Энергоблоки на сверхкритические параметры пара в Дании - Проектирование блоков на суперкритические параметры

На блоках  Nordjylland 3 реализована схема пароводяного цикла на суперкритическое давление с двумя промежуточными перегревами. Особенностью схемы являются низкий уровень давления в конденсаторе благодаря морской охлаждающей воде и 10 ступеней регенеративного подогрева основного конденсата питательной воды. Подробная тепловая схема этого блока была приведена в журнале VGB (1993 г., № 73).
Необходимость двойного промперегрева диктуется желанием снизить затраты на производство электроэнергии и уменьшить неприятности от каплеударной эрозии лопаток последних ступеней ЦНД, как это наблюдалось на новейших энергоблоках объединения Е1sam. Дело в том, что при однократном перегреве пара, при использовании морской воды для охлаждения конденсаторов в зимнее время содержание влаги в выхлопном паре может увеличиваться до 15%. При тех же условиях, но при двойном перегреве пара оно снижается до 5%.
Паровые турбины для обоих энергоблоков были изготовлены на заводах Alstom. Детали этих турбин, соприкасающиеся с высокотемпературным паром (корпуса клапанов, роторы и корпуса турбин) были изготовлены из стали новой марки, содержащей 9-10% хрома.

Рис. 2. Графики зависимости предела ползучести от температуры для стали:
1 -Р-92; 2 - Р-91; 3 -Х20

Вместе с тем, было предусмотрено охлаждение самых горячих деталей более холодным паром, чтобы обеспечить долговременное использование старых, доказавших свою надежность марок стали. Турбоустановка состоит из следующих частей:
однопоточного цилиндра сверхвысокого давления без регулирующей ступени;
объединенного цилиндра высокого и среднего давления асимметричной двухпоточной конструкции;
цилиндра среднего давления асимметричной двухпоточной конструкции, который имеет два отбора при очень низких давлениях пара и две ступени подогрева воды для системы централизованного теплоснабжения; двух двухпоточных цилиндров низкого давления. Проект двух одинаковых парогенераторов выполнен фирмой “Danish FLS” (бывшая “miljo Burmeister&Wain Energy”). Небольшая разница характеристик основного топлива привела, конечно, к некоторому различию в деталях топочной камеры и газового тракта. Эти отличия, однако, предполагают возможность перехода с газа на уголь без существенной реконструкции котельной установки.
Высота прямоточного башенного котла на сверхкритические параметры достигает 90 м. Топочная камера - квадратного сечения, с размерами в плане 12,25 х 12,25, со спиральной навивкой экранных труб. В углах топки, в четыре яруса по высоте расположено 16 малотоксичных горелок со ступенчатым сжиганием. Блок работает в режиме скользящего давления при полностью открытых клапанах перед турбиной.
При изготовлении блока были использованы все хорошо известные стали ферритного и ферритно-мартенситного класса, но из-за повышенных параметров пара пришлось использовать улучшенные марки стали для некоторых узлов котла, паропроводов и турбины.
Высокое давление свежего пара и двойной промежуточный перегрев определили повышенную температуру пароводяной смеси в топочных экранах. Температура в циклонах была близка к 480°С. И хотя для экранных труб была использована сталь 13СгМо44, все же для обеспечения безопасной работы экранов трубы в наиболее ответственных местах были подвергнуты очень тщательному анализу предполагаемых напряжений. Для пароперегревателя высокого давления I и для выходного пакета пароперегревателя была использована аустенитная сталь HTP347FG, поставленная фирмой “Sumitomo Steel”.
Толстостенные выходные коллекторы, главный паропровод и паропроводы промперегрева для ТЭС Skaerbaek и Nordjylland были выполнены из новой мартенситной стали Р91, содержащей 9% хрома. Для блока № 2 на ТЭС Avcdore толстостенные детали были изготовлены из другой новой марки стали Р92, содержащей 11% хрома.
Предел ползучести трех сталей мартенситного класса показан на рис. 2. Для сравнения приведены характеристики стали Х20, которая уже много лет применяется в энергомашиностроении. Не может не вызвать восхищения сталь Р92, у которой предел ползучести оказался более чем в 2 раза выше, чем у стали Х20. Химический состав стали всех трех марок приведен далее.
Марка стали

Несмотря на существенное повышение предела прочности и снижение толщины стенки при использовании новых сталей Р91 и Р92, их стоимость не превышает стоимости ранее применяемых марок. Кроме того, монтажные работы показали, что стали Р91 и Р92 свариваются легче, чем содержащая 12% хрома сталь CrMoV121 (подобная Х20).