Разработка комбинированной энергетической установки, способной обеспечить функционирование газотурбинной и паротурбинной её частей

Предварительный термодинамический расчет турбины. Определение типа производства, анализ технологического процесса, расчёт припусков, выбор заготовки. Производство водорода методом газификации угля. Теоретические основы водородопроницаемости в мембранах.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Введение

Целью дипломного проекта является разработка комбинированной энергетической установки, способной обеспечить функционирование газотурбинной и паротурбинной её частей. Главным объектом проектирования является паровая турбина мощностью 660 МВт, работающая в составе такой установки. Также значительным преимуществом такой энергоустановки является её способность работать в составе электростанции с внутрицикловой газификацией угля, с применением таких передовых технологий, как мембранные реакторы конверсии для извлечения водорода из синтез газа и системой улавливания и удержания СО2 - CCS.

Получение водорода рассматривается как попутное производство при обработке синтез газа после газификации угля и занимает второстепенную позицию. Но если в регионе, где планируется устанавливать такой энергоблок, высокий спрос на водородное топливо, то установленную мощность газовой турбины можно уменьшить или исключить её как компонент из цикла вообще, что позволит производить больше водорода без снижения мощности паровой турбины.

Выбор основных параметров

В соответствии с поставленной задачей на дипломное проектирование и ретроспективным анализом технической литературы задаемся следующими основными параметрами паротурбинной установки, работающей в составе комбинированной парогазовой установки:

Номинальная мощность турбогенератора:

Nэ=660 МВт;

Начальные параметры пара выбраны сверхкритические:

Р0=24,7 МПа;

t0 =535 ?C;

Давление в конденсаторе:

Рк=5 кПа.

Температура и давление промежуточного перегрева пара:

Рпп=6,5 МПа

tпп=565?С

В качестве прототипа выбираем паровую турбину К-660-247 производства ЛМЗ филиала ОАО «Силовые машины» . Паровая турбина К-66--247 номинальной мощностью 660 МВт с начальным абсолютным давлением 24,7 МПа предназначена для привода двухполюсного генератора переменного тока ТВВ-660-2, для работы в блоке с прямоточным котлом, использующим органическое топливо. В тепловой схеме, предложенной в данной работе, паровой котел работает на синтез газе, получаемом при газификации угля.

Предусмотрена параллельная работа ГТУ и ПТУ, причем регенерация тепла и подогрев питательной воды осуществляется в котле-утилизаторе. При этом из самой паротурбинной установки планируется производить отборы пара на деаэратор, привод турбонасоса и два ПНД, в которые производится слив дренажей. Также в связи с включением дополнительного газификатора, производящего синтез-газ для ГТУ, планируется отбирать пар из цикла ПТУ с давлением, превышающем давление в газификаторе.

Предварительный термодинамический расчет турбины

При выполнении расчетов использовалась программа MathCAD 14, а также готовые библиотеки Water Steam Pro 6. Результаты расчета приведены из интерфейса программы с некоторыми пояснениями.

В ходе предварительного расчета были найдены значения располагаемого теплоперепада в турбине, внутренний и термический к.п.д., а также построен процесс расширения пара в турбине в I-S координатах.

Выполненный предварительный термодинамический расчет турбины позволяет произвести более детальные вычисления.

Проведем тепловой расчет турбины при её совместной работе, то есть с включенной газотурбинной частью и реактором газификации. Отдельно производим расчет реактора газификации, входе расчета должно получиться количество газа необходимое для работы газотурбинной части. Расчет газовой турбины производиться в составе ПГУ.

Описание спроектированной паротурбинной установки

Таким образом, в результате выполненных конструкторских, тепловых и прочностных расчетов была спроектирована паровая турбина, удовлетворяющая предъявленным требованиям.

Турбина имеет 7 нерегулируемых отборов пара, предназначенных для подогрева питательной воды в ПВД, основного конденсата - в ПНД, деаэраторе до температуры 280 °С при номинальной нагрузке турбины. Кроме регенеративных отборов, допускаются отборы пара без снижения номинальной мощности на подогрев сетевой воды и на собственные нужды станции. В составе парогазового блока планируются производить отбор после ЦВД на нужды газификатора, для получения синтез-газа, и дальнейшего получения из него водорода методом конверсии.

Турбина представляет собой одновальный четырехцилиндровый агрегат, выполненный по схеме 1ЦВД+1ЦСД+1ЦНДх2.

