автореферат диссертации по энергетике, 05.14.03, диссертация на тему:Исследование и оптимизация параметров сепаратора-пароперегревателя паротурбинных установок

Введение.

Глава 1. Обзор литературы и постановка задачи исследования.

Глава 2. Методика оптимизации основных параметров СПП.

2-1. Методика оптимизации разделительного давления в турбине

2-2. Методика оптимизации минимальных температурных напоров в ступенях промежуточного пароперегревателя.

Глава 3. Математические модели.

3-1. Математическая модель тепловых схем ПТУ АЭС.

3-2. Математическая модель для оптимизации температурных напоров.

Глава 4. Оптимизация минимальных температурных напоров.

4-1. Влияние разделительного давления и давления греющего пара на 1-ую ступень пароперегревателя.

4-2. Влияние давления в конденсаторе.

4-3. Влияние внутреннего относительного к.п.д. цилиндров высокого и низкого давления турбины.

4-4. Влияние других параметров тепловой схемы.

4-5. Анализ погрешности результатов.

Глава 5. Оптимизация разделительного давления и давления греющего пара на первую ступень пароперегревателя.

5-1. Обоснование способа построения зависимостей тепловой экономичности ПТУ от разделительного давления.

5-2. Результаты оптимизации разделительного давления.

5-3. Оптимизация давления греющего пара на первую ступень пароперегревателя

Глава 6. Определение параметров СПП для новой турбоустановки.

6-1. Аппроксимационная зависимость для оптимальных значений минимального температурного напора во второй ступени пароперегревателя.

6-2. Аппроксимационная зависимость для оптимальных значений минимального температурного напора в первой ступени пароперегревателя.

6-3. Влияние других параметров, не вошедших в аппроксимационые уравнения.

6-4. Пример применения разработкой методики

Выводы.

В последние 10-15 лет произошло резкое снижение темпов прироста мощностей АЭС и повышение требований к их безопасности. В условиях снижения темпов ввода атомных электростанций особое значение приобретает их исследование, включая оптимизацию по важнейшим функциональным свойствам - экономичности, в первую очередь. Поскольку получаемые результаты исследования могут быть востребованы создателями новых АЭС через промежуток времени -возможно, длительный, - очевидна необходимость учета этого обстоятельства при разработке соответствующей методики.

Выбор сепаратора-пароперегревателя в качестве объекта исследования объясняется двумя причинами. Первая заключается в том, что СПП - это один из крупногабаритных и дорогостоящих элементов оборудования, заметно влияющих на технико-экономические характеристики ПТУ и станции в целом. Второй причиной является отсутствие комплексных исследований параметров ПТУ, связанных с СПП, о чем говорят публикации по этому вопросу.

Целями данной диссертации являются:

1. Разработка методики технико-экономической оптимизации минимальных значений температурных напоров в ступенях промпароперегревателя, которая может использоваться при варьировании внешних параметров.

2. Разработка методики оптимизации разделительного давления и способа использования результатов с учетом стоимостных характеристик, определяемых на стадии проектирования. 6

3. Разработка необходимых для исследований алгоритмов и программных средств на основе современной методологии -системного подхода к исследованию сложных технических объектов.

4. Проведение расчетных исследований с определением оптимальных значений разделительного давления , минимальных температурных напоров в ступенях пароперегревателя, давления греющего пара в первую ступень пароперегревателя, с составлением возможно более полного перечня влияющих на их значения параметров и с оформлением результатов, обеспечивающих их однозначную интерпретацию.

5. Обработка результатов расчетных исследований для получения аппроксимационных зависимостей, удобных в использовании при проектировании новых ПТУ. Разработка алгоритмов учета других параметров, не вошедших в аппроксимационные зависимости, но оказывающих влияние на оптимизируемые в данной работе параметры СПП. с

6. Анализ погрешностей, возникающих при проведении оптимизационных исследований. Определение границ ошибок аппроксимационных зависимостей. 7

Выводы

1. Выполнено комплексное исследование зависимостей оптимальных значения параметров промежуточного пароперегревателя паротурбинной установки АЭС от многочисленных других параметров тепловой схемы. Такое исследование выполнено впервые. Его основная цель - получение данных , которые могли бы быть использованы при проектировании новых ПТУ АЭС.

2. Обоснована методика оптимизации разделительного давления турбины и давления греющего пара на первую ступень двухступенчатого промежуточного пароперегревателя с использованием в качестве критерия оптимальности максимума тепловой экономичности. Разработана также методика корректировки результатов оптимизации с использованием данных по изменению стоимости турбины в зависимости от названных параметров, которые могут быть получены на этапе проектирования ПТУ.

