Портал по тригенерации, когенерации и мини-ТЭЦ

Теплофикационные паровые турбины Т-130/130-12,8 с промежуточным перегревом пара


Баринберг Г.Д., доктор техн. наук, начальник отдела расчетов СКБт ЗАО «Уральский турбинный завод»

Валамин А.Е., инженер, главный конструктор СКБт ЗАО «Уральский турбинный завод»

Одним из важнейших путей повышения эффективности теплофикационных паровых турбин является повышение параметров свежего пара, введение промежуточного перегрева пара и укрупнение единичной мощности [1]. В настоящее время на ТЭЦ России и ближнего зарубежья находятся в эксплуатации турбины типа Т-250/300-240 пяти модификаций номинальной мощностью 250МВт на параметры пара 23,5 МПа, 540/540°С производства ЗАО «УТЗ» [2, c.33] и турбины типа Т-180/210-130 двух модификаций номинальной мощностью 180 МВт на параметры пара 12,8 МПа, 540/540°С производства ЛМЗ [2,c.41]. Большинство теплофикационных турбин на параметры свежего пара 12,8 МПа, 555°С номинальной мощностью 60-120 МВт, которые находятся в эксплуатации и продолжают дальше выпускаться заводами, в первую очередь ЗАО «УТЗ», не имеют промежуточного перегрева пара. В связи с этим назрела необходимость в создании турбин с меньшей мощностью. Проблеме создания турбин номинальной мощностью 130МВт на параметры пара 12,8 МПа, 540/540°С и посвящена данная статья.

Необходимо отметить, что для создания этих турбин существует проверенное в длительной эксплуатации котельное оборудование, а именно: котел для работы на каменных углях типа Еп-270-140-545/545 (ПК-38) с параметрами пара на выходе из котла 13,8 МПа, 545°С и промперегревателя 3,1 МПа, 545°С. Производительность котла 270 т/ч. Последней модификацией является котел ПК-38-2М. Прямоточный паровой котел ПК-38-2М предназначен для работы в составе дубль-блока (два котла на одну турбину). Котел выполнен по П-образной компоновке поверхностей нагрева, опирается на собственный каркас и устанавливается в собственном здании.

За счет потерь в тракте подвода пара параметры ВД перед стопорным клапаном турбины составляют 12,8 МПа, 540°С с температурой пара после промперегрева 540°С.

Рассмотрены два варианта турбин: двухцилиндровая турбина типа Т-130/130-12,8-1 и трехцилиндровая турбина типа Т-130/130-12,8-2. Номинальный расход свежего пара на теплофикационном режиме составляет около 470 т/ч, а максимальный – около 485 т/ч.

Конструкция двухцилиндровой турбины помещена на рис.1. ЦВД одностенный, литой. Пар к цилиндру подводится от отдельно расположенного стопорного клапана к четырем регулирующим клапанам неразгруженного типа, установленным на корпусе цилиндра. Стопорный и регулирующий клапаны полностью унифицированы с аналогичными клапанами турбины Т-110/120-130-5М.

Рис.1. Турбина паровая Т-130/130-12,8-1.

В ЦВД размещены одновенечная регулирующая ступень со средним диаметром 1100 мм и 9 ступеней давления с диаметром корня рабочих лопаток 800 мм. Регулирующая ступень полностью унифицирована с регулирующей ступенью ЦВД турбины Т-250/300-240. Ступени давления 3-10 практически полностью унифицированы по геометрии облопачивания со ступенями 2-9 турбины Т-110/120-130-5М. Ступень давления №2 новая. Рабочие лопатки ступеней ЦВД снабжены высокоэкономичными осерадиальными бандажными уплотнениями [3]. ЦНД литоварной. Литая паровпускная часть практически полностью унифицирована с ЦСД-1 турбины Т-250/300-240.

Выхлопная часть и ступени ЧНД (ступени 26-27) полностью унифицированы с турбиной ПТ-90/125-130/10-2. Высота рабочих лопаток последней ступени составляет 660 мм.

