Диссертация (781919), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Такое изменение параметров свежего пара и связанных с ним параметров промежуточного перегрева приводит к снижению стоимости котельнойустановки на 6,71 млрд руб. (рисунок 5.10). В итоге совокупное снижение капитальных затратна котельную установку и паропроводы, возникающее при переходе к гибридной технологиивыработки электроэнергии и реализации новых решений, предложенных в диссертации, составляет 7,2 млрд руб.6) Стоимостной эффект от применения охлаждения высокотемпературных паровых турбинПрактическая реализация концепции охлаждаемой паровой турбины позволит сильно раздвинуть температурные границы применимости паротурбинной технологии. Однако техническое воплощение такой турбомашины сопряжено с усложнением технологии производстваохлаждаемых деталей оборудования, работающих при температуре 600-700 °С.321Лопатки турбомашин, к которым предъявляют повышенные требования по жаропрочности,обычно изготавливаются методом литья по выплавляемым моделям.
Технологический процессполучения заготовки лопатки турбины таким способом состоит из нескольких этапов:- изготовление из легкоплавких органических материалов модели лопатки и покрытие еесиликатной обмазкой;- выплавка в печи модельного материала и прокаливание силикатного покрытия до образования прочной керамической оболочки;- заливка расплавленного металла в полость, которую ранее занимал модельный материал;- после остывания материала лопатки удаление керамической оболочки, зачистка и термическая обработка для снятия остаточных напряжений.В случае производства лопаток, имеющих разветвленную систему внутренних каналовохлаждения, добавляются дополнительные технологические операции, связанные с изготовлением, установкой и вытравливанием специальных керамических стержней, формирующихвнутренний объем детали.Усложнение технологии производства ведет к увеличению трудоемкости изготовления иснижению коэффициента годности деталей с 0,9-0,95 до 0,7-0,5, что увеличивает как затраты наматериалы, так и затраты на изготовление.
Согласно полученным оценкам стоимости изготовления паровой турбины на УСКП пара совокупная трудоемкость изготовления неохлаждаемыхрабочих и сопловых лопаток ЦВД и ЦСД составляет 16590 ч. Исходя из условия равенства коэффициента годности изделий 0,95 и снижения его значения до 0,6 при переходе к охлаждаемойпаровой турбине трудоемкость производства высокотемпературного лопаточного аппарата увеличится в 1,583 раза и примет значение 26267 ч.
Следовательно, прирост затрат, связанный сусложнением технологии производства, составит 29 млн руб.Важным дополнительным этапом производства отливок охлаждаемых лопаток по сравнению с изготовлением неохлаждаемых лопаток является формовка стержней каналов охлаждения. В силу высокой температуры заливки стержни делают в основном из порошка белого электрокорунда при помощи различных связующих веществ в пресс-формах. После забивки материала стержни прокаливают, после чего они выдерживают температуру до 1650 °С. В среднемнеобходимость формовки стержней каналов охлаждения увеличивает трудоемкость изготовления отливок на 32 % [315]. При этом трудоемкость изготовления такой точной отливки можетсоставлять 60-75 % от общей трудоемкости изготовления лопатки.
Увеличение трудоемкостиданного этапа повлечет за собой общее увеличение трудоемкости изготовления на 21 %, что вденежном выражении составляет 16,5 млн руб.Вследствие увеличения количества брака, помимо затрат на производство, возрастают затраты на сырье и материалы.
В данном случае может быть применен коэффициент пересчета по322массе 1,538. При этом окончательное изменение металлозатрат должно включать в себя такжеоценку снижения расхода металла на каждую лопатку по причине наличия внутренних каналовохлаждения. Для наглядного сравнения на рисунке 5.18 приведены 3D модели охлаждаемой инеохлаждаемой лопатки.а) охлаждаемая лопаткаб) неохлаждаемая лопаткаРисунок 5.18 – 3D модели лопаток турбиныСредняя разница в объеме материала охлаждаемой и неохлаждаемой лопаток составляет25 %, следовательно, полный расход материала на изготовление лопаточных аппаратов можетбыть рассчитан как произведение массы заготовок для изготовления охлаждаемых лопаток паровой турбины и коэффициента 1,187.Согласно данным, полученным в ходе моделирования массогабаритных характеристик паровой турбины, была определена совокупная масса заготовок для изготовления лопаточногоаппарата ЦВД и ЦСД, работающего в условиях повышенных температур (более 540 °С), равнаясоответственно 3,53 и 5,12 т.
В стоимостном выражении затраты материала составят 3,51 и5,09 млн руб. Итоговое увеличение металлозатрат, вызванное усложнением технологии производства лопаток, составит 1,61 млн руб. Тогда полное удорожание паротурбинной установкивследствие усложнения технологии производства составит 30,61 млн руб.Положительный эффект изменения стоимости ПТУ обусловлен изменением структурыприменяемых сталей и сплавов для изготовления высокотемпературных частей ЦВД и ЦСД.Снижение стоимости может быть оценено с помощью результатов моделирования стоимостиустановки от начальных параметров пара, представленных на рисунке 5.14.
