Wdrożenie nowego stopnia turbiny na bloku nr 8 w Elektrowni Połaniec (patenty P , P ). Ocena efektów energetyczno ekonomicznych.

Transkrypt

1 Wdrożenie nowego stopnia turbiny na bloku nr 8 w Elektrowni Połaniec (patenty P , P ). Ocena efektów energetyczno ekonomicznych. Autorzy: Andrzej Gardzilewicz Andrzej Pałżewicz Mariusz Szymaniak Jerzy Głuch Justyna Żołna-Ślęzak Sprawdzający: Jerzy Świrydczuk Gdańsk maj 2009r.

2 Obliczenia porównawcze charakterystyk obiegu cieplnego wykonano dla następujących przypadków: dla korpusu NP bez zastosowania patentu w układzie łopatkowym, dla korpusu NP z zastosowaniem pierścienia będącego przedmiotem patentu i kierującego przepływ pary z nieszczelności do upustu przy uwzględnieniu wzrostu ciśnienia w upuście i przy zmianie sprawności ostatniego stopnia, które wynikają z eliminacji przecieku. Dla obiegu cieplnego bloku nr 8 o strukturze przyjęto następujące dane cieplnoprzepływowe, będące zmiennymi niezależnymi obliczeń: zakres produkowanej mocy elektrycznej: 120 MW, 170 MW i 220 MW, parametry pracy kotła: ciśnienie pary świeżej MPa, temperatura pary świeżej 534 o C, temperatura pary wtórnej 534 o C, parametry skraplacza: 3.0 kpa i 6.0 kpa, ciśnienie odgazowania: 0.60 MPa, Ciśnienie Temperat Moc Przepływ Rys 1. Schemat obiegu cieplnego bloku 200 MW w Elektrowni Połaniec

3 wtryski wody do przegrzewaczy kotłowych: pary świeżej 0.8 kg/s i pary wtórnej 0.8 kg/s, dodatkowo przyjęto na podstawie sprawozdań Energopomiaru sprawności grup stopni WP i SP, spiętrzenia temperatur i przechłodzenia skroplin wymienników WP i SP bez zmian przy zastosowaniu patentu. Przyjęto, że w obrębie upustu po zamontowaniu: - przyrost ciśnienia statycznego w komorze upustowej rośnie o 2.5 kpa. W zakresie mocy bloku MW, jak wykazały dodatkowe obliczenia testowe, ten przyrost ciśnienia jest praktycznie niezmienny; - sprawności ostatniego stopnia NP zwiększają się od 84.1 % do 85 % (bez uwzględnienia straty wylotowej). Zmiana przebiegu linii ekspansji w dwóch grupach stopni części NP została pokazana schematycznie na Rys. 2. I 0 η 1 η 2 I 1s η 2gsNP Rys. 2. Zmiana przebiegu linii ekspansji w 2-ch grupach stopni NP przy niezmiennej i zmienionej sprawności 2-giej grupy stopni NP. Wybrane wyniki obliczeń parametrów obiegu cieplnego turbiny bloku nr 8 w Elektrowni Połaniec dla przypadku bez zastosowania pierścienia i z zastosowaniem pierścienia wg patentu zamieszczono w tabelach 1 do 2. W tabeli 3 dokonano po-

4 równań zmiany mocy, jednostkowego zużycia ciepła i parametrów cieplnoprzepływowych w obszarze niskoprężnym obiegu, jako efektów wynikających z modernizacji. Dla lepszej orientacji czytelnika zmiany mocy i jednostkowego zużycia ciepła w obiegu po wprowadzeniu patentu do zmodernizowanej turbiny z wylotem ND-41 w funkcji mocy turbozespołu i ciśnienia w kondensatorze przedstawiono na Rys. 3 i 4.

