На основе изучения тепловой схемы турбины К-300-240 ОАО «Турбоатом» приведены возможные варианты получения дополнительной пиковой мощности на действующих энергоблоках для покрытия дефицита мощности в энергосистеме УкраиныOn the base of study of thermal schemes of turbine, К-300-240 OJSC «Turboatom» presents the possible variants for generation of additional peak of power on the exploitation power plant for a removal of power deficit in the energetic system of Ukrain

Голощапов, Владимир Николаевич

Котульская, О. В.

Парамонова, Т. Н.

Котульская, Ольга Валериевна

Парамонова, Татьяна Николаевна

eNTUKhPIIR Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"; Institutional Repository

ЕНЕРГЕТИЧНІ   ТА   ТЕПЛОТЕХНІЧНІ   ПРОЦЕСИ   Й   УСТАТКУВАННЯ  УДК 621.165  В.Н. ГОЛОЩАПОВ, канд. техн. наук; ИПМаш НАН Украины, Харьков; О.В. КОТУЛЬСКАЯ, инженер ИПМаш НАН Украины, Харьков; Т.Н. ПАРАМОНОВА, инженер ИПМаш НАН Украины, Харьков  ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ПАРОВАЯ НАДСТРОЙКА ЭНЕРГОБЛОКОВ МОЩНОСТЬЮ 300 МВт, КАК СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПИКОВОЙ МОЩНОСТИ  На основе изучения тепловой схемы турбины К-300-240 ОАО «Турбоатом» приведены возможные варианты получения дополнительной пиковой мощности на действующих энергоблоках для покрытия дефицита мощности в энергосистеме Украины. Ключевые слова: энергоблок, паровая турбина, пиковая мощность, тепловая схема, параметры пара.  Введение. Важной проблемой энергетики Украины является несбалансированность электрогенерирующих мощностей с существенным дефицитом маневренной составляющей. Маневренные мощности ГЭС и ГАЭС, обеспечивающие пиковые нагрузки в электросетях, составляют менее 9 % установленной мощности электростанций Украины [1]. В то же время для обеспечения надежной работы энергосистемы страны необходимо, чтобы эта цифра была на уровне 20 %. В настоящее время для покрытия полупиковых, пиковых и остропиковых нагрузок в энергосистеме Украины используют не приспособленные для этого энергоблоки ТЭС мощностью 150; 200; 300 МВт, которые создавались для работы в базовом режиме, переводя их на работу при пониженных нагрузках, отключая в ночные часы и сохраняя в горячем резерве, маневрируя нагрузкой в широком диапазоне в дневные часы по указаниям диспетчерской службы энергосистемы, останавливая на выходные и праздничные дни. Особо актуальной в складывающихся условиях является проблема создания специальных высокоманевренных и высокоэкономичных пиковых и остропиковых мощностей. Высокая эффективность работы таких энергетических установок может быть обеспечена только путем использования перспективных технологий преобразования энергии. Такие энергетические установки целесообразно создавать, максимально используя инфраструктуру существующих ТЭС, в том числе инфраструктуру энергоблоков, для которых приобретен большой опыт эксплуатации оборудования в высокоманевренных режимах работы, каковыми являются блоки К-300-240 ОАО «Турбоатом». Варианты получения дополнительной пиковой мощности на действующих энергоблоках. Для эффективного участия паротурбинных энергоблоков в регулировании графика нагрузок энергосистем необходима высокая скорость увеличения их мощности. В частности при нормальной эксплуатации электрических систем скорость изменения мощности в регулировочном диапазоне нагрузок должна быть не менее (2–3) % от номинального значения в минуту. В ряде случаев выдвигаются еще более жесткие требования, особенно при дефиците мощности в энергосистеме. При таких условиях участие энергоблоков в покрытии небаланса активной мощности достаточно эффективно, если соответствующий дефициту набор мощности происходит за несколько секунд. Быстрый набор электрической мощности энергоблока можно осуществить, имея © В.