Переход от УСКП кСКП пара обеспечивает снижение стоимости ПТУ на 1,64 млрд руб. Полученные результаты323свидетельствуют о том, что положительный эффект от применения системы охлаждения высокотемпературных частей паротурбинной установки оказывается существенно более высоким,чем дополнительные издержки, вызванные усложнением производства. Объяснить это можнотем фактом, что применение системы охлаждения системно снижает затраты жаропрочных сталей и сплавов во всем ЦВД и ЦСД, в то время как усложнение технологии производства касается в большей мере лопаток только нескольких ступеней турбины (наименее длинных), не являющихся наиболее металлозатратной частью турбины.7) Стоимостной эффект от применения двухъярусного ЦНДСжигание водорода с кислородом в паровом потоке приводит к образованию добавочногорасхода рабочего тела в турбине, что повышает мощность и актуализирует разработку решенийпо увеличению пропускной способности ЦНД.
В диссертации предложена оригинальная конструкция двухъярусного ЦНД, решающая указанную проблему.В соответствии с результатами моделирования стоимость одного выхлопа двухъярусногоЦНД с лопаткой высотой 1200 мм в среднем на 5,67 млн руб. больше, чем стоимость одноярусного аналога. В то же время применение двухъярусного ЦНД позволяет увеличить площадь выхлопа практически вдвое и тем самым сократить необходимое количество потоков ЦНД с шести (для паровых турбин с расходом пара 700-750 кг/с) до трех. Итоговые зависимости изменения стоимости ЦНД с одноярусной и двухъярусной проточной частью от расхода пара приве-Стоимость создания ЦНД, млн руб.дены на рисунке 5.19.450400350300250200150115130Одноярусный ЦНД,6 выхлопов145G, кг/с160175Двухъярусный ЦНД,3 выхлопаРисунок 5.19 – Изменение стоимости одноярусных и двухъярусных ЦНД для турбин мощностью 1000-1200 МВт от расхода пара324Базируясь на проведенных модельных расчетах, можно определить средний эффект отприменения двухъярусного ЦНД, который составляет 307 млн руб.
Поскольку данное решениеприменимо как для классических паротурбинных энергоблоков, так и для гибридных энергоблоков, то полученный эффект может быть засчитан в обоих случаях.8) Стоимостной эффект от применения новой методики проектирования теплонапряженныхдеталейЭффект от применения новой методики проектирования горячих частей энергетическогооборудования выражается в сокращении времени на разработку ответственных деталей на повышенные параметры пара.
Согласно оценкам, приведенным в диссертационной работе,уменьшение продолжительности исследований и разработок может достигать 9 месяцев. Экономия может быть рассчитана как снижение издержек энергомашиностроительных предприятий на оплату труда, связанного с разработкой нового оборудования.Для получения конкретных оценок можно использовать данные официальной финансовойотчетности компании ПАО «ОДК-Сатурн». В 2016 г. совокупные издержки на заработную плату сотрудников составили 7 млрд руб. При экономии времени в 9 месяцев и допущении, чторазработкой проточной части новой турбины занимается 65 % персонала, совокупное снижениезатрат составит 3,41 млрд руб.Для оценки снижения стоимости энергоблока необходимо задаться серийностью строительства в будущем перспективных энергоблоков. При серийности, равной пяти энергоблокам,что соответствует практике внедрения новых технологий в России, снижение стоимости строительства каждого энергоблока составит 680 млн руб.9) Оценка стоимости создания высокотемпературного угольно-гибридного энергоблокаДля оценки стоимости строительства гибридных энергоблоков целесообразно опираться нарезультаты моделирования стоимости основного энергетического оборудования на различныепараметры пара.
Переход от классического паротурбинного энергоблока на УСКП пара к гибридному энергоблоку эквивалентной эффективности и мощности сопровождается снижениемдавления свежего пара с 35 до 24 МПа, снижением температуры пара на выходе из котла доуровня СКП энергоблока, установкой водородно-кислородных камер сгорания, изменениемстоимости паровой турбины за счет применения системы охлаждения и двухъярусного ЦНД.Часть рассмотренных решений применима и для классических энергоблоков на УСКП пара, чтоприведет также к снижению стоимости применения и обычной монотопливной высокотемпературной технологии производства электроэнергии.
В таблице 5.18 сведены стоимостные эффекты от всех рассмотренных решений и приведена сравнительная оценка капитальных затрат на325строительство ТЭС, базирующихся на двух технологиях: монотопливной и гибридной. Графически соответствующие эффекты представлены на рисунке 5.20.Таблица 5.18 – Стоимостные эффекты от применения предложенных технических решений№п/п1234567ТехнологияУгольный паротурбинный энергоблок УСКП в традиционномисполненииУгольный паротурбинный энергоблок УСКП с горизонтальнымкотломУгольный паротурбинный энергоблок УСКП с горизонтальнымкотлом и двухъярусным ЦНДУгольный паротурбинный энергоблок УСКП с горизонтальнымкотлом, двухъярусным ЦНД и охлаждаемой турбинойУгольный паротурбинный энергоблок УСКП с горизонтальнымкотлом, двухъярусным ЦНД, охлаждаемой турбиной и применением новой методики проектированияГибридный энергоблок с водородным перегревом пара, двухъярусным ЦНД, охлаждаемой турбиной и применением новой методики проектированияПаротурбинный энергоблок СКПСтоимость,млрд руб.Снижениестоимости,млрд руб.69,36–68,880,4868,570,3166,931,6466,250,6858,797,4657,63–Стоимость созданияэнергоблока, млрд руб.70656069,3668,8868,5766,9366,255558,7957,6367501234Технология5Рисунок 5.20 – Стоимостные эффекты от применения предложенных технических решенийТаким образом, совокупность решений, предложенных и рассмотренных в диссертации,может обеспечить существенное снижение стоимости энергоблока на УСКП пара на 4,6 %.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