3. Разработана методика оптимизации минимальных температурных напоров в ступенях промпароперегревателя на основе изменения приведенных затрат по АЭС. Ее особенностью является получение результатов в зависимости от комплекса, включающего в себя значения внешних параметров, в том числе и стоимостных. Это позволяет выбрать оптимальные значения температурных напоров при проектировании ПТУ после уточнения стоимостных показателей и других задаваемых параметров.

4. Для проведения оптимизационных расчетов адаптирована программа ТСХЕМА , созданная на кафедре АЭС МЭИ (ТУ) моделированием структуры тепловой схемы на основе технологических объединений

165 элементов оборудования, что следует из принципов системного подхода к исследованию сложных технических объектов. Для проведения оптимизационных расчетов создана управляющая программа OPTIMA, реализующая метод покоординатного спуска.

5. Проведены многочисленные оптимизационные расчеты для тепловых схем ПТУ, работающих на АЭС РФ, а также составленных специально для целей исследования. Получены зависимости исследуемых параметров СПП от других параметров тепловой схемы. Проведена классификация этих параметров по степени их влияния на оптимизируемые. Накоплен значительный статистический материал, который может быть использован как при проектировании ПТУ, так и в других исследованных тепловых схем.

6. В зависимости от наиболее значимых влияющих параметров получены аппроксимационные уравнения для расчета оптимальных значений температурных напоров в ступенях промпароперегревателя а также для оптимального значения давления греющего пара в первой ступень пароперегревателя. Большинство результатов оптимизационных расчетов, совпадает с рассчитанными по аппроксимационным формулам с точностью в переделах ±10 %.

7. Предложен алгоритм определения значений исследуемых параметров СПП с использованием аппроксимационных уравнений и учетом влияния других параметров тепловой схемы с помощью графических зависимостей. Этот алгоритм дал вполне удавлетварительные результаты для специально разработанной тепловой схемы ПТУ с основными параметрами, не совпадающими с таковыми в тепловых схемах, которые использовались в оптимизационных исследованиях.

Таким образом, разработанные и проверенные в данном исследовании методические основы, результаты оптимизационных расчетов тепловых

167

1. Маргулова Т.Х. Атомные электрические станции . 4-е изд. , М.: Высш.- школа, 1984 .

2. Трояновский Б.М. , Филипов Г.А , Булкин АЕ. Паровые и газовые турбины атомных электростанций . М.: Энергоатомиздат , 1985.

3. Трояновский Б.М. Турбины для атомных электростанций . 2-е изд., М.: Энергия, 1978 .

4. Косяк Ю.Ф. (под. Ред.) Паротурбинные установки атомных электростанций . М.: Энергия , 1978 .

5. Косяк Ю.Ф. , Галацан В.Н. , Палей В.А. Эксплуатация турбин АЭС . М.: Энергоатомиздат, 1983 .

6. Вульман Ф.А. , Корягин AB. , Кривошей М.З. Математическое моделирование тепловых схем паротурбинных установок на ЭВМ . М.: Машиностроение, 1985 .

7. Филиппов Г.А. , Поваров O.A. Сепарация Влаги в турбинах АЭС. М.: Энергия, 1980 .

8. Андреев П.А , Гринман М.И. , Смолкни Ю.В. Оптимизация тплоэнергетического оборудования АЭС . М.: Атомиздат , 1975 .

9. Зорин В.М. Расчеты тепловых схем паротурбинных установок АЭС . М.: Издательство МЭИ, 1996 .

10. Рубинштейн Я.М. , Щепетильников М.И. Исследование реальных тепловых схем ТЭС и АЭС. М.: Энергоиздат, 1982 .

11. Андрющенко А.И. (Под. Общ. Ред.), Оптимальные параметры турбоустановок атомных электростанций , Саратовский политехнический институт , 1973 .

12. Попырин A.C. Математическое моделирование и оптимизация атомных электростанций . М: Издательство " Наука", 1984 .

13. Рубинштейн Я.М., Щепетельппков М.И. Расчет влияния изменений в тепловой схеме на экономичность электростанции . М: Энергия , 1969 .168

14. Мухачев B.JL , Пикус В.Ю., Назаров О.И. и др. Исследование работы сепаратора-пароперегревателя СПП-1000 на блоке No.l Запорожской АЭС . Теплоэнергетика, 1991 , No. 4 , с.43-46 .

15. Поваров O.A. , Филимонов В.П. и др. Процесс разделения фаз в высокоскоростных центробежных сепараторах влаги. Теплоэнергетика, 1992 , No. 3 , с. 50-53 .

16. Тишин С.Г. О выборе параметров регенеративных отборов турбоустановок с промежуточным перегревом. Теплоэнергетика , 1995 , No. 7 , с. 52-54 .

17. Зорин В.М. Реализация системного подхода в математической модели тепловой схемы турбоустановки- Теплоэнергетика , 1993 , No. , с. 43-48.

