автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Технико-экономическое исследование энергоблоков с суперкритическими параметрами и установками серо- и азотоочистки

На правах рукописи

ШЕПЕЛЬ Виталий Сергеевич

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГОБЛОКОВ С СУПЕРКРИТИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ И УСТАНОВКАМИ СЕРО- И АЗОТООЧИСТКИ

Специальность 05.14.14 - тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1: г::.: гон

Новосибирск - 2013

005537750

005537750

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

Ноздренко Геннадий Васильевич

Официальные оппоненты: Лебедев Виталий Матвеевич,

доктор технических наук, профессор, Омский государственный университет путей сообщения, профессор кафедры теплоэнергетики

Потанина Юлия Михайловна,

кандидат технических наук, ФГБУН Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, старший научный сотрудник

Ведущая организация: Уральский федеральный университет имени

первого Президента России Б.Н. Ельцина

Защита диссертации состоится «06» декабря 2013 года в II00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.173.02 при Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630073, Новосибирск, пр. К. Маркса, 20

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета

Автореферат разослан «05» ноября 2013 г.

Учёный секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор

Чичиндаев Александр Васильевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Стратегиями развития энергетики России предусмотрено повышение доли угольной генерации на тепловых электростанциях. Для обеспечения конкурентоспособности твердого топлива необходимо повысить КПД теплосиловых установок и решить ряд проблем в области чистых угольных технологий. Одним из приоритетных направлений электроэнергетики являются пылеугольные конденсационные энергоблоки с суперкритическими параметрами (СКП) пара и установками глубокой очистки дымовых газов.

Вопросам создания в России энергоблоков СКП, материалов и оборудования для них посвящены работы А. Г. Тумановского, Л. А. Хоменок, А. Г. Костюка, А. Д. Трухния, А. Л. Шварца, В. И. Гладштейна В. Н. Скоробогатых, Р. О. Кай-бышева и др. Выбор параметров для паросилового цикла в данных работах определяется характеристиками жаропрочности новых аустенитных и мартенсит-ных сталей, а в качестве основных показателей эффективности новых блоков используются основные технико-экономические показатели, такие как электрический КПД и удельный расход топлива.

Недостатком применяемых сегодня методик и рассчитанных на их основе показателей технико-экономической и коммерческой эффективности является невозможность учета системных факторов, среди которых: надежность энергоснабжения, затраты на создание и работу аварийного резерва в энергосистеме, установленная мощность энергосистемы, затраты в экологическую, социальную и производственную инфраструктуры и пр. В связи с этим принятие решения о введении энергоблока СКП в ту или иную энергосистему на основе этих показателей повышает риск перерасхода затрат.

Поэтому проведение комплексных технико-экономических исследований пылеугольных конденсационных энергоблоков с суперкритическими параметрами и установками глубокой очистки дымовых газов от оксидов серы и азота является актуальным.

Целью диссертации является технико-экономическое исследование на основе математического моделирования и проведения схемно-параметрической оптимизации энергоблоков, работающих на сибирских углях, с суперкритическими параметрами и установками серо- и азотоочистки.

Задачи исследования:

1. Разработать методику математического моделирования пылеугольных конденсационных энергоблоков СКП с системами серо- и азотоочистки и математическую модель их функционирования в энергосистеме при комплексном

учете основных системных факторов: надежности энергоснабжения, затрат на создание и работу аварийного резерва в энергосистеме, установленной мощности энергосистемы, затрат в экологическую, социальную и производственную инфраструктуры, числа часов использования установленной мощности, стоимости топлива, тарифов на электроэнергию, характеристик сибирских углей.

2. Разработать на основе проведённой схемно-параметрической оптимизации эффективные технологические схемы энергоблоков СКП 330, 500, 660, 800 МВт с системами очистки дымовых газов.

3. Выполнить комплексные технико-экономические исследования энергоблоков СКП 330, 500, 660, 800 МВт, работающих на сибирских углях, и определить их оптимальные расходно-термодинамические и технико-экономические параметры, конструктивно-компоновочные параметры систем очистки дымовых газов.

4. Разработать на основе результатов комплексного оптимизационного технико-экономического исследования рекомендации по выбору рациональных схем и расходно-термодинамических параметров для энергоблоков СКП, конструктивно-компоновочных параметров систем очистки дымовых газов.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые получены и выносятся на защиту следующие наиболее важные результаты:

1. Разработанные методика математического моделирования пылеугольных конденсационных энергоблоков СКП с системами серо- и азотоочистки и математическая модель их функционирования в энергосистеме при комплексном учете основных системных факторов: надежности энергоснабжения, затрат на создание и работу аварийного резерва в энергосистеме, установленной мощности энергосистемы, затрат в экологическую, социальную и производственную инфраструктуры, числа часов использования установленной мощности, стоимости топлива, тарифов на электроэнергию, характеристик сибирских углей.

2. Эффективные технологические схемы (на одну из которых получен патент РФ № 130626) энергоблоков СКП 330, 500, 660, 800 МВт с системами очистки дымовых газов, разработанные на основе проведённой схемно-параметрической оптимизации.

3. Оптимальные расходно-термодинамические и технико-экономические параметры энергоблоков СКП 330, 500, 660, 800 МВт, работающих на сибирских углях, конструктивно-компоновочные параметры систем очистки дымовых газов, определенные на базе комплексного технико-экономического исследования.

4. Разработанные на основе результатов комплексного оптимизационного технико-экономического исследования рекомендации по выбору рациональных схем и расходно-термодинамических параметров для энергоблоков СКП, конструктивно-компоновочных параметров систем очистки дымовых газов.

Практическая значимость и использование результатов работы. Разработанная методика, математическая модель и реализованная на этой основе программа расчета позволяют получать оптимальные схемно-параметрические решения для угольных энергоблоков СКП при комплексном учете системных факторов. Полученные результаты технико-экономического исследования могут использоваться для обоснования выбора эффективных параметров и единичной мощности в проектах новых экологичных энергоблоков повышенной эффективности.

Результаты работы использованы в проектной организации ЗАО «Е4-СибКОТЭС» при разработке технико-экономического обоснования строительства новой станции мощностью 660 МВт, анализе вариантов совершенствования тепловой схемы блока 800 МВт, при обосновании решений по реконструкции выработавших парковый ресурс конденсационных энергоблоков мощностью 300 МВт и в учебных курсах по тепловым электростанциям для студентов энергетического факультета НГТУ.