Н. Голощапов, О.В. Котульская, Т.Н. Парамонова, 2013  ISSN 2078-774X. Вісник НТУ «ХПІ». 2013. № 12(986) 96 ЕНЕРГЕТИЧНІ   ТА   ТЕПЛОТЕХНІЧНІ   ПРОЦЕСИ   Й   УСТАТКУВАННЯ  на энергоблоке пиковую надстройку, позволяющую получать дополнительную мощность для покрытия дефицита мощности в энергосистеме. Авторами рассмотрены несколько вариантов подключения пиковой надстройки к тепловой схеме турбины  К-300-240 ОАО «Турбоатом» [2]. В первом варианте для создания дополнительной мощности в схему турбоустановки дополнительно включается высокоманевренная паровая пиковая турбина противодавленческого типа ограниченной мощности (рис. 1), пар для которой используется из I и II отборов с последующим перегревом в базовом котле до температуры 650 °С, что может обеспечить на блоке пиковую мощность 34 МВт. Пиковая турбина выполняется по упрощенной констру- ктивной схеме с отдельным электро- генератором. Пар, отработавший в пиковой турбине и имеющий более высокую температуру, чем основной паровой поток в месте присоединения выхлопа пиковой турбины к базовой, направляется на вход части низкого давления турбины. При этом его целесообразно разделить на две части – первая направляется в первый поток низкого давления, соединенный с частью среднего давления, вторая – в перепускной коллектор. Смешиваясь с основным потоком рабочего тела, пар из выхлопа пиковой турбины повышает температуру общего потока, что увеличивает теплоперепад, срабатываемый в потоках низкого давления, и, одновременно с увеличением расхода пара, обеспечивает увеличение мощности части низкого давления базовой турбины при работе пиковой. Совместная выработка дополнительной энергии пиковой турбиной и частью низкого давления базовой турбины обеспечивает формирование пиковой мощности, которая зависит как от дополнительного расхода пара, так и от степени его перегрева перед пиковой турбиной.   Рис. 1 – Тепловая схема турбины К-300-240 «Турбоатом» с пиковой турбиной, имеющей начальную температуру пара 650 °С Во втором варианте в качестве высокотемпературной надстройки блока для повышения темпа набора пиковой мощности может быть применена тепловая схема с автономным котлом-пароперегревателем (рис. 2), в котором при использовании газообразного топлива возможен быстрый перегрев пара до заданной температуры с одновременным повышением пиковой мощности. В котле-пароперегревателе (КП) помимо секции перегрева (поступающего из отборов) пара устанавливается также секция водяного экономайзера, в которой обеспечивается нагрев питательной воды до  ISSN 2078-774X. Вісник НТУ «ХПІ». 2013. № 12(986) 97ЕНЕРГЕТИЧНІ   ТА   ТЕПЛОТЕХНІЧНІ   ПРОЦЕСИ   Й   УСТАТКУВАННЯ  уровня, соответствующего температуре, с которой она поступает в котел при номинальном режиме работы блока. На вход пиковой турбины пар подается с температурой 800 °С. Пиковая мощность блока в этом варианте может составить 45–50 МВт. Для третьего варианта пиковой турбины (рис. 3) необходимый расход пара можно получить, отключив I и II отбры цилиндра высокого давления. При этом пар I отбора, проходя через две последние ступени ЦВД, вырабатывает допо- лнительно пиковую мощность. Расход пара в пиковую турбину эквивалентен расходу в подогреватели высо- кого давления после их отключения и равен 148,4 т/ч. При работе турбины на режиме близком к номинальному этот пар пропускается через промежуточный перегреватель, в котором догревается до температуры (540–560) °С.   