CC BY
177
Научный журнал КубГАУ, №110(06), 2015 года
1
УДК 621.18:621.438(597)
05.00.00 Технические науки
ВЫБОР РОССИЙСКИХ ПАРОВЫХ ТУРБИН ДЛЯ РАБОТЫ В СОСТАВЕ ГАЗОПАРОВЫХ УСТАНОВОК ВО ВЬЕТНАМЕ. ВЛИЯНИЕ КПД ЦИЛИНДРА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ К-300-240-2 НА МОЩНОСТЬ ГПУ ВО ВЬЕТНАМЕ
Фам Ан Хоаи аспирант
РИНЦ SPIN-код: 8315-1756
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
195251, Россия, г. Санкт-Петербург, Политехническая ул.,29 e-mail: [email protected]
В статье рассматривается современное состояние энергетики Вьетнама и выбор новых российских паровых турбин для работы в составе газопаровых установок во Вьетнаме. Приведены результаты расчетов показателей тепловой схемы ГПУ 3х1 с мощностью 1090 МВт на базе российской ПТУ К-300-240-2 и на базе штатной ПТУ ТС2А40 Мицубиси (станция ФуМи-1, Вьетнам). Рассмотрено как влияние КПД ЦВД российской паровой турбины К-300-240-2 на КПД и мощность ГПУ 3х1 с мощностью 1090 МВт, так и повышение КПД ЦВД за счет применения сотовых уплотнений в проточных частях.
Ключевые слова: ВЫБОР, ПАРОВАЯ ТУРБИНА, КОМБИНИРОВАННАЯ ГАЗОПАРОВАЯ УСТАНОВКА, ВЛИЯНИЕ, ПОВЫШЕНИЕ, ЦИЛИНДР ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, МОЩНОСТЬ
UDC 621.18:621.438(597)
Technical sciences
SELECTION OF RUSSIAN STEAM TURBINES FOR THE VIETNAMESE COMBINED GAS-STEAM PLANT. THE INFLUENCE OF THE EFFICIENCY OF HIGH-PRESSURE CYLINDER OF STEAM TURBINE K-300-240-2 ON THE POWER OF A GAS-STEAM PLANT IN VIETNAM
Pham An Hoai postgraduate student SPIN-code: 8315-1756
Peter the Great Saint-Petersburg Polytechnic university
195251, Russia, Saint-Petersburg, Polytechnicheskaya st., 29 e-mail: [email protected]
The article looks at the current state of energy in Vietnam and the selection of new Russian steam turbines for operation in combined gas-steam plant in Vietnam. The calculated results of thermal performance scheme 3x1 with combined gas-steam plant 1090 MW based on the Russian steam turbines K-330-240-2 and on the steam turbines TS2A40 Mitsubishi (station PhuMy-1, Vietnam). It also looks at the influence of the efficiency of high-pressure cylinders of Russian steam turbine K-330-240-2 on the efficiency and power of a gas-steam plant 3x1 with 1090 MW, increasing the efficiency of high-pressure cylinder of steam turbine through the use of honeycomb seals in flow part
Keywords: SELECTION, STEAM TURBINE, COMBINED GAS-STEAM PLANT, INFLUENCE, INCREASE, HIGH-PRESSURE CYLINDER, POWER
Во Вьетнаме существует необходимость в создании тепловых электростанций традиционных типов, а также внедрении перспективных комбинированных установок, обладающих высоким коэффициентом полезного действия (КПД). Решить задачу повышения выработки электроэнергии можно не только за счет строительства новых электростанций, но и путем модернизации действующих [1]. Модернизация может быть осуществлена за счет создания комбинированных газопаровых установок (ГПУ) на базе имеющихся во
http://ej.kubagro.ru/2015/06/pdf/69.pdf
Научный журнал КубГАУ, №110(06), 2015 года
2
Вьетнаме газотурбинных двигателей (ГТД), а также за счет применения газотурбинного комбинированного цикла с российскими паровыми турбинами. Поэтому исследования в этой области являются актуальными для Вьетнама.
В настоящее время во Вьетнаме установлено более десятка комбинированных газопаровых установок. Комбинированные
газопаровые установки во Вьетнаме состоят из трех типов: ГПУ с мощностью 450 МВт: 2 ГТ + 1 ПТ; ГПУ с мощностью 750 МВт: 2 ГТ + 1 ПТ; ГПУ с мощностью 1090 МВт: 3 ГТ + 1 ПТ [2].
