Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Тепловые и ядерные энергоустановки

Диссертационная работа:

Квривишвили Арсений Робертович. Эффективность и параметры паропаровых энергоблоков ТЭС : диссертация ... кандидата технических наук : 05.14.14 / Квривишвили Арсений Робертович; [Место защиты: Новосиб. гос. техн. ун-т].- Новосибирск, 2009.- 253 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/1614

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. СХЕМЫ, ПАРАМЕТРЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ГОТОВНОСТЬ
ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ ДВУХКОНТУРНЫХ УГОЛЬНЫХ
ЭНЕРГОБЛОКОВ ТЭС 10

  1. Исходные предпосылки 10

  2. ПТУ с внутрицикловой газификацией угля 10

  3. ПТУ с КСД 15

  4. ПТУ с воздушным котлом 18

  5. Паропаровой энергоблок 20

  1. Схема и параметры 20

  2. Технологическая готовность паропаровых энергоблоков 23

1.6. Выводы и задачи исследования 28

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ 30

  1. Выбор тепловой схемы 30

  2. Расчет агрегатов высокотемпературного контура 42

  1. Общие положения 42

  2. Тепловой расчет и определение конструктивно-компоновочных параметров пылеугольного котла. Особенности расчета 45

  1. Тепловой баланс котла 46

  2. Тепловые балансы по поверхностям нагрева 47

  3. Расчет топки 48

  4. Расчет конвективных поверхностей нагрева 54

  5. Методика гидравлического расчета 63

2.2.3. Методика теплового расчета и особенности определения
конструктивно-компоновочных параметров высокотемпературной паровой
турбины 66

2.2.3.1 Методика теплового расчета 66

2.2.3.2. Расчет на прочность рабочих лопаток 83

2.2.4. Тепловой расчет и определение конструктивно-компоновочных
параметров парового компрессора 86

2.3. Выводы 103

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ 105

  1. Выбор схемы ЭГШ для термодинамического исследования 105

  2. Влияние параметров цикла на КПД ЭГШ 108

  3. Анализ тепловой экономичности ЭГШ 114

  4. Выводы 118

ГЛАВА 4. КОНСТРУКТИВНО-КОМПОНОВОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ АГРЕГАТОВ ЭГШ И ИХ АНАЛИЗ 119

  1. Исходные данные 119

  2. Конструктивно-компоновочные показатели пылеугольного котла и их анализ 119

  3. Анализ конструктивно-компоновочных показателей высокотемпературной паровой турбины 127

  4. Конструктивно-компоновочные показатели парового компрессора 132

  5. Компоновка ЭГШ 135

  6. Выводы 138

ГЛАВА 5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЭГШ 141

  1. Капиталовложения в высокотемпературное оборудование ЭПП 141

  2. Оценка капиталовложений в котел-утилизатор 142

  3. Оценка капиталовложений в технические системы и сопутствующее оборудование .ч 148

  4. Результаты расчета капиталовложений в агрегаты и ЭПП в целом 151

  5. Выводы 159

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 160

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 166

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (Результаты расчета высокотемпературных паровых

турбин) 178

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (Результаты расчета паровых осевых компрессоров) 191

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 (Пусковая схема паропарового энергоблока) 244

ПРИЛОЖЕНИЕ 4 (Акты об использовании результатов работы) 249

Введение к работе:

На обозримую перспективу уголь сохранит и укрепит позиции основного источника производства электроэнергии [13, 65, 86, 95]. Мировые запасы угля позволяют обеспечить потребности человечества в энергии на протяжении, по крайней мере, 250 лет. Запасы газа оцениваются на 35...60 лет, нефти — на 25...50 лет [16, 51, 85]. В соответствии с данными EIA International Energy Outlook (1998 г.) среди всех источников производства электроэнергии в мире уголь составляет 36 %, являясь во многих странах основой крупной энергетики [65], при этом ведется работа по повышению эффективности угольных ТЭС и снижению их воздействия на окружающую среду.

В России, как и во всем мире, наметилась тенденция в энергетике по перераспределению топливного баланса в пользу угля относительно нефти и газа. В соответствии с энергетической стратегией на период до 2020 г. производство и потребление энергетических ресурсов в России, несмотря на намечаемые меры в сфере энергосбережения, будут возрастать. При общем росте энергопотребления на 13... 35 %, потребление угля увеличится на21...54%[13].В настоящее время правительством РФ поставлена задача удвоения ВВП до 2030 г., что обусловливает удвоение генерирующих мощностей.

