CONCEPT OF MODERNIZATION OF THE OF THE K-300 SