений для создания оборудования угольного энергоблока с ультрасверхкритическими параметрами пара
Докладчик
Гринь Евгений Алексеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цель исследования: Создание научно-технического задела в области разработки энергоблоков с ультрасверхкритическими параметрами пара,
обеспечивающих КПД выработки электроэнергии до 50-51%.
Задача исследования: Разработка технических решений для создания основного энергетического оборудования (котельный агрегат, турбина) и тепловой схемы энергоблока, обеспечивающих его высокую экономичность, маневренность и экологическую эффективность, с учётом особенностей отечественных углей.
Актуальность и новизна исследования
Развитие угольных тепловых электростанций страны с учётом в перспективе возрастания потребления угля и требований сокращения вредных выбросов, в том числе «парникового» СО2, определяет необходимость повышения КПД паросиловых энергоблоков, в первую очередь за счет повышения параметров пара.Повышение КПД новых энергоблоков позволяет снизить потребление топлива и тем самым себестоимость производства электроэнергии. Кроме того, благодаря уменьшению расходов пара, воздуха и дымовых газов снижается типоразмер и стоимость основного и вспомогательного тепломеханического оборудования.
Жёсткие требования к снижению выбросов в атмосферу золы, токсичных (NOx, SO2) и «парникового» (CO2) газов также обусловливают необходимость повышения КПД энергоблоков, а также эффективности очистки дымовых газов. Одна из главных проблем использования наиболее перспективного для ТЭС твёрдого топлива – кузнецких каменных углей – высокое содержание в них азота. Это потребует осуществление комплекса мер по снижению образования оксидов азота при сжигании
При этом важно сохранить маневренные характеристики энергоблоков на уровне действующих блоков с сверхкритическими параметрами пара, прежде всего время пусков из различных тепловых состояний.
Разработка котельного оборудования должна учитывать специфику отечественных углей.
Проектные показатели должны быть достигнуты при минимизации стоимости оборудования.
Описание исследования

При разработке отечественных вариантов энергоблоков с ультрасверхкритическими параметрами пара 35 МПа, 700/720 °С использован опыт эксплуатации отечественного блока СКР-100 с котлом ПК-37 с инвертной U-образной компоновкой, при которой значительно уменьшается длина паропроводов, изготавливаемых из дорогостоящих никелесодержащих сплавов. При инвертной компоновке котла для снижения температур стенок труб экранов в нижней части топки должно быть организовано спутное движение газов и рабочей среды. Это приводит к опускному движению среды при вертикальных экранных панелях. В ОАО "ВТИ" разработана методика обеспечения надёжности гидравлики в таких панелях с опускным движением среды, в том числе в пусковых режимах котла.

Наряду с пылеугольным рассмотрен котёл со сжиганием топлив в циркулирующем кипящем слое (ЦКС). Эта технология позволяет обеспечить низкие выбросы оксидов азота и серы без использования специальных средств очистки и сжигать широкую гамму топлив (обеспечивать диверсификацию поставок топлива). Совместное использование технологий прямоточных котлов с ультрасверхкритическими параметрами пара и ЦКС второго поколения усовершенствованной конструкции даёт значительные преимущества в расширении возможностей сжигания различных видов твердого топлива, снижении вредных выбросов в атмосферу, повышении экономичности производства энергии. Одной из главных трудностей создания котлов с ЦКС с температурой перегрева 700оС и выше является низкие температурные напоры в пароперегревателях. Решение её связано с разработкой новых конструкций зольных теплообменников.Разработка новых оригинальных отечественных технических решений в части организации топочного контура котла с ЦКС и зольных теплообменников для использования ультрасуперкритических параметров пара является безусловно актуальным.  Повышение экономичности блока может быть достигнуто за счет использования тепла уходящих газов котла. Для котла с ЦКС при связывании серы путем добавки известняка содержания оксидов серы в уходящих газах мало, что обеспечивает пониженную температуру точки росы и даёт возможность утилизировать тепло уходящих газов. Расчёты, выполненные ОАО «ВТИ» для блока 330 МВт с котлом ЦКС, показали существенный рост экономичности блока. Если использовать еще и тепло парообразования уходящих газов, то КПД нетто блока может вырасти примерно на 2%.

В процессе работы выполнено математическое моделирование энергоблока мощностью 800 МВт с ультрасверхкритическими параметрами пара, проведена оптимизация тепловой схемы разработанного блока с целью достижения максимально возможных технико-экономических показателей.

На основании проведённых оптимизационных расчётов разработана тепловая схема энергоблока мощностью 800 МВт с ультрасверхкритическими параметрами пара перед турбиной (давление свежего пара 35 МПа, температура свежего пара 700 °С, температура пара промперегрева 720 °С).

КПД блока брутто составил 51,67 %. Удельный расход тепла на турбоагрегат брутто (с учётом ПТН) = 6348,7 кДж/кВтч = 1515,2 ккал/кВтч.

При использовании для охлаждения конденсатора холодной морской воды (4 оС) с давлением в конденсаторе – 0,002 МПа, КПД блока брутто – 52,65 %, а КПД блока нетто – 50,0 %. Удельный расход тепла на турбоагрегат брутто (с учётом ПТН) = 6240,2 кДж/кВт×ч = 1489,3 ккал/кВтч.

На основании проведённых исследований и оптимизационных расчётов принята бездеаэраторная двухподъёмная тепловая схема с турбиной «традиционного исполнения», состоящей из ЦВД, ЦСД и двух ЦНД. Для сокращения общей длины валопровода при проектировании паровой турбины на данном энергоблоке принято решение об установке между ЦВД и ЦСД общего узла, в котором цилиндрическая поверхность соединительной муфты роторов является опорным подшипником.