Рис. 2 – Тепловая схема турбины К-300-240 «Турбоатом» с пиковой турбиной и автономным котлом-перегревателем Отбор пара на пиковую турбину производится из паропровода горячего перегрева и дополнительным паропроводом через стопорный и регулирующий клапаны пиковой турбины направляется во входной патрубок. Отдав энергию в пиковой турбине для привода отдельного электрогенератора, пар после выхода из выходного патрубка направляется в ресивер ЦНД, и после смешивания с основным потоком пара, выходящего из части среднего давления, поступает в ЦНД. В этом варианте вырабатываемая мощность пиковой турбины на максимальном отборе составит 31,3 МВт, при этом в ЦНД вырабатывается дополнительная мощность 18 МВт. Выводы. Варианты выполнения пиковой турбины с начальной температурой пара 650 и 800 °С при использовании освоенных в турбостроении сталей, обеспечивающих ресурс пиковой турбины, равный 100 тыс. часов при 12–15 тыс. пусков-остановов, требуют конструктивной проработки системы парового охлаждения ее проточной части и могут рассматриваться как пилотные образцы для накопления опыта, необходимого при создании паровых турбин на суперкритические параметры пара. Третий вариант пиковой турбины при параметрах пара Р0 = 3,5 МПа, Т0 = 565 °С требует минимальных переделок в тепловой схеме турбины К-300-240 и может быть реализован на базе использования современных технологий и материалов.   ISSN 2078-774X. Вісник НТУ «ХПІ». 2013. № 12(986) 98 ЕНЕРГЕТИЧНІ   ТА   ТЕПЛОТЕХНІЧНІ   ПРОЦЕСИ   Й   УСТАТКУВАННЯ   Рис. 3 –Тепловая схема турбины К-300-240 «Турбоатом» с пиковой турбиной, имеющей начальную температуру пара 565 °С  Список литературы: 1. Повышение энергоэффективности работы турбоустановок ТЭС и ТЭЦ путём модернизации, реконструкции и совершенствования режимов их эксплуатации [Текст] / Ю.М. Мацевитый, Н.Г. Шульженко, В.Н. Голощапов и др; под общ. ред. ак. Ю.М. Мацевитого. – К.: Наук. думка, 2008. – 366 с. 2. Патент на корисну модель 38824 Україна, МПК F01K 7/00, F01К 17/00. Спосіб створення пікової потужності на енергоблоках теплових електростанцій [Текст] / Мацевитий Ю.М., Соловей В.В. , Голощапов В.М. [та ін.]; заявник та власник Інститут проблем машинобудування НАН України. – № u 2008 07790; заявл. 09.06.08; опубл. 16.01.09. – Бюл. № 2.  Поступила в редколлегию 15.01.13 УДК 621.165 Высокотемпературная паровая надстройка энергоблоков мощностью 300 МВт, как способ создания пиковой мощности [Текст] / В.Н. Голощапов, О.В. Котульская, Т.Н. Парамонова // Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. – Х.: НТУ «ХПІ», 2013. – № 12(986). – С. 96-99. – Бібліогр.: 2 назв. – ISSN 2078-774Х.  На підставі вивчення теплової схеми турбіни К-300-240 ВАТ «Турбоатом» наведені можливі варіанти отримання додаткової пікової потужності на діючих енергоблоках для покриття дефіциту потужности в енергосистемі України. Ключові слова: енергоблок, парова турбіна, пікова потужність, теплова схема, параметри пари.  On the base of study of thermal schemes of turbine, К-300-240 OJSC «Turboatom» presents the possible variants for generation of additional peak of power on the exploitation power plant for a removal of power deficit in the energetic system of Ukraine. Keywords: power block, steam turbine, peak power, thermal circuit, steam parameters.  ISSN 2078-774X. Вісник НТУ «ХПІ». 2013. № 12(986) 99

Высокотемпературная паровая надстройка энергоблоков мощностью 300 МВт, как способ создания пиковой мощности

Library of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

ЕНЕРГЕТИЧНІ   ТА   ТЕПЛОТЕХНІЧНІ   ПРОЦЕСИ   Й   УСТАТКУВАННЯ 
 
УДК 621.165 
 
В.Н. ГОЛОЩАПОВ, канд. техн. наук; ИПМаш НАН Украины, Харьков; 
О.В. КОТУЛЬСКАЯ, инженер ИПМаш НАН Украины, Харьков; 
Т.Н. ПАРАМОНОВА, инженер ИПМаш НАН Украины, Харьков 
 
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ПАРОВАЯ НАДСТРОЙКА 
ЭНЕРГОБЛОКОВ МОЩНОСТЬЮ 300 МВт, КАК СПОСОБ 
СОЗДАНИЯ ПИКОВОЙ МОЩНОСТИ 
 
На основе изучения тепловой схемы турбины К-300-240 ОАО «Турбоатом» приведены 
возможные варианты получения дополнительной пиковой мощности на действующих энергоблоках для 
покрытия дефицита мощности в энергосистеме Украины. 
Ключевые слова: энергоблок, паровая турбина, пиковая мощность, тепловая схема, параметры 
пара. 
 
Введение. Важной проблемой энергетики Украины является 
несбалансированность электрогенерирующих мощностей с существенным дефицитом 
маневренной составляющей. Маневренные мощности ГЭС и ГАЭС, обеспечивающие 
пиковые нагрузки в электросетях, составляют менее 9 % установленной мощности 
электростанций Украины [1]. В то же время для обеспечения надежной работы 
энергосистемы страны необходимо, чтобы эта цифра была на уровне 20 %. В настоящее 
время для покрытия полупиковых, пиковых и остропиковых нагрузок в энергосистеме 
Украины используют не приспособленные для этого энергоблоки ТЭС мощностью 150; 
200; 300 МВт, которые создавались для работы в базовом режиме, переводя их на 
работу при пониженных нагрузках, отключая в ночные часы и сохраняя в горячем 
резерве, маневрируя нагрузкой в широком диапазоне в дневные часы по указаниям 
диспетчерской службы энергосистемы, останавливая на выходные и праздничные дни. 
Особо актуальной в складывающихся условиях является проблема создания 
специальных высокоманевренных и высокоэкономичных пиковых и остропиковых 
мощностей. Высокая эффективность работы таких энергетических установок может 
быть обеспечена только путем использования перспективных технологий 
преобразования энергии. Такие энергетические установки целесообразно создавать, 
максимально используя инфраструктуру существующих ТЭС, в том числе 
инфраструктуру энергоблоков, для которых приобретен большой опыт эксплуатации 
оборудования в высокоманевренных режимах работы, каковыми являются блоки 
К-300-240 ОАО «Турбоатом». 
Варианты получения дополнительной пиковой мощности на действующих 
энергоблоках. Для эффективного участия паротурбинных энергоблоков в 
регулировании графика нагрузок энергосистем необходима высокая скорость 
увеличения их мощности. В частности при нормальной эксплуатации электрических 
систем скорость изменения мощности в регулировочном диапазоне нагрузок должна 
быть не менее (2–3) % от номинального значения в минуту. В ряде случаев 
выдвигаются еще более жесткие требования, особенно при дефиците мощности в 
энергосистеме. При таких условиях участие энергоблоков в покрытии небаланса 
активной мощности достаточно эффективно, если соответствующий дефициту набор 
мощности происходит за несколько секунд. 
Быстрый набор электрической мощности энергоблока можно осуществить, имея 
© В.Н. Голощапов, О.В. Котульская, Т.Н. Парамонова, 2013 
 