Достоверность полученных результатов и выводов диссертационной работы обосновывается использованием апробированных методик расчета тепловых схем энергоблоков, фундаментальных закономерностей технической термодинамики, теплопередачи, теории надёжности. Математические модели и компьютерное моделирование энергоблоков СКП базируются на методах, апробированных и хорошо себя зарекомендовавших на решении ряда других задач подобного класса.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на следующих конференциях и семинарах: XI и XII Всероссийские студенческие научно-технические семинары (Томск, 2009, 2010 г.); научная студенческая конференция «Дни науки НГТУ-2009» (Новосибирск); Всероссийская научная конференция молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2009, 2010 г.); первый международный научно-технический конгресс «Энергетика в глобальном мире» (Красноярск, 2010 г.); вторая научно-практическая конференция с международным участием «Инновационная энергетика 2010» (Новосибирск); конкурс молодых специалистов ЗАО «Е4-СибКОТЭС» (Новосибирск,

2011 г.); VIII Всероссийская конференция с международным участием «Горение твердого топлива» (Новосибирск, 2012 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 2 научные статьи - в изданиях, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени кандидата наук, один патент РФ, 9 работ, опубликованных в сборниках международных и всероссийских конференций.

Личный вклад автора. Постановка задач исследования, методика схемно-параметрической оптимизации энергоблоков СКП выполнены совместно с научным руководителем. Самостоятельно автором разработаны математические модели функционирования энергоблоков СКП с системами очистки и модели расчетов показателей технико-экономической эффективности. С использованием этих моделей автором самостоятельно проведены комплексные оптимизационные исследования и разработаны рекомендации по выбору рациональных схем и расходно-термодинамических параметров для энергоблоков СКП с системами очистки дымовых газов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Работа содержит 111 страниц основного текста, 18 рисунков и 24 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель исследования, отмечены элементы новизны полученных результатов и практическая значимость работы, аннотируются основные положения работы.

В первой главе рассматриваются проблемы и предпосылки создания экологичных угольных энергоблоков на суперкритические параметры пара, обосновывается актуальность проведения комплексных технико-экономических исследований для таких энергоблоков, анализируется технологическая готовность отечественных заводов к созданию оборудования для блоков СКП. Выполнен обзор технологий очистки дымовых газов от оксидов серы и азота, отмечены технологии, обладающие высокой технологической готовностью и способные обеспечить глубокую степень очистки.

На основании проведенного анализа сформулированы задачи исследования.

1. Разработать методику математического моделирования пылеугольных конденсационных энергоблоков СКП с системами серо- и азотоочистки и мате-

матическую модель их функционирования в энергосистеме при комплексном учете основных системных факторов: надежности энергоснабжения, затрат на создание и работу аварийного резерва в энергосистеме, установленной мощности энергосистемы, затрат в экологическую, социальную и производственную инфраструктуры, числа часов использования установленной мощности, стоимости топлива, тарифов на электроэнергию, характеристик сибирских углей.

2. Разработать на основе проведённой схемно-параметрической оптимизации эффективные технологические схемы энергоблоков СКП 330, 500, 660, 800 МВт с системами очистки дымовых газов.

3. Выполнить комплексные технико-экономические исследования энергоблоков СКП 330, 500, 660, 800 МВт, работающих на сибирских углях, и определить их оптимальные расходно-термодинамические и технико-экономические параметры, конструктивно-компоновочные параметры систем очистки дымовых газов.

4. Разработать на основе результатов комплексного оптимизационного технико-экономического исследования рекомендации по выбору рациональных схем и расходно-термодинамических параметров для энергоблоков СКП, конструктивно-компоновочных параметров систем очистки дымовых газов.

Во второй главе приведена разработанная методика комплексных технико-экономических исследований энергоблоков СКП с установками очистки дымовых газов.

Главной задачей разработанного подхода является формирование и обоснование представительного состава показателей и технико-экономического критерия эффективности и их оценка при наивыгоднейшем сочетании термодинамических, расходных, конструктивных, компоновочных параметров и вида технологической схемы и выполнении всех внешних и внутренних ограничений на сооружение и функционирование. При этом под внутренними понимаются ограничения внутрициклового и конструкивно-компоновочного характера, а под внешними - ограничения по связям с энергосистемой (включая режимные особенности функционирования), ТЭК, экологической и социальной инфраструктур.

Во-первых, это - условное разбиение энергоблока на несколько функционирующих частей (парогенерирующую часть, часть высокого давления турбины, часть среднего и низкого давления турбины, система регенерации и технического водоснабжения и т.п.). Во-вторых - математическое описание (моделирование) функционирования и использование этой модели при расчетах в вычислительном комплексе, имитирующем работу энергоблока. В-третьих — оптими-

зация параметров функционирования по условиям действия ограничивающих факторов. В-четвертых - определение и анализ энергетических показателей и технико-экономических критериев эффективности в сравниваемых вариантах.

При комплексном исследовании энергоблоков СКП сравнение и отбор наивыгоднейших вариантов производится по критерию технико-экономической эффективности, в качестве которого применено вероятностное значение относительной эффективности эксплуатации инвестиций (пессимистическая оценка):

где Ах\2 = ]; Ма, Ос - математическое ожидание и дисперсия случай-

ной функции г\£; С - множество внешних связей и исходных данных с известными законами распределения случайных компонент; V - коэффициент, характеризующий расчетный уровень достоверности определения ,

т=0 1 Тр

ХЗт(1 + £дГт _т=0 1

Здесь 5 и 3 определяются как среднегодовые значения соответственно совокупного дохода и всех видов расходов за весь срок жизни тр с учетом фактора времени, Ев — ставка дисконтирования.

Эксплуатационные затраты, приведенные к одному году, определяются по выражению:

з=я.цх+£а>л:,.+2;лз, где В - годовой расход топлива энергоблоком СКП; Кг- капиталовложения в г-е оборудование; Д3 - поправка к годовым затратам, учитывающая приведение вариантов к сопоставимому виду, что включает затраты в замещаемые энергоблоки, в обеспечение заданной надежности энергоснабжения с учетом графика нагрузки, коэффициента готовности и режимных особенностей, в системы сокращения вредных выбросов, в экологическую инфраструктуру, в энергоснабжение дальних потребителей, в производственную и социально-бытовую инфраструктуры, на содержание штатного, ремонтного и эксплутационного персонала.

