Ways of TPP Power Units Modernization During Their Conversion to Ultra-Supercritical Steam Parameters
The approach to solving the applied problem of modernization of the 300 MW series power units produced by JSC "Ukrainian Energy Machines" by converting them from supercritical to ultra-supercritical steam parameters, provided that regenerative feed water heating system is...
Збережено в:
| Дата: | 2024 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2024
|
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/296881 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Energy Technologies & Resource Saving |
Репозитарії
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-296881 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| format |
Article |
| author |
Костіков, А. О. Шубенко, О. Л. Тарасова, В. О. Яковлєв, В. А. Мазур, А. О. |
| spellingShingle |
Костіков, А. О. Шубенко, О. Л. Тарасова, В. О. Яковлєв, В. А. Мазур, А. О. Ways of TPP Power Units Modernization During Their Conversion to Ultra-Supercritical Steam Parameters |
| author_facet |
Костіков, А. О. Шубенко, О. Л. Тарасова, В. О. Яковлєв, В. А. Мазур, А. О. |
| author_sort |
Костіков, А. О. |
| title |
Ways of TPP Power Units Modernization During Their Conversion to Ultra-Supercritical Steam Parameters |
| title_short |
Ways of TPP Power Units Modernization During Their Conversion to Ultra-Supercritical Steam Parameters |
| title_full |
Ways of TPP Power Units Modernization During Their Conversion to Ultra-Supercritical Steam Parameters |
| title_fullStr |
Ways of TPP Power Units Modernization During Their Conversion to Ultra-Supercritical Steam Parameters |
| title_full_unstemmed |
Ways of TPP Power Units Modernization During Their Conversion to Ultra-Supercritical Steam Parameters |
| title_sort |
ways of tpp power units modernization during their conversion to ultra-supercritical steam parameters |
| title_alt |
Шляхи модернізації енергоблоків ТЕС при переведенні їх на ультрасуперкритичні параметри пари Шляхи модернізації енергоблоків ТЕС при переведенні їх на ультрасуперкритичні параметри пари |
| description |
The approach to solving the applied problem of modernization of the 300 MW series power units produced by JSC "Ukrainian Energy Machines" by converting them from supercritical to ultra-supercritical steam parameters, provided that regenerative feed water heating system is preserved as much as possible, which will lead to an increase in the energy efficiency of the TPP with minimal conversion, is analyzed in the paper. The conversion of the K-300-240-2 power unit to the parameters of fresh steam 650 °C/30 MPa and intermediate superheated steam 650 °C/7 MPa, determined as optimal as a result of previous studies, can be carried out by completely replacing the high-pressure cylinder of the existing unit for a new high-pressure cylinder with ultra-supercritical steam parameters and superstructure with an additional intermediate-pressure cylinder while fully preserving the parameters and designs of the intermediate- and low-pressure output parts. Two options for modernization of the 300 MW series power unit thermal circuit structure were considered, and the scale of conversion of the regenerative feed water heating system was evaluated. In the first option of the thermal scheme, the 1st steam selection is organized from the cold threads of the modernized high-pressure cylinder with ultra-supercritical steam parameters, and the 2nd one – from the cold threads of the additional intermediate-pressure cylinder. In this case, two high-pressure heaters and a turbo drive of the feed pump are subject to replacement. The disadvantage of this option is that due to a significant increase in steam parameters, it is impossible to choose high-pressure heaters from the existing model range, and a new design must be developed. The electrical efficiency for this modernization option increases from 36.5% (the initial thermal circuit of the K-300-240-2 turbine) to 42.5%. In the second option, it is proposed to install an additional turbine with a capacity of 3 MW, to the input of which a steam from cold threads of the high-pressure cylinder with ultra-supercritical steam parameters is supplied with a loss equal to the sum of the 1st and 2nd selections of the original version of the turbine, on the same shaft with a turbo drive of the feed pump for the sake of preserving the existing high-pressure heater. The steam from the additional turbine selections goes to high-pressure heaters HPH9 and HPH8 with parameters corresponding to the output data of the existing turbine. Taking this into account, high-pressure heaters will not be replaceable. In addition, the power of the additional turbine is sufficient to ensure the operation of the feed pump together with the turbo drive of the feed pump to obtain a water pressure of 34 MPa. In view of this, the