ЦВД с облопачиванием реактивного типа, с сопловым парораспределением. В конструкции применены высокоэффективные профиля направляющих и рабочих лопаток, развитые надбандажные, диафрагменные и концевые уплотнения, втулочная конструкция обойм концевых уплотнений. ЦВД имеет внутренний корпус, в патрубки которого вварены сопловые коробки. Паропроводящие штуцера имеют сварные соединения с наружным корпусом цилиндра и подвижные - с горловинами сопловых коробок.

После промежуточного перегрева пар по двум паропроводам подводится к двум стопорным клапанам ЦСД, установленным по обе стороны цилиндра, и от них - к четырем регулирующим клапанам, расположенным непосредственно на корпусе ЦСД. ЦСД - двухпоточный, с облопачиванием активного типа. Также применены высокоэффективные профили и уплотнения.Из выхлопных патрубков ЦСД пар по двум трубам подводится к ЦНД.

ЦНД - двухпоточный, по пять ступеней в каждом потоке. Из двух выхлопов после ЦНД отработавший пар поступает в общий конденсатор. Расход охлаждающей воды через конденсатор 64 000 м3/ч. Номинальная температура охлаждающей воды 33 °С.

Ротор ЦНД выполнен сварным. Длина рабочей лопатки последней ступени ЦНД - 1200 мм, средний диаметр этой ступени - 3000 мм. Все роторы имеют жесткие соединительные муфты и по две опоры. Фикспункт валопровода (упорный подшипник) расположен между ЦВД и ЦСД. Для турбины К-660-247 разработаны новые корпуса ЦВД и ЦСД. Новая цельнолитая конструкция устойчива к перекосам и короблению цилиндров. Подвод/отвод пара осуществлен только в нижней половине цилиндров, что обеспечивает большую ремонтопригодность конструкции.

Турбина снабжена паровыми лабиринтными уплотнениями. Новые усовершенствованные уплотнения имеют меньший зазор и работают на витых отжимных пружинах. Также предусмотрены специальные отверстия в обоймах уплотнений для циркуляции пара и их охлаждения. Из концевых каминных камер уплотнений всех цилиндров паровоздушная смесь отсасывается водоструйным эжектором через вакуумный охладитель.

Максимальный расход пара, при указанных начальных параметрах спроектированной турбины, составляет 611 кг/с.

В системе автоматического регулирования и защиты использованы основные конструктивные решения, отработанные на большой части и турбин данной серии.

Назначение и функции системы:

· обеспечивает автоматическое регулирование частоты вращения и мощности турбины в соответствии со статической характеристикой и заданием, получаемым из системы автоматического управления энергоблока или от оператора, как при работе в сети, так и на изолированную нагрузку;

· поддерживает заданное давление пара перед регулирующими клапанами высокого давления;

· обеспечивает противоразгонную защиту турбоагрегата;

· на основе контроля термонапряженного состояния элементов турбины вырабатывает команды на ограничение скорости изменения нагрузки и информацию о допустимом изменении нагрузки;

· обеспечивает возможность взаимодействия с системой автоматического пуска блока для автоматизации разворота и нагружения турбины;

· обеспечивает останов турбины при возникновении аварийных нарушений ее работы.

Система регулирования состоит из органов парораспределения, гидравлической и электронной частей, работа которых взаимосвязана.

Система регулирования обеспечивает возможность изменения нагрузки и синхронизации генератора при любой аварийной частоте в энергосистеме.

С учетом реализации в ЭЧСР ряда алгоритмов, улучшающих динамические характеристики системы регулирования турбины, максимальная частота вращения ротора при сбросе номинальной нагрузки с отключением генератора от сети не превышает 107...108 % номинального значения.

Стопорные и регулирующие клапаны разгруженного типа. В корпусе каждого стопорного клапана устанавливается паровое сито.

Для ограничения поступления в ЦВД пара из «холодной» линии промперегрева при работе турбины на клапанах ЦСД (пусковые режимы) на выхлопах из ЦВД установлены два обратных клапана с байпасами. Обратные клапаны управляются индивидуальными сервомоторами.

В режиме пуска турбины разворот и начальное нагружение осуществляется путем подачи пара в цилиндр среднего давления. При этом регулирующие клапаны высокого давления и обратные клапаны на линиях холодного промперегрева остаются закрытыми, параметры пара поддерживаются регуляторами байпасных станций высокого и низкого давления. После достижения нагрузки 15...20% номинального значения, пар подается в ЦВД.

Тепловая схема турбоустановки состоит из 4 подогревателей низкого давления (ПНД), деаэратора скользящего давления и трех подогревателей высокого давления (ПВД). Все регенеративные подогреватели -...