Величина относительного аннуитета, характеризующая ежегодную долю капитальных затрат и включающая ежегодный возврат капиталовложений (амортизацию) и проценты по ним определяется по выражению:

При неопределённости исходных данных математическое ожидание капиталовложений в оборудование энергоблока СКП имеет вид:

кг = м[кг}=

К,

| К^/(К°г )с1Кг

Кг

П

°а2

|са ' /(са)^са

чСа1

"Р2

г "В

I •/(ир)оГир

"(5,

где базовое значение капиталовложений; са - коэффициенты приведения по параметрам и показателям, учитывающим конструктивные особенности функционирования и компоновки; юр - относительные параметры, определяющие отклонения капиталовложений от базового значения; ир - показатели

степенной зависимости, /С^ ),/(са),/(ир) - законы распределения случайных переменных Л:?,са,ир в интервалах (са^о^)» Цзр"^)'

Для каждого расчетного варианта тепловой схемы энергоблока выполняются с совместной увязкой: тепловые и балансовые расчеты котла, турбины, регенеративных подогревателей, конденсатора, приводной турбины, основных трубопроводов, технических систем (топливоподачи, пылеприготовления, тягодутье-вой, водоснабжения, золошлакоудаления, очистки и эвакуации дымовых газов); расчет н собственных нужд; определение расходов топлива.

В соответствии с содержанием расчетов полная система операторов, кроме вышеперечисленных, включает процедуры: определения термодинамических параметров воды и водяного пара, перебора вариантов параметров, изменения схемы энергоблока. Модели включают зависимости между входными и выходными расходно-термодинамическими параметрами, а также зависимости между этими параметрами и конструктивными характеристиками элементов, проверку параметров по всем видам ограничений, проверку допустимости расчетных значений (неотрицательность расходов, перепадов давлений, энергетических и материальных потоков и т.д.).

Уравнения для всего энергоблока и его внешних связей имеют следующий вид:

- энергобаланса

BQ[= I (п Mxh)ki- I {r\Myh\ - = 0;

к е V(i) je W{iy J

- расходного баланса

в+ s м?.- S м1= 0.

к е V(i) jeW(i) J Здесь В - расход топлива; М, h - расход и энтальпия энергоносителя; г| - коэффициент, учитывающий соответствующие потери энергии.

Математическая постановка задачи схемно-параметрической оптимизации энергоблоков СКП представлена следующим образом:

min [Tiz(x)]-1|[q5„(co) = 0,«6t/]l,

xgR" )

где (ш) - вероятностный логико-числовой оператор функциональных отношений; U - множество логико-числовых операторов; со = (х, у, Г, G, Rn, L) -информационная структура; Г — множество энергоблоков; L - множество логических управляющих параметров; G - множество внешних связей и исходных данных с известными законами распределения случайных компонент; х,еХ -независимые параметры; у ¡е. Y- зависимые параметры. К этим параметрам в частности относятся расходы рабочих сред, температурные напоры, передаваемые тепловые потоки, концентрации загрязняющих веществ, конструктивно-компоновочные параметры элементов оборудования, массо-стоимостные характеристики, и т.д. Многомерное вещественное пространство Rn включает множество независимых X и зависимых У параметров:

R" = {а-, У\Н(Х, У)=0, F(X, Y)>0,X* <Х<Х**\, где Н, F — нелинейные вектор-функции ограничений в форме равенств (уравнения энергетического и расходного балансов, теплопередачи и др.) и в форме

неравенств; X , X - векторы наименьших и наибольших значений.

Минимум целевой функции находится методом случайного направления поиска с учетом ограничений и условий:

• допустимая область пространства Rn замкнута;

• функции Tjz(x), Я (х, у), F (х, у) являются непрерывными и дифференцируемыми в допустимой области;

• допустимая область в пространстве Яп не пуста.

Третья глава содержит основные схемно-параметричекие решения для энергоблоков СКП с системами мокрой известняковой очистки от оксидов серы и селективного каталитического восстановления оксидов азота.

Рассмотрены энергоблоки СКП мощностью 330, 500, 660, 800 МВт с суперкритическими параметрами 28,4 МПа / 600°С / 600°С, температурой питательной воды 306°С, давлением в конденсаторе 3,5 кПа (рис. 1). Полученные для энергоблоков параметры систем очистки дымовых газов приведены в табл. 1. Из таблицы видно, что системы серо- и азотоочистки удовлетворяют современным требованиям к экологичности пылеугольных энергоблоков.

Для мощностей энергоблоков 330...800 МВт количество реакторов СКВ -2...3, абсорберов сероочистки - 1 на энергоблок. Удельные капиталовложения в серо- и азотоочистку суммарно достигают примерно 7% от удельных капиталовложений в целом в энергоблок СКП на кузнецком угле марок Г, Д (рис. 2). Вместе с тем можно отметить, что по сравнению со стандартными энергоблоками сверхкритического давления (СКД) удельные капиталовложения в энергоблоки СКП с системами очистки примерно в 1,14 раз больше.

рЬ-7 I

Перегиб кривой кд характеризует переход к трем реакторам СКВ для блока 660 МВт вместо двух для блоков 330 и 500 МВт.

Рис. 1. Принципиальная схема энергоблока СКП с системами серо- и азотоочистки: 1 - котел; 2 - многоцилиндровая турбина; 3 - реактор СКВ; 4 - электрофильтр; 5 -абсорбер системы сероочистки; 6 - газогазовый теплообменник (ГГТО); 7 - группа подогревателей низкого давления; 8 - деаэратор; 9 - группа подогревателей высокого давления: 10 - ТВП-2; 11 - ТВП-1; 12 - выхлоп в атмосферу.

Таблица 1

Параметры систем очистки дымовых газов_

Наименование СКП-ЗЗО СКП-500 СКП-660 СКП-800

СИСТЕМА СКВ

Высота реактора, м 13,4

Ширина реактора, м 8,3 10,2 9,5 10,5

Температура дымовых газов перед установкой, °С 348

Концентрация 1ЧОх на входе/на выходе, мг/м"1 600/150 600/150 600/150 600/150

Расход аммиака, т/ч 0,16 0,24 0,31 0,38

Эффективность СКВ 0,75

Потребление электроэнергии, кВт 98 148 194 235

СИСТЕМА СЕРООЧИСТКИ

Высота абсорбера, м 20,4 21,0 21,7 24,0

Диаметр абсорбера, м 12,0 14,6 16,7 18,4

Концентрация БСЬ на входе /на выходе, мг/м"1 985/200

Потребление известняка, т/ч 1,2 2,0 2,4 3,0

Выход гипса, т/ч 2,3 3,5 4,6 5,6

Эффективность сероочистки 0,80

Потребление электроэнергии, кВт 485 760 1022 1266

На рис. 3 показаны значения КПД энергоблоков СКП в сравнении с энергоблоками СКД. Характерные изгибы кривых КПД определяются конструктивным исполнением части низкого давления турбин, от чего зависят потери с выходной скоростью в последней ступени турбины, а соответственно и КПД энергоблока в целом.

