В настоящее время в России работают 120 энергоблоков на сверхкритические параметры пара. Их мощность составляет примерно одну треть установленной мощности всех тепловых электростанций России. Все блоки имеют примерно одинаковые параметры пара: давление 25 МПа и температуру перегрева за котлом 545/545 ˚С (для повышения надёжности выходных элементов пароперегревательных поверхностей нагрева температуру первичного и вторично перегретого пара снизили по сравнению с первоначальной проектной 565 оС до 545 оС).
На девяти отечественных ТЭС работают 29 угольных энергоблоков проектной мощностью 250-330 МВт, 7 блоков имеют мощность 500 МВт и еще 2 блока – 800 МВт.
Средний КПД угольных энергоблоков мощностью 300 МВт составляет 32,9 %, 500 МВт – 35,9 %. Из-за низкой энергоэффективности и значительного физического износа в ближайшие годы потребуется модернизация этих блоков.
Благодаря усовершенствованию тепловой схемы, повышению параметров пара до оптимальных значений для этих блоков (давление 28-30 МПа, температура 585/585-600/620 оС), а также модернизации турбин и вспомогательного оборудования, КПД новых угольных блоков мощностью 660 МВт и более можно повысить до 45 % и улучшить их экологические показатели. Как показывает зарубежный опыт, КПД современных угольных энергоблоков мощностью 660 МВт и выше на суперкритические параметры пара может достигать 46 %. Очевидно, что на существующих ТЭС выводимые из эксплуатации энергоблоки мощностью 300 и 500 МВт следует замещать преимущественно угольными блоками мощностью 600-800 МВт на суперкритические параметры пара. При строительстве новых угольных ТЭС необходимо рассматривать возможность установки даже более мощных энергоблоков (800-1000 МВт) на такие же параметры пара.
В ОАО "ВТИ" в рамках технологической платформы "Экологически чистая тепловая энергетика высокой эффективности" совместно с другими заинтересованными организациями (ОАО "ЭМАльянс", ОАО "НПО ЦКТИ", ОАО "ЦНИИТМАШ" и ОАО "Силовые машины") ведутся работы по созданию и освоению головного отечественного энергоблока на суперкритические параметры пара. Расчётные технико-экономические показатели разрабатываемых котлов соответствуют мировым показателям.
Одним из условий повышения экономичности, надёжности и маневренности энергоблока является разработка такой гидравлической схемы пароводяного тракта котла, которая обеспечит разгрузку и пуски на скользящем давлении во всём тракте, а пусковой узел котла обеспечит при пусках надёжную работу поверхностей нагрева пароперегревательной части тракта и, впервые, автоматизацию пусковых режимов.
В ОАО "ВТИ" проведена разработка технических решений по гидравлической схеме парогенерирующих поверхностей нагрева котла блока 660 МВт на суперкритические параметры пара (30 МПа, 600/620 оС) для обеспечения надёжной эксплуатации как на номинальной нагрузке, так и при разгрузке и пусках на скользящем давлении во всём пароводяном тракте.
Проведена разработка технических решений по пусковому сепаратору этого котла нового типа с верхним выходом пара и сливным коллектором, обеспечивающего надёжность пароперегревательных поверхностей нагрева при пусках и впервые за счёт поддержания уровня воды в сливном коллекторе обеспечивается импульс для регулирования сброса воды из пускового сепаратора в растопочный сепаратор блока, что позволит автоматизировать пусковые режимы.
Разработанные технические решения требовали промышленной апробации.
Реализация технических решений по гидравлической схеме парогенерирующих поверхностей нагрева, обеспечивающих надёжную работу на номинальной нагрузке и при разгрузках и пусках на скользящем давлении, а также пускового сепаратора нового типа со сливным коллектором была осуществлена на вновь введённом в эксплуатацию котле П-50Р блока 330 МВт сверхкритических параметров, установленного на Каширской ГРЭС (рис. 1).
На котле П-50Р были реализованы новые технические решения по гидравлической схеме парогенерирующей части пароводяного тракта (рис. 2), обеспечивающие надёжную работу экранных поверхностей нагрева, что определяется вертикальной компоновкой панелей экранных поверхностей с подъёмным движением среды и выбором необходимых массовых скоростей, а также по пусковому узлу котла, в котором впервые в отечественном котлостроении применён полнопроходный пусковой сепаратор (ППС) с верхним выходом пара и так называемым сливным коллектором (СК) (рис. 3).
Для первого отечественного ППС с верхним выходом пара и сливным коллектором, установленного на котле П‑50Р, было проведено расчётное обоснование и разработаны конструктивные рекомендации.
Следует заметить, что отличие отечественного полнопроходного пускового сепаратора от зарубежных аналогов заключается в том, что в конструкции зарубежных полнопроходных сепараторов используются толстостенные сосуды, а в российском – относительно тонкостенные трубопроводные элементы, что способствует лучшим маневренным характеристикам отечественных котлоагрегатов и сокращает время их пусков.
Пуски на скользящем давлении во всём пароводяном тракте котла позволяют не только сократить время пусков энергоблока из различных тепловых состояний, упростить управление блоком за счёт отказа от воздействия на клапан перед пусковым узлом, с помощью которого при типовой технологии поддерживается сверхкритическое давление в экранных поверхностях при пусках, но и существенно повысить циклическую прочность толстостенных элементов парогенерирующей части тракта котла.
Применение ППС с верхним выходом пара и сливным коллектором обеспечивает предотвращение заброса влаги в пароперегревательные поверхности нагрева, что исключает возможность возникновения в них водяных "пробок", приводящих к опасным теплосменам в ходе пуска при применении типовых сепараторов, вызывающим повреждения труб этих поверхностей нагрева.
Массовые скорости в экранных панелях котла должны подбираться такими, чтобы обеспечивался не только надёжный температурный режим труб при номинальной нагрузке, но и пульсационная устойчивость и допустимые теплогидравлические разверки при пусках на номинальном и скользящем давлении.
Измерение уровня воды в сливном коллекторе сепаратора при пусках даёт импульс для регулирования сброса воды в растопочный сепаратор блока. Это, в свою очередь, впервые позволяет автоматизировать пусковые операции.
Положительные результаты, полученные в ходе проведения промышленных испытаний гидравлического и температурного режима экранов котла П-50Р блока 330 МВт, в том числе при пусках и разгрузках на скользящем давлении во всём пароводяном тракте, а также работы пускового сепаратора нового типа, дают основание считать, что аналогичные технические решения могут быть заложены в проекты новых котлов энергоблоков мощностью 660 МВт и выше на суперкритические параметры пара.
На основе разработки пылеугольного энергоблока на суперкритические параметры пара мощностью 660 МВт, выполненной по котлу ОАО "ВТИ", ОАО "ЭМАльянс", ОАО "НПО ЦКТИ" и ОАО "ЦНИИТМАШ", в 2010 году была подготовлена Федеральная Целевая Программа "Создание угольного энергоблока мощностью 660 МВт на суперкритические параметры пара".
Создание современного отечественного энергоблока с высокими экономическими и экологическими показателями обеспечит радикальное повышение эффективности снабжения электроэнергией и теплом национальной экономики и населения, что приведёт к увеличению ВВП страны.
Сейчас, на наш взгляд, наступило время восстановить положительную тенденцию по внедрению в электроэнергетику суперкритических параметров пара на мощных энергоблоках, что обеспечит инновационное развитие экономики и энергетическую безопасность страны.
