Введение 15
Обозначения 16
Глава 1. Краткий обзор современных высокотемпературных блоков ведущих турбиностроительных фирм с оценкой предельно допустимых начальных параметров пара в таких блоках, работающих по стандартному циклу Ренкина 17
Глава 2. Тепловой и аэродинамический расчет нового базового блока, мощностью 300 МВт при начальных параметрах пара Po=30 МПа t0=650oC 27
2.1. Расчёт тепловой схемы 27
2.1.1. Предварительная оценка процесса расширения турбины в
й,з-диаграмме 28
2.1.2. Расчет подогревателей 29
2.2. Аэродинамический расчет 35
2.2.1. Расчёт числа ступеней и распределение теплоперепадов по
ступеням турбины части высокого давления 36
2.2.2. Расчет числа ступеней, диаметров и теплоперепадов по
ступеням цилиндра среднего давления 45
2.2.3. Расчет числа ступеней, диаметров и теплоперепадов по
ступеням цилиндра низкого давления 58
2.2.4. Расчет последней ступени ЦНД 69
2.2.5. Оценка предельной мощности трехцилиндровой турбины
при использовании полуторного выхлопа 82
Глава 3. Расчёт тепловой схемы паропаровой установки, выполненный по тепловой схеме А.Е.Зарянкина, с начальными параметрами пара: P0=35 МПа t0=1500oC 88
3.1. Разработка принципиально новой высокотемпературной
паропаровой установки 88
3.2. Расчёт тепловой схемы высокотемпературной (основной) паровой турбины 92
3.2.1. Расчет подогревателей 94
3.2.2. Технико-экономические показатели 99
Глава 4. Расчёт тепловой схемы утилизационного паротурбинного
блока, 103
4.1. Расчёт тепловой схемы утилизационного блока 103
4.1.1. Расчет подогревателей 105
4.1.2. Технико-экономические показатели 110
4.1.3. Технико-экономические показатели
высокотемпературного паропарового цикла с учетом охлаждения основной турбины 112
Глава 5. Аэродинамический расчет высокотемпературной паровой турбины 116
5.1. Расчёт числа ступеней и распределение теплоперепадов по
ступеням турбины части высокого давления высокотемпературной турбины 116
5.2. Расчёт числа ступеней и распределение теплоперепадов по
ступеням турбины части среднего давления высокотемпературной турбины 128
5.3. Расчёт числа ступеней и распределение теплоперепадов по
ступеням турбины части низкого давления давления высокотемпературной турбины 142
Глава 6. Новые технические решения при создании паровых турбин следующего поколения 153
6.1. Сопловое парораспределение с выносной камерой смешения 153
6.2. Цилиндр низкого давления с полуторным выхлопом на базе
двухъярусной вильчатой рабочей лопатки 157
6.3. Принципиальная схема системы охлаждения цилиндра высокого и среднего давления высокотемпературной паровой турбины
161
Глава 7. Оценка эффективности использования нового паропаровой
установки на ТЭС нового поколения 162
7.1. Расчет экономической эффективности паропаровго блока с
начальной температурой пара 10=1500оС без охлаждения 162
7.2. Расчет экономической эффективности паропаровго блока с
начальной температурой пара 10=1500оС с охлаждением 165
Основные выводы и результаты 169
Список литературы 170
В Российской Федерации более 60% оборудования электростанций работают за пределом своего паркового ресурса с КПД ниже 40%, и в скором времени может возникнуть дефицит электроэнергии, покрыть который на основе старых технологий даже теоретически окажется невозможно.
В этой связи актуальность разработки и внедрения новых технологических решений в энергетической отрасли не вызывает сомнений.
Переход к высокотемпературным паротурбинным циклам является перспективным способом в производстве электроэнергии. В мировом турбостроении уже много лет осваиваются и реализуются такие технологические решения при строительстве новых энергетических блоков.
В Европе, Северной Америке и Японии начиная с 60-ых годов активно проектировались энергоблоки с повышенными параметрами пара, и уже сейчас ступень с начальными параметрами Po=28-30 МПа to=580-650°C за рубежом можно считать освоенной. Дальнейший этап развития высокотемпературных паротурбинных блоков является переход к ультрасверхкритическим параметрам пара p0=30-35 МПа и to=7OO-750°C. Для достижения этой цели в Европейском Союзе создана программа AD700. В отечественной энергетике стоит отметить энергоблок Каширской ГРЭС Р-100-300 с начальной температурой пара t0=650°C, эксплуатируемый в 60¬ые годы прошлого века. После его закрытия существенных разработок, внедрённых в работу в нашей стране, не было. На данный момент в России начальная температура свежего пара не превышает 580°C.
Для того, чтобы обеспечить высокую конкуренцию в мировой энергетической отрасли, необходимы новые технологические решения, не имеющие аналогов в мировом турбостроении.
В представленном исследовании предлагается новый паротурбинный цикл, с помощью которого можно повысить экономичность до уровня современных парогазовых установок, а также уменьшить количество вредных выбросов в окружающую среду.
1. Для качественной оценки эффективности перехода к более высоким начальным температурам пара проведен расчет тепловой схемы высокотемпературного паротурбинного блока, и выполнен эскизный чертеж продольного разреза спроектированной паровой турбины с использованием ряда новых решений, позволивших на 3% увеличить её КПД по сравнению с зарубежными аналогами, что дало возможность в итоге поднять КПД нового блока до 49,8%.
2. Разработан ЦНД с полуторным выхлопом пара в конденсатор на базе двухъярусной вильчатой лопатки высокотемпературной турбины с использованием специальных кольцевых решеток, установленных перед сопловыми аппаратами четвертой и пятой ступени, обеспечивающих равномерное распределение пара при его входе в СА, что позволило создать ЦНД с КПД равным 87,5% при существенном снижении металлоемкости.
3. Для преодоления температурного порога в традиционном цикле Ренкина была использована и рассчитана новая паропаровая тепловая схема А.Е. Зарянкина, исключающая ограничение по уровню начальных температур пара в результате введения в эту схему добавочного утилизационного паротурбинного блока, что позволило увеличить КПД указанного паропарового блока до 64-67% при начальной температуре пара равной 150(0С.
4. В конструктивном плане разработан вариант
ультрасверхвысокотемпературной турбины в четырех корпусном исполнении с выносной системой соплового парораспределения, позволяющей существенно упростить конструкцию ЦВД и обеспечить высокоэкономичную работу этого цилиндра не только на расчетном, но и на переменных режимах работы турбины.