18. Гринман М.И. , Кругликов П.А. Совершенствование тепловых схем турбоустановок АЭС с ВВЭР Тяжелое машиностроение , 1993 , No. 3 , с. 13-15 .

19. Маргулова Т.Х. , Иванов В. А. О разделительном давлении турбин насыщенного пара Энергетика , 1992 , No. 11-12, с. 71-73 .

20. Филипов Г.А., Назаров О.И., Филимонов В.П. , Антошкин Н.М. , Робинов A.B. О структуре влажно-парового потока в перепускных ресиверах системы ПСПП Энергомашиностроение , 1989, No. 6 , с.24-27.

21. Хрунич А.Н. , Гостев Д.Г. Эффективность пленочного сепаратора в системе ПСПП Энергомашиностроение , 1989 , No. 6 , с. 31-34.

22. Мухачев В.Л. , Панин В. В. Условия работы теплопередающих поверхностей сепараторов пароперегревателей при вертикальном исполнении конденсаторов Энергомашиностроение , 1989 , No. 6 , с. 34- 37 .

23. Макаров И.И. , Гребенников В.Н. Вибрационные характеристики элементов пароперегревателя СПП для РБМК-1500 Энергомашиностроение, 1989 , No. 6 , с. 37-40.

24. Хрунич А.Н. , Бакаев А.И. , Здор Ю.А. , Павлов М.А. и др.

25. Испытания модернизированной системы промежуточной сепарации169и перегрева пара турбины К -500 65/ 3000 на Ленинградской АЭС -Теплоэнергетика , 1986 , No. 6 , с. 24-26.

26. Трояновский Б. М. Пути повышения экономичности паровых турбин Ч. II -Теплоэнергетика , 1993 , No. 7 , с. 34-41 .

27. Монахов A.C. Атомные электрические станции и их технологические оборудование, Энергоатомиздат, 1986 .

28. Маргулова Т.Х. , Мартынова О.И. Водные режимы тепловых и атомных электростанций, Вышая Школа, 1981.

29. Стерман JI.C. , Тевлин С.А. , Шарков А.Т. Тепловые и атоммные электростании, Энергоиздат, 1982 .

30. Маргулова Т.Х., Зорин В.М., Альтшуллер М.А., Некоторые вопросы оптимизации тепловых схем одноконтурных АЭС , Теплоэнергетика, 1977 , No.2.

31. Григорьев В.А. , Зорин В.М. (под. Общей ред. ) ,Тепловые и атомные электрические станции ( справочник ), Энергоиздать, 1982 .

32. Крылов Ю. Ю. , Оптимизация величин поверхностей нагрева регенеративных подогревателей турбоустановок на насыщенном паре (диссертация), МЭИ, 1988 .

33. Альтшуллер М.А. , Исследование и оптимизация тепловой схемы турбин одноконтурных АЭС (диссертация), МЭИ, 1976.

34. Ривкин С.Л. , Кременевская Е.А., Уравнения состояния воды и водяного пара для машинных расчетов процессов и оборудования электростанций , Теплоэнергетика, 1977, No. 3 .

35. Зыков С.А. , Копп И.З. , Гринман М.И. , Поволоцкий О. Б. ,

36. Исследование влияния разделительного давления на тепловую экономичность турбоагрегатов насыщенного пара , Теплоэнергетика , 1970, No.2.

37. Бачило JI.JI. , Быков Г.С. , Горюнов A.C. , Теплицкий М.Г. ,

38. Промышленные исследования системы ПСПП турбоустановки К-1000-60/3000 на третьем блоке ровенской АЭС , Тр. ЦКТИ -1990 No.259 , c.l 12-118.

39. Попырин JI.C. , Наумов Ю.В. , Оптимизация теплосиловой части АЭС с водоохлаждаемыми реакторами , Известия академии наук СССР Энергетика и транспорт, 1972 , No.2 , с. 140-149.170

40. Стерман Л.С. , Тишин С.Г. , Выбор давления промежуточного перегрева с схемах—паротурбинных установок , работающих на насыщенном паре , Известия высших учебных заведений Энергетика , 1975 , No. 3 ,с.49-55.

41. Стерман JI.C. , Абрамов А.И. , Тишин С.Г. , Жидких В.Ф. , Шеин В.П. Белецкий В.А. , Рухманов JI.H. , Анализ схемы АЭС на насыщенном паре с промежуточным перегревом , Известия высших учебных заведений Энергетика, 1970 , No. 6 , с.38-42.

42. Копп И.З. , Гринман М.И. , Поволоцкий О.Б. , Влияние разделительного давления на технико-экономические характеристики пароперегревателей турбин насыщенного пара , Энергомашиностроение, 1970 , No. 7 , с.32-33.

43. Зорин В.М. , Бисярин А.Н. , Универсальная математическая модель для расчета тепловых схем АЭС и АТЭЦ , Труды МЭИ (Московского Энергетического Института ) , Выпуск 474 , 1980 , е. 148161.