ISSN 2078-774X. Вісник НТУ «ХПІ». 2013. № 12(986) 96 
ЕНЕРГЕТИЧНІ   ТА   ТЕПЛОТЕХНІЧНІ   ПРОЦЕСИ   Й   УСТАТКУВАННЯ 
 
на энергоблоке пиковую надстройку, позволяющую получать дополнительную 
мощность для покрытия дефицита мощности в энергосистеме. Авторами рассмотрены 
несколько вариантов подключения пиковой надстройки к тепловой схеме турбины  
К-300-240 ОАО «Турбоатом» [2]. 
В первом варианте для создания дополнительной мощности в схему 
турбоустановки дополнительно включается высокоманевренная паровая пиковая 
турбина противодавленческого типа ограниченной мощности (рис. 1), пар для которой 
используется из I и II отборов с последующим перегревом в базовом котле до 
температуры 650 °С, что может обеспечить на блоке пиковую мощность 34 МВт. 
Пиковая турбина 
выполняется по 
упрощенной констру- 
ктивной схеме с 
отдельным электро- 
генератором. Пар, 
отработавший в пиковой 
турбине и имеющий более 
высокую температуру, 
чем основной паровой 
поток в месте 
присоединения выхлопа 
пиковой турбины к 
базовой, направляется на 
вход части низкого 
давления турбины. При 
этом его целесообразно 
разделить на две части – 
первая направляется в 
первый поток низкого 
давления, соединенный с 
частью среднего 
давления, вторая – в 
перепускной коллектор. 
Смешиваясь с основным потоком рабочего тела, пар из выхлопа пиковой турбины 
повышает температуру общего потока, что увеличивает теплоперепад, срабатываемый 
в потоках низкого давления, и, одновременно с увеличением расхода пара, 
обеспечивает увеличение мощности части низкого давления базовой турбины при 
работе пиковой. Совместная выработка дополнительной энергии пиковой турбиной и 
частью низкого давления базовой турбины обеспечивает формирование пиковой 
мощности, которая зависит как от дополнительного расхода пара, так и от степени его 
перегрева перед пиковой турбиной. 
 
 
Рис. 1 – Тепловая схема турбины К-300-240 «Турбоатом» 
с пиковой турбиной, имеющей начальную температуру пара 650 °С 
Во втором варианте в качестве высокотемпературной надстройки блока для 
повышения темпа набора пиковой мощности может быть применена тепловая схема с 
автономным котлом-пароперегревателем (рис. 2), в котором при использовании 
газообразного топлива возможен быстрый перегрев пара до заданной температуры с 
одновременным повышением пиковой мощности. В котле-пароперегревателе (КП) 
помимо секции перегрева (поступающего из отборов) пара устанавливается также 
секция водяного экономайзера, в которой обеспечивается нагрев питательной воды до 
 
ISSN 2078-774X. Вісник НТУ «ХПІ». 2013. № 12(986) 97
ЕНЕРГЕТИЧНІ   ТА   ТЕПЛОТЕХНІЧНІ   ПРОЦЕСИ   Й   УСТАТКУВАННЯ 
 
уровня, соответствующего температуре, с которой она поступает в котел при 
номинальном режиме работы блока. На вход пиковой турбины пар подается с 
температурой 800 °С. Пиковая мощность блока в этом варианте может составить 
45–50 МВт. 
Для третьего 
варианта пиковой 
турбины (рис. 3) 
необходимый расход 
пара можно получить, 
отключив I и II отбры 
цилиндра высокого 
давления. При этом 
пар I отбора, проходя 
через две последние 
ступени ЦВД, 
вырабатывает допо- 
лнительно пиковую 
мощность. Расход 
пара в пиковую 
турбину эквивалентен 
расходу в 
подогреватели высо- 
кого давления после 
их отключения и 
равен 148,4 т/ч. При 
работе турбины на 
режиме близком к номинальному этот пар пропускается через промежуточный 
перегреватель, в котором догревается до температуры (540–560) °С. 
 
