3.4. Состояние паротурбинного оборудования в Украине

Энергетическое машиностроение, обеспечивающее развитие базисных секторов экономики, является стратегической отраслью, основной составляющей экономической безопасности и энергетической независимости государства. К 2007 году сложилась структура теплоэнергетики (ТЭС и АЭС) Украины, показанная в табл. 3.3.

Анализ состояния оборудования на тепловых электростанциях показывает, что значительная его часть на станциях органического топлива либо исчерпала ресурс службы, либо подходит к его исчерпанию (парковый ресурс энергетического оборудования нормирован на уровне 220 тыс.часов). Дальнейшая эксплуатация такого оборудования существенно снижает эффективность и надежность энергоснабжения потребителей. Техническое перевооружение и реконструкция действующих энергоустановок являются важнейшей задачей для любой страны мира.

В Украине в модернизации или замене нуждаются все 43 блока мощностью 200 МВт, подавляющее большинство из 42 блоков мощностью 300 МВт и все оборудование электростанций с блоками малой мощности.

Учитывая масштабность проблемы технического перевооружения производственной базы теплоэнергетики, в мире выполняют не только полное обновление энергетических установок на основе оборудования нового поколения, но и мероприятия по реконструкции и модернизации действующего энергетического оборудования с применением усовершенствованных элементов, деталей и узлов. Наиболее эффективным является техническое перевооружение с использованием современных технологий.

Принципы модернизации и замены элементов оборудования, исчерпавшего парковый ресурс. Значительный прогресс в области совершенствования проточных частей паровых турбин тепловых и атомных электростанций предопределил появление новых высокоэффективных методов модернизации действующего энергетического оборудования со значительным повышением их технико-экономических и эксплуатационных показателей. В ОАО «Турбоатом» были разработаны и реализованы проекты модернизации турбин типа К-220-44, работающих на АЭС Украины, России, Финляндии, Венгрии и Болгарии, а также турбин ТЭС типов К-160-130 и К-300-240 и проточной части низкого давления турбины К-200-130. Разработаны предложения по модернизации турбин АЭС типов К-500-65/3000, К-75065/3000 и К-1000-60/1500, а также К-500-23,5 и К-200-130, работающих на ТЭС.

Таблица 3.3. Структура тепловой и атомной энергетики Украины

При модернизации турбин в качестве исходных были приняты следующие основные принципы:

• возможность размещения модернизируемой турбины в габаритах существующего машинного зала;
• сохранение строительной части машинного зала, включая фундамент турбоагрегата;
• сохранение вспомогательного оборудования, пригодного для дальнейшей эксплуатации;
• использование прогрессивных технических решений, апробированных в эксплуатации;
• достижение технико-экономических показателей работы турбины, отвечающих современному мировому уровню;
• снижение затрат на эксплуатацию;
• увеличение межремонтного периода работы турбины;
• приведение пропускной способности турбины к фактической паровой производительности парогенерирующей установки.

При модернизации турбин К-220-44 мощностью 220 МВт первой модификации для работы на АЭС с параметрами свежего пара 4,31 МПа и 241°С с промежуточным перегревом пара в предложенном ОАО «Турбоатом» объеме было предусмотрено повышение мощности блока на 20 МВт при неизменной тепловой мощности реакторов, то есть без дополнительных затрат топлива. Основными мероприятиями модернизации явились:

• приведение пропускной способности турбины в соответствие с номинальной паропроизводительностью парогенерирующего оборудования путем реконструкции первой ступени цилиндра высокого давления (ЦВД), что исключает лишнее дросселирование свежего пара в регулирующих клапанах и повышает к.п.д. ЦВД;
• замена облопачивания цилиндра низкого давления (ЦНД) на новое с последней ступенью, имеющей рабочую лопатку длиной 1030 мм.

Успешно выполненная модернизация турбин типа К-220-44, а также результаты расчетных и экспериментальных исследований элементов проточных частей позволили ОАО «Турбоатом» разработать проекты модернизации турбоагрегатов типов К-160-130, К-200-130 ЛМЗ и К-300-240 энергоблоков, работающих на органическом топливе.

Модернизация турбины К-160-130 на параметры свежего пара 12,8 МПа, 540°С предусматривает замену совмещенного цилиндра высокого и среднего давления (ЦВСД), паровпускных органов частей высокого и среднего давления, а также замену цилиндра низкого давления на новые с существенно повышенными уровнями надежности, экономичности и маневренности. Модернизированная турбина получила маркировку К-175-12,8. ЦВСД турбины К-175-12,8 имеет принципиально новую конструкцию, разработанную на базе современных достижений в области создания проточных частей, статической и термической прочности. Подвод свежего пара после промперегрева к ЦВСД осуществляется в среднюю часть корпуса, что существенно уменьшило градиенты температур по длине корпуса при пусковых, стационарных и переменных режимах работы турбоагрегата, позволив эксплуатировать турбину в переменной части графика электрических нагрузок энергосистемы. В турбине используют новые высокоэкономичные проточные части высокого, среднего и низкого давления активного типа. Суммарное повышение мощности турбоустановки при расходе свежего пара 525 т/ч и при номинальных параметрах свежего пара составляет 11,2–17,0 МВт и зависит от технического состояния проточной части турбины до модернизации.