Задача усложняется тем, что в России в 2000 г. выработан парковый ресурс 36,4 млн. кВт (17 %) мощности электростанций России. К 2015 г. выработают свой парковый ресурс 112... 128 млн. кВт, что составляет 60...70 % действующих энергогенерирующих мощностей [10, 57, 77, 86].

В такой ситуации кардинальным решением должно являться полномасштабное техническое перевооружение энергетики, основанное на замещении оборудования, выработавшего свой ресурс, оборудованием нового поколения (преимущественно отечественного производства). Данное направление требует больших первоначальных инвестиций, значительных средств на создание и освоение головных образцов, с более длительным сроком окупаемости, однако радикально повысит технико-экономический уровень электроэнергетики [78].

Одним из эффективных методов повышения КПД угольных энергоблоков до 50 % является переход от традиционных одноконтурных схем к новым высокотемпературным низконапорным двухконтурным (парогазовым или па-ропаровым) схемам.

Развитие двухконтурных угольных энергоблоков в развитых странах производится в рамках национальных программ [15, 52] (Advanced Turbine Systems в США, THERMIE в Европе и др.) по следующим направлениям:

ПТУ с внутрицикловой газификацией угля (полученный из угля синтез-газ сжигается в камере сгорания высокотемпературной ГТУ); '

ПТУ с кипящим слоем под давлением (камера сгорания ГТУ замещается топочным устройством с кипящим слоем, работающем под давлением сжатого в компрессоре воздуха и в котором расположены котельные поверхности нагрева паротурбинного контура);

ПТУ с непрямым (внешним) сжиганием угля (вместо камеры сгорания ГТУ в такой схеме устанавливается воздушный котел, в трубах поверхностей нагрева которого нагревается воздух для последующей его подачи на газовую турбину).

Дальнейшим развитием двухконтурных схем является создание по типу ПТУ пылеугольных низконапорных высокотемпературных паротурбинных энергоблоков, работающих по комбинированному циклу Фильда-Барановского (на перегретом водяном паре в высокотемпературной области) и Ренкина (в утилизационной части). Такой энергоблок предлагается по аналогии с парогазовым называть паропаровым (ЭГШ).

Целью диссертации является разработка методических подходов, математических моделей, методов расчета и исследования показателей тепловой экономичности, расходно-термодинамических, конструктивно-компоновочных параметров и профилей технологически новых высокотемпературных низконапорных пылеугольных паропаровых энергоблоков ТЭС и разработка рекомендаций по выбору схем, параметров и мощностей.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые получены и выносятся на защиту следующие наиболее важные результаты:

  1. Разработанные методики термодинамического исследования, анализа показателей тепловой экономичности, расчетов конструктивно-компоновочных и технико-экономических параметров высокотемпературных низконапорных агрегатов ЭПП (пылеугольного парового котла, паровых осевых турбины и компрессора) с учетом теплофизических свойств высокотемпературного перегретого пара, ограничений, отражающих технологичность и условия протекания физико-технических процессов.

  2. Разработанные математические модели функционирования агрегатов и в целом ЭПП.

  3. Разработанные на основе выполненных исследований профили и конструктивно-компоновочные параметры высокотемпературных низконапорных агрегатов ЭПП и новая схема, защищенная Патентом РФ.

  4. Рекомендации по выбору рациональных схем, расхо дно-термодинамических и конструктивно-компоновочных параметров, профилей высокотемпературных агрегатов и в целом энергоблоков для различных их единичных мощностей, определение путей дальнейшего повышения эффективности ЭПП.

Методы исследования: методы термодинамического и энергетического анализа, расходного и энергетического балансов, расчета паровых котлов и турбомашин, гидрогазодинамики, математического и компьютерного моделирования.

Практическая значимость и использование результатов работы. Разработанная методика, методический подход, математическая модель и алгоритмы позволяют получать на основе тепловых расчетов профили высокотемпературных агрегатов и конструктивно-компоновочные параметры оборудования ЭПП, определять влияние параметров цикла на эффективность, устанавливать рациональный диапазон мощностей энергоблока. Рассчитанные по-

7 казатели паропаровых энергоблоков могут служить информационной базой для дальнейших исследования и проработки пилотных установок.

