В табл. 5 представлены основные угольные энергоблоки большой мощности, которые были построены в Японии в последние годы. Некоторые из них уже работают при температурах пара 593°С и выше, т.е. при суперкритических параметрах.
На электростанциях, эксплуатируемых EPDC, энергоблок № 2 электростанции Мацуура и недавно введенные в эксплуатацию энергоблоки №1,2 электростанции бухты Татибана успешно работают с суперкритическими параметрами пара. Далее описываются особенности энергоустановок этих двух электростанций.
Таблица 5
Новейшие мощные энергоблоки углесжигающих ТЭС Японии
Энергоблок | Энергетическое | Номинальная выходная мощность, МВт | Давление в главном паропроводе, МПа | Температура пара, °С | Дата введения в эксплуатацию |
Рэйхоку № 1 | Kyusyu Electric Power Co | 700 | 24,1 | 566/566 | Июль 1995 |
Хараномати № 1 | Tohoku Electric Power Co | 1000 | 24,5 | 566/593 | Июль 1997 |
Мацуура № 2 | EPDC | 1000 | 24,1 | 593/593 | Июль 1997 |
Нанао-Оота № 2 | Hokuriku Electric Power Co | 740 | 24,1 | 593/593 | Июль 1998 |
Хараномати № 2 | Tohoku Electric Power Co | 1000 | 24,5 | 600/600 | Июль 1998 |
Мисуми № 1 | Tyugoku Electric Power Co | 1000 | 24,5 | 600/600 | Июль 1998 |
Бухта Татибана | Kyusyu Electric Power Co | 700 | 24,1 | 566/593 | Июль 2000 |
Бухта Татибана № 1 | EPDC | 1050 | 25 | 600/610 | Июль 2000 |
Цуруга № 2 | Hokuriku Electric Power Co | 700 | 24,1 | 593/593 | Октябрь 2000 |
Рэйхоку № 2 | Kyusyu Electric Power Co | 700 | 24,1 | 593/593 | Июль 2001 |
Бухта Татибана № 2 | EPDC | 1050 | 25 | 600/610 | Июль 2001 |
Общие сведения об энергоблоках с суперкритическими параметрами.
В табл. 6 сопоставлены суперкритические параметры пара энергоблока № 2 электростанции Мацуура и энергоблоков №1,2 электростанции бухты Татибана со сверхкритическими параметрами пара энергоблока № 1 электростанции Мацуура. За счет применения материалов с высокотемпературной стойкостью и охлаждения турбин температуры пара на энергоблоке № 2 электростанции Мацуура и на энергоблоках
№1,2 электростанции бухты Татибана повышены до 593/593°С и 600/610°С соответственно.
Таблица 6
Энергоблоки углесжигающих ТЭС EPDC, работающих с суперсверхкритическими параметрами пара
Параметр | Бухта Татибана №1,2 | Мацуура № 2 | Мацуура № 1* |
Номинальная мощность, МВт | 700/1050 | 1000 | 1000 |
Давление пара, МПа | 25,0 | 24,1 | 24,1 |
Температура пара, °С | 600/610 | 593/593 | 538/566 |
Снижение удельного расхода тепла, % | +4 | +3 | База |
Год начала эксплуатации | 2000 | 1997 | 1990 |
* Сверхкритические параметры пара.
Повышение параметров пара до суперкритических позволило снизить удельные расходы топлива на выработку электроэнергии на энергоблоке № 2 электростанции Мацуура на 3%, а на энергоблоках №1,2 электростанции бухты Татибана - на 4%.
В г. Иокогама планируется ввести в эксплуатацию энергоустановку мощностью 600 МВт с такими же, как на электростанции бухты Татибана, параметрами пара.
Далее более подробно рассмотрены технические решения, большинство которых применено для реализации суперкритических параметров пара на энергоблоках №1,2 электростанции бухты Татибана, являющихся новейшими в данный момент установками, работающими в наиболее тяжелых условиях.
Меры, принятые для обеспечения работы котлов с суперкритическими параметрами пара. Теплопередающие поверхности котлов усовершенствованы для обеспечения необходимых параметров пара. Их увеличение при повышении температуры пара минимизировано путем оптимизации компоновки основного и промежуточного пароперегревателей и модификации вторичного пароперегревателя.
Система управления температурой пара изменена. Применены трехступенчатая каскадная система впрысков для регулирования температуры пара в главном паропроводе, а также системы вторичной циркуляции газов и параллельной задвижки газа в задней теплопередающей зоне для регулирования температуры пара при вторичном перегреве.
Для узлов, работающих при высоких температурах, выбраны оптимальные материалы. Для труб высокотемпературной зоны перегрева применены аустенитные нержавеющие стали 18Cr9Ni и 18Cr10Ni с дробеструйной обработкой внутренних поверхностей, обладающие высокой стойкостью к высокотемпературной коррозии, окислению водяными парами и высокой жаропрочностью.
Рис. 4. Система охлаждения ротора турбины высокого давления: - охлаждающий пар; протекающий пар высокой температуры; 1 - реактивная ступень высокого давления; 2 - рабочая лопатка регулирующей ступени; 3 - обратный паровой канал; 4 - сопловая коробка; 5 - сопло регулирующей ступени; 6 - канал для подвода охлаждающего пара
Рис. 5. Система охлаждения ротора турбины среднего давления:
1 - термоэлектрический термометр; 2, 4, 6 - направляющая лопатка № 3, 2, 1 соответственно; 3, 5 - рабочая лопатка № 2, 1 соответственно; 7 - рабочая лопатка первой и второй ступени; 8 - ротор турбины среднего давления; 9 - зазор для охлаждения; 10 - охлаждающий пар; 11 - ротор турбины
Для высокотемпературных необогреваемых деталей выбрана ферритная нержавеющая сталь 9Cr1Mo, имеющая высокую стойкость к окислению водяными парами и жаропрочность.
