Введение к работе
Диссертация обобщает результаты выполненных автором исследований циклов, тепловых схем и спроектированных в соответствии с ними промышленных парогазовых установок, а также перспективных ПГУ Актуальность темы
Газотурбинные и парогазовые установки играют все возрастающую роль в структуре мировых энергетических мощностей вследствие их высокого КПД, хорошей маневренности и умеренной удельной стоимости при выполнении характерных для стационарной энергетики требований по надежности, готовности и ремонтопригодности и незначительном воздействии на окружающую среду.
Мощность серийных энергетических ГТУ достигла 280-335 МВт, их КПД близки к 40 %, а в ПГУ с ними - к 60 %.
В соответствии с разработками Агентства по прогнозированию балансов в электроэнергетике (АПБЭ), намечаются реконструкция по циклу ПГУ или замещение ими 79 газомазутных конденсационных и теплофикационных энергоблоков мощностью от 170 до 300 МВт и более 600 паровых агрегатов на ТЭС с установкой ПГУ на природном газе мощностью от 100 до 400-420 МВт с КПД 51-57%.
Эти ПГУ должны разрабатываться и эксплуатироваться в соответствии с общими требованиями к характеристикам и эксплуатационным качествам, выработанным с учетом опыта, полученного, в частности, при выполнении и обобщении рассматриваемых в диссертации работ.
Цель работы - снижение капитальных затрат, расходов топлива на производство электроэнергии и повышение надёжности, готовности и маневренности, улучшение экологических показателей тепловых
электростанций путем разработки и внедрения эффективных парогазовых установок.
Основные задачи исследований.
- Обоснование направлений развития парогазовых установок на базе
высокотемпературных газовых турбин для нового строительства и
модернизации тепловых электростанций.
- Оптимизация параметров пара в парогенерирующих контурах для достижения максимальной экономичности ПГУ
- Обоснование и оптимизация многоконтурности ПГУ
Исследование влияния факторов, ограничивающих предельную экономичность ПГУ, и с формулирование принципов конструирования утилизационных систем.
- Экспериментальные исследования теплообмена в пучках труб со
спиральным ленточным оребрением для уточнения коэффициентов
теплопередачи при расчёте поверхностей нагрева котлов-утилизаторов.
Разработка методик и исследование режимов парогазовых установок различного типа для обоснования технологии эксплуатации и технических требований к оборудованию и других нормативных документов.
- Исследование путей модернизации действующих паровых энегоустановок с
использованием в них тепла отработавших в ГТУ газов.
- Разработаны технологические решения и технологическая схема
высокоэкономичной и экологически безопасной ПГУ с внутрицикловой
газификацией угля.
Научная новизна
Впервые исследована работоспособность выхлопных газов ГТУ в
паросиловом цикле бинарных парогазовых установок и определено влияние их температуры, параметров пара, температурных напоров и недогревов воды
до кипения и количества парогенерирующих контуров на экономичность ПТУ
Впервые предложено и подробно исследовано использование прямоточного котла-утилизатора в бинарных ПГУ, его режимные характеристики, автономная работа.
Впервые разработаны и реализованы принципиальные решения по первой в России теплофикационной парогазовой установке мощностью 450 МВт, обеспечившие ее высокую надежность и эффективность.
Впервые исследованы статические и динамические характеристики ПГУ и разработана технология эксплуатации бинарных ПГУ с расчетными показателями.
Впервые разработаны принципиальные решения по схеме и оборудованию ПГУ с внутрицикловой газификацией угля в потоке на кислородном дутье на базе перспективной ГТУ
Практическая ценность
Практическая ценность результатов работы заключается в обеспечении успешного освоения и эксплуатации с гарантированными параметрами и показателями первых отечественных бинарных энергетических ПГУ, широком использовании этих результатов в проектах строящихся и осваиваемых в настоящее время ПГУ и составлении на их основе отраслевых нормативных документов (№ СО 34.30.741-96, СТО 70238424.27.100.007-2008), направленных на повышение надежности и обеспечение безопасности эксплуатации ПГУ и их оборудования.