Для блока СКП-800 МВт предусматривается конструкция турбины с двумя двухпоточными ЦНД. Расчетная длина лопатки последней ступени для блока СКП-800 составляет ~1100 мм, а осевая площадь выхода последней ступени и выходная скорость — соответственно ~10,2 м2 и -276 м/с.

тыс. руб/кВт

кс. кА,

тыс. руб/кВт

300 500 700 N. МВт

Рис. 2. Удельные капиталовложения в энергоблоки СКП:

— в энергоблоки СКП и

к§КП и

гчтлтт 1,-СКП 1,СКП _

СКД; к^ и к д - в системы серо-

и азотоочистки.

Удешевление стоимости систем очистки при переходе на повышенные параметры пара происходит за счет более высокой эффективности (а соответственно, сниженного удельного расхода топлива) энергоблоков СКП по сравнению с энергоблоками стандартных закритических параметров, кроме того снижаются расходы реагентов и потребление энергии этими системами.

Согласно выполненному анализу стоимость установок серо- и азото-очистки для энергоблока СКП мощностью 660 МВт, работающего на кузнецком угле, составляет соответственно ~93% и -95% от их стоимостей для блока СКД. 1 и 2 - КПД брутто и нетто для блоков СКП;

Проведенный анализ схемных ре- з и 4 - КПД брутто и нетто для блоков СКД. шений для энергоблоков СКП с мокрой системой сероочистки выявил резервы повышения эффективности установок. Рекомендуется схема со сбросом дымовых газов (после их глубокой очистки от оксидов серы) в атмосферу через испарительную градирню с естественной тягой, что не требует дополнительного подогрева очищенного потока газов выше точки росы, и следовательно позволяет использовать их тепло в системе регенерации турбины или для вытеснения отборов пара на калориферы. В зависимости от схемы включения турбинного экономайзера в тракт дымовых газов котла и пароводяной тракт достижимо повышение КПД энергоблока на 0,47...0,62%. Автором работы также предложена схема двухконтурной паросиловой установки, включающей дополнительный утилизационный контур производства пара для утилизации тепла уходящих газов [патент РФ №130626].

В четвертой главе представлены результаты комплексного технико-экономического исследования энергоблоков СКП.

Поиск оптимального решения выполняется для определения наибольшего экономического эффекта при функционировании энергоблока в энергосистеме, что характеризуется максимальной величиной критерия эффективности.

Лы

0,46

0,44

0,42

0,40

0,38

г 2

3

Г

4 — ___,

300 500 700 N, МВт

Рис. 3. КПД энергоблоков СКП с системами серо- и азотоочистки:

Согласно проведенным оптимизационным исследованиям установлено, что наибольшее влияние на эффективность того или иного варианта энергоблока имеет надежностный фактор, который сильно коррелирован с принятыми для энергоблока начальными параметрами пара.

По итогам проведенных многовариантных оптимизационных расчетов получен устойчивый максимум критерия эффективности при параметрах энергоблока 24 МПа / 566°С / 591°С, для которых предполагается использование новых аустенитных сталей типа ТР347НРО, 811РЕ11304Н, НИЗ С в пароперегревателях котлов. Среди решений задачи оптимизации следует также выделить устойчивый локальный максимум, которому соответствуют начальные параметры энергоблока 28 МПа / 620°С / 625°С и который обусловлен использованием для выходных ступеней первичного пароперегревателя перспективных высокожаропрочных сплавов на основе никеля, повышающих надежность работы энергоблока.

С учетом технологической освоенности новых аустенитных сталей, подтвержденной мировым опытом, первая ступень параметров 24 МПа / 566°С / 591°С рекомендуется как наиболее целесообразная для разрабатываемых сегодня в России энергоблоков СКП. Сочетание параметров пара 28 МПа / 620°С / 625°С следует рассматривать как следующую ступень {вторую ступень), рекомендованную для освоения в будущем.

Для каждого энергоблока (мощностью 330, 500, 660 и 800 МВт) были выполнены оптимизационные расчеты при введении его в различные энергосистемы установленной мощностью от 2 до 15 ГВт. На рис. 4 показан характерный график зависимости критерия эффективности от установленной мощности энергосистемы для блока СКП-660 МВт.

Было также изучено влияние изменения числа часов использования установленной мощности энергоблока (хм), изменения стоимости угля (±25%), тарифа на электроэнергию (±25%), удельных капиталовложений в резервные установки в энергосистеме (±25%) и стоимости резервного топлива (±25%). Полученные оптимизированные значения подтверждают устойчивость предлагаемых ступеней параметров и определяют диапазон их эффективных значений (табл. 2).

Расчеты подтверждают, что целесообразность применения повышенных параметров растет с увеличением установленной мощности энергосистемы, в которой планируется строительство энергоблока нового поколения, а также при увеличении единичной мощности энергоблока. При допустимой доле резерва в энергосистеме не более 22% строительство блоков СКП мощностью 330 МВт

1.16

1.12

1 108 '0

В 1.04 а

Рис. 4. Влияние установленной мощности энергосистемы на технико-экономический критерий эффективности для энергоблока 660 МВт

1.00

4.6 5.9 7.3 8.6 9.9 24 МПа/ 561°С/ 591°С/301°С -ш- 28 МПа / 625°С/ 620°С/ 307°С -4г- 28,4 МПа / 600°С/ 600°С/ 305°С

11.2 12.5 13.9 Установленная мощность энергосистемы, ГВт

Таблица 2

Рекомендованные параметры для блоков СКП_

Параметр Первая ступень СКП (аустенитные стали) Вторая ступень СКП (никелевые сплавы)

Давление свежего пара, МПа 24..25 28...29

Температура свежего пара, °С 565...570 620...625

Температура пара промперегрева, °С 590...595 620...630

Температура питательной воды, °С 300...305 305...310

становится эффективным в энергосистемах с установленной мощностью от 4,5 ГВт, блоков 500 МВт - в энергосистемах от 8 ГВт, блоков 660 МВт - в энергосистемах от 12 ГВт, блоки 800 МВт не рекомендуются к установке.