turbo drive of the feed pump also remains unchanged, except for the additional turbine installation. The electrical efficiency for the second option of the modernization scheme of the K-300-240-2 power unit is 42.4%. It was determined that the payback period of the modernization according to the first option is 5 years, taking into account the modernization of the boiler unit, and according to the second one – 4.5 years. It is proposed to choose the option of the thermal scheme with an additional turbine, since in this case it is possible to modernize the K-300-240-2 power unit with the maximum possible preservation of the regenerative feed water heating system while increasing its energy efficiency by almost 14%.The approach to solving the applied problem of modernization of the 300 MW series power units produced by JSC "Ukrainian Energy Machines" by converting them from supercritical to ultra-supercritical steam parameters, provided that regenerative feed water heating system is preserved as much as possible, which will lead to an increase in the energy efficiency of the TPP with minimal conversion, is analyzed in the paper. The conversion of the K-300-240-2 power unit to the parameters of fresh steam 650 °C/30 MPa and intermediate superheated steam 650 °C/7 MPa, determined as optimal as a result of previous studies, can be carried out by completely replacing the high-pressure cylinder of the existing unit for a new high-pressure cylinder with ultra-supercritical steam parameters and superstructure with an additional intermediate-pressure cylinder while fully preserving the parameters and designs of the intermediate- and low-pressure output parts. Two options for modernization of the 300 MW series power unit thermal circuit structure were considered, and the scale of conversion of the regenerative feed water heating system was evaluated. In the first option of the thermal scheme, the 1st steam selection is organized from the cold threads of the modernized high-pressure cylinder with ultra-supercritical steam parameters, and the 2nd one – from the cold threads of the additional intermediate-pressure cylinder. In this case, two high-pressure heaters and a turbo drive of the feed pump are subject to replacement. The disadvantage of this option is that due to a significant increase in steam parameters, it is impossible to choose high-pressure heaters from the existing model range, and a new design must be developed. The electrical efficiency for this modernization option increases from 36.5% (the initial thermal circuit of the K-300-240-2 turbine) to 42.5%. In the second option, it is proposed to install an additional turbine with a capacity of 3 MW, to the input of which a steam from cold threads of the high-pressure cylinder with ultra-supercritical steam parameters is supplied with a loss equal to the sum of the 1st and 2nd selections of the original version of the turbine, on the same shaft with a turbo drive of the feed pump for the sake of preserving the existing high-pressure heater. The steam from the additional turbine selections goes to high-pressure heaters HPH9 and HPH8 with parameters corresponding to the output data of the existing turbine. Taking this into account, high-pressure heaters will not be replaceable. In addition, the power of the additional turbine is sufficient to ensure the operation of the feed pump together with the turbo drive of the feed pump to obtain a water pressure of 34 MPa. In view of this, the turbo drive of the feed pump also remains unchanged, except for the additional turbine installation. The electrical efficiency for the second option of the modernization scheme of the K-300-240-2 power unit is 42.4%. It was determined that the payback period of the modernization according to the first option is 5 years, taking into account the modernization of the boiler unit, and according to the second one – 4.5 years. It is proposed to choose the option of the thermal scheme with an additional turbine, since in this case it is possible to modernize the K-300-240-2 power unit with the maximum possible preservation of the regenerative feed water heating system while increasing its energy efficiency by almost 14%. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2024 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/296881 |
| work_keys_str_mv |
AT kostíkovao waysoftpppowerunitsmodernizationduringtheirconversiontoultrasupercriticalsteamparameters AT šubenkool waysoftpppowerunitsmodernizationduringtheirconversiontoultrasupercriticalsteamparameters AT tarasovavo waysoftpppowerunitsmodernizationduringtheirconversiontoultrasupercriticalsteamparameters AT âkovlêvva waysoftpppowerunitsmodernizationduringtheirconversiontoultrasupercriticalsteamparameters AT mazurao waysoftpppowerunitsmodernizationduringtheirconversiontoultrasupercriticalsteamparameters AT kostíkovao šlâhimodernízacííenergoblokívtespriperevedennííhnaulʹtrasuperkritičníparametripari AT šubenkool šlâhimodernízacííenergoblokívtespriperevedennííhnaulʹtrasuperkritičníparametripari AT tarasovavo šlâhimodernízacííenergoblokívtespriperevedennííhnaulʹtrasuperkritičníparametripari AT âkovlêvva šlâhimodernízacííenergoblokívtespriperevedennííhnaulʹtrasuperkritičníparametripari AT mazurao šlâhimodernízacííenergoblokívtespriperevedennííhnaulʹtrasuperkritičníparametripari |