Результаты работы использованы в проектных организациях ОАО «НоТЭП», ЗАО «СибКОТЭС» для перспективного проектирования ТЭС, в Проблемной лаборатории теплоэнергетики при факультете Энергетики НГТУ, в учебном процессе - в НГТУ при подготовке инженеров по специальности 140101 — «Тепловые электрические станции» и магистров по направлению 140100 - «Теплоэнергетика».

Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обосновывается использованием разработанных методик (основанных на нормативных методах) расчета котлов и турбомашин, фундаментальных закономерностей технической термодинамики, гидрогазодинамики, теплопередачи, сопротивления материалов. Математические модели и компьютерное моделирование ЭПП базируются на методах, апробированных и хорошо себя зарекомендовавших на решении ряда других задач подобного класса.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на: 9-й Российско-Корейской международной конференции «KORUS — 2005» (г. Новосибирск, НГТУ); международном коллоквиуме XXXVII Kraftwerk-stechnisches Kolloquium (Германия, г. Дрезден, 2005 г.); международной научно-практической конференции «ИННОВАЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА» (г. Новосибирск, ИТ СО РАН, 2005 г.); одиннадцатой Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: экология, надежность, безопасность» (г. Томск, ТПУ, 2005 г.); пятой Российской научно-технической конференции «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности» (г. Ульяновск, 2006 г.); Всероссийской конференции - конкурсе инновационных проектов студентов и аспирантов по приоритетному направлению Программы «Энергетика и энергосбережение» (г. Томск, ТПУ, 2006 г.); на втором международном форуме стратегических технологий «IFOST - 2007» (Монголия, г. Улан-Батор), на третьем международном форуме стратегических технологий «IFOST - 2008» (г. Новосибирск, НГТУ); третей молодежной Междуна-

8 родной научной конференции «Тинчуринские чтения» (г. Казань, КГЭУ, 2008 г.); межвузовской научной конференции «Современные научно-технические проблемы теплоэнергетики и пути их решения» (г. Саратов, СГТУ, 2008 г.); Всероссийских научных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации.» НТИ-2005, НТИ-2006, НТИ-2007 (г. Новосибирск, НГТУ); в рамках научных сессий НГТУ и расширенного семинара кафедры ТЭС НГТУ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 печатных работ, из них: 1 статья в журнале, входящем в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ, 1 - патент РФ, 4 - в сборниках научных трудов, 11 - в сборниках трудов конференций.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемых источников и приложений. Основной текст изложен на 177 страницах и содержит 48 рисунков, 24 таблицы, список литературы из 104 наименований. Общий объем — 253 страницы.

В первой главе выполнен обзор высокоэффективных двухконтурных угольных технологий для производства электроэнергии, предлагается схема пылеугольного низконапорного высокотемпературного паропарового энергоблока, показана ее перспективность и технологическая готовность и обосновывается актуальность исследований предложенной схемы. На основании проведенного анализа сформулированы цели и задачи исследования.

Во второй главе изложены методики и особенности термодинамического анализа ЭНН с определением показателей тепловой экономичности, теплового и гидравлического расчета паровых котлов с высокотемпературными генерирующими поверхностями, теплового и прочностного расчета высокотемпературной низконапорной паровой турбины, теплового расчета осевого парового компрессора с определением геометрических характеристик узлов.

В третьей главе произведено обоснование выбора схемы ЭПП для исследований, приведены результаты термодинамического исследования и ана-

9 лиз тепловой экономичности ЭПП, рассмотрено влияние параметров цикла на КПД схемы по отпуску электроэнергии.

В четвертой главе приведены результаты расчета расходно-термодинамических и конструктивно-компоновочных параметров высокотемпературных агрегатов (пылеугольного котла, высокотемпературной паровой турбины и парового осевого компрессора) и их анализ, рассмотрена рациональная компоновка оборудования ЭПП для различных мощностей, установлены ограничения по мощности для выбранных параметров схемы и определен рациональный диапазон мощностей ЭПП.

В пятой главе изложена методика и приведены результаты оценки капиталовложений в агрегаты, технические системы и в целом в ЭПП.

В заключении приведены выводы и выработанные рекомендации по выбору расходно-термодинамических и конструктивно-компоновочных параметров, профилей агрегатов и ЭПП в целом, рациональному диапазону мощностей.

В приложениях приведены результаты тепловых расчетов высокотемпературных паровых турбин, осевых паровых компрессоров для энергоблоков мощностью 58,9...180 МВт, а также принципиальная пусковая схема ЭПП.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net