Для предлагаемых ступеней параметров был выполнен всесторонний анализ влияния основных факторов на технико-экономические показатели энергоблока: 1. для обеих ступеней характерна сильная зависимость стоимости энергоблока от начального давления пара; 2. для ступени параметров 28 МПа / 620°С / 625°С не рекомендуется повышение температуры промперегрева выше 630°С, меньшая температура позволяет использовать для промежуточного пароперегревателя аустенитные стали; 3. повышение температуры питательной воды выше рекомендованных для ступеней значений приводит к повышению удель-

ного расхода пара на турбину, что влечет стремительное увеличение металлоемкости и капиталовложений в энергоблок; 4. для первых проектов энергоблоков СКП с повышением параметров свежего пара более 31 МПа и 620°С в целях снижения капитальных затрат возможно рассмотрение компромиссной тепловой схемы энергоблока с двумя ПВД и температурой питательной воды на уровне 270...280°С.

Капиталовложения в основное оборудование блоков СКП к0 составляют около 40% от капиталовложений в энергоблок в целом (рис. 5). Значительная доля (до 25%) приходится на затраты на вспомогательные системы и агрегаты ТЭС к вс (на системы водоподготовки, техводоснабжения, топливоподачи, общестанционное оборудование и пр.) и затраты к^м (около 21...23%) на строительно-монтажные работы, подготовку территории, создание транспортной инфраструктуры. Проектно-изыскательские и пусконаладочные работы, а также прочие затраты составляют остальные расходы.

Анализ технико-экономической эффективности энергоблоков СКП с системами очистки на основе принятых сегодня коммерческих методик показал достаточную привлекательность их сооружения. На рис. 6 и 7 показаны соответственно структура себестоимости электроэнергии энергоблока СКП 660 МВт и график его окупаемости. При условии реализации мощности по договору о предоставлении мощности (ДПМ) расчетный дисконтированный срок окупаемости энергоблока составляет -12,4 лет, чистый дисконтированный доход (ЧДД/ЫРУ) - на уровне -14000 млн. руб., а внутренняя норма доходности (ВИД/ИШ) достигает 18%. На рис. 8 показана чувствительность ЧДД (ИРУ) к внешним условиям, среди которых: объем капиталовложений, цена электроэнергии на ранке на сутки вперед

ко- ксм. кВо тыс. руб/кВт

300 500 700 N. МВт

Рис. 5. Удельные затраты в энергоблоки СКП:

к{), кв£, кем -удельные капиталовложения в основное оборудование, вспомогательные системы и агрегаты, затраты на строительно-монтажные работы

(PCB), цена мощности по ДПМ и цена угля. Перечисленные показатели наиболее чувствительны к изменению объема капиталовложений.

ЧДД. млн. руб.

Экология., Q.0%

Прочие

_Платежи ФОРЭМ

aJSS

/"^-Топливо

32.5%

Вода .0.1%

-Персонал 4.5%

Рис. 6. Структура себестоимости электроэнергии для блока СКП-660

ЧДД,

млн. руб. 35 000

30 000

25 000

20 000

15 000

10 000

5 000

0

-5

-10 000

-»-Капвложения -*-Цена электроэнергии на PCB Цепа угля

Цена мощности по ДПМ

Рис. 8. Чувствительность показателей блока СКП-660 к изменению внешних условий

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработаны методика математического моделирования пылеугольных конденсационных энергоблоков СКП с системами серо- и азотоочистки и математическая модель их функционирования в энергосистеме при комплексном учете основных системных факторов: надежности энергоснабжения, затрат на создание и работу аварийного резерва в энергосистеме, установленной мощности энергосистемы, затрат в экологическую, социальную и производственную инфраструктуры, числа часов использования установленной мощности, стоимости топлива, тарифов на электроэнергию, характеристик сибирских углей.

2. Изложены разработанные методические подходы к учёту особенностей расчета тепловой схемы энергоблоков СКП, к оптимизации расходно-термодинамических и технико-экономических параметров и расчету показателей технико-экономической эффективности проекта строительства энергоблока СКП.

3. Разработаны на основе проведённой схемно-параметрической оптимизации эффективные технологические схемы (на одну из которых получен патент РФ № 130626) энергоблоков СКП 330, 500, 660, 800 МВт с системами очистки дымовых газов. Эффективным профилем новых высокоэкономичных энергоблоков является схема с многоцилиндровой турбиной, девятью отборами на систему регенерации, 2...3 реакторами СКВ, одним абсорбером системы сероочистки и градирней с совмещенным каналом для отвода дымовых газов. КПД нетто таких энергоблоков находится на уровне 43.. .44%.

4. Определены на базе комплексного технико-экономического исследования оптимальные расходно-термодинамические параметры энергоблоков СКП 330, 500, 660, 800 МВт, работающих на сибирских углях, конструктив-но-компоновочные параметры известняковой системы очистки дымовых газов от оксидов серы и установки селективного каталитического восстановления оксидов азота. Показано, что для энергоблоков 330...800 МВт эффективны параметры 28,4 МПа / 600°С / 600°С, температура питательной воды 306°С, давление в конденсаторе 3,5 кПа. При сбросе дымовых газов через градирню для энергоблоков, работающих на кузнецких углях, достигается повышение КПД на 0,62%. Удельные капиталовложения в серо- и азотоочистку суммарно составляют 6...7% от удельных капиталовложений в целом в энергоблок СКП. КПД системы азотоочистки - 0,75, сероочистки - 0,80.

5. Определенны на базе комплексного технико-экономического исследования технико-экономические параметры энергоблоков СКП 330, 500, 660,

800 МВт, работающих на сибирских углях. Удельные капиталовложения в энергоблоки СКП - 58...78 тыс. руб./кВт, что в 1,14...1,15 раза больше, чем в соответствующие энергоблоки СКД. Себестоимость электроэнергии - на уровне 1 руб./(кВт-ч). При варьировании ценовых показателей на 30% (удельных капиталовложений, стоимости топлива, стоимости электроэнергии на ФОРЭМ и мощности по ДПМ), числа часов использования установленной мощности и ставки дисконтирования внутренняя норма доходности изменяется в пределах 9. ..22%, дисконтированный срок окупаемости - 8,5. ..17,4 лет.

6. Для угольных конденсационных энергоблоков СКП обоснована новая оптимальная ступень параметров пара: 24,0 МПа/ 566°С /591 °С. Сочетание параметров пара 28 МПа / 620°С / 625°С следует рассматривать как следующую ступень (вторую ступень) параметров для освоения в будущем.

Показано, что строительство энергоблоков мощностью 330 МВт становится эффективным в энергосистемах с установленной мощностью от 4,5 ГВт, энероб-локов 500 МВт - в энергосистемах от 8 ГВт, энергоблоков 660 МВт - в энергосистемах от 12 ГВт, энергоблоки 800 МВт не рекомендуются к установке.

7. Совокупность полученных в диссертации результатов составляет научную основу технико-экономических исследований энергоблоков с суперкритическими параметрами и установками серо- и азотоочистки. Результаты теоретических и прикладных исследований используются в ЗАО «Е4-СибКОТЭС», в учебном процессе НГТУ.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

Статьи в журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК

1. ШепельВ.С., НоздренкоГ.В., Русских Е.Е. Технико-экономические показатели перспективных энергоблоков ТЭС суперкритических параметров с системами серо- и азотоочистки // Проблемы энергетики. - 2011. - №1-2. -С. 28-37.

2. ШепельВ.С., НоздренкоГ.В., Русских Е.Е. Обоснование рационального профиля энергоблока с суперкритическими параметрами пара и установками серо и азотоочистки // Научный вестник НГТУ. - 2011. - №1(42). -С. 131-138.

Публикации в журналах и сборниках трудов, патенты

3. ШепельВ.С., НоздренкоГ.В., Щинников П. А. Паросиловая установка: пат. 130626 Рос. Федерация. Патентообладатель ФГБОУ ВПО НГТУ, ЗАО «Е4-СибКОТЭС» - № 2012129805/06 ; заявл. 13.07.12 ; опубл. 27.07.13, Бюл. № 21. - 3 с.

4. Шепель B.C. Технико-экономические показатели энергоблока с супер-сверхкритическими параметрами и установками глубокой очистки дымовых газов / B.C. Шепель. - Энергетика и теплотехника : сб. науч. трудов / под ред. акад. РАН В. Е. Накорякова. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2009. - Вып. 14. -С. 116-125.

5. Шепель B.C., Ноздренко Г.В., Русских Е.Е. Перспективные ТЭС с энергоблоками суперкритических параметров // Академия Энергетики. - 2010. - №5 (37): Октябрь. - С. 84-87.

Материалы международных и всероссийских научных конференций

6. Шепель B.C. Технико-экономические параметры энергоблока с установками серо- и азотоочистки // Энергетика: экология, надежность, безопасность: Труды XI Всероссийского студенческого научно-технического семинара: в 2-х томах - Томск, 21-25 апреля 2009. - Томск: ТПУ, 2009 - Т. 2. Теплоэнергетическое, экологическое и гуманитарное направления. - С. 370-374.

7. Шепель B.C. Технико-экономические показатели энергоблока супер-сверхкритических параметров с установками серо- и азотоочистки // Наука. Технологии. Инновации: Материалы докладов всероссийской научной конференции молодых ученых в 7-ми частях. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2009. Часть 3.-С. 89-91.

8. Shepel V. Case Study on Wet Flue-Gas Desulfurization and Selective Catalytic Reduction Technologies for Coal-Fired Large Combustion Units // Proceedings of IFOST 2009. The 2009 International Forum on Strategic Technologies. - October 2123, 2009, Ho Chi Minh City, Vietnam - Ho Chi Minh City, 2009. -P. 210-214. [Исследование технологий мокрой сероочистки и селективного каталитического восстановления для угольных энергоблоков большой мощности].

9. Шепель B.C. Угольные энергоблоки повышенной эффективности // Энергетика: экология, надежность, безопасность: Труды XII Всероссийского студенческого научно-технического семинара: в 2-х томах - Томск, 21-25 апреля 2009. - Томск: ТПУ, 2010 - т. 2. Теплоэнергетическое, экологическое и гуманитарное направления. - С. 88-92.

10. Shepel V.S., Shchinnifov P.A. [and oth.]. Efficiency indexes of perspective power units of thermal power plant // ISBN 978-1-4577-0546-5. Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference. 2011 - P. 210-214. [Показатели эффективности перспективных энергоблоков тепловых электрических станций].

11. Шепель B.C. Конденсационные энергоблоки нового поколения для угольных электростанций // Наука. Технологии. Инновации: Материалы все-

российской научной конференции молодых ученых в 4-ех частях. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010. Часть 2. - С. 33-34.

12. Шепель B.C. Исследование тепловой экономичности перспективных угольных энергоблоков конденсационных электростанций // Инновационная энергетика 2010: материалы второй научно-практической конференции с международным участием. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010. - С. 336-339.

Отпечатано в типографии Новосибирского Государственного технического университета 630073, г.Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Тел./факс (383) 346-08-57 Формат 60 х 84/16. Объем 1.5 п.л. Тираж 100 экз. Заказ 1416. Подписано в печать 31.10.2013 г.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

04201 452163 ШЕПЕЛЬ Виталий Сергеевич

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГОБЛОКОВ С СУПЕРКРИТИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ И УСТАНОВКАМИ

СЕРО- И АЗОТООЧИСТКИ

Специальность 05.14.14 — тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Ноздренко Г.В.

Новосибирск - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................3

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ И ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ЭКОЛОГИЧНЫХ УГОЛЬНЫХ ЭНЕРГОБЛОКОВ НА СУПЕРКРИТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПАРА...............................................10

1.1. Технологическая готовность энергоблоков СКП............................................10

1.2. Обеспечение экологических параметров энергоблоков СКП.....................12

1.3. Выводы и задачи исследования..............................................................................26

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ......................................................29

2.1. Методика математического моделирования пылеугольных конденсационных энергоблоков СКП с системами серо- и азотоочистки........29

2.2. Особенности расчета тепловой схемы энергоблоков СКП..........................41

2.3. Методика оптимизации расходно-термодинамических и технико-экономических параметров.................................................................................................44

2.4. Расчет показателей технико-экономической эффективности проекта строительства энергоблока СКП.......................................................................................46

2.5. Выводы............................................................................................................................47

ГЛАВА 3. СХЕМНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ЭНЕРГОБЛОКА СКП И УСТАНОВОК ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ 49