| first_indexed |
2024-09-01T17:37:58Z |
| last_indexed |
2024-09-01T17:37:58Z |
| _version_ |
1809016190657363968 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-2968812024-04-20T06:16:15Z Ways of TPP Power Units Modernization During Their Conversion to Ultra-Supercritical Steam Parameters Шляхи модернізації енергоблоків ТЕС при переведенні їх на ультрасуперкритичні параметри пари Шляхи модернізації енергоблоків ТЕС при переведенні їх на ультрасуперкритичні параметри пари Костіков, А. О. Шубенко, О. Л. Тарасова, В. О. Яковлєв, В. А. Мазур, А. О. The approach to solving the applied problem of modernization of the 300 MW series power units produced by JSC "Ukrainian Energy Machines" by converting them from supercritical to ultra-supercritical steam parameters, provided that regenerative feed water heating system is preserved as much as possible, which will lead to an increase in the energy efficiency of the TPP with minimal conversion, is analyzed in the paper. The conversion of the K-300-240-2 power unit to the parameters of fresh steam 650 °C/30 MPa and intermediate superheated steam 650 °C/7 MPa, determined as optimal as a result of previous studies, can be carried out by completely replacing the high-pressure cylinder of the existing unit for a new high-pressure cylinder with ultra-supercritical steam parameters and superstructure with an additional intermediate-pressure cylinder while fully preserving the parameters and designs of the intermediate- and low-pressure output parts. Two options for modernization of the 300 MW series power unit thermal circuit structure were considered, and the scale of conversion of the regenerative feed water heating system was evaluated. In the first option of the thermal scheme, the 1st steam selection is organized from the cold threads of the modernized high-pressure cylinder with ultra-supercritical steam parameters, and the 2nd one – from the cold threads of the additional intermediate-pressure cylinder. In this case, two high-pressure heaters and a turbo drive of the feed pump are subject to replacement. The disadvantage of this option is that due to a significant increase in steam parameters, it is impossible to choose high-pressure heaters from the existing model range, and a new design must be developed. The electrical efficiency for this modernization option increases from 36.5% (the initial thermal circuit of the K-300-240-2 turbine) to 42.5%. In the second option, it is proposed to install an additional turbine with a capacity of 3 MW, to the input of which a steam from cold threads of the high-pressure cylinder with ultra-supercritical steam parameters is supplied with a loss equal to the sum of the 1st and 2nd selections of the original version of the turbine, on the same shaft with a turbo drive of the feed pump for the sake of preserving the existing high-pressure heater. The steam from the additional turbine selections goes to high-pressure heaters HPH9 and HPH8 with parameters corresponding to the output data of the existing turbine. Taking this into account, high-pressure heaters will not be replaceable. In addition, the power of the additional turbine is sufficient to ensure the operation of the feed pump together with the turbo drive of the feed pump to obtain a water pressure of 34 MPa. In view of this, the turbo drive of the feed pump also remains unchanged, except for the additional turbine installation. The electrical efficiency for the second option of the modernization scheme of the K-300-240-2 power unit is 42.4%. It was determined that the payback period of the modernization according to the first option is 5 years, taking into account the modernization of the boiler unit, and according to the second one – 4.5 years. It is proposed to choose the option of the thermal scheme with an additional turbine, since in this case it is possible to modernize the K-300-240-2 power unit with the maximum possible preservation of the regenerative feed water heating system while increasing its energy efficiency by almost 14%.The approach to solving the applied problem of modernization of the 300 MW series power units produced by JSC "Ukrainian Energy Machines" by converting them from supercritical to ultra-supercritical steam parameters, provided that regenerative feed water heating system is preserved as much as possible, which will lead to an increase in the energy efficiency of the TPP with