Проектом модернизации турбин типа К-200-130 производства ЛМЗ номинальной мощностью 200 МВт на параметры свежего пара 12,8 МПа и 540°С с промежуточным перегревом пара предусмотрена замена проточных частей ЦВД, ЦСД и ЦНД и органов парораспределения, а также внедрение электрогидравлической системы регулирования и шариковой очистки трубок конденсатора. Модернизация может выполняться поэтапно как с сохранением существующих корпусов и валов, так и с их заменой. В зависимости от объема модернизации повышение мощности турбоустановки составляет от 3 до 12 МВт. Первая модернизация турбины К-200-130 путем усовершенствования проточной части ЦНД была выполнена на Старобешевской ТЭС. Повышение мощности составило около 7 МВт. Учитывая значительное количество установленных в Украине энергоблоков мощностью 200 МВт, ОАО «Турбоатом» выполнило также проект турбины К-225-12,8, предназначенный для замены отслуживших свой срок турбин энергоблоков на Змиевской, Бурштынской и других ТЭС.

Для решения проблемы технического перевооружения действующих ТЭС Украины весьма важное место занимает задача повышения технического уровня турбин К-300-240 и К-300-240-2 на сверхкритические параметры пара. Для замены турбин К-300-240 на Приднепровской и других ТЭС, предназначенных для отпуска от турбины пара для нужд теплофикации в количестве, обеспечивающем тепловую нагрузку до 220 Гкал/ч (255 МВт), ОАО «Турбоатом» спроектировал турбину К-310-23,5-3, а для технического перевооружения энергоблоков с паровыми турбинами мощностью 300 МВт, но меньшей тепловой нагрузкой, – новую высокоэкономичную и надежную паровую турбину типа К-325-23,5. Основные характеристики указанных модернизованных турбин ОАО «Турбоатом» в сравнении с базовой турбиной К-300-240-2 приведены в табл. 3.4.

Весьма существенные различия между отдельными электростанциями по условиям водоохлаждения и теплопотребления обусловили и различие конструктивных схем модернизации турбин К-300-240 и К-300-240-2. Так, для электростанций с высокой среднегодовой температурой охлаждающей воды (более 22°С) или с существенной тепловой нагрузкой (до 255 МВт на одну турбину) оказалось целесообразным выполнять турбину с двухпоточным цилиндром низкого давления. Разработанная для этих условий турбина К-310-23,5-3 предусматривает замену всех трех цилиндров. В ЦВД паровпускная часть выполнена трехстенной (кроме наружного и внутреннего корпусов, имеются сопловые коробки), а число ступеней уменьшено с 11 до 9. ЦСД содержит только ступени среднего давления, имевшийся в нем ранее первый поток низкого давления исключен, а число ступеней уменьшено с 12 до 11. Часть низкого давления из трехпоточной стала двухпоточной, имеющей суммарную площадь выхлопов 16,38 м 2. Вся эта часть турбины размещается в одном ЦНД, ротор которого выполнен сварным с рабочей лопаткой последней ступени длиной 1030 мм. Все остальные ступени турбины также выполнены с учетом современных достижений турбостроения. Исходя из достижимой паропроизводительности котлов, работающих в энергоблоках мощностью 300 МВт, турбина К-310-23,5-3 спроектирована на пропуск 1000 т/ч пара. Ее электрическая мощность в гарантийных условиях превышает 320 МВт, допустимая теплофикационная нагрузка 255 МВт (220 Гкал/ч). При графике теплосети 150°С/70°С коэффициент недовыработки мощности оценивается в 0,188 (218 кВт·ч/Гкал). С 1991 г. до настоящего времени изготовлены 4 такие турбины, в том числе две для Приднепровской ГРЭС.

Таблица 3.4 Основные технико-экономические характеристики турбоустановок

Турбина К-325-23,5 спроектирована с 12-ступенчатым ЦВД, сварно-кованым ротором двухпоточного цилиндра низкого давления (2-й и 3-й потоки) и комбинированным ротором ЦСНД, в котором заодно с валом выполнено 11 дисков части среднего давления и 3 диска первых трех ступеней части низкого давления первого потока. Диски двух последних ступеней части низкого давления первого потока – насадные. Удельный расход теплоты брутто турбоустановкой К-325-23,5 составляет 7465 кДж/кВт·ч (1783,4 ккал/кВт·ч), что на 3,39% меньше, чем у турбоустановки К-300-240-2.