3.1. Объект исследования..................................................................................................49

3.2. Система СКВ.................................................................................................................51

3.3. Система сероочистки..................................................................................................55

3.4. Параметры энергоблоков СКП и систем очистки дымовых газов............61

3.5. Оценка потенциала для дальнейшего повышения эффективности энергоблока СКП при организации сброса дымовых газов через градирню... 67

3.6. Выводы............................................................................................................................74

ГЛАВА 4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЭНЕРГОБЛОКА СКП С СИСТЕМАМИ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ...............................76

4.1. Комплексная технико-экономическая оптимизация энергоблоков СКП.... 76

4.2. Экономическая эффективность энергоблоков СКП.......................................84

4.3. Выводы............................................................................................................................95

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................................................................96

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.........................................98

ПРИЛОЖЕНИЕ.....................................................................................................112

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Стратегиями развития энергетики России предусмотрено повышение доли угольной генерации на тепловых электростанциях [1, 2, 3, 4]. Важность этой задачи продиктована необходимостью диверсификации топливного баланса с целью обеспечения надежности и безопасности энергоснабжения страны.

Огромные запасы угля в Сибири как базового стратегического топлива предопределяют формирование долговременной концепции развития энергетики страны (и в первую очередь - Сибири) как угольной энергетики. Для обеспечения конкурентоспособности твердого топлива необходимо повысить КПД работающих установок и решить ряд проблем в области чистых угольных технологий. Актуальность этой задачи подчеркивается всеобщей направленностью на повышение энергоэффективности и ресурсосбережения.

Одним из приоритетных направлений развития электроэнергетики России считается переход на суперкритические параметры пара для пылеугольных конденсационных энергоблоков большой мощности [1, 2, 4-20]. Создание таких энергоблоков отразится не только в повышении эффективности использования твердого топлива, но также определит развитие энергомашиностроительного комплекса страны, освоение новых технологий, позволит получить новые материалы и т.д. Кроме того, введение высокоэффективных технологий является естественным способом снижения техногенного воздействия электрических станций на окружающую среду.

Технологическая готовность к созданию энергоблоков суперкритических параметров (СКП) в России подтверждается предпроектными и проектными проработками ведущих отечественных энергомашиностроительных заводов и институтов [7-9], а также имеющимся многолетним опытом эксплуатации в 6070-х гг. прошлого века на Каширской ГРЭС [21] установки СКР-100 с параметрами острого пара до 30 МПа и 650°С. Кроме того, о возможности и целесообразности перехода на новую ступень параметров свидетельствуют реализован-

ные проекты блоков СКП за рубежом, создание которых стало возможным с разработкой и освоением в промышленном производстве изделий из новых ау-стенитных сталей ТР347НРС, БиРЕЮСМН, НЮ С [22-31], обладающих повышенными характеристиками жаропрочности.

Кроме повышенной эффективности другим неотъемлемым требованием, предъявляемым к пылеугольным энергоблокам нового поколения, является обеспечение минимально возможной экологической нагрузки на окружающую среду [8, 9, 19, 20, 32]. В последние десятилетия наблюдается тенденция к ужесточению экологических требований к электростанциям во всем мире, в том числе и в России. Одними из основных токсичных веществ, образующихся при сжигании твердого топлива, являются оксиды серы и азота. В большинстве развитых стран для снижения этих выбросов используются системы очистки дымовых газов, однако российские заводы не обладают отработанными технологиями таких систем.

В России согласно [1] в период до 2020 г. предусматривается ввод около 50угольных энергоблоков СКП с начальным давлением пара 30...32МПа и температурой пара 600...620°С, коэффициентом полезного действия 44...46%. В связи с этим возникает необходимость проведения схемно-параметрической оптимизации и технико-экономического исследования перспективных энергоблоков СКП с системами глубокой очистки дымовых газов от оксидов серы и азота.

Вопросам создания в России энергоблоков СКП, материалов и оборудования для них посвящены работы А. Г. Тумановского, Л. А. Хоменок, А. Г. Костюка, А. Д. Трухния, А. Л. Шварца, В. И. Гладштейна В. Н. Скоробо-гатых, Р. О. Кайбышева и др. [8, 9, 21, 33-44]. Авторами рассматриваются повышенные значения давления и температуры свежего пара на уровне 30 МПа и 600...610°С для перспективных блоков, однако не приводится технико-экономического обоснования выбора данной ступени параметров. Выбор значений температур и давления для паросилового цикла в данных работах определяется характеристиками жаропрочности новых аустенитных и мартенсит-

ных сталей, а в качестве основных показателей эффективности новых блоков используются основные технико-экономические показатели блока, такие как электрический КПД и удельный расход топлива.

Используемые сегодня методики расчета показателей технико-экономической эффективности инвестиционных проектов [45-48] позволяют сравнивать различные варианты строительства по значениям чистого дисконтированного дохода и дисконтированного срока окупаемости. Недостатком данных подходов является рассмотрение энергоблока в рамках станции, а эффекта от его строительства - исключительно для непосредственных участников проекта. Принятие решения о строительстве того или иного блока на основании такого подхода может не совпадать с наилучшим решением для энергосистемы, в которую планируется ввести данный энергоблок. В конечном итоге повышается риск перерасхода затрат в энергосистеме, что может быть обусловлено, к примеру, понижением надежности в энергосистеме и требованием введения в нее дополнительных мощностей аварийного резерва.

Поэтому проведение комплексных технико-экономических исследований пылеугольных конденсационных энергоблоков с суперкритическими параметрами и установками глубокой очистки дымовых газов от оксидов серы и азота является актуальным.

Целью диссертации является технико-экономическое исследование на основе математического моделирования и проведения схемно-параметрической оптимизации энергоблоков, работающих на сибирских углях, с суперкритическими параметрами и установками серо- и азотоочистки.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые получены и выносятся на защиту следующие наиболее важные результаты:

1. Разработанные методика математического моделирования пылеугольных конденсационных энергоблоков СКП с системами серо- и азотоочистки и математическая модель их функционирования в энергосистеме при комплексном учете основных системных факторов: надежности энергоснабжения, затрат на создание и работу аварийного резерва в энергосистеме, установленной мощ-

ности энергосистемы, затрат в экологическую, социальную и производственную инфраструктуры, числа часов использования установленной мощности, стоимости топлива, тарифов на электроэнергию, характеристик сибирских углей.