5 Tabela 1. Wyniki obliczeń bloku i otoczenia kadłuba NP bez zastosowania patentu LP Str. Rzad Cisn. Moc Jedn.zuz. Str. Str. Cis. Tem. Tem. Tem. Przyr. Stopien Stopien pary mocy skrapl. bloku ciepla pary wody z. pary pary wody wody Tem.wody suchosci suchosci swiezej N q up1 do XN1 up1 up1 do XN1 za XN1 w XN1 w up.np za NP kg/s MW kpa MW kj/kwh kg/s kg/s kpa deg.c deg.c deg.c deg.c Tabela.2. Wyniki obliczeń bloku i otoczenia kadłuba NP przy zastosowanym patencie i dla założeń: 1. przyrost ciśnienia w upuście 2.5 kpa, 2. przy 1% wzroście sprawności ostatniego stopnia NP LP Str. Rzad Cisn. Moc Jedn.zuz. Str. Str. Cis. Tem. Tem. Tem. Przyr. Stopien Stopien pary mocy skrapl. bloku ciepla pary wody z. pary pary wody wody Tem.wody suchosci suchosci swiezej N q up1 do XN1 up1 up1 do XN1 za XN1 w XN1 w up.np za NP kg/s MW kpa MW kj/kwh kg/s kg/s kpa deg.c deg.c deg.c deg.c

6 Tabela 3. Wyniki obliczeń bloku i otoczenia kadłuba NP przy zastosowanym patencie i dla założeń: 1. przyrost ciśnienia w upuście 2.5 kpa, 2. przy 15-wym wzroście sprawności ostatniego stopnia NP LP Str. Rzad Cisn. Moc Del Jedn.zuz. Del Str. Del Str. Str. Del Str. Cis. Del Cis. Tem. Del Tem. Tem. Del Tem. Pary mocy skrapl. bloku N ciepla q pary pary wody z. wody z. pary up1 pary pary wody wody swiezej N q up1 up1 do XN1 do XN1 up1 up1 up1 up1 za XN1 za XN1 kg/s MW kpa MW MW kj/kwh kj/kwh kg/s kg/s kg/s kg/s kpa kpa deg.c deg.c deg.c deg.c % % % % % % %

7 Zmiany mocy bloku nr 8 po zastosowaniu patentu przyrost mocy bloku [kw] rząd mocy bloku [MW] pk=3kpa; ze zmianą sprawn. NP pk=6kpa; ze zmianą sprawn. NP Rys. 3 Przyrosty mocy przy zastosowania patentu i sprężeniu pary w upuście o 2.5 kpa. Zmiany jedn. zużycia ciepła bloku nr 8 po zastosowaniu patentu zmiana jedn. zuż. ciepła [kj/kwh] rząd mocy bloku [MW] pk=3kpa; ze zmianą sprawn. NP pk=6kpa; ze zmianą sprawn. NP Rys. 4 Zmniejszenie jednostkowego zużycia ciepła przy zastosowania patentu i sprężeniu pary w upuście o 2.5 kpa.

8 Z tabel i rysunków widać wyraźnie, że zastosowanie patentu P w turbinie winno przynieść zyski energetyczne. W zakresie obciążenia turbiny MW i ciśnienia w kondensatorze 3 6 kpa, można spodziewać się na bloku nr 8 obniżenia jednostkowego zużycia na poziomie kj/kwh, co jest równoważnie ze wzrostem mocy turbozespołu kw. Powyższe wartości są bezsporne; określone je w niniejszym opracowaniu ostrożnie na podstawie obliczeń opartych o własne pomiary sondowania, które szczegółowo zrealizowano jedynie dla przypadku przed wprowadzeniem pierścieni do części NP. Dokładniejsza weryfikacja spodziewanych efektów wymaga zatem w przyszłości realizacji podobnych pomiarów w obrębie kadłuba NP po modernizacji. Wzrost mocy sięgający 400 kw stanowi zaledwie 0.2% mocy turbozespołu; takich zmian nie można określić w rutynowych pomiarach gwarancyjnych. W chwili obecnej potwierdzeniem efektów zastosowania patentu może być jedynie pomiar temperatury na wylocie pierwszego wymiennika (lub pary na upuście). Ta temperatura przy tych samych warunkach pracy rośnie 3 o C. Zyski mocy z tego tytułu nie przekraczały 150 kw. Wzrost mocy wynikający z zastosowania patentu w turbinach 13K-225 można dosyć prosto przeliczyć na efekty ekonomiczne. Najlepiej określić je jako zyski ze sprzedaży energii elektrycznej, którą określa zależność: Z = E. c e k m [ zł/rok]; gdzie : E średnie zyski energetyczne turbozespołu w przeliczeniu rocznym [kwh]; c e cena sprzedaży 1kWh przez elektrownie [zł]; k m koszty modernizacji odniesione do jednego roku [zł], przy czym roczne zyski energetyczne turbozespołu określa równanie: E = N. T gdzie: N średni przyrost mocy turbozespołu [kw]; T roczny czas pracy turbozespołu [h].