Первоочередное внимание при разработке проектов модернизации турбины К-300-240 было обращено на совершенствование тех элементов конструкции, с которыми были связаны затруднения в эксплуатации этих турбин. Особое внимание в теоретических и экспериментальных исследованиях по совершенствованию проточных частей турбины уделено последним ступеням, определяющим не только экономичность, но и надежность турбоустановок. Учитываются пространственный характер течения рабочего тела, переменность рабочего расхода, вызванная изменениями электрической нагрузки или давления в конденсаторе, а также разработанные на заводе технические решения по конструктивному оформлению элементов рабочей лопатки. Применяется система внутриканального влагоудаления. Созданные в ОАО «Турбоатом» с использованием этих методов последние ступени с длиной рабочих лопаток 1030 мм характеризуются высокой эксплуатационной надежностью и эрозионной стойкостью.

Одним из важных усовершенствований, не связанных с проточными частями цилиндров, является модернизация системы регулирования и защиты турбины, обеспечивающей автоматическое регулирование, защиту, дистанционное управление турбиной в пусковых, эксплуатационных и аварийных режимах. Система регулирования объединяет два контура: основной – электрогидравлический (ЭГСР) и резервный – гидравлический (ГСР). Каждый контур регулирования обеспечивает работу турбины в аварийных режимах в качестве одной из ступеней защиты.

Наряду с модернизацией турбинного оборудования энергоблоков 300 МВт, составляющих наиболее весомую часть теплоэнергетики Украины, в ОАО «Турбоатом» ведутся работы по модернизации турбин меньших мощностей. Кроме упоминавшихся выше турбин мощностью 200 и 160 МВт, спроектирована также турбина КТ-125-12,8, которая может быть установлена вместо турбины К-100-90 различных модификаций и способна существенно повысить эксплуатационные показатели соответствующих энергоустановок.

Выполнен проект турбоустановки ПТ-358.8, предназначенной для замены турбин ПТ-25-90. Ведутся работы по созданию турбин с регулируемыми отборами пара мощностью 60–100 МВт.

Решению проблемы энергосбережения Украины будет способствовать создание ОАО «Турбоатом» паровых турбин с регулируемыми производственными и теплофикационными отборами пара. К этому типу турбин следует отнести турбины ПТ-12-3,5/1,0; ПТ-20-2,9/1,0; ПТ-25-8,8/1,0; ПТ-35-2,9/0,8/0,12 и ПТ-35-8,8/1,0. Параметры свежего пара этих турбин составляют 2,8–8,8 МПа и 400–535°С, номинальная мощность 12–35 МВт, давление в регулируемых отборах 0,8– 1,2 и 0,7–0,25 МПа. Расходы и давление пара в отборах регулируются поворотными диафрагмами. Турбины предназначены для широкого диапазона эксплуатационных режимов (конденсационный, производственный, теплофикационный и режим одновременного отпуска пара на производственное и теплофикационное потребление). Паровая турбина типа ПТ-20-2,9/1,0 монтируется на Харьковской ТЭЦ-3. Изготовлена новая паровая турбина типа ПТ-35-2,9 для ТЭЦ «Запорожсталь».

Промышленная паровая турбина Р-2-1,3/06

Для малой энергетики разработаны также турбоустановки, предназначенные для использования в промышленных и коммунальных котельных и небольших ТЭЦ:

а) турбины с противодавлением мощностью 1–4 МВт (Р-1-1,3/0,6; Р-2-1,3/0,6; Р-4-1,3/0,6);

б) турбины с противодавлением мощностью 5–12 МВт (Р-5,2-2,2/0,3; Р-6-3,4/0,3; Р-12-3,4/0,3; Р-12-3,4/0,8).

Паровая турбина Р-6-3,4/0,

Для реконструкции турбинного оборудования сахарных заводов разработаны и освоены в производстве турбины номинальной мощности 5,2, 6,0 и 12 МВт на начальные параметры пара 2,2 МПа, 370°С и 3,4 МПа, 435°С с противодавлением 0,24–0,5 МПа. Турбины представляют собой высокоэкономичные одноцилиндровые многоступенчатые агрегаты, оснащенные вспомогательным оборудованием, а также современным электронным программно-техническим комплексом системы контроля, регулирования и защиты производства ГНПО «Коммунар», обеспечивающим оптимальные режимы эксплуатации, автоматический пуск, синхронизацию и останов. Первый турбоагрегат из этой серии установлен на ТЭЦ ОАО «Сахарный завод» в Харьковской области.

Другим перспективным направлением является создание паротурбинных установок для предприятий металлургической и химической промышленности, коммунального хозяйства. В частности, в акционерном обществе «Силур» («Харцизский сталепроволочно-канатный завод») Донецкой области введен в эксплуатацию и успешно эксплуатируется энергоблок мощностью 7,7 МВт с турбиной типа Р-7-3,4. На Львовском предприятии тепловых сетей ТЭЦ-1 установлена турбина аналогичной конструкции мощностью 10 МВт, пар из выхлопа которой используется в поставленной ОАО «Турбоатом» бойлерной установке, предназначенной для подогрева сетевой воды и отопления промышленных и коммунальных предприятий.

ОАО «Турбоатом» разработал также серию одноступенчатых турбин мощностью 1–4 МВт. Установка этих турбин на предприятиях позволяет, наряду со снабжением потребителей паром необходимых параметров, снизить их зависимость от централизованной энергосистемы.