В ЦНД размещены 17 ступеней. Ступени 11-19 имеют диаметр корня рабочих лопаток 1077 мм, диски ступеней откованы заодно с валом. Надбандажные уплотнения этих ступеней осерадиального типа. Рабочие лопатки по профилю аналогичны рабочим лопаткам ступеней 15-22 ЦСД-1 турбины Т-250. Ступени 19-25 по геометрии полностью унифицированы со ступенями 16-22 турбины Т-185/220-130-2. Принципиальная тепловая схема турбоустановки Т-130/130-12,8-1 помещена на рис.2. Система регенерации состоит из четырех ПНД, деаэратора и трех ПВД. Основное ее достоинство состоит в том, что конденсат греющего пара П2 сливается в конденсатосборник ПСГ2, конденсат греющего пара П1 – в конденсатосборник ПСГ1 без наличия регуляторов уровня в указанных ПНД. Это техническое решение позволяет не устанавливать на трубопроводах подвода пара к П1 и П2 обратных клапанов. Благодаря наличию воронок на сливе конденсата греющего пара ПСГ1 и ПСГ2 в их конденсатосборники на трубопроводах подвода пара к ним также нет обратных клапанов [4]. Конденсатор имеет встроенный пучок для пропуска циркуляционной или подпиточной воды. Работа на встроенном пучке с пропуском сетевой воды из-за рабочих лопаток последней ступени не предусмотрена.

Рис. 2. Принципиальная тепловая схема турбоустановки Т-130/130-12,8-1.

Турбина укомплектована двумя ПСГ-2300 поверхностью теплообмена 2300 м2 и расходом сетевой воды 4500 м3/ч и конденсатором типа К-6000 поверхностью теплообмена 6000 м2 и расходом охлаждающей воды 13500м3/ч.

Конструкция турбины Т-130/130-12,8-2 помещена на рис.3. Турбина трехцилиндровая. ЦВД унифицирован с ЦВД турбины Т-130/130-12,8-1. ЦСД по паровпускной части и ступеням 11-25 полностью унифицированы с турбиной Т-130/130-12,8-1. ЦНД полностью унифицирован с ЦНД турбины Т-110/120-130-5М. Высота рабочих лопаток последней ступени составляет 550 мм. Выполнение турбины в трех цилиндрах позволило сократить габариты второго цилиндра. В первом варианте осевое расстояние между опорами ЦНД составляет 7000 мм, а во втором варианте осевое расстояние между опорами ЦСД составляет 6510 мм. Принципиальная тепловая схема практически совпадает с тепловой схемой турбоустановки Т-130/130-12,8-1.

Рис. 3. Турбина паровая Т-130/130-12,8-2.

Турбина комплектуется с двумя ПСГ-2300 и конденсаторной группой К-12000 поверхностью теплообмена 12000 м2 и расходом охлаждающей воды 16000 м3/ч. Конденсаторная группа имеет встроенные пучки для пропуска циркуляционной, подпиточной или сетевой воды.

Экономическая эффективность новых турбин с промежуточным перегревом пара оценивалась по сравнению с серийно выпускаемой турбиной Т-110/120-130-5М и помещена в табл.1.

Таблица 1

Тип турбины Т-110/120-130-5М Т-130/130-12,8-1 Т-130/130-12,8-2
Режим работы теплоф.

номин.

конден. теплоф.

номин.

конден. теплоф.

номин.

конден.
, МПа

, °С

, °С

, т/ч

12,8

555

-

470

12,8

555

-

437

12,8

540

540

466,7

12,8

540

540

388,3

12,8

540

540

467,6

12,8

540

540

386,8

Конденсатор:

-температура охлаждающей воды, °С

-расход пара, т/ч

-давление пара, кПа

20

10,0

3,9

27

310,7

7,7

20

15,0

3,9

27

287,0

7,95

20

10,0

3,9

27

285,1

7,3

Тепловая нагрузка, ГДж/ч

733

-

808

-

823

-

Электрическая мощность, МВт 110 120 130 130 130 130
, кг/(кВт∙ч) 4,27 3,64 3,59 2,99 3,6 2,98
, кДж/(кВт∙ч) - 9086 - 8674 - 8645
Э, (кВт∙ч)/ГДж 147,3 - 153,3 - 152,8 -
*, % 0 0 1,84/2,45 4,54 1,69/2,26 4,86
* в числителе =325 г/(кВт∙ч), в знаменателе – для =380 г/(кВт∙ч).

Экономическая эффективность на теплофикационных режимах рассчитана для двухступенчатого подогрева сетевой воды при давлении в верхнем отопительном отборе 0,098 МПа и температуре обратной сетевой воды 50°С, что близко для среднезимнего режима европейской части России.

Представленные в табл.1 данные по электрической мощности, тепловой нагрузке, удельному расходу тепла на конденсационных режимах, расходу пара в конденсатор на теплофикационных режимах получены в результате расчета тепловых балансов, в которых учтено влияние конструкции каждой турбины: КПД отсеков проточной части, утечки пара через концевые уплотнения и штоки клапанов, потери механические и в генераторе, потери давления в органах паровпуска ЦВД и промперегрева, а также влияние конденсатора. В расчете потери давления в тракте промперегрева приняты равными 9%, в органах паровпуска ЦВД 3,5%, промперегрева 3,0%, нагрев в питательном насосе 7°С.

