Разработка энергетической установки, удовлетворяющей требованиям, предъявленным в Генеральной схеме и работающую с пониженным уровнем в

Р Е Ч Ь

 

1.

 

В настоящее время  нехватка энергетических и тепловых мощностей все ещё серьезно сказывается  на развитии экономики нашей страны. Суммарная мощность устаревшего оборудования на электростанциях России составляет более 80 млн. кВт, или 39% установленной мощности всех электростанций. К 2020 году уже 57% мощностей действующих тепловых электростанций отработают свой ресурс.

Генеральная схема размещения объектов электроэнергетики до 2020 года, разработанная  Министерством Промышленности и Энергетики РФ с участием ОАО РАО «ЕЭС России», «Росэнергоатома», ОАО «Газпром», ОАО «РЖД» и  одобренная распоряжением  Правительства Российской Федерации от 22 февраля 2008 г, предусматривает до 2010 года ввод 34 млн. кВт мощности и к 2020 году ввод более 180 ГВт мощности. На эти цели планируется получить инвестиций на сумму более 11 мрд. руб. в ценах соответствующих лет.

Планируется покрыть  нехватку в электроэнергии за счет строительства новых эффективных  ПГУ, которые придут на смену мощным ПТУ ТЭС.

2.

В рамках дипломного проекта была поставлена задача: Разработать энергетическую установку, эффективную, удовлетворяющую требованиям, предъявленным в Генеральной схеме и работающую с пониженным уровнем вредных выбросов. Дополнительно необходимо обеспечить возможность независимого функционирования газотурбинной и паротурбинной её частей. Это условия ставилось с той целью, чтобы таким образом добиться более широкого диапазона нагрузок без снижения эффективности работы. Т.к. держать в горячем или холодном резерве ПТУ большой мощности экономически не эффективно. Также в виду политики перехода на твердое ископаемое топливо, такое как каменный уголь, в качестве топлива был выбран синтез-газ, получаемый при газификации угля на месте работы энергетической установки. Часть получаемого синтез-газа планируется перерабатывать с целью получения из него в реакторах конверсии водорода, необходимого в водородной энергетике. Об установке, использующей водородное топливо пойдет речь во втором разделе ИЧ ДП.

3.

Выбор оптимальной тепловой схемы проектируемой энергетической установки является предметом первого раздела ИЧ ДП. Были рассмотрены схемы комбинированных установок, реализованные в современной электроэнергетике. Среди всех схем были отобраны 2 как наиболее полно удовлетворяющие представленным требования к независимой работе ПТУ и ГТУ. Был произведен подробный тепловой и газодинамический расчет ПТУ, работающей в составе этих схем. Результаты исследования приведены на листе Х, из них видно что… Как видим предпочтение той или другой схеме необходимо отдавать в зависимости от условий в которых работает ПГУ. Мной, как более приоритетные, были приняты условия частой смены нагрузки энергоблока, что приводит к одинаковому по времени %-му соотношению автономной работы ПТУ и работы её по ПГ-циклу. Поэтому предпочтение было отдано полузависимой схеме работы.

4.

В конструкторской части кроме теплового, предварительного и проектировочный расчет ПТУ, работающей на двух режимах, был произведен расчет на прочность лопатки ЦСД и корпуса ЦВД на нераскрытие стыка.

Результатом КЧ является следующая предлагаемая конструкция  ПТУ. В качестве прототипа была выбрана  новая турбина ЛМЗ К-330-240. Среди  конструктивных особенностей можно  выделить следующие:

• Ротор ЦВД выполнен цельнокованым с реактивным облопачиванием, что позволяет обеспечить высокую эффективность работы установки на переменных режимах.

• За прототип ЦНД был  выбран хорошо зарекомендовавший себя на турбинах К-1200-240 и К-1000-5,5/3000 цилиндр  низкого давления производства ЛМЗ  с высотой последней лопатки 1200мм и площадью выхлопа в конденсатор 14м².

• Все лопатки направляющие и рабочие имеют Т-образный хвост, применена специальная конструкция замкового соединения.

• Турбина снабжена паровыми лабиринтными уплотнениями. Новые усовершенствованные  уплотнения имеют меньший зазор и работают на витых отжимных пружинах. Также предусмотрены специальные отверстия в обоймах уплотнений для циркуляции пара и их охлаждения. Из концевых каминных камер уплотнений всех цилиндров паровоздушная смесь отсасывается водоструйным эжектором через вакуумный охладитель. В качестве уплотнений на последних ступенях ЦНД используются сотовые уплотнения.

