Содержание к диссертации
Введение
Глава первая. ТЕПЛО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК С ГАЗОВЫМ ПРОМПЕРЕГРЕВОМ ТЕПЛО-АККУМУЛИРУЮЩЕЙ ЧАСТИ АТОМНЫХ СТАНЦИЙ ДАЛЬНЕГО ТЕПЛОЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ 62
1.1. Анализ рациональных тепловых схем тепло-аккумулирующей части АСДТ 62
1.2. Методика расчета экономически наивыгоднейшей температуры питательной воды 74
1.3. Экономически наивыгоднейшее давление промперегрева пара
1.4. Совместная оптимизация основных параметров турбоустановок теплоаккумулирующей части АСДТ
Глава вторая. ВЫБОР ЭКОНОМИЧЕСКИ НАИВЫГОДНЕЙШИХ ПАРАМЕТРОВ ПАРОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ С ПАРОВЫМ ПРОМПЕРЕГРЕВОМ ПАРА ТЕПЛО-АККУМУЛИРУЮЩЕЙ ЧАСТИ АТОМНЫХ СТАНЦИЙ ДАЛЬНЕГО ТЕПЛОЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ 117
2.1. Особенности тепловых схем паротурбинных установок с паровым промперегревом 117
2.2. Методические положения оптимизации основных параметров турбоустановки с паровым промперегревом. 121
2.3. Методика и результаты определения оптимальной температуры питательной воды 133
2.4. Выбор оптимального давления парового промперегрева пара 142
2.5. Методика оптимизации температуры промперегрева 153
2.6. Экономически наивыгоднейшее давление греющего пара турбоустановок с промперегревом 162
2.7. Совместная оптимизация основных параметров тепловой схемы паротурбинных установок АСДТ с паровым промперегревом 169
Глава третья. ОПТИМИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОИСПОЛЬЗУЮЩЕЙ ЧАСТИ АТОМНЫХ СТАНЦИЙ ДАЛЬНЕГО ТЕПЛОЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ 179
3.1. Анализ и выбор расчетных схем теплоиспользующей части АСДТ 179
3.2. Методика и результаты оптимизации температуры питательной воды турбоустановок типа ПТ и Т теплоиспользующей части АСДТ с учетом режимов теплопотребления 194
3.3. Сравнительная эффективность турбоустановок типа ПТ и Т в те плои с пользующей части АСДТ 204
Глава четвертая. ТЕПЛО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ АТОМНЫХ СТАНЦИЙ ДАЛЬНЕГО ТЕПЛОЭНЕРГОСНАБЖЕШИЯ 209
4.1. Сравнительная эффективность различных схем АСДТ с ВТГР 209
4.2. Рациональные схемы и характеристики теплопе- редающей части АСДТ 215
4.3.Экономическая эффективность атомных станций дальнего теплоэнергоснабжения и рациональные области их применения 218
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 232
ЛИТЕРАТУРА 235
ПРИЛОЖЕНИЕ. АКТ О ШЕДРЕНИИ
- Анализ рациональных тепловых схем тепло-аккумулирующей части АСДТ
- Особенности тепловых схем паротурбинных установок с паровым промперегревом
- Анализ и выбор расчетных схем теплоиспользующей части АСДТ
- Сравнительная эффективность различных схем АСДТ с ВТГР
Анализ рациональных тепловых схем тепло-аккумулирующей части АСДТ
Параметры проведения реакции паровой конверсии метана приняты следующие: давление в конверсионной установке 4,0 МПа , равновесная температура конвертированного газа на выходе из конверсионной установки 800 С , мольное соотношение пар/метан (оС) принималось равным от 2:1 до 4:1. Объемный состав метанированно-го газа на входе в тепло аккумулирующую часть АСДТ В таблице I.I приведен равновесный состав конвертированного газа на выходе из конверсионной установки для принятых параметров конверсии при различных значениях оС /29/. Как видно из таблицы, увеличение соотношения пар/метан ведет к росту степени конверсии метана. Однако, больший ( по сравнению со стехиометри-ческим) расход водяного пара требует больше теплоты на его выработку.
В процессе охлаждения температура конвертированного газа достигает температуры насыщения при парциальном давлении водяных паров, растворенных в конвертированном газе. При дальней -шем охлаждении идет процесс конденсации водяных паров из кон -вертированного газа с изменением его состава. В таблице 1.2 приведены результаты расчета состава конвертированного газа, начиная от температуры начала конденсации водяных паров до 40 С.
При различных соотношениях оС рассчитаны значения энтальпий конвертированного газа в интервале температур от 800 С до 40 С. При этом энтальпия газовой смеси определялась по энтальпиям компонентов /108/, используя метод аддитивности весовые доли водорода, окиси и двуокиси углерода, метана и во -дяных паров в конвертированном газе. Результаты расчета энтальпий конвертированного газа приведены в таблице 1.3.
Особенности тепловых схем паротурбинных установок с паровым промперегревом
Выбор рациональной тепловой схемы теплоаккумулирующей части АСДТ с ВТГР с паровым промперегревом пара определяется целым рядом факторов. Главными из них являются обеспечение необходимой безопасности, высокой экономичности, наименьших значений капитальных вложений.
Как показали технико-экономические расчеты по определению эффективности различных схем АСДТ, паротурбинные установки теплоаккумулирующей части с газовым промперегревом более экономичны, чем с паровым промперегревом. Однако, с точки зрения обеспечения необходимой безопасности и надежности работы оборудования организация парового промежуточного перегрева пара имеет свои преимущества /72,141/. Отсутствие заброса в паровую тур -бину из-за аварийного разрыва трубок пароперегревателя радиоактивного гелия (в случае осуществления гелиевого перегрева в парогенераторе) или технологической смеси газов (в случае осуществления промперегрева за счет высокопотенциальной теплоты конвергированного газа); повышение надежности парогенератора из-за отсутствия дополнительной перегревательной поверхности; повышение автономности работы паротурбинной установки по отношению к технологической части; сокращается длина паропроводов, что уменьшает потери давления и снижает опасность разгона турбины паром, находящимся в трубах промперегрева, при отключении стопорного клапана.