minimal conversion, is analyzed in the paper. The conversion of the K-300-240-2 power unit to the parameters of fresh steam 650 °C/30 MPa and intermediate superheated steam 650 °C/7 MPa, determined as optimal as a result of previous studies, can be carried out by completely replacing the high-pressure cylinder of the existing unit for a new high-pressure cylinder with ultra-supercritical steam parameters and superstructure with an additional intermediate-pressure cylinder while fully preserving the parameters and designs of the intermediate- and low-pressure output parts. Two options for modernization of the 300 MW series power unit thermal circuit structure were considered, and the scale of conversion of the regenerative feed water heating system was evaluated. In the first option of the thermal scheme, the 1st steam selection is organized from the cold threads of the modernized high-pressure cylinder with ultra-supercritical steam parameters, and the 2nd one – from the cold threads of the additional intermediate-pressure cylinder. In this case, two high-pressure heaters and a turbo drive of the feed pump are subject to replacement. The disadvantage of this option is that due to a significant increase in steam parameters, it is impossible to choose high-pressure heaters from the existing model range, and a new design must be developed. The electrical efficiency for this modernization option increases from 36.5% (the initial thermal circuit of the K-300-240-2 turbine) to 42.5%. In the second option, it is proposed to install an additional turbine with a capacity of 3 MW, to the input of which a steam from cold threads of the high-pressure cylinder with ultra-supercritical steam parameters is supplied with a loss equal to the sum of the 1st and 2nd selections of the original version of the turbine, on the same shaft with a turbo drive of the feed pump for the sake of preserving the existing high-pressure heater. The steam from the additional turbine selections goes to high-pressure heaters HPH9 and HPH8 with parameters corresponding to the output data of the existing turbine. Taking this into account, high-pressure heaters will not be replaceable. In addition, the power of the additional turbine is sufficient to ensure the operation of the feed pump together with the turbo drive of the feed pump to obtain a water pressure of 34 MPa. In view of this, the turbo drive of the feed pump also remains unchanged, except for the additional turbine installation. The electrical efficiency for the second option of the modernization scheme of the K-300-240-2 power unit is 42.4%. It was determined that the payback period of the modernization according to the first option is 5 years, taking into account the modernization of the boiler unit, and according to the second one – 4.5 years. It is proposed to choose the option of the thermal scheme with an additional turbine, since in this case it is possible to modernize the K-300-240-2 power unit with the maximum possible preservation of the regenerative feed water heating system while increasing its energy efficiency by almost 14%. У роботі проаналізовано підхід до вирішення прикладної проблеми модернізації енергоблоків серії 300 МВт виробництва АТ «Українські енергетичні машини» шляхом переведення їх з суперкритичних на ультрасуперкритичні параметри пари за умови максимально можливого збереження системи регенерації підігріву живильної води, що приведе до підвищення енергоефективності ТЕС при мінімальному переобладнанні. Переведення турбоустановки К-300-240-2 на параметри свіжої пари 650 °С/30 МПа й пари проміжного перегріву 650 °С/7 МПа, що визначено як оптимальні в результаті попередніх досліджень, може бути здійснено шляхом повної заміни циліндру високого тиску наявного блоку на новий циліндр високого тиску із ультрасуперкритичними параметрами і надбудови додатковим циліндром середнього тиску при повному збереженні параметрів і конструкцій вихідних частин середнього й низького тиску. Розглянуто два варіанти модернізації структури теплової схеми енергоблоку серії 300 МВт й оцінено масштаби переобладнання системи регенерації підігріву живильної води. У першому варіанті теплової схеми 1-й відбір пари організовано з холодних ниток модернізованого циліндра високого тиску із ультрасуперкритичними параметрами, а 2-й – з холодних ниток надбудови циліндру середнього тиску. При цьому заміні підлягають два підігрівачі високого тиску та турбопривід живильного насосу. Недоліком цього варіанта є те, що через суттєве підвищення параметрів пари неможливо підібрати підігрівачі високого тиску з існуючого модельного ряду, а необхідно розробляти нову конструкцію. Електричний ККД для цього варіанта модернізації підвищується з 36,5% (вихідна теплова схема турбіни К-300-240-2) до 42,5%. У другому варіанті пропонується для збереження наявних підігрівачів високого тиску на один вал із турбопривідом