Диссертация (781919), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Возможными решениями являются изменение компоновки основного оборудования, обеспечивающее сокращение протяженности высокотемпературных паропроводов, применение охлаждения теплонапряженных элементов высокотемпературной турбины и использование для перегрева пара водородно-кислородных камер сгорания, позволяющее уменьшить расход жаропрочных материалов в турбине и котельном агрегате, а также увеличение пропускнойспособности цилиндров низкого давления, позволяющее сократить их количество и тем самымснизить металлоемкость турбины.Целесообразность применения различных сочетаний новых технических решений должнабыть обоснована не только с точки зрения технической реализуемости и энергетической эффективности.
Также должны быть проведены оценки их влияния на финансово-экономические показатели проектов создания высокотемпературных энергетических комплексов. Первоочередной задачей в данном случае является прогнозирование стоимостных показателей как отдельных технических решений, так и энергетического комплекса в целом. Для проведения оценокэкономической эффективности высокотемпературных технологий и прогнозирования стоимостных эффектов от реализации новых разработанных технических решений необходима разработка методов и моделей, обеспечивающих прогнозирование стоимости нового оборудованияна ранних этапах его создания и установление зависимостей между техническими характеристиками оборудования (начальными параметрами, мощностью) и стоимостью, что предоставитвозможность проведения функционально-стоимостного анализа и выбор рациональной структуры энергетического комплекса.Заключительным этапом является исследование влияния начальных параметров пара и разработанных технических решений на финансово-экономические и инвестиционные показателивысокотемпературных энергетических комплексов.В последние десятилетия сложилась устойчивая тенденция перехода от физического моделирования, которое долгое время применялось при создании новой техники наряду с инженерными методиками расчетов, разработанными на основе эмпирических данных, к численномумоделированию методом конечных элементов, что было обусловлено уверенностью в адекват-84ности, высокой точности и универсальности заложенных в программные комплексы инженерного анализа моделей, а также стремлениями к сокращению стоимости и сроков разработки, чтопланировалось достичь за счет минимизации экспериментальной составляющей проектирования.
По этой причине экспериментальная проверка эффективности и работоспособности новыхузлов и изделий осуществлялась на поздних стадиях, при проведении предварительных испытаний. Опыт применения подобного подхода продемонстрировал его слабые стороны в частирешения целого ряда задач, что особенно сильно проявляется при создании новых образцовтехники. К задачам, где невозможно полностью положиться на методы конечно-элементногоанализа, относятся задачи аэродинамики, теплообмена, горения, а также сопряженные задачи.Указанные обстоятельства определили необходимость применения при конструировании интегрированного расчетно-экспериментального подхода, основанного на использовании экспериментальных методов исследований в сочетании с современными методами математическогомоделирования.
Сокращение продолжительности разработки может быть осуществлено за счетуменьшения сроков изготовления опытных образцов и макетов, предназначенных для экспериментальных исследований, посредством применения аддитивных технологий, позволяющих изготавливать детали без выпуска конструкторской и технологической документации только наоснове электронных моделей. При этом стоит отметить, что детали, изготовленные с применением аддитивных технологий, имеют ряд особенностей, что требует для внедрения их в процесспроектирования проведения комплекса исследований, направленных на разработку соответствующих методик, обеспечивающих требуемый уровень качества проектно-конструкторскихрешений.Таким образом, целью работы является разработка совокупности научно-обоснованныхтехнических решений, обеспечивающих создание перспективных высокотемпературных энергетических комплексов нового поколения на основе паротурбинной технологии с повышенными технико-экономическими показателями.Задачами диссертационного исследования являются:1.
Разработка совокупности научно-обоснованных технических решений, обеспечивающихснижение затрат на создание оборудования при обеспечении его максимальной эффективностидля перспективных высокотемпературных энергетических комплексов нового поколения на основе расчетно-экспериментальных исследований.2.Разработкасовокупностиметодовимоделейдляпроведениярасчетно-экспериментальных исследований, необходимых при формировании научно-обоснованных технических решений, обеспечивающих создание высокотемпературных энергетических комплексов и их оборудования с повышенными технико-экономическими показателями.853. Создание испытательного комплекса, программ и методик проведения испытаний, обеспечивающих экспериментальные исследования аэродинамических, гидравлических и тепловыхпроцессов с целью подтверждения работоспособности и эффективности новых техническихрешений.4.
Разработка научно-обоснованных предложений по формированию структуры и выборупараметров тепловых схем перспективных высокотемпературных энергетических комплексовна органическом, ядерном и водородном топливах на основе оптимизационных исследований, атакже формирование конструктивного облика основного оборудования и компоновочных решений с использованием приемов и методов функционально-стоимостного анализа, применение которых обеспечивает достижение максимального уровня эффективности при минимальных затратах.5.
Исследование влияния технических решений на финансово-экономические и инвестиционные показатели перспективных высокотемпературных энергетических комплексов.86ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ СХЕМВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ НА ОРГАНИЧЕСКОМ,ЯДЕРНОМ И ВОДОРОДНОМ ТОПЛИВАХ2.1 Пылеугольные энергоблоки с ультрасверхкритическими параметрами пара2.1.1 Оптимизационные исследования тепловых схемПереход к ультрасверхкритическим параметрам, c одной стороны, позволяет реализоватьэнергоблоки с высоким КПД, с другой стороны, возникает необходимость в использовании дорогостоящих сплавов на основе никеля. Ввиду особенностей паросилового цикла имеется рядтермодинамических особенностей использования повышенных параметров пара.
Увеличениеначального давления приводит к двум разнонаправленным результатам: при совместном повышении температуры подвода теплоты в цикл наблюдается увеличение эффективности. Прификсированной же начальной температуре и повышении давления происходит уменьшениерасполагаемой работы цикла и рост влажности в последних ступенях турбины.
Для компенсации отрицательного влияния роста давления и повышения КПД цикла применяется промежуточный перегрев пара. Теоретически можно применять несколько промежуточных перегревов сцелью повышения эффективности цикла (в случае оптимального подбора параметров, обеспечивающих рост КПД основного цикла). В данном случае возникает проблема усложнения системы: дополнительные высокотемпературные трубопроводы требуют применения дорогостоящих металлов и дополнительных средств автоматизации.В сравнении с энергоблоками на сверхкритические параметры пара для реализации схемыэнергоблока с УСКП ввиду повышения температуры питательной воды требуется определениеструктуры схем регенерации высокого и низкого давления, исследование возможностей применения одно- и двух- подъемных схем питательных насосов с электроприводами и/или турбоприводами, а также оценка тепловой эффективности использования этих решений.В связи с обозначенными особенностями схем энергоблоков УСКП необходимо провестиоптимизационные расчеты с целью разработки рекомендаций по выбору диапазона параметрови структуры тепловой схемы, обеспечивающих максимальный уровень экономичности, и определить:- начальные параметры пара и параметры промежуточного перегрева;- количество промежуточных перегревов пара;- структуру системы регенеративного подогрева питательной воды и основного конденсата;- схемы включения и типы привода питательного насоса.87Принципиальная тепловая схема угольного блока УСКП приведена на рисунке 2.1, а исходные данные для моделирования содержатся в таблице 2.1.Рисунок 2.1 – Принципиальная тепловая схема энергоблока УСКП с однократным промперегревомТаблица 2.1 – Основные исходные данныеНаименованиеТип топливаНизшая теплота сгоранияКПД котельной установкиВнутренний относительный КПД паротурбинной установки- ЦВД- ЦСД- ЦНДТурбоприводСхема регенерацииДавление в конденсатореЗначениеУголь кузнецкий марки «Д»25 000 кДж/кг94 %89 %91 %88 %На собственном отборе с конденсатором3 ПВД+5 ПНД+1 Деаэратор5 кПа88Основным критерием эффективности при проведении оптимизационных исследований является КПД энергоблока брутто, целевое значение которого должно составлять не менее 5051 %.
Достижение указанного высокого для паротурбинных блоков уровня КПД обеспечивается за счет использования комбинации лучших схемных решений, оптимальных параметров рабочего тела с учетом заданных характеристик основного и вспомогательного оборудования.Моделирование различных вариантов тепловых схем осуществлялось на базе сертифицированного программного комплекса Gate Cycle. Используемые методики расчета КПД показалихорошее совпадение при сравнении расчетных значений схем действующих установок с их эксплуатационными показателями экономичности.Повышение начальной температуры пара приводит к росту тепловой эффективности паросилового цикла.
На рисунке 2.2 приведена зависимость КПД нетто энергоблока ηнетто от начальной температуры пара t0 для различных значений давления перед турбиной p0. Изменениеначальной температуры оказывает более существенное влияние на эффективность схемы, чемизменение уровня начального давления. Так, при начальном давлении 30 МПа переход от температуры острого пара 600 к 700 °С дает относительный прирост в 4,31 % (рисунок 2.2), тогдакак повышение давления от 24,5 до 35 МПа обеспечивает увеличение КПД от 0,6 до 1,6 % (рисунок 2.3).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