Краткий обзор российских турбоустановок различных предприятий. Для ГПУ 2х1 с мощностью 450 МВт предлагается использование паровой турбины Т-150-7,7 (ОАО «ЛМЗ»), для ГПУ 2х1 с мощностью 750 МВт предлагается использование паровой турбины К-300-
23,5 (ОАО «ЛМЗ») и для ГПУ 3х1 с мощностью 1090 МВт может использоваться паровая турбина К-300-240-2 (ОАО «ЛМЗ») при реконструкции по газопаровому циклу действующих паротурбинных ТЭС во Вьетнаме [3].
Паровая турбина Т-150-7,7: Двухцилиндровая турбина без промежуточного перегрева пара, предназначена для работы в составе газопаровых установок. Цилиндр высокого давления имеет два паровпуска из котлов-утилизаторов высокого и низкого давления. Цилиндр низкого давления - двухпоточный. Турбина Т-150-7,7 - теплофикационная, имеет два регулируемых отбора пара. Регулирование давления осуществляется поворотной диафрагмой в нижнем отборе и регулирующим клапаном - в верхнем. Турбина может использоваться как при строительстве новых электростанций, так и при реконструкции по газопаровому циклу действующих паротурбинных ТЭС [3].
http://ej.kubagro.ru/2015/06/pdf/69.pdf
Научный журнал КубГАУ, №110(06), 2015 года
3
а)
б)
Рис. 1. Продольный разрез паровой турбины:
а - Т-150-7,7; б - К-300-240-2
Паровая турбина К-300-23,5: Трёхцилиндровая конденсационная турбина с промежуточным перегревом пара, тремя выхлопами в конденсатор и развитой системой регенеративного подогрева питательной воды. В качестве паротурбинной части блока ГПУ-750 или ГПУ-800 может использоваться паровая турбина К-300-23,5 после перевода ее на пониженные параметры пара, модернизации системы паровпуска, регулирующих ступеней, последних ступеней ЦНД, закрытия патрубков
http://ej.kubagro.ru/2015/06/pdf/69.pdf
Научный журнал КубГАУ, №110(06), 2015 года
4
нерегулируемых отборов и т.д. Внутренние относительные КПД частей турбины при этом практически не изменятся [4].
Паровая турбина К-300-240-2: Трёхцилиндровая конденсационная турбина без регулируемых отборов пара, номинальной мощностью 300 МВт с частотой вращения ротора 3000 об/мин, выпускаемая ОАО «ЛМЗ», предназначена для непостредственного привода генератора переменного тока типа ТВВ-320-2 и для работы в блоке с паровым котлом [5].
Таблица 1. Основные технические характеристики
Наименование показателя Типоразмер турбины
Т-150-7,7 К-300- 23,5* К-300- 240-2
Мощность номинальная, МВт 150 300 300
Давление пара на входе в ЦВД, МПа 7,6 16 23,5
Температура пара на входе в ЦВД, °С 510 540 540
Давление в конденсаторе, МПа 0,005 0,004 0,00705
* параметры К-300-23,5 после перевода ее в газопаровый режим
Сравнение результатов расчетов. Для сравнения были выбраны три программных продукта: программа P1GPU, написанная авторам; программа КГПТУ, разработанная Морским университетом (г. Санкт-Петербург); программа GateCycle компании General Electric. Все три программы дают весьма близкие и хорошо совпадающие с опубликованными данными результаты [6,7] для схем ГПУ. Поскольку программа P1GPU не позволяет проектировать ГПУ с тремя уровнями давления в котле-утилизаторе, для дальнейших расчетов была выбрана простая и удобная при использовании программа Морского технического университета [8].
Ниже приведены результаты расчетов показателей тепловой схемы ГПУ 3х1 с мощностью 1090 МВт на базе российской ПТУ К-300-240-2 и
http://ej.kubagro.ru/2015/06/pdf/69.pdf
Научный журнал КубГАУ, №110(06), 2015 года
5
на базе штатной ПТУ ТС2А40 Мицубиси (станция ФуМи-1, Вьетнам) в программе Морского университета. Схема ГПУ 3х1 с мощностью 1090 МВт, в которой в качестве ГТУ использована известная установка M701F Мицубиси (MHI Япония), приведена на рис.2, а полученные в расчете
данные сведены в табл. 2.