В связи с этим полученные данные по эффективности введения промперегрева пара являются объективными.

Относительная экономия топлива на конденсационных режимах по сравнению с турбиной Т-110/120-130-5М рассчитывалась по формуле:

(1)

где - удельный расход тепла турбины Т-110/120-130-5М;

- удельный расход тепла соответствующей турбины с промежуточным перегревом пара.

Относительная экономия топлива на теплофикационном режиме рассчитывалась по формуле [1]:

(2)

где - удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении соответствующей турбины с промежуточным перегревом пара; - удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении турбины Т-110/120-130-5М; - удельный расход топлива замещающей КЭС; - удельный расход топлива теплофикационной турбины при работе по тепловому графику; - часовой расход топлива турбины Т-110/120-130-5М.

Величина рассчитывалась по формуле [1]:

(3)

где z – номер отсека, предшествующего отбору пара на ПСГ1; , - расход пара и использованный теплоперепад соответствующего отсека ступеней; - потери механические и в генераторе; - расход пара на ПСГ2; - теплосодержание пара в камере отбора на ПСГ2 и конденсата пара ПСГ2; - расход пара, предшествующего отбору на ПСГ1; - теплосодержание пара в камере отбора на ПСГ1 и конденсата пара ПСГ1.

При исследовании рассмотрены в качестве замещающей турбина К-300-240 при работе котла на газе, для которой по данным [5] =325г/(кВт∙ч), и турбина Т-110/120-130-5М при работе на конденсационном режиме, для которой =380 г/(кВт∙ч).

Величина =160 г/кВт∙ч принята по данным [6] для турбин с параметрами свежего пара 12,8 МПа, 555°С при работе по тепловому графику.

Величина принята равной 39700кг у.т./ч.

Как видно из табл.1, на теплофикационном режиме двухцилиндровая турбина более экономична трехцилиндровой и несколько уступает трехцилиндровой турбине на конденсационном режиме. Однако, учитывая, что турбина большую часть года работает на теплофикационных режимах, а также то, что трехцилиндровая турбина дороже двухцилиндровой и занимает большие габариты в машзале, следует отдать предпочтение двухцилиндровой турбине.

Выводы

1. Рассмотрены конструктивные особенности и принципиальные тепловые схемы теплофикационных турбин номинальной мощностью 130 МВт на параметры пара 12,8 МПа, 540/540°С. Отмечена возможность создания их на базе отработанных узлов и облопачивания серийно выпускаемых турбин.

2. Показано, что введение промежуточного перегрева пара для двухцилиндровой турбины позволяет получить экономию топлива на теплофикационном режиме в диапазоне 1,84-2,45% и на конденсационном режиме 4,54% и для трехцилиндровой турбины в диапазоне 1,69-2,26% и 4,86% соответственно. Величина эффективности является объективной, так как учитывает реальную конструкцию сопоставляемых турбин. Обоснована целесообразность применения двухцилиндровой турбины.

Список литературы

1. Баринберг Г.Д, Влияние параметров свежего пара, промежуточного перегрева и единичной мощности на экономичность теплофикационной турбины /Г.Д. Баринберг, Е.И. Бененсон //Опыт создания турбин и дизелей: Сборник научных статей. Свердловск: Средне-Уральское кн. изд-во, 1969, с.97-102.

2. Г.Д. Баринберг. Паровые турбины и турбоустановки Уральского турбинного завода./ Г.Д. Баринберг, Ю.М. Бродов, А.А. Гольдберг, Л.С. Иоффе, В.В. Кортенко, В.Б. Новоселов, Ю.А. Сахнин. Екатеринбург: «Априо», 2007, 460 с.

3. Баринберг Г.Д. Осерадиальные бандажные уплотнения и их эффективность./ Г.Д. Баринберг, Сборник ЦНИИТЭИТЯЖМАШ. М, 1988. Вып. 1, с.40…43.

4. А.С. 128875 СССР Устройство для предотвращения резкого вскипания конденсата в теплообменнике./ А.В. Рабинович, Д.П. Бузин (СССР)// БИ. 1960. №11, с.19.

5. Прогрессивные технико-экономические показатели тепловых конденсационных электростанций (КЭС), теплоцентралей (ТЭЦ) и котельных для оценки технического уровня и качества проектной документации. Минэнерго СССР, М. 1990г.

6. Работа ТЭЦ в объединенных энергосистемах. Изд-во «Энергия», М. 1976, с.14.