Разработка и исследование новых энергоэффективных схем совместной работы турбоагрегатов паросилового блока и паротурбинной части парогазовой установки

Объектом исследования является тепловая электрическая станция, содержащая в составе своего оборудования паротурбинную и парогазовую установки. Цель научного исследования обоснование применения новых энергоэффективных схем совместной работы турбоагрегатов паросилового блока и паротурбинной части парогазовой установки с замещением отборов высокотемпературного пара на регенеративные подогреватели сухим паром из котла-утилизатора. В ходе научных исследований получены следующие результаты: 1. Разработаны четыре новые принципиальные тепловые схемы совместной работы турбоагрегатов паросилового блока и паротурбинной части парогазовой установки. Они позволяют организовать более полное использование возможностей высокотемпературных отборов и компенсацию потерь в паротурбинном энергоблоке, связанных с ростом расхода пара в его проточной части и конденсаторе из-за вытеснения отборов. Разработаны три новые принципиальные тепловые схемы совместной работы турбоагрегатов паросилового блока и паротурбинной части парогазовой установки, которые позволяют повысить маневренность тепловой электрической станции за счет увеличения максимальной мощности парогазовой установки. Разработана новая принципиальная тепловая схема парогазовой установки, которая позволяет повысить ее надежность и эффективность. 2. Разработаны математические модели новых принципиальных тепловых схем. Они представляют собой комбинацию математических моделей паротурбинного и парогазового энергоблоков с установкой дополнительных связей между ними. Поэтому были разработаны и верифицированы: математическая модель котлоагрегата ТГМ-94, паротурбинного энергоблока Т-145/160-130 и парогазовой установки ПГУ-410. Верификация проводилась по данным, предоставленным Краснодарской ТЭЦ: инструкции по эксплуатации, режимная карта энергоблока №4 Т-145/160-130 и замеры, которые легли в ее основу, отчет о поверочном расчете энергетического котла, проектная документация на ПГУ и пр. Расхождение между результатами расчета и замером (и / или паспортными данными) не превышает 5%. 3. Проведены численные исследования новых схем совместной работы в конденсационном и теплофикационном режимах на математических моделях энергоблоков Краснодарской ТЭЦ: Т-145/160-130 и парогазовой установкой ПГУ-410. Последняя является трехконтурной бинарной парогазовой установкой, построенной на базе газотурбинной установки типа М701F4 производства Mitsubishi Heavy Industries, Ltd (Япония). Установлены зависимости изменения электрических мощности и КПД электростанции от нагрузки и параметров окружающей среды. Исследование в конденсационном режиме показало, что применение всех предложенных схем совместной работы турбоагрегатов паросилового блока и паротурбинной части парогазовой установки приводит к повышению пиковой мощности тепловой электрической станции присохранении эффективности. Прирост мощности составил: 1,6 МВт для схемы с вытеснением отбора на ПВД-7 и ПВД-8 паром из барабана среднего давления котла-утилизатора парогазовой установки в сочетании с вытеснением отбора на ПНД-4 паром из барабана низкого давления и возвратом конденсата; 1,1 МВт для схемы с вытеснением отбора на ПВД-7 и ПВД- 8 паром из барабана среднего давления котла-утилизатора парогазовой установки с возвратом конденсата; 1,1 МВт для схемы с вытеснением отбора на ПВД-7 и ПВД-8 паром из барабана среднего давления котла-утилизатора парогазовой установки и возвратом пара из отбора на ПНД-4 в цилиндр среднего давления парогазового блока. Средний удельный расход условного топлива на выработку электроэнергии брутто всей электростанции остается практически неизменным при работе по всем рассмотренным схемам. Он варьируется от 255 до 265 г.ут/кВт*ч. Исследование в теплофикационном режиме показало, что замещение отбора на ПВД паром от внешнего источника может применяться и как метод форсирования электрической мощности паротурбинного энергоблока, и как метод покрытия пиковых тепловых нагрузок на теплофикацию. Замещение пара на ПВД 7,8 из барабана среднего давления котла-утилизатора ПГУ при неизменной нагрузке на теплофикацию приводит к приросту суммарной выработки электроэнергии до 1,14 МВт. В теплофикационных режимах наблюдается незначительное увеличение удельного расхода условного топлива брутто на выработку электроэнергии электростанцией (до 2,92 г.ут/кВт*ч). 4. Поданы заявки на получение патентов на объекты интеллектуальной собственности (7 заявок на патент на изобретения – №2020133412, №2020133411, №2020133410, №2021127693, №2021127700, №2021127725, №2021127735). Получены 3 патента на изобретения (№2747786, №2752123, №2749800). 5. Материалы исследований представлены на международных и всероссийских конференциях, опубликованы в журналах, входящих в перечень ВАК и базу Scopus.