При разработке рациональных схем паротурбинных установок теплоаккумулирующей части АСДТ с паровым промперегревом пара необходимо решить вопрос о выборе параметров греющего теплоносителя. Применение свежего пара по сравнению с сухим насыщенным определяет рост конечной температуры промперегрева. Однако, в этом случае, снятие перегревательной части теплоты греющего пара обусловливает увеличение поверхности нагрева промперегревателя. Температура промперегрева будет наименьшей в случае использования отборного пара в качестве греющего, но здесь можно дополнительно получать мощность из-за расширения отборного пара в цилиндре высокого давления турбины.
Анализ и выбор расчетных схем теплоиспользующей части АСДТ
Одним из наиболее важных элементов атомных станций дальнего теплоэнергоснабжения являются установки выделения и использования теплоты на базе метанаторов . В зависимости от характера потребителя, параметров и потенциала используемой теплоты или энергии можно выполнять такие установки на различные технологические параметры проведения реакции метанирования конвертированного газа и использовать в них разные технические и технологические решения как в части метанатора, гак и в части энергетического оборудования, совмещенного с ним.
По условиям термодинамического равновесия в метанаторах могут быть достигнуты температуры вплоть до 700...800 С. Однако, учитывая возможности разработки и создания катализаторов,способных работать при таких температурах в течение длительного ресурса, а также исходя из характеристик потребителей теплоты, необходимо, по-видимому, снизить температуру работы катализатора на первом этапе до 600...650 С, что может быть обеспечено путем рециркуляции части прореагировавшего в метанагоре газа.
Технико-экономическая эффективность теплоиспользующей части АСДТ с ВТГР зависит от схем и параметров процесса метанирования. В зависимости от количества и места отбора рециркулируемого газа практически полный выход метана достигается в три стадии. При этом температура газа на выходе из первой ступени может дости -гать 600...650 С, что определяет возможность генерации пара энергетических параметров, достаточных для решения большинства задач, стоящих перед АСДТ. Как уже отмечалось выше, метанирова-ние может быть проведено и в одну стадию, однако, температура газа на выходе из ступени составляет 300...340 С, что и определяет температурный потенциал отпускаемой теплоты.
На эффективность систем дальнего теплоэнергоснабжения существенное влияние оказывает выбор схемы использования теплоты реакции метанирования. В работах /91,89,30/ рассматривались установки метанирования для комбинированного производства теплоты и электроэнергии, для промышленного или коммунально-отопительного теплоснабжения.
В настоящей работе определены возможности использования теплоты метанирования для производства пара энергетических параметров с последующим его использованием в паротурбинном цикле с целью комбинированного производства теплоты и электроэнергии.
Сравнительная эффективность различных схем АСДТ с ВТГР
Эффективность атомных станций дальнего теплоэнергоснабжения существенным образом зависит от выбранных тепловых схем теплоак-кумулирующей, теплоиспользугощей и теплопередающей частей. В предыдущих главах диссертации рассматривались различные схемы тепло-аккумулирующей части АСДТ. Показаны основные преимущества и недостатки этих схем. Однако, выбор той или иной схемы должен основываться только на базе технико-экономических расчетов с учетом оптимальных параметров и различных технических рекомендаций.
На основе анализа рациональных тепловых схем определены два возможных способа утилизации низкопотенциальной теплоты конвер тированного газа: осуществление теплоснабжения близлежащих по требителей или генерация пара низкого давления и подача его в ЦНД турбоустановки. Эффективность использования низкопотенциаль ной теплоты конвертированного газа определялась по величине из менения приведенных затрат в системе на установку в теплоаккумулирующую часть АСДТ, соответственно, при использовании теплоты конвертированного газа для энергетических нужд либо для ближнего теплоснабжения, руб/год.
Использование низкопотенциальной теплоты для генерации пара низких параметров вместо подогрева сетевой воды ведет к выработ ке дополнительной электроэнергии. Однако, в этом случае для приведения сравниваемых вариантов к равному энергетическому эффекту возникает необходимость в установке у потребителя котельной, работающей на органическом топливе, что определяет дополнительные капиталовложения в системе, С другой стороны, при использовании теплоты конвертированного газа для подогрева сетевой воды возникает необходимость в дополнительных капитальных вложениях в тепловые сети, так как атомные источники теплоснабжения располагаются на значительно большем расстоянии от потребителей, чем установки теплоснабжения на органическом топливе.
Расчеты по определению сравнительной эффективности использования ПСВ или ПГНД проводились при различных значениях температуры гелия на входе в парогенератор, соотношения пар/метан, дальности ближнего теплоснабжения. При этом замыкающие затраты на электроэнергию варьировались в интервале от 80 руб/(кВт.год) до 120 руб/(кВт.год), на органическое топливо от 50 руб/т у.т. до 80 руб/т у.т., удельная стоимость трубопроводов теплосети (0,8... 1,0).106 руб/км. Тепловая нагрузка ближнего теплоснабжения принята равной 350 МВт. Как следует из анализа результатов расче -тов, предельная дальность ближнего теплоснабжения, при которой эффективнее использовать низкопотенциальную теплоту для подогрева сетевой воды, составляет 20...30 км в зависимости от удельной стоимости теплосети.