Рис. 2. Тепловая схема энергетической ГПУ 3х1 с мощностью
1090 МВт
Таблица 2. Результаты расчетов тепловой схемы ГПУ 3х1 с мощностью 1090 МВт
Газовая часть: ГТУ M701F (Япония)
Мощность ГТД, МВт 241,92
Расход газов, кг/с 714,4
http://ej.kubagro.ru/2015/06/pdf/69.pdf
Научный журнал КубГАУ, №110(06), 2015 года
6
Температура газа за турбиной, °С 549
КПД ГТД, % 38,2
Степень повышения давления воздуха в
компрессоре 17
Коэффициент избытка воздуха 2,65
Паровая часть
К-330-240-2 ТС2А40
Россия Япония
КПД части высокого давления, % 78 -
КПД части среднего давления, % 85 -
КПД части низкого давления, % 84 -
Давление в конденсаторе, МПа 0,00705 -
Давление в деаэраторе, МПа 0,1 -
Параметры пара за высокими контурами:
- давление, МПа 22 15
- температура, °С 509 538
- расход, кг/с 197,3 -
Параметры пара за средними контурами:
- давление, МПа 3,82 4,5
- температура, °С 259 -
- расход, кг/с 35,1 -
Параметры пара за низкими контурами:
- давление, МПа 0,248 0,899
- температура, °С 224,4 280
- расход, кг/с 107,8 -
Мощность ПТ, МВт 316,3 360
Мощность ГПУ, МВт 1033,7 1090*
http://ej.kubagro.ru/2015/06/pdf/69.pdf
Научный журнал КубГАУ, №110(06), 2015 года
7
КПД ГПУ, %
54,408
54,4*
* параметры реальной установки (станция ФуМи-1, Вьетнам)
Как следует из сравнения полученных данных, для совершенствования и модернизации комбинированных газопаровых установок во Вьетнаме предлагается использование новых российских паровых турбин: Т-150-7,7; К-300-23,5 и К-300-240-2.
Влияние КПД цилиндра высокого давления (ЦВД) российской паровой турбины К-300-240-2 на КПД и мощность ГПУ 3х1 (мощность порядка 1090 МВт).
Таблица 3. Влияние КПД ЦВД паровой турбины К-300-240-2 на КПД и мощность ГПУ 3х1 (станция ФуМи-1, Вьетнам)
КПД ЦВД, % Мощность ГПУ, МВт КПД ГПУ, %
78(ном.) 1033,7 54,408
80 1034,6 54,45
84 1036,3 54,55
86 1037,2 54,59
90 1038,9 54,68
94 1040,6 54,77
96 1041,4 54,81
99 1042,7 54,88
На рис.3 и рис.4 видно, что с повышением КПД цилиндра высокого давления паровой турбины показатели установки резко возрастают. Так, повышение КПД ЦВД приводит к значительному росту КПД и мощности ГПУ, которые при Пцвд = 96 % достигают Пгпу = 54,81 % и
^гпу = 1041,4 МВт.
http://ej.kubagro.ru/2015/06/pdf/69.pdf
Научный журнал КубГАУ, №110(06), 2015 года
8
Д 1044 Ъ. 1042 £. 1040 юзе 1036 1034 'Чгт-КДцвд)
75 ао В5 90 95 100 105 Г|ЦВД, %
Рис. 3. Влияние КПД ЦВД паровой турбины К-300-240-2 на
мощность ГПУ
Рис. 4. Влияние КПД ЦВД паровой турбины К-300-240-2 на КПД ГПУ Повышение КПД цилиндра высокого давления паровой турбины за счет применения сотовых надбандажных уплотнений.
Сотовые уплотнения - это усовершенствованный тип уплотнений с
http://ej.kubagro.ru/2015/06/pdf/69.pdf
Научный журнал КубГАУ, №110(06), 2015 года
9
использованием сотовой поверхности. Конструктивно соты имеют форму шестигранных ячеек с диаметром вписанной окружности, равной 1,5 мм. Сотоблоки изготавливаются из жаростойкой хромоникелевой фольги толщиной 0,05мм и припаиваются к вставкам, из которых собирается кольцо сотового уплотнения для последующего монтажа в проточную часть турбины.
В проточных частях паровых турбин используются четыре вида уплотнений: надбандажные, концевые, диафрагменные и средние [9].
Рис. 5. Внешний вид сотоблока и вставок сотовых уплотнений
Опыт эксплуатации паровых турбин подтверждает, что применение сотовых надбандажных уплотнений обеспечивает повышение внутреннего относительного КПД цилиндра для различных типов турбин на 0,6-1,7% от нормативного значения [10].