• литые диафрагмы ЦНД заменены на сварную конструкцию

• применение рабочих лопаток с цельнофрезерованными бандажами, в том числе и в последних ступенях ЦНД

5.

В технологической части  рассматривалось производство левой  полумуфты, соединяющей вал турбины  с валом генератора. Разработан технологический  процесс и выполнены чертежи  следующих наладок.. Также для  выполнения отверстий под соединительные болты был спроектирован кондуктор для сверления.

6.

Как известно, существует два принципиальных метода повышения  эффективности паротурбинных установок. Это увеличение термического к.п.д. за счет повышения начальных и  понижения конечных параметров пара, и второй – развитая система регенерации тепла. Считается оптимальным, если два этих метода удается совместить на практике.

В предыдущем разделе  исследовательской части речь шла  о современном типе парогазовых  установок с развитой системой регенерации тепла. Но если поставить целью дальнейшее повышение к.п.д. турбины, то решение этой задачи может быть найдено только в применении высокотемпературных циклов. Реализация таких циклов связана с применением новых высокотемпературных технологий и спец. техники.

Второй раздел исследовательской  части посвящен разработке программы  испытаний такой высокотемпературной ПТУ, работающей на водородном топливе.

Объектом испытаний  является высокотемпературная паротурбинная  установка (ВПТУ-100), изображенная на листе Х,  с водородным пароперегревателем. Продольный разрез самой турбины – на листе Х. Номинальная мощность, снимаемая с вала турбины, составляет 100кВт. Роль нагружающего устройства выполняет воздушный тормоз.

Данный проект выполняется  в рамках ФЦП  по развитию приоритетных направлений науки, к которым относится водородная энергетика. Опытный образец ВПТУ-100 будет испытываться на стенде межведомственной научно-исследовательской лаборатории совместными силами ЗАО НПВП «Турбокон» и КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Предварительные испытания  включают в себя проверку систем охлаждения масла, конденсата; систему подачи масла  на уплотнения; систему прокачки конденсата. Подробная методика проверки всех этих систем изложена в ИЧ. После проверки всех вспомогательных систем, а также работы измерительного оборудования и автоматики, выполняется запуск турбины.

Рабочее тело – пар  нужных параметров ( 3 МПа, 800ºС) поступает из парогенерирующего узла. Температура пара не меняется  при изменении режима испытаний. Для построения диаграммы режимов, необходимо проверить работу турбины при частичных нагрузках по мощности и при различном числе оборотов.

Частичные по мощности режимы работы турбины  достигаются дросселированием пара на входе в турбину с помощь элементов регулирующей арматуры. Испытания проводятся при изменении давления на входе в турбину от 2 до 3 МПа с интервалом в ≈ 0.2 МПа.

Изменение частоты вращения при неизменных параметрах на входе  в турбину достигается изменением степени дросселирования воздушного тракта нагружающего устройства – воздушного тормоза (ВТ).

Для каждой степени дросселирования  ВТ производится установление ряда режимов  по частоте вращения от 10000 до 24000 об/мин с интервалом ≈500 об/мин., начиная с минимальной. Изменение частоты вращения производится  за счет изменения давления на входе в турбину (изменения степени открытия регулирующего вентиля).

Практический интерес  представляет такие характеристики, когда    а) давление, расход и  мощность меняются при фиксированной частоте вращения; б) частота вращения меняется при неизменных температуре и давлении на входе. По выполненным измерениям для каждого варианта дросселирования воздушного тормоза строятся графики характеристик турбины в параметрах подобия.

Результаты анализируются, по ним выпускается технический  отчет.

Экспериментальные данные по работоспособности проточной  части турбины при высоких  температурах, полученные в ходе данных испытаний будут приняты за основу для дальнейших разработок высокотемпературных паровых турбин с начальными параметрами пара до Т = 1500°С и Р = 35МПа.

Теоретически применение энергетических установок подобного  типа позволит достичь термодинамического КПД до 70%, что значительно выше существующего на сегодняшний день для тепловых машин.

7. Экология: расчет освещения и теплоизоляции

8.Экономика: расчет  срока окупаемости доп.кап. влож.