Конструктивная разработка ПГУ-500 с газификацией угля

Описание

В проекте проведена разработка комбинированной энергетической установки, которая обеспечивает независимое функционирование газотурбинной и паротурбинной частей конструкции, работающей на синтез-газе, получаемом при газификации угля, в составе которой содержится паровая турбина мощностью 330 МВт и производится водород.

Разработана конструкторская часть.

Выполнен выбор основных параметров.

В качестве прототипа принята паровая турбина К-330-240, номинальной мощностью 330 МВт, имеющая начальное абсолютное давление 23,5 МПа. Она предназначена для привода двухполюсного генератора переменного тока ТВВ-330-2, для работы в блоке с прямоточным котлом, использующим органическое топливо. В тепловой схеме работа парового котла выполняется на синтез газе, получаемом при газификации угля. Для проектирования заданной паротурбинной установки принята ПГУ с полузависимой схемой работы.

Сделан предварительный термодинамический расчет турбины с использованием программы MathCAD 14. В ходе расчетов определены значения располагаемого теплоперепада в турбине, внутреннего и термического КПД. Построен процесс расширения пара в турбине в координатах I-S.

Проведен тепловой расчет паровой турбины при её автономной работе - с отключенной газотурбинной частью. Сделаны расчеты: тепловой схемы, расходов пара на ПВД, ПНД, деаэратора. Проведена точная оценка КПД отсеков турбины. Выполнена разбивка теплоперепадов по цилиндрам и отсекам турбины.

В ходе расчетов газовой турбины рассчитаны параметры:

При расчете реактора газификации вычислены показатели: физическое тепло синтез-газа 3,741 МДж/кг, теплота его сгорания 19,383 МДж/кг, расход на реактор 0,218, на ГТУ 1,407, количество угля на реактор 60,44 кг/с.

Сделан расчет паровой турбины по парогазовому циклу с определением основных значений.

Произведен расчет проточной части. Принято количество ступеней – 8. Определены диаметры: первой ступени отсека 0,75 м, регулирующей ступени 1," м. Рассчитан средний располагаемый теплоперепад на ступень 22,075 кДж/кг. Расчет проточной части произведен в специальном программном приложении, модернизированной программе RTPT.

Аналогично рассчитан второй отсек ЦВД, СЦД, ЦНД.

По итогам расчетов проточной части определена мощность при автономном и комбинированном режиме 333 МВт и 334 МВт. КПД равен 0,41.

Приведены расчеты на прочность.

Для расчета на прочность и исследования напряженного состояния выбрана рабочая лопатка последней ступени ЦСД и внешний корпус ЦВД. Корпус цилиндра высокого давления имеет продольный горизонтальный разъем. Две части корпуса скреплены шпильками. Определен диаметр шпилек, равный 0,12 м.

В ходе расчета пера лопатки на растяжение центробежными силами определен коэффициент запаса, равный 3,275, на изгиб силами пара – 2,63. При расчете хвостовика лопатки на прочность коэффициент запаса составляет 2,18.

Сделано описание спроектированной паротурбинной установки.

В турбине имеется семь нерегулируемых отборов пара. В модернизированной схеме отбор пара на нужды газифигатора производится после ЦВД. Конструкция является одновальным трехцилиндровым агрегатом, выполненным по схеме 1ПВД+1ЦСД+1ЦНДх2. В ЦВД имеется внутренний корпус. В его патрубки вварены сопловые коробки. Соединение паропроводящих штуцеров с наружным корпусом цилиндра выполнено методом сваривания. С горловинами сопловых коробок они соединены подвижно. Ротор ЦВД – цельнокованый, с реактивным облопачиванием. Подвод пара после промежуточного перегрева выполняется к двум стопорным клапанам ЦСД по двум паропроводам. Стопорные клапаны совмещены с регулирующими. Они вынесены отдельно от корпуса ЦСД. Из выхлопных патрубков ЦСД пар по двум паропроводам подводится к ЦНД. Цилиндр низкого давления выполнен двухпоточным, с пятью ступенями в каждом потоке. Роторы частей высокого и среднего давления выполнены цельнокованными, ротор ЦНД – сварным. Все роторы имеют жесткие соединительные муфты и опоры в количестве две штуки. Упорный подшипник расположен между ЦВД и ЦСД. Рабочие лопатки всех ступеней, за исключением регулирующей, выполнены из профилей с переменным сечением, имеющих цельнофрезерованные бандажи. Конструкция турбины оснащена паровыми лабиринтными уплотнениями.

Модернизация проточной части ЦНД заключается в улучшении верхних и прикорневых обводов, замене литых диафрагм на сварные, применении рабочих лопаток с цельнофрезерованными бандажами, вынесении во всех ступенях, исключая последние, демпферных проволок в тело бандажа из проточной части. Также принята полузависимая схема работы установки и включение дополнительного отбора пара после ЦВД при работе агрегата на комбинированном режиме.

1. Приведена технологическая часть с разработкой технологии выполнения левой муфты.
2. Посредством соединительных муфт выполняется связывание отдельных роторов цилиндров турбины и генератора в единое целое – валопровод.
3. Принят тип производства – единичное.
4. В качестве заготовки принята поковка, изготовленная методом свободной ковки.
5. Установлена технологичность детали и приведены требования к механической обраотке.
6. Составлена маршрутная карта изготовления левой полумуфты, включающая выполнение операций: 005, 100, 105 Технический контроль, 010, 020, 025, 030, 035, 040, 045, 050, 060, 065 Токарная, 015 Термическая, 055 Установочная, 070 Контрольная, 075 Разметочная, 080 Долбежная, 085 Сверлильная, 090 Сборочная, 095 Слесарная.
7. Выполнен расчет общих припусков аналитическим методом.
8. Выполнено описание приспособления.
9. Сверлильная операция 085 выполняется с применение приспособления – кондуктора, который монтируется на торец полумуфты с предварительно продолбленными пазами, предназначенными для шпонок. По этим пазам выполняется его центрирование. Втулки, которые установлены в отверстиях плиты кондуктора, выполняют функцию направляющих для сверла и повышают точность обработки.

Произведен расчет режимов резания для операции 65 и 85.

Для сверлильных работ принят универсальный вертикально-сверлильный станок 2С132. Рассчитаны значения:

Аналогично рассчитаны параметры для операции 85.

Рассчитаны нормы времени: на токарную операцию 127,886 мин, на сверлильную 14,63 мин.

Составлена исследовательская часть, в ходе которой описан выбор тепловой схемы ПГУ.

Выполнена разработка программы и методики предварительных испытаний опытного образца высокотемпературной паровой турбины с водородным перегревом пара мощностью 100 кВт.

В организационно-экономической части рассчитан годовой экономический эффект от применения спроектированной конструкции установки в размере 44369433 руб и срок окупаемости капитальных вложений 0,14 лет.

Разработаны мероприятия по промышленной экологии и безопасности труда.

В работе проведена разработка ПГУ-500 с газификацией угля.