В целях разработки требований к выбору марок сталей и сплавов для изготовления элементов пароперегревательного тракта котла, трубопроводов, роторов и корпусов турбины был проведён анализ состояния разработок новых конструкционных материалов для энергоблока на ультрасверхкритические параметры пара (УСКП) в России и за рубежом, сформулированы требования к выбору материалов для изготовления высокотемпературных элементов пароперегревательного тракта котла, трубопроводов, роторов и корпусов турбины энергоблока УСКП, сформулированы требования к проведению испытаний по определению свойств материалов высокотемпературных элементов с учётом требований отечественной нормативной документации.

Результаты исследования

Проведены экспериментальные исследования узла топочно-горелочного устройства в соответствии с разработанной Программой и методикой.
Исследованы структура, кратковременные механические свойства, жаропрочность и жаростойкость перспективных марок стали и сплавов для изготовления элементов пароперегревательного тракта, трубопроводов, роторов и корпусов турбин.
В процессе работы разработана Программа и методика исследовательских испытаний, в соответствии с которой из исследуемых материалов изготовлены образцы и проведены их испытания на жаропрочность, жаростойкость, растяжение, ударный изгиб, а также исследована структура.
Выполнен анализ результатов проведённых экспериментальных исследований перспективных марок стали и сплавов.
Разработаны требования к выбору марок сталей и сплавов для изготовления элементов пароперегревательного тракта котла, трубопроводов, роторов и корпусов турбины.
Проведён анализ состояния разработок новых конструкционных материалов для блока на ультрасверхкритические параметры пара в России и за рубежом, сформулированы требования к выбору материалов для изготовления высокотемпературных элементов пароперегревательного тракта котла, трубопроводов, роторов и корпусов турбины энергоблока УСКП.
Проведена оценка результатов интеллектуальной деятельности по теме: «Разработка научно-технических решений для создания оборудования угольного энергоблока с ультрасверхкритическими параметрами пара».
Исполнители ПНИ ОАО «ВТИ» приняли участие в мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию промежуточных результатов работы.
Были представлены доклады «Экспериментальное исследование процесса теплообмена при конденсации перегретого пара на струях в смешивающем аппарате высокого давления для подогрева питательной воды в тепловой схеме энергоблока» на XV Минском международном форуме по тепло- и массообмену в г. в Минске Республики Беларусь, «Технические решения по компоновке пылеугольного котла энергоблока на ультракритические параметры пара 35 МПа, 700/720 °С» на III Международной научно-технической Конференции «Использование твердых топлив для эффективного и экологически чистого производства электроэнергии и тепла» в г. Москве и "Разработка пылеугольных котлов на суперсверхкритические параметры в России" на Международной научно-практической конференции "УгольЭко. Экологичное сжигание угля" в г. Москве.

В процессе работы выполнены оценка полноты решения задачи и достижения поставленных целей ПНИ, технико-экономическая оценка результатов ПНИ по обоснованию выбора оптимальных ультрасверхкритических параметров пара для угольного энергоблока большой мощности, разработаны технические требования и предложения по разработке и эксплуатации продукции с учётом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики, проект технического задания на проведение ОКР по теме: «Создание опытных образцов узлов энергетического оборудования для мощного энергоблока с ультрасверхкритическими параметрами пара», проведены маркетинговые исследования.

Такие исследования проведены впервые в отечественной практике, использованы самые современные достижения российского и зарубежного энергомашиностроения.

Разработаны технические решения по комплексу теплотехнического оборудования угольных ТЭС, обеспечивающие повышение энергоэффективности мощных паросиловых угольных энергоблоков.

Практическая значимость исследования
Повышение параметров пара приведёт к повышению КПД угольных энергоблоков и, следовательно, их экономической эффективности и экологических показателей, включая снижение выбросов «парникового газа» СО2. Это будет стимулировать строительство новых угольных электростанций и замещение новыми блоками физически изношенного и морально устаревшего оборудования действующих.
Полученные результаты должны быть основой для дальнейших исследований и разработок по созданию пилотного проекта современного высокоэффективного угольного конденсационного энергоблока при умеренных капитальных и эксплуатационных затратах, приемлемых маневренных характеристиках, конкурентноспособного на мировом рынке и пригодного для коммерциализации.
Получение совокупности результатов исследования обеспечит разработку технических заданий на проектирование теплотехнического оборудования для новых ТЭС и замещающего – для действующих. Внедрение разработанных установок должно повысить экономическую эффективность реализации таких прикладных социально-экономических задач, как энергосбережение и минимизация ущерба окружающей среде на региональном уровне.
Наиболее интересными результаты ПНИ являются для угольной теплоэнергетики большой мощности и могут найти широкое использование компаниями электроэнергетической и энергомашиностроительной отраслей промышленности. Лучшие по технико-экономическим показателям и маневренности отечественные разработки и более низкая себестоимость производства электроэнергии создаёт преимущества на рынке. Поэтому в результатах проводимых исследований могут быть заинтересованы, прежде всего, электрогенерирующие компании. В сферу их практических интересов входит технология «Угольные блоки на суперсверхкритические параметры пара единичной мощностью 330-660-800 МВт с КПД 44-46 %, перспективные технологии на ультрасверхкритические параметры пара (35 МПа, 700/720 оС), обеспечивающие КПД 51-53 % и угольные ТЭЦ нового поколения единичной мощностью 100-200-300 МВт с использованием различных технологий сжигания топлива» Технологической платформы «Экологически чистая тепловая энергетика высокой эффективности», инициаторами создания которой являются Министерство энергетики Российской Федерации и ОАО «ИНТЕР РАО ЕЭС».