НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
"МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ"

Научный Центр "Износостойкость"

Технология повышения эффективности энергоблоков ТЭС на основе модификации функциональных поверхностей конденсаторов паровых турбин



Сущность проблемы. Основная часть электроэнергии, вырабатываемой в Российской Федерации, генерируется на паротурбинных установках, входящих в состав энергоблоков тепловых и атомных электростанций. Конденсация пара сопровождается значительным падением давления, при этом энергоэффективность паротурбинной установки определяется разностью давления пара на входе и на выходе из турбины. Режим пленочной конденсации по паровой стороне и накипеобразование по водяной стороне конденсатора в процессе эксплуатации приводят к существенному ухудшению теплообменных и гидравлических характеристик конденсатора, росту давления конденсации и «недовыработке» электрической мощности энергоблоков ТЭС. «Недовыработка» мощностей только на ТЭЦ, входящих в ОАО «Мосэнерго», вследствие «плохого» вакуума в конденсаторах турбоустановок превышает 1600 МВт (18% от установленной мощности). С учетом того, что в большинстве своем оборудование ТЭС в странах СНГ, в том числе и турбоустановки, выработали свой моральный и физический ресурс, а надеяться на скорую и массовую модернизацию в энергетике нет оснований, первоочередная задача - повысить ресурс и энергоэффективность уже эксплуатирующегося оборудования.

Решение. На основе результатов проведенных уникальных экспериментальных исследований разработана технология способы повышения эффективности энергоблоков ТЭС путем модификации функциональных поверхностей конденсаторов паровых турбин. Устранение «недовыработки» электрической мощности энергоблоками ТЭС применительно к основным типам конденсаторов паровых турбин обеспечивается путем использования поверхностно-активных веществ (ПАВ) за счет:

- перевода пленочной конденсации в капельную по паровой стороне;

- снижения гидравлического сопротивления трубопроводов оборотной системы охлаждения;

- удаления имеющихся и защите от образования новых термобарьерных отложений по водяной стороне.

 

Эффективность:

- устранение «недовыработки» электрической мощности энергоблоков ТЭС (ежегодная

экономия для блока мощностью 300 МВт около 190 млн.руб. в год);

- сроки окупаемости капиталовложений при внедрении технологии – не более 1,5 лет;

- рост коэффициента теплоотдачи при переводе с пленочной конденсации пара в капельную – в 8-11 раз, а коэффициента теплопередачи конденсатора – в 2-3 раза,

- повышение энергоэффективности систем охлаждения турбоустановок (для проектируемых блоков мощностью 300 МВт экономия составит около 480 млн.рублей);

- повышение экологической безопасности.

 

 

Назначение технологии:

·  перевод пленочной конденсации в капельную по паровой стороне;

  • снижение гидравлического сопротивления трубопроводов по водяной стороне;
  • повышение коррозионной стойкости функциональных поверхностей оборудования.

 

Физические основы и основные преимущества технологии:

  • наноразмерная модификация наружных и внутренних поверхностей трубок конденсатора с образованием гиброфобных пленок ПАВ;
  • совершенствование процесса производства электричества и тепла (повышение надежности и ресурса, снижение аварийности и издержек производства);
  • сопутствующий дополнительный эффект при инжекции водной эмульсии ПАВ в ЦНД турбины для поддержания пленки ПАВ по паровой стороне конденсатора – существенное снижение эрозионного износа рабочих лопаток паровых турбин (до 30%).

 

Области применения:

  • конденсаторы паротурбинных установок тепловых и атомных электростанций;
  • конденсаторы парокомпрессинных холодильных машин и теплонасосных установок.

 

Формы сотрудничества:

- анализ состояния «недовыработки» мощности и разработка программы мероприятий

применительно к типовому оборудованию заказчика;

- поставка оборудования и реагента в соответствии с разработанной программой;

- оказание услуг по варианту «под ключ»;

- продажа лицензии – передача Заказчику технологии с комплектом технической документации и обучением оперативного персонала.

 

 

 

Сквозное отверстие и отложения на внутренней поверхности трубок конденсатора турбоустановок энергоблоков ТЭС

 

 

Недовыработка мощностей ТЭЦ, входящих в ОАО «Мосэнерго», вследствие «плохого» вакуума в конденсаторах турбоустановок (суммарные потери от недовыработки составляют порядка 1600 МВт)

 

 

Структурная формула и расположение молекул ПАВ на металлической поверхности (частокол Ленгмюра)

 

 

Гидрофобность латунных трубок конденсатора (паровая сторона) после адсорбции молекул ПАВ на поверхность

 

Наноразмерная фрактограмма поверхности трубки конденсатора паровой турбины с упорядоченным расположением кластерных образований из адсорбированных молекул ПАВ (характерный размер 50 нм)

 

 

 

Модификация поверхностей трубок конденсаторов паровых турбин ТЭС по паровой и водной сторонам