44. Сыропущинский В.М. , Шатон JI.B. , Принципы построения программы расчета тепловых схем паротурбинных установок с автоматическим формированием алгоритма , Известия высших учебных заведений Энергетика, 1980 , No. 5 .

45. Банди Б. , Методы оптимизации , Перевод с английского : Шихеевой О.В., М: Радио и связь , 1988 .

46. Иоселиани А.Н. ,Михалевич A.A. , Нестеренко В.Б. , Салуквадзе М.Е. , Методы оптимизации параметров теплообменных аппаратов АЭС, М: Наука и техника, 1981 .

47. Калафати Д.Д., Попалов В.В., Оптимизация теплообменников по эффективности теплообмена, М: Энергоатомиздат, 1986 .

48. Калафати Д.Д , Термодинамические циклы АЭС , М: МЭИ , 1988.171

49. Зорин В.М. (под ред.) , Расчеты тепловых схем АЭС на ЭВМ , М: МЭИ, 1996.--------------------

50. МалевБ.В. , Неженцев Ю.Н. , Бальева В.Я. , Пурыгин В.Н. , Сергеев А.Г. , Тепловые схемы турбоустановок АЭС производства по ЛМЗ: достигнутый уровень и перспективы развития, Тр. ЦКТИ 1990 -N0. 259, с. 17-28.

51. Бузлуков В.А. , Теплицкий М.Г. , Максименко А.А. ,

52. Поручинский Т.В. , Натурные испытания турбоустановки К-1000-60/1500-2 ПОАТ ХТЗ на Запорожской АЭС , Теплоэнергетика , 1989, N0.2,0.9-15.

53. Гребенников В.Н. , Малкис В.А. , По поводу статьи В.А. Бузулкова и др. , Натурные испытания турбоустановки К-1000-60/1500-2 ПОАТ ХТЗ на Запорожской АЭС , Теплоэнергетика , 1990, N0. 2 , с.75.

54. Перфилов Е.М. , Теплицкий М.Г. , Ойберман Л.Б. , Шилин Ю.П. , Исследование экономичности турбоустановок насыщенного пара К-750-65/3000 ПОАТ ХТЗ , Теплоэнергетика, 1990, N0. 5 , с.2-9.

55. Кирюхип В.И. , Филиппов Г.А., Назаров О.И., Исследование и оптимизация систем сепарации влаги турбоустановок АЭС , Теплоэнергетика, 1998, N0. 8 , с.2-8.

56. Грипмаи М.И. , Крутиков П.А. , Марченко Ю.А. , Сачков

57. Ю.С. , Пути повышения технико-экономических показателей машинного зала энергоблоков АЭС с ВВЭР , Тр. ЦКТИ , 1990 , N0. 259, с.3-6.

58. Зорин В.М. , Альтшуллер М.А. , О выборе температурных напоров в регенеративных теплообменниках турбоустановок АЭС , Теплоэнергетка, 1976 , N0.2 , с.36-38.

59. Стерман Л.С., Тишин С.Г., Выбор давления греющего пара в первой ступени парового перегревателя паротурбинных установок на насыщенном паре , Известия высших учебных заведений -Энергетика, 1978 , N0. 3 , с.81-85.

60. Морозов Г.Н. , Зорин В.М. , Оптимизация температурных напоров в регенеративной системе турбиной установки , Теплоэнергетка, 1971 , N0.3 , с.26-28.172

61. Григорьев В.А. , Зорин В.М. (под. общ. ред.) , Тепловые и атомные электрическиестанции , Справочник , М: Энергоиздат , 1982, 625 с.

62. Шевелев Я.В. , Клименко A.B. , Эффективная экономика ядерного топливно-энергетического комплекса , М: РГГУ, 1996 , 736с.

63. Григорьев В.А. , Зорин В.М. (под. общ. ред.) Теплоэнергетика и теплотехника -общие вопросы , Справочник , М: Энергоиздат, 1987, 456 с.

64. Зорин В.М., Ширани A.C., Оптимизация поверхностей нагрева промежуточного пароперегревателя турбин АЭС , Теплоэнергетка , 1999, No.6,c.58-62.

65. Ширани A.C. , Зорин В.М. , Оптимизация температурных напоров в промежуточном пароперегревателе турбин АЭС , Тр. МЭИ -(в печати).

66. Chapra S.C., Canale R.P., Introduction to computing for engineers, M: Mcgraw-hill international edition, 1986 .

67. Pennington RH. , Computer methods and numerical analysis , translated to farsi by Jabedar-maralani P. , Nikkhah-bahrami M. , M: Tehran university , 1989 .

68. Holman J.P., Heat transfer, M: Mcgraw-hill book company ,1981 .173