В табл. 7 указаны материалы, примененные в высокотемпературных зонах котлоагрегата, и наиболее высокие давление и температура пара, которые испытывают соответствующие детали, а на рис. 1, 2 сопоставлены условия работы труб четвертого пакета промежуточного пароперегревателя и главного паропровода энергоблоков №1, 2 ТЭС Мацуура и энергоблока № 1 ТЭС бухты Татибана.
Примененные на новых энергоблоках материалы для труб обладают одинаковыми с традиционными или более высокими показателями стойкости против окисления водяными парами внутренних поверхностей труб. На рис. 3 показана зависимость толщины оксидной пленки, образующейся на внутренней поверхности труб, от времени воздействия на них пара при температуре 600°С.
Меры, принятые для обеспечения работы турбин с суперкритическими параметрами пара. Наряду с применением материалов с высокой жаропрочностью в конструкцию турбин внесены важные изменения.
В табл. 8 и 9 приведены данные о материалах деталей турбин высокого и среднего давления. В качестве материала роторов для турбины энергоблока № 2 электростанции Мацуура применили кованую сталь 12Cr, а для турбин электростанции бухты Татибана - усовершенствованную кованую сталь 12Cr. Суть усовершенствования заключается в повышении жаропрочности за счет добавок, в частности, вольфрама. Для высокотемпературных рабочих лопаток турбин ТЭС бухты Татибана также использована усовершенствованная сталь 12Cr.
Сталь 9Cr применена для ответственных клапанов и пароподводящих патрубков, а литая сталь 12Cr - для корпусов.
Турбины высокого давления энергоблока № 2 ТЭС Мацуура и энергоблока № 2 ТЭС бухты Татибана выполнены с охлаждением роторов. Для этого в пространство между ротором и сопловыми коробками регулирующей ступени предусматривается подвод охлаждающего пара из камеры регулирующей ступени через каналы, выполненные в теле диска. Этот пар циркулирует затем через обратный паровой канал и каналы в сопловых коробках в надбандажное пространство регулирующей ступени. Охлаждающий пар запирает протечки пара высокой температуры из осевого зазора регулирующей ступени и предотвращает повышение температуры ротора (рис. 4).
Турбины среднего давления энергоблока № 2 ТЭС Мацуура и энергоблоков №1,2 ТЭС бухты Татибана также выполнены с охлаждением ротора и хвостовика рабочей лопатки первой и второй ступени. Оно осуществляется отработавшим в турбине ВД паром, который подводится в пространство между ротором и паровпуском (рис. 5).
Пароподводящие патрубки турбин высокого и среднего давления энергоблока № 2 ТЭС Мацуура и энергоблоков №1,2 ТЭС бухты Татибана выполнены двухстенными. Внешние корпуса турбин отлиты из стали CrMo, свойства которой обеспечивают работу лишь при обычных сверхкритических параметрах пара. Внутренние пароподводящие патрубки, соприкасающиеся с высокотемпературным паром, изготовлены из стали 9Cr, а внешние - из стали CrMo. В пространство между внешними и внутренними патрубками подводится охлаждающий пар.
Сопловая коробка двухпоточной турбины высокого давления для предотвращения тепловых напряжений выполнена сборной, сварной, с центральной опорой, что уменьшило тепловые деформации.
Эта мера предотвращает возможные изнашивания или даже повреждения с пригоранием подшипников ротора. Шейки роторов, изготовленные из стали 12Cr или улучшенной стали 12Cr, выполнены с наплавкой из стали с низким содержанием хрома.
Для повышения КПД длина рабочих лопаток последней ступени ЦНД увеличена: для энергоблока № 1 ТЭС бухты Татибана до 1219, а для энергоблока № 2 - до 1168 мм.
Для энергоблока № 2 ТЭС Мацуура и энергоблока № 2 ТЭС бухты Татибана проточная часть и лопатки ЦНД спроектированы с применением трехмерных расчетов течения пара. Это позволило повысить КПД всего ЦНД более чем на 0,6% (по расчетной оценке).
На последней ступени ЦНД энергоблока № 2 ТЭС бухты Татибана укрупнили хвостовики лопаток и межлопаточные каналы в целях снижения возникающих напряжений, а также применили цельные бандажированные лопатки для снижения вибрационных напряжений. Все это привело к повышению надежности турбин.
Эксплуатация энергоблоков, работающих с суперкритическими параметрами пара.
Энергоблок № 2 ТЭС Мацуура и энергоблоки №1,2 ТЭС бухты Татибана эксплуатируются со скользящим давлением пара на частичных нагрузках. Это позволяет повысить маневренность, уменьшить время пусков и быстрее изменять нагрузки. Блоки обычно эксплуатируются непрерывно с изменением нагрузки по суточному графику, редкими остановами и последующими пусками (особенно для ТЭС бухты Татибана).
Энергоблок № 2 ТЭС Мацуура проработал более 32 тыс. ч после ввода в эксплуатацию в июле 1997 г., а энергоблоки №1,2 ТЭС бухты Татибана - соответственно более 9 и 6 тыс. ч после пуска в июле и декабре 2000 г.