Для определения изменения протечек пара через надбандажные уплотнения используется методика, заключающаяся в определении значений относительного внутреннего КПД цилиндра по результатам опытов на режимах с включенной и отключенной регенерацией до и после реконструкции проточной части. Оценка эффективности реконструкции основывается на исследованном факте, определяющем, что часть высокотемпературных протечек через надбандажные уплотнения при включенной регенерации сбрасывается в соответствующие подогреватели,
http://ej.kubagro.ru/2015/06/pdf/69.pdf
Научный журнал КубГАУ, №110(06), 2015 года
10
что приводит к снижению температуры пара после цилиндра, следовательно, рассчитанная величина относительного внутреннего КПД цилиндра будет выше, чем аналогичные значения в опытах с отключенной регенерацией. Таким образом, по разнице температур пара за ЦВД в опытах с включенными и отключенными подогревателями высокого давления (ПВД) можно судить о величине суммарных протечек через надбандажные уплотнения, т.е. об их эффективности.
На рис.6 схематично показаны места установки сотовых уплотнений в проточной части паровой турбины [11].
Р - регулирующая ступень п Надбандажные(надлопаточные)уплотнения
ЦВД - цилиндр высокого давления ЦСД - цилиндр среднего давления ЦНД - цилиндр низкого давления м Диафрагменные уплотнения
■ Концевые уплотнения
Рис. 6. Места установки сотовых уплотнений в проточной части
паровой турбины.
В 2004г. в период капитального ремонта паровых турбин К-300-240 ст.№4 Каширской ГРЭС на 3-12 ст. ЦВД были установлены сотовые надбандажные уплотнения НПП "АРМС". Для оценки эффективности модернизации в 2004-2010г. выполнено 3 этапа сравнительных тепловых испытаний (до, после модернизации и через 6 лет эксплуатации перед выводом в капремонт), основные результаты представлены ниже [10].
http://ej.kubagro.ru/2015/06/pdf/69.pdf
Научный журнал КубГАУ, №110(06), 2015 года
11
Рис. 7. Изменение внутреннего относительного КПД ЦВД турбины К-300-240, ст.№4 (I этап испытаний, 2004г.)
Рис. 8. Изменение внутреннего относительного КПД ЦВД турбины К-300-240, ст.№4 (II-III этапы испытаний, 2004-2009г.): 1 - после установки сотовых уплотнений (II этап испытаний); 2 - после шести лет эксплуатации сотовых уплотнений (III этап испытаний)
http://ej.kubagro.ru/2015/06/pdf/69.pdf
Научный журнал КубГАУ, №110(06), 2015 года
12
Анализ результатов I этапа (рис.7) испытаний показал, что расхождение значений относительного внутреннего КПД ЦВД в опытах с включенной и отключенной регенерацией до реконструкции (I этап) составляет от 1,0% до 1,5%, в то время как в опыте после реконструкции (II этап) оно близко к нулю [10].
Анализ результатов III этапа (рис.8) и сравнение с результатами, полученными во II этапе, позволяет сделать вывод о том, что расхождение значений относительного внутреннего КПД ЦВД в опытах с включенными и отключенными ПВД практически отсутствует, из чего можно сделать заключение: за шесть лет эксплуатации не произошло существенного увеличения протечек через надбандажные сотовые уплотнения. Вместе с тем, зафиксировано незначительное снижение КПД ЦВД на 1,5^2% в абсолютных величинах, причинами которого явились эрозионный износ лопаток регулирующей ступени, а также механические повреждения рабочих и направляющих лопаток в проточной части ЦВД.
Заключение
1. Для совершенствования и модернизация комбинированных газопаровых установок во Вьетнаме предлагается использование новых российских паровых турбин: Т-150-7,7; К-300-23,5 и К-300-240-2.
2. Выполненные расчеты показали значительный рост КПД и мощности комбинированных газопаровых установок при увеличении КПД цилиндра высокого давления паровой турбины.
3. Результаты представленных тепловых испытаний паровых турбин К-300-240 ст.№4 Каширской ГРЭС подтверждают, что применение сотовых надбандажных уплотнений в проточных частях позволяет повысить относительный внутренний КПД ЦВД за счёт снижения перетоков пара в
http://ej.kubagro.ru/2015/06/pdf/69.pdf
Научный журнал КубГАУ, №110(06), 2015 года
13
уплотнениях, при этом, в течение межремонтного периода сохраняются стабильными термодинамические характеристики цилиндра.
Список литературы
1. Институт энергетики Вьетнама [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.ievn.com.vn
2. Фам А.Х. Состояние и перспективы развития энергетики Вьетнама / А.Х. Фам, А.В. Рассохин, К.Д. Андреев // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2013. - № 1(166). - С. 32-35.
3. Открытое акционерное общество «Силовые машины» (ОАО «СМ»): Паровые турбины [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.power-m.ru/products/
4. Мельников Ю.В. Анализ технических решений по вводу ПГУ для замены блоков мощностью 300 МВт / Ю.В. Мельников, А.В. Мошкарин // Теплоэнергетика. 2009. - № 9. - С. 19-30.
5. Фаддеев И.П. Паровая конденсационная турбины К-300-240-2: Методическое пособие для студентов дневного и вечернего отделения / И.П. Фаддеев, В.А. Рассохин. - Л.: Турбиностроение, 1984. - 11 с.
6. Цанев С.В. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростаций: учебное пособие для вузов / С.В. Цанева, В.Д. Буров, А.Н. Ремезов. - М.: Издательство МЭИ, 2009. - 584 с.
7. Трухний А.Д. Расчет тепловых схем парогазовых установок утилизационного типа: Методическое пособие по курсу «Энергетические установки» / А.Д. Трухний, С.В. Петрунин. - М.: Издательство МЭИ, 2001. - 24 с.
8. Фам А.Х. Расчетный анализ тепловой схемы парогазовой установки для энергетики Вьетнама / А.Х. Фам, А.В. Рассохин, К.Д. Андреев // Научно-технические ведомости СПбПУ. 2014. - № 2(195). - С. 34-40.
9. Научно-производственное предприятие «АРМС»: Основные сведения о сотовых
уплотнениях [Электронный ресурс]. - Режим доступа:
http://www.armstech.ru/cat/osn sved o sotah/
10. Научно-производственное предприятие «АРМС»: Оценка эффективности внедрения сотовых надбандажных уплотнений [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.armstech.ru/cat/ieffektivnosti vnedrenija sotovykh uplotnenijj/
11. Предприятие ООО «Статэнком-энерго»: Повышение эксплуатационной надежности и экономичности паровых турбин [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://se-energo.ru/article/art3.html
References
1. Institut jenergetiki Vietnama [Jelektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://www.ievn.com.vn
2. Fam А.Н. Sostojanie i perspektivy razvitija jenergetiki V'etnama / А.Н. Fam, A.V. Rassohin, K.D. Andreev // Nauchno-tehnicheskie vedomosti SPbGPU. 2013. - № 1(166). - S. 32-35.
3. Otkrytoe akcionernoe obshhestvo «Silovye mashiny» (OAO «SM»): Parovye turbiny [Jelektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://www.power-m.ru/products/
http://ej.kubagro.ru/2015/06/pdf/69.pdf
Научный журнал КубГАУ, №110(06), 2015 года
14
4. Mel'nikov Ju.V. Analiz tehnicheskih reshenij po vvodu PGU dlja zameny blokov moshhnost'ju 300 MVt / Ju.V. Mel'nikov, A.V. Moshkarin // Teplojenergetika. 2009. - № 9. -
S. 19-30.
5. Faddeev I.P. Parovaja kondensacionnaja turbiny K-300-240-2: Metodicheskoe posobie dlja studentov dnevnogo i vechernego otdelenija / I.P. Faddeev, V.A. Rassohin. - L.: Turbinostroenie, 1984. - 11 s.
6. Canev S.V. Gazoturbinnye i parogazovye ustanovki teplovyh jelektrostacij: uchebnoe posobie dlja vuzov / S.V. Caneva, V.D. Burov, A.N. Remezov. - M.: Izdatel'stvo MJel, 2009.
- 584 s.
7. Truhnij A.D. Raschet teplovyh shem parogazovyh ustanovok utilizacionnogo tipa: Metodicheskoe posobie po kursu «Jenergeticheskie ustanovki» / A.D. Truhnij, S.V. Petrunin.
- M.: Izdatel'stvo MJel, 2001. - 24 s.
8. Fam A.H. Raschetnyj analiz teplovoj shemy parogazovoj ustanovki dlja jenergetiki V'etnama / A.H. Fam, A.V. Rassohin, K.D. Andreev // Nauchno-tehnicheskie vedomosti SPbPU. 2014. - № 2(195). - S. 34-40.
9. Nauchno-proizvodstvennoe predprijatie «ARMS»: Osnovnye svedenija o sotovyh
uplotnenijah [Jelektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa:
http://www.armstech.ru/cat/osn sved o sotah/
10. Nauchno-proizvodstvennoe predprijatie «ARMS»: Ocenka jeffektivnosti vnedrenija sotovyh nadbandazhnyh uplotnenij [Jelektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://www.armstech.ru/cat/ieffektivnosti vnedrenija sotovykh uplotneniii/
11. Predprijatie OOO «Statjenkom-jenergo»: Povyshenie jekspluatacionnoj nadezhnosti i jekonomichnosti parovyh turbin [Jelektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://se-energo. ru/arti cl e/art3. html
http://ej.kubagro.ru/2015/06/pdf/69.pdf