2. Эффективные технологические схемы (на одну из которых получен патент Российской Федерации [49]) энергоблоков СКП 330, 500, 660, 800 МВт с системами очистки дымовых газов, разработанные на основе проведённой схемно-параметрической оптимизации.

3. Оптимальные расходно-термодинамические и технико-экономические параметры энергоблоков СКП 330, 500, 660, 800 МВт, работающих на сибирских углях, конструктивно-компоновочные параметры систем очистки дымовых газов, определенные на базе комплексного технико-экономического исследования.

4. Разработанные на основе результатов комплексного оптимизационного технико-экономического исследования рекомендации по выбору рациональных схем и расходно-термодинамических параметров для энергоблоков СКП, конструктивно-компоновочных параметров систем очистки дымовых газов.

Практическая значимость и использование результатов работы. Разработанная методика, математическая модель и реализованная на этой основе программа расчета позволяют получать оптимальные схемно-параметрические решения для угольных энергоблоков СКП при комплексном учете системных факторов. Полученные результаты технико-экономического исследования могут использоваться для обоснования выбора эффективных параметров и единичной мощности в проектах новых экологичных энергоблоков повышенной эффективности.

Результаты работы использованы в проектной организации ЗАО «Е4-СибКОТЭС» при разработке технико-экономического обоснования строительства новой станции мощностью 660 МВт, анализе вариантов совершенствования тепловой схемы блока 800 МВт, при обосновании решений по реконструкции выработавших парковый ресурс конденсационных энергоблоков

мощностью 300 МВт и в учебных курсах по тепловым электростанциям для студентов энергетического факультета НГТУ.

Достоверность полученных результатов и выводов диссертационной работы обосновывается использованием апробированных методик расчета тепловых схем энергоблоков, фундаментальных закономерностей технической термодинамики, теплопередачи, теории надёжности. Математические модели и компьютерное моделирование энергоблоков СКП базируются на методах, апробированных и хорошо себя зарекомендовавших на решении ряда других задач подобного класса.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на следующих конференциях и семинарах: XI и XII Всероссийские студенческие научно-технические семинары (Томск, 2009, 2010 г.); научная студенческая конференция «Дни науки НГТУ-2009» (Новосибирск); Всероссийская научная конференция молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2009,

2010 г.); первый международный научно-технический конгресс «Энергетика в глобальном мире» (Красноярск, 2010 г.); вторая научно-практическая конференция с международным участием «Инновационная энергетика 2010» (Новосибирск); конкурс молодых специалистов ЗАО «Е4-СибКОТЭС» (Новосибирск,

2011 г.); VIII Всероссийская конференция с международным участием «Горение твердого топлива» (Новосибирск, 2012 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 2 научные статьи - в изданиях, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени кандидата наук, один патент РФ [49], 9 работ, опубликованных в сборниках международных и всероссийских конференций.

Личный вклад автора. Постановка задач исследования, методика схем-но-параметрической оптимизации энергоблоков СКП выполнены совместно с научным руководителем. Самостоятельно автором разработаны математические модели функционирования энергоблоков СКП с системами очистки и мо-

дели расчетов показателей технико-экономической эффективности. С использованием этих моделей автором самостоятельно проведены комплексные оптимизационные исследования и разработаны рекомендации по выбору рациональных схем и расходно-термодинамических параметров для энергоблоков СКП с системами очистки дымовых газов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Работа содержит 111 страниц основного текста, 18 рисунков и 24 таблицы.

Разработанные в рамках данной диссертационной работы математические модели реализованы в виде программ с использованием созданного на кафедре ТЭС НГТУ компьютерного вычислительного комплекса ОРТЭС [50], а также лицензионного программного вычислительного комплекса Thermoflow 23 [51].

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель исследования, отмечены элементы новизны полученных результатов и практическая значимость работы, аннотируются основные положения работы.

В первой главе рассматриваются проблемы и предпосылки создания экологичных угольных энергоблоков на суперкритические параметры пара, обосновывается актуальность проведения комплексных технико-экономических исследований для таких энергоблоков, анализируется технологическая готовность отечественных заводов к созданию оборудования для блоков СКП с системами очистки дымовых газов. На основании проведенного анализа сформулированы задачи исследования.

Во второй главе приведена методика комплексных технико-экономических исследований энергоблоков СКП с установками очистки дымовых газов. Изложены основные методические положения схемно-параметрической оптимизации, целями которой является определение наивыгоднейшего сочетания расходно-термодинамических параметров и вида технологической схемы энергоблоков СКП с комплексным учетом всех значимых системных факторов. В основе разработанной методики лежат уравнения энергетического, расходного и гидравлического балансов. Расчеты производятся с

использованием лицензионных вычислительных комплексов

Т11егтоАо\¥ 23 [51] и ОРТЭС [50].

Третья глава содержит основные схемно-параметрические решения для энергоблоков СКП с системами мокрой известняковой очистки от оксидов серы и селективного каталитического восстановления оксидов азота.

В четвертой главе представлены результаты комплексного технико-экономического исследования энергоблоков СКП с учётом основных системных факторов: надежности энергоснабжения, затрат на создание и работу аварийного резерва в энергосистеме, установленной мощности энергосистемы, затрат в экологическую, социальную и производственную инфраструктуры, числа часов использования установленной мощности, стоимости топлива, тарифов на электроэнергию, характеристик сибирских углей.

В заключении изложены выводы и разработанные на основе результатов комплексного оптимизационного технико-экономического исследования рекомендации по выбору рациональных схем и расходно-термодинамических параметров для энергоблоков СКП с системами очистки дымовых газов.

Приложение содержит акты о практическом использовании результатов диссертационной работы.

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ И ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ЭКОЛОГИЧНЫХ УГОЛЬНЫХ ЭНЕРГОБЛОКОВ НА СУПЕРКРИТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПАРА

1.1. Технологическая готовность энергоблоков СКП

Первый в мире опытный котел бО-ОП производительностью 12 т/ч при давлении и температуре пара 30 МПа, 600°С был успешно пущен на ТЭЦ ВТИ в ноябре 1949 г. (впоследствии с применением новых марок сталей котел был переведен на параметры пара - 30 МПа, 650°С при паропроизводительности 15 т/ч). Полученные результаты позволили ВТИ совместно с ЗИО и ХТГЗ создать и ввести в успешную эксплуатацию в 60-х годах первый в отечественной энергетике блок СКР-100 с котлом ПК-37 производительнос