живильного насосу встановити додаткову турбіну потужністю 3 МВт, на вхід якої подається пара з холодних ниток циліндра високого тиску із ультрасуперкритичними параметрами з витратою, що дорівнює сумі 1-го та 2-го відборів вихідного варіанта турбіни. Пара з відборів додаткової турбіни надходить до підігрівачів високого тиску ПВТ9 та ПВТ8 з параметрами, що відповідають вихідним даним наявної турбіни. Беручи це до уваги, підігрівачі високого тиску не підлягатимуть заміні. Крім того, потужності додаткової турбіни достатньо, щоб разом із турбопривідом живильного насосу забезпечити роботу живильного насосу для отримання тиску води 34 МПа. З огляду на це турбопривід живильного насосу теж залишається без змін, крім монтажу додаткової турбіни. Електричний ККД для другого варіанта схеми модернізації турбоустановки К-300-240-2 дорівнює 42,4%. Визначено, що строк окупності модернізації за першим варіантом складає 5 років з врахуванням модернізації котлоагрегату, а за другим – 4,5 роки. Запропоновано обрати варіант теплової схеми з додатковою турбіною, оскільки у цьому випадку можна провести модернізацію турбоустановки К-300-240-2 з максимально можливим збереженням системи регенерації підігріву живильної води при підвищенні її енергоефективності майже на 14%. У роботі проаналізовано підхід до вирішення прикладної проблеми модернізації енергоблоків серії 300 МВт виробництва АТ «Українські енергетичні машини» шляхом переведення їх з суперкритичних на ультрасуперкритичні параметри пари за умови максимально можливого збереження системи регенерації підігріву живильної води, що приведе до підвищення енергоефективності ТЕС при мінімальному переобладнанні. Переведення турбоустановки К-300-240-2 на параметри свіжої пари 650 °С/30 МПа й пари проміжного перегріву 650 °С/7 МПа, що визначено як оптимальні в результаті попередніх досліджень, може бути здійснено шляхом повної заміни циліндру високого тиску наявного блоку на новий циліндр високого тиску із ультрасуперкритичними параметрами і надбудови додатковим циліндром середнього тиску при повному збереженні параметрів і конструкцій вихідних частин середнього й низького тиску. Розглянуто два варіанти модернізації структури теплової схеми енергоблоку серії 300 МВт й оцінено масштаби переобладнання системи регенерації підігріву живильної води. У першому варіанті теплової схеми 1-й відбір пари організовано з холодних ниток модернізованого циліндра високого тиску із ультрасуперкритичними параметрами, а 2-й – з холодних ниток надбудови циліндру середнього тиску. При цьому заміні підлягають два підігрівачі високого тиску та турбопривід живильного насосу. Недоліком цього варіанта є те, що через суттєве підвищення параметрів пари неможливо підібрати підігрівачі високого тиску з існуючого модельного ряду, а необхідно розробляти нову конструкцію. Електричний ККД для цього варіанта модернізації підвищується з 36,5% (вихідна теплова схема турбіни К-300-240-2) до 42,5%. У другому варіанті пропонується для збереження наявних підігрівачів високого тиску на один вал із турбопривідом живильного насосу встановити додаткову турбіну потужністю 3 МВт, на вхід якої подається пара з холодних ниток циліндра високого тиску із ультрасуперкритичними параметрами з витратою, що дорівнює сумі 1-го та 2-го відборів вихідного варіанта турбіни. Пара з відборів додаткової турбіни надходить до підігрівачів високого тиску ПВТ9 та ПВТ8 з параметрами, що відповідають вихідним даним наявної турбіни. Беручи це до уваги, підігрівачі високого тиску не підлягатимуть заміні. Крім того, потужності додаткової турбіни достатньо, щоб разом із турбопривідом живильного насосу забезпечити роботу живильного насосу для отримання тиску води 34 МПа. З огляду на це турбопривід живильного насосу теж залишається без змін, крім монтажу додаткової турбіни. Електричний ККД для другого варіанта схеми модернізації турбоустановки К-300-240-2 дорівнює 42,4%. Визначено, що строк окупності модернізації за першим варіантом складає 5 років з врахуванням модернізації котлоагрегату, а за другим – 4,5 роки. Запропоновано обрати варіант теплової схеми з додатковою турбіною, оскільки у цьому випадку можна провести модернізацію турбоустановки К-300-240-2 з максимально можливим збереженням системи регенерації підігріву живильної води при підвищенні її енергоефективності майже на 14%. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2024-01-18 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/296881 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 26 No. 4 (2023); 6-16 Проблемы машиностроения; Том 26 № 4 (2023); 6-16 Проблеми машинобудування; Том 26 № 4 (2023); 6-16 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/296881/289877 https://journals.uran.ua/jme/article/view/296881/289878 Copyright (c) 2024 А. О. Костіков, О. Л. Шубенко, В. О. Тарасова, В. А. Яковлєв, А. О. Мазур http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |