Отзыв оппонента 2 (Разработка научно-методологических основ создания перспективных высокотемпературных энергетических комплексов), страница 2

Показано, что стоимость энергоблока мощностью 1000 МВт увеличивается на 20-25 ",4. При этом стоимость главных паропроводов возрастает в 3 раза, стоимость паровой турбины — на 32;4, затраты на создание котельного агрегата увеличиваются в 2,4 раза, а вспомогательного оборудования — на 7 ',4. Таким образом, основные резервы по снижению стоимости скрыты в первых трех элементах: паропроводах, высокотемпературной турбине и котельном агрегате. В целях сокращения стоимости указанных элементов соискателем предложена совокупность новых научно-обоснованных технических решений и проведен анализ различных вариантов конструктивного исполнения котельного агрегата.

С целью сокращения расхода жаропрочных материалов в высокотемпературных поверхностях нагрева котла автор рассматривает использование для перегрева водородно- кислородные камеры сгорания, обеспечивающие перегрев пара от уже освоенных в котельной технике 540-б20 до 720-1200 'С. На основе проведенных исследований тепловых схем гибридных угольно-водородных энергоблоков установлены зависимости изменения КПД от уровня начальной температуры и температуры промежуточного перегрева пара. С целью сокращения расхода жаропрочных материалов в высокотемпературной турбине предложено применять паровое охлаждение ее теплонапряженных элементов. Очевидно, что реализация принудительного охлаждения приводит к возникновению дополнительных затрат энергии на подготовку хладагента и, как следствие, снижает тепловую эффективность энергоустановки.

Для исследования тепловых схем соискателем разработана математическая модель охлаждаемого отсека паровой турбины, представляющая собой совокупность функциональных зависимостей для определения расхода хладагента и мощности охлаждаемого отсека при различных температурах основного потока, хладагента и рабочей температуры материала охлаждаемых деталей. На основе проведенных с использованием разработанной модели исследований тепловых схем высокотемпературных паротурбинных энергоблоков с охлаждаемыми турбинами установлено, что применение охлаждения деталей при ультрасверхкритических параметрах пара приводит к снижению тепловой экономичности блока на 0,4;4, обеспечивая при этом уровень температуры ме- талла охлаждаемых деталей порядка 600 "С, что дает возможность применения уже освоенных в производстве конструкционных материалов.

Принцип гибридной работы — использование для генерации и перегрева пара двух различных топлив был применен автором н для атомных электростанций с реакторными установками ВВЭР-1000. В работе предложена н исследована тешювая схема энергоблока с внешним по отношению к ядерной паропроизводящей установке перегревом пара, реализуемом в котле-пароперегревателе. Показано, что применение такого перегрева до 600 'С позволяет повысить мощность с 1000 до 2000 МВт прн увеличении КПД энергоблока с 33 до 40-41 О~о. Наряду с исследованием тепловых схем гибридных АЭС проведена конструктивная проработка основного энергетического оборудования — котла-пароперегревателя и перспективной паровой турбины болыпой мощности.

Третья глана диссертации посвящена разработке и исследованию новых технических решений„обеспечивающих высокую эффективность и снижение величины капитальных вложений в высокотемпературные энергоустановки. Представлено описание предложенной соискателем новой методологии проектирования, основанной на применении расчетно-экспериментального подхода, предполагающего для повышения качества принимаемых проектно-конструкторских решений применение опережающей верификации используемых при проектировании математических моделей.

Под опережающей верификацией соискатель понимает проведение экспериментальных исследований прототипов, изготовленных по аддитивной технологии, до этапа выпуска конструкторской и технологической документации, что позволяет существенно сократить продолжительность разработки. Приведено описание экспериментального комплекса, созданного в обеспечение применения разработанной методологии проектирования и позволяющего проводить испытания плоских и кольцевых решеток турбомашин, исследование аэродинамики топочногорелочных устройств, выхлопных патрубков, а также проводить тепловые и гидравлические испытания охлаждаемых теплонапряженных деталей. Изложены результаты исследования новых технических решений, разработанных в соответствии с предложенной методологией, в частности топочной камеры котельного агрегата горизонтальной компоновки, цилиндра низкого давления с двухъярусной проточной частью повышенной пропускной способности и элементов проточной части оригинальной конструкции.

Представлены расчетно-экспериментальные исследования блока стопорно-регулирующих клапанов со сниженным до 2,5 ',4 гидравлическим сопротивлением и ре~неток малой относительной высоты цилиндра высокого давления с установленными на меридиональных обводах реберными системами, обеспечивающими снижение концевых потерь энергии. Четвертая глава посвящена разработке усовершенствованной методики проектирования теплонапряженных деталей высокотемпературных турбин. Как было отмечено соискателем в первой главе работы, сложность протекающих процессов гидродинамики и теплообмена в охлаждаемых лопатках турбин требует при разработке обязательной верификации используемых при проектировании тепло-гидравлических моделей.

Существующая методика проектирования предполагает проведение верификации на прототипе лопатки, изготовленной по серийной технологии — методом литья по выплавляемым моделям, что требует выпуска полного комплекта конструкторской и технологической документации, изготовления форм для литься и керамических стержней для формирования внутренней полости лопатки. Для сокращения трудоемкости и длительности разработки автор предлагает модифицировать существующую методику путем экспериментальной отработки конструкции и верификации моделей на прототипе, изготовленном методом селективного лазерного плавления металлических порошков (ЯЬМ-технология).

Идея использования КЬМ- технологии в процессе проектирования — свежая, плодотворная и перспективная. Диссер- таит удачно дополнил ее экспериментом по определению тепловых и гидравлических характеристик модели лопатки. Проведенное сравнение тепловых и гидравлических характеристик, полученных при испытании образцов, показало расхождение в пределах 5;4, что позволяет говорить о возможности изготовления прототипов по Я1.М-технологии для проведения верификации теплогидравлических моделей теплонапряженных деталей. В заключение была проведена оценка длительности процесса проектирования по традиционной и усовершенствованной методике, в результате которой установлено, что сокращение продолжительности превышает 30 '.4. Важным фактором, наряду с функциональным совершенством изделия, определяющим его конкурентоспособность, является стоимость, обоснованная оценка которой при проектировании перспективных видов технических устройств и систем весьма затруднительна.

Пятая глава диссертации посвящена разработке прогнозных стоимостных моделей, обеспечивающих определение стоимости основного энергетического оборудования перспективных высокотемпературных энергетических комплексов, на стоимость которого существенное влияние оказывают начальные параметры пара, в том числе котельного агрегата, паровой турбины, водородно-кислородной камеры сгорания, главных паропроводов. В основу метода определения стоимости положен затратный подход в сочетании с рядом других методов оценок. Стоимость определялась исходя из затрат па материалы для изготовления оборудования и трудоемкости изготовления, что в свою очередь оценивалось на основе установленных взаимосвязей массогабаритных характеристик оборудования с начальными параметрами пара.

На основе разработанных моделей установлены зависимости изменения стоимости отдельных агрегатов от начальных параметров пара и его расхода. С использованием полученных оценок стоимости проведено исследование влияния разработанных научно-технических решений на финансово-экономические показатели проектов сооружения высокотемпературных энергетических комплексов. Показано, что применение совокупности новых научно-технических решений позволяет снизить стоимость сооружения энергоблока УСКП на 10,5 млрд.