Достоверность и обоснованность научных положений и методологий, результатов экспериментальных исследований и внедрения, выводов и практических рекомендаций, сделанных в работе, подтверждается широким использованием результатов работы при проектировании и внедрении отечественных ПГУ и положительной многолетней их эксплуатацией.
За разработку и освоение ПГУ - 450 Т получена премия Правительства РФ.
На защиту выносятся следующие основные положения
-
Бинарные парогазовые установки с высокой долей газотурбинной мощности являются наиболее перспективными для использования на отечественных ТЭС вместо вырабатывающих ресурс паровых энергоблоков.
-
Разработки проектов таких ПГУ должны начинаться с всесторонних анализов предстоящих режимов их использования и расчетов статистических и динамических характеристик, результаты которых позволяют принять наилучшие решения по схемам и оборудованию.
-
При выполнении этих анализов и расчетов целесообразно использовать установленные при выполнении диссертации закономерности (статистические и динамические характеристики котлов-утилизаторов ПГУ, уточненные уравнения теплопередачи для спирально-оребренных труб, режимы и продолжительность массообмена при предпусковых продувках газового тракта котлов-утилизаторов и др.), а также:
-
Общие принципы конструирования теплоутилизационных систем и результаты анализа работоспособности выхлопных газов в паросиловой части ПГУ; результаты исследований и сравнение различных циклов и схем парогазовых установок; результаты разработок циклов, схем и технологии эксплуатации ПГУ мощностью 450, 325, 230, 130 и 39 МВт ( принципиальные решения, моделирование режимов, технология эксплуатации); обоснование технических решений при разработке и внедрении ПГУ сбросного типа на базе высокотемпературных ГТУ; обоснование технических решений для мощных ПГУ с газификацией угля.
Личный вклад соискателя состоит в инициировании технических решений, их исследовании и получении практических результатов для
реализации в конкретных проектах. Все исследования проводились лично соискателем или под его руководством. Реализация результатов работы
Результаты работы использованы при проектировании парогазовой установки мощностью 800 МВт (ПТУ - 800), при проектировании и освоении ПТУ утилизационного типа мощностью 450 МВт (ПТУ - 450 Т), 325 МВт (ПТУ - 325), 230 МВт (ПТУ - 230 Т), 130 МВт (ПТУ - 130), 39 МВт (ПГУ -39 Т).
Апробация работы.
Основные результаты работы доложены на конференциях, семинарах и заседаниях советов авторитетных научных организаций, в том числе:
на научно - технической конференции «Пути повышения эффективности использования топливных ресурсов в энергетике и промышленности» (Ташкент, 1983 г.);
на Всесоюзном НТС 24-25 мая 1988 г. (Конаково);
на XXXVII Всесоюзной научно - технической сессии по проблемам газовых турбин (Николаев, 1990 г.);
на XLV научно - технической сессии «Применение газотурбинных и парогазовых установок в энергетике и на газопроводах» (С-Петербург, 1998
г.);
на выставке 9-ой ежегодной научно - технической конференции Ядерного общества России (Димитровград, 1998 г.)
на 7-ой международной конференции по ядерной технике (Япония, 1999 г.);
на 8-ой международной выставке «Уралэнерго-2002», Российский энергетический форум (Уфа, 2002 г.);
на LVI научно - технической конференции (Пермь, 2009 г.);
на LVII научно - технической сессии по проблемам газовых турбин (Уфа, 2010 г.);
на общественном обсуждении на ТЭЦ-27 Мосэнерго работы «Разработка и освоение парогазовых установок мощностью 450 МВт», представленной на соискание премии Правительства РФ (Москва, 2010 г.).
Публикации.
Основные результаты исследований опубликованы в 46 работах, в том числе 26 статей в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК,, кроме того вошли в отраслевые нормативные документы и депонированные в ВНТИЦ отчеты ВТИ и защищены авторскими свидетельствами (А.С. №916886, А.С. №974031, А.С. №1462077, А.С. №1463368, А.С. № 1613716, А.С. № 1746111) и патентами РФ (№ 2160370, № 2144619, № 2258147, № 95654, №101090).
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы, содержит 228 страниц машинописного текста, включая 60 рисунков, 26 таблиц, 254 наименования библиографических ссылок.
Похожие диссертации на Разработка и исследование циклов, схем и режимов работы парогазовых установок
