V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Одним из основных направлений совершенствования паротурбинных энергоблоков является повышение начальных параметров пара. Известно, что повышение начальной температуры пара t₀при фиксированном давлении увеличивает КПД энергоблока, т.к. это благоприятно сказывается на термическом КПД цикла и на внутреннем КПД цилиндра высокого давления (ЦВД).

Влияние начального давления пара p₀ не столь однозначно. При постоянной температуре повышение p₀ ведет к снижению высоты лопаток ЦВД и, следовательно, к росту относительных потерь и снижению внутреннего КПД ЦВД. Кроме того, возрастает влажность пара в конце процесса его расширения. Это снижает внутренний КПД цилиндра низкого давления и усиливает эрозию его лопаток. С другой стороны, увеличение p₀ сопровождается ростом адиабатного теплоперепада в ЦВД. При этом возрастает мощность ЦВД при том же массовом расходе пара. Положительное влияние прироста теплоперепада преобладает над отрицательными факторами и КПД энергоблока будет расти примерно до давления p₀= 40 МПа. При p₀ больше 40 МПа крутизна начальных изотерм и конечных изобар ЦВД в i-s диаграмме такова, что адиабатный теплоперепад начнет уменьшаться.

Наибольший энергетический эффект достигается при одновременном росте p₀ и t₀. Однако повышение параметров свежего пара и переход на сверхкритические параметры приводит к необходимости применять более дорогие жаростойкие и жаропрочные материалы для лопаток турбин, трубок котлов и главных паропроводов. Поэтому необходим проектный поиск оптимальных значений начальных параметров пара по технико-экономическому критерию.

Данная задача решалась на основе разработанной с учетом рекомендаций [1] математической модели для энергоблока с конденсационной турбиной К-300, у которой проектные начальные параметры составляли 16,6 МПа и 540 ºC. Были рассмотрены 7 вариантов сочетаний начальных параметров, в том числе варианты 4-7 со сверхкритическими параметрами (табл.). Расчеты показали, что одновременное повышение начальных параметров с 16,6 МПа / 540 ºC до 30 МПа / 610 ºC увеличивает КПД по выработке электроэнергии η_эл с 0,437 до 0,484, т.е. примерно на 11 %.

Для расчета экономических показателей в математическую модель были введены зависимости по влиянию начальных параметров пара на капитальные затраты по энергоблоку (цена котла, турбоагрегата, паропроводов), предложенные в работе [2], а также зависимости по расчету годовых эксплуатационных затрат, срока окупаемости дополнительных капитальных затрат τ_ок, годового экономического эффекта Э_г по отношению к исходному варианту и др.

Результаты расчетов (табл.) показывают, что наибольший годовой экономический эффект из всех рассмотренных сочетаний начальных параметров соответствует варианту 24 МПа / 580 ºC и составляет 0,767 млн.$ в год.

Таблица

Результаты технико-экономических расчетов

№ варианта	p0, Мпа / t0 , ºC	ηэл, %	τок, годы	Эг, млн.$ / год
0	16,6 / 540	43,7	-	-
1	18 / 550	44,3	6,67	0,393
2	20 / 560	45,0	7,95	0,467
3	22 / 570	45,7	8,54	0,489
4	24 / 580	46,2	8,39	0,767
5	26 / 590	47,0	9,44	0,301
6	28 / 600	47,7	9,80	0,125
7	30 / 610	48,4	9,95	0,031

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Дорохов, Е.В. Основы проектирования тепловой схемы энергоблоков ТЭС на суперкритических параметрах/ Е.В. Дорохов, А.С. Седлов.– М.: Изд. дом МЭИ, 2007. – 152 с.

2. Ларионов, В.С. Технико-экономическая эффективность энергоблоков ТЭС: Учебное пособие/ В.С. Ларионов, Г.В. Ноздренко, П.А. Щинников, В.В. Зыков.- Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1998. – 31 с.