И суперсверхкритические параметры пара
Объект исследования: этапы развития на сверхкритические и суперсверхкритические параметры пара на входе в турбину.
Результаты полученные лично авторами: Описана опытно-промышленная эксплуатация паровой турбины СКР-100-300. Приведена оценка эффективности перехода к суперсверхкритическим параметрам по ряду факторов.
В настоящее время промышленная теплоэнергетика уже сделала реальные шаги к последовательному переходу к энергоблокам на суперсвсрхкритнческие параметры. Для стран, таких как Россия, где климатические условия позволяют иметь глубокий вакуум в конденсаторе, главными мерами для увеличения КПД являются повышение параметров пара (наиболее простой и действенный способ вовлечения в энергетику твердого топлива, запасов которого хватит на сотни лет) и введение второго промперегрева, благодаря которому достигается экономия топлива до 4–7% и уменьшается конечная влажность пара в последних ступенях турбины. Следует отметить, что повышение параметров дает эффект независимо от типа используемого топлива.
«Критическое состояние (точка)» – состояние, в котором при определенных условиях стирается фазовая граница между газом и жидкостью. Любое вещество при температуре и давлении выше своей критической точки будет находиться в сверхкритическом состоянии, когда уже не существует ни жидкой, ни газообразной фазы. При сверхкритических параметрах теплота парообразования обращается в ноль. Типичный диапазон сверхкритических параметров – от 245 до 285 бар при температуре от 540 до 580 °С; а суперсверхкритических под давлением 280 бар при температуре 600 °С.
История освоения ССКП насчитывает более 50 лет.Она берет начало с создания в США энергоблока Эддистоун-1 мощностью 325 МВт на параметры пара 35,9 МПа, 648°С/565°С/565°С. В 1966 г. на Каширской гидроэлектростанции (ГРЭС) началась первая опытно-промышленная эксплуатация паровой турбины СКР-100-300. построенной Харьковским турбинным заводом (ХТЗ) на начальные параметры 29,4 МПа, 650°С с противодавлением 3,03 МПа. Первым энергоблоком ССКП нового поколения стал энергоблок Кавагое-1 на параметры 30,5 МПа, 566°С/566°С/566°С.
Увеличение температуры свежего пара и пара после промперегрева на каждые 10°С позволяет выиграть в экономичности 0,5%, а при повышении давления пара на 1,0 МПа экономичность увеличивается на 0,2%.
Решающей задачей для создания энергоблока на ССКП является освоение линейки материалов с необходимыми характеристиками длительной прочности и малоцикловой усталости.
Эффективность перехода к ССКП необходимо оценивать по многим факторам: технико-экономическим показателям, инвестированию на начальной стадии, эксплуатационным затратам, экологичности, возможности работы на частичных нагрузках. Важно, что все оценки необходимо делать в сравнении с альтернативными установками, такими как: ПГУ с внутрицикловой газификацией, ПГУ с циркулирующим кипящим слоем, с утилизационными ПГУ.
Повышение параметров на входе оказывает существенное влияние на конструкцию проточной части турбин. Для того чтобы сработать больший перепад энтальпий в цилиндре, не меняя количества ступеней, приходится модернизировать их, а иногда и полностью менять конструкцию.
Гарантией успешного внедрения турбинных ступеней являются методы оптимального проектирования и профилирования.На базе этих методов созданы программные комплексы одно- и многорежимной оптимизации турбин нового класса, в том числе и на заданные графики нагрузок. Экспериментально (на натурных и модельных стендах) доказана возможность срабатывания ступенями конструкции ЛПИ осевого и радиального типов больших перепадов энтальпии при сохранении высокой экономичности за счет снижения потерь при сверх- и трансзвуковых скоростях потока, а также потерь на выходе
Для модернизации паровых турбин разработаны конструкции высоконагруженных одно- и двухвенечных регулирующих ступеней. Их использование позволит повысить эффективность всей турбины в широком диапазоне режимов работы при заметном сокращении общего числа ступеней.использование соплового аппарата (СА) с α1=5° обеспечивает увеличение высоты лопатки или степени парциальности в 3 раза (по сравнению с α1=15° при неизменном диаметре) либо дает возможность во столько же раз (с целью снижения числа ступеней) увеличить диаметр и, следовательно, окружную скорость при неизменной высоте лопатки. Таким образом, удается снизить коэффициент потерь энергии - либо вторичных, либо дополнительных от парциальности.
Возможно не только разрабатывать новые турбоустановки на суперсверхкритические параметры с РС, но и модернизировать существующие серийные паровые турбины, что становится актуальным в период стагнации производства.
Материал поступил в редколлегию 04.04.2017
УДК 621.438.001.63: 378.244
В.В. Горбачев, В. И. Тихоновский
Научный руководитель: доцент кафедры «Тепловые двигатели», к.т.н.
А.В. Осипов