9 Średni przyrost mocy turbozespołu N odczytać można bezpośrednio z Rys. 3 w funkcji obciążenia turbozespołu N śr. i ciśnienia w kondensatorze p k. Ocena średniej mocy turbozespołu i ciśnienia w kondensatorze wynika z danych bloku modernizowanego wg równania: N śr j J = j= N j T j j J = j= = 1 pk T T p kj T = 1, j gdzie w liczniku podano sumę iloczynów zmieniającej się mocy N i i ciśnienia p kj w określonym czasie pracy turbozespołu T j. Dla warunków eksploatacyjnych bloku nr 8, zdefiniowanym na podstawie przeprowadzonych w Elektrowni pomiarów można założyć, że: T =~5000h, N 265 kw; (dla N śr 180 kw ; p k 0.045bar) Cena =~0.2 zł/kwh ; K m = zł 1 ; K m = 5 Stąd zyski ekonomiczne dla Elektrowni wynoszą rocznie: Z = zł zł zł. Koszt modernizacji zwracają się zatem po 1.5 roku. Przy możliwym dociążeniu turbiny a także przy czasie pracy przekraczającym 7000h zyski będą większe na poziomie przekraczającym rocznie równowartość modernizacji. Dodatkowym zyskiem zastosowania pierścieni w układzie łopatkowym części NP turbiny 13K-225 jest ograniczenie zniszczeń erozyjnych czwartego ostatniego stopnia. Fakt ten wynika ze zmniejszenia ilości zawilgocenia w wierzchołkowej części łopatek wirnikowych trzeciego stopnia po modernizacji, jak to oceniono w Tabelach 1, 2. zł;

10 Widać wyraźnie, że zawilgocenie za trzecim stopniem dla mocy MW wynosi 1-2%, co jest równoważne zawartości wody w przepływie 1-2 kg/s. Jak wykazują osady na łopatkach wirnikowych trzeciego stopnia ta woda jest separowana siła odśrodkową ku wierzchołkowi. Tam zbierające się krople wody rozbryzgiwane są przeciekiem w szerokim obszarze czwartego stopnia i są powodem zwiększonej erozji krawędzi wlotowych łopatek wirnikowych także poza obszarem utwardzonym. Po zastosowaniu pierścieni te krople powinny być wyrzucone razem z przeciekiem bezpośrednio do upustu. Jest to niezwykle istotne gdyż są to krople grube sięgające dziesiątych części milimetra i stanowią o największym zagrożeniu w turbinie. W rzeczywistości ilość ta będzie większa, gdyż jak wykazują osady na łopatkach wirnikowych trzeciego stopnia, woda, razem z przeciekiem, jest dość intensywnie separowana siłą odśrodkową i kierowana bezpośrednio do komory upustowej na zewnątrz. Jest to niezwykle istotne, gdyż z obszaru wierzchołków łopatek usuwane są grube krople wody, które stanowią największe zagrożenie erozyjne w turbinie. Wyżej wymienionych efektów w chwili obecnej nie można określić bezpośrednio na podstawie pomiarów, czy szczegółowych obliczeń. Można je, jednakże, stosunkowo łatwo ocenić drogą pośrednią przez wizualizację powierzchni łopatek po kilku latach pracy, przez okna endoskopowe lub po otwarciu korpusów zewnętrznych części NP. Dla eliminacji subiektywnych ocen z takich obserwacji spółka Diagnostyka Maszyn zaproponowała realizację ilościowych porównań na podstawie wykonanych na podstawie odcisków powierzchni zerodowanych przed i po modernizacji. Takie odciski zostały pobrane z łopatek ostatniego stopnia turbozespołu nr 5 w Elektrowni Kozienice, gdzie zastosowano nowe rozwiązanie stopnia.

11 Zał.1

12

13

14

15