 
Рис. 2 – Тепловая схема турбины К-300-240 «Турбоатом» 
с пиковой турбиной и автономным котлом-перегревателем 
Отбор пара на пиковую турбину производится из паропровода горячего 
перегрева и дополнительным паропроводом через стопорный и регулирующий клапаны 
пиковой турбины направляется во входной патрубок. Отдав энергию в пиковой турбине 
для привода отдельного электрогенератора, пар после выхода из выходного патрубка 
направляется в ресивер ЦНД, и после смешивания с основным потоком пара, 
выходящего из части среднего давления, поступает в ЦНД. В этом варианте 
вырабатываемая мощность пиковой турбины на максимальном отборе составит 
31,3 МВт, при этом в ЦНД вырабатывается дополнительная мощность 18 МВт. 
Выводы. Варианты выполнения пиковой турбины с начальной температурой 
пара 650 и 800 °С при использовании освоенных в турбостроении сталей, 
обеспечивающих ресурс пиковой турбины, равный 100 тыс. часов при 12–15 тыс. 
пусков-остановов, требуют конструктивной проработки системы парового охлаждения 
ее проточной части и могут рассматриваться как пилотные образцы для накопления 
опыта, необходимого при создании паровых турбин на суперкритические параметры 
пара. 
Третий вариант пиковой турбины при параметрах пара Р0 = 3,5 МПа, Т0 = 565 °С 
требует минимальных переделок в тепловой схеме турбины К-300-240 и может быть 
реализован на базе использования современных технологий и материалов. 
 
 
ISSN 2078-774X. Вісник НТУ «ХПІ». 2013. № 12(986) 98 
ЕНЕРГЕТИЧНІ   ТА   ТЕПЛОТЕХНІЧНІ   ПРОЦЕСИ   Й   УСТАТКУВАННЯ 
 
 
Рис. 3 –Тепловая схема турбины К-300-240 «Турбоатом» 
с пиковой турбиной, имеющей начальную температуру пара 565 °С 
 
Список литературы: 1. Повышение энергоэффективности работы турбоустановок ТЭС и ТЭЦ путём 
модернизации, реконструкции и совершенствования режимов их эксплуатации [Текст] / 
Ю.М. Мацевитый, Н.Г. Шульженко, В.Н. Голощапов и др; под общ. ред. ак. Ю.М. Мацевитого. – К.: 
Наук. думка, 2008. – 366 с. 2. Патент на корисну модель 38824 Україна, МПК F01K 7/00, F01К 17/00. 
Спосіб створення пікової потужності на енергоблоках теплових електростанцій [Текст] / Мацевитий 
Ю.М., Соловей В.В. , Голощапов В.М. [та ін.]; заявник та власник Інститут проблем машинобудування 
НАН України. – № u 2008 07790; заявл. 09.06.08; опубл. 16.01.09. – Бюл. № 2. 
 
Поступила в редколлегию 15.01.13 
УДК 621.165 
Высокотемпературная паровая надстройка энергоблоков мощностью 300 МВт, как способ 
создания пиковой мощности [Текст] / В.Н. Голощапов, О.В. Котульская, Т.Н. Парамонова // Вісник 
НТУ «ХПІ». Серія: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. – Х.: НТУ «ХПІ», 2013. – 
№ 12(986). – С. 96-99. – Бібліогр.: 2 назв. – ISSN 2078-774Х. 
 
На підставі вивчення теплової схеми турбіни К-300-240 ВАТ «Турбоатом» наведені можливі 
варіанти отримання додаткової пікової потужності на діючих енергоблоках для покриття дефіциту 
потужности в енергосистемі України. 
Ключові слова: енергоблок, парова турбіна, пікова потужність, теплова схема, параметри пари. 
 
On the base of study of thermal schemes of turbine, К-300-240 OJSC «Turboatom» presents the 
possible variants for generation of additional peak of power on the exploitation power plant for a removal of 
power deficit in the energetic system of Ukraine. 
Keywords: power block, steam turbine, peak power, thermal circuit, steam parameters. 
 
ISSN 2078-774X. Вісник НТУ «ХПІ». 2013. № 12(986) 99


http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/3602/1/vestnik_HPI_2013_12_Goloshchapov_Vysokotemperaturnaya.pdf

Высокотемпературная паровая надстройка энергоблоков мощностью 300 МВт, как способ создания пиковой мощности

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

eNTUKhPIIR Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"; Institutional Repository

Library of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"