Одним из основных направлений совершенствования паротурбинных энергоблоков является повышение начальных параметров пара. Известно, что повышение начальной температуры пара t0 при фиксированном давлении увеличивает КПД энергоблока, т.к. это благоприятно сказывается на термическом КПД цикла и на внутреннем КПД цилиндра высокого давления (ЦВД).
Влияние начального давления пара p0 не столь однозначно. При постоянной температуре повышение p0 ведет к снижению высоты лопаток ЦВД и, следовательно, к росту относительных потерь и снижению внутреннего КПД ЦВД. Кроме того, возрастает влажность пара в конце процесса его расширения. Это снижает внутренний КПД цилиндра низкого давления и усиливает эрозию его лопаток. С другой стороны, увеличение p0 сопровождается ростом адиабатного теплоперепада в ЦВД. При этом возрастает мощность ЦВД при том же массовом расходе пара. Положительное влияние прироста теплоперепада преобладает над отрицательными факторами и КПД энергоблока будет расти примерно до давления p0= 40 МПа. При p0 больше 40 МПа крутизна начальных изотерм и конечных изобар ЦВД в i-s диаграмме такова, что адиабатный теплоперепад начнет уменьшаться.
Наибольший энергетический эффект достигается при одновременном росте p0 и t0. Однако повышение параметров свежего пара и переход на сверхкритические параметры приводит к необходимости применять более дорогие жаростойкие и жаропрочные материалы для лопаток турбин, трубок котлов и главных паропроводов. Поэтому необходим проектный поиск оптимальных значений начальных параметров пара по технико-экономическому критерию.
Данная задача решалась на основе разработанной с учетом рекомендаций [1] математической модели для энергоблока с конденсационной турбиной К-300, у которой проектные начальные параметры составляли 16,6 МПа и 540 ºC. Были рассмотрены 7 вариантов сочетаний начальных параметров, в том числе варианты 4-7 со сверхкритическими параметрами (табл.). Расчеты показали, что одновременное повышение начальных параметров с 16,6 МПа/540 ºC до 30 МПа/610 ºC увеличивает КПД по выработке электроэнергии ηэл с 0,437 до 0,484, т.е. примерно на 11 %.
Для расчета экономических показателей в математическую модель были введены зависимости по влиянию начальных параметров пара на капитальные затраты по энергоблоку (цена котла, турбоагрегата, паропроводов), предложенные в работе [2], а также зависимости по расчету годовых эксплуатационных затрат, срока окупаемости дополнительных капитальных затрат τок, годового экономического эффекта Эг по отношению к исходному варианту и др.
Результаты расчетов (таблица) показывают, что наибольший годовой экономический эффект из всех рассмотренных сочетаний начальных параметров соответствует варианту 24 МПа/580 ºC и составляет 0,767 млн.$ в год.
Результаты технико-экономических расчетов
|
№ варианта |
p0, МПа / t0, ºC |
ηэл, % |
τок, годы |
Эг, млн.$ / год |
|
0 |
16,6 / 540 |
43,7 |
– |
– |
|
1 |
18 / 550 |
44,3 |
6,67 |
0,393 |
|
2 |
20 / 560 |
45,0 |
7,95 |
0,467 |
|
3 |
22 / 570 |
45,7 |
8,54 |
0,489 |
|
4 |
24 / 580 |
46,2 |
8,39 |
0,767 |
|
5 |
26 / 590 |
47,0 |
9,44 |
0,301 |
|
6 |
28 / 600 |
47,7 |
9,80 |
0,125 |
|
7 |
30 / 610 |
48,4 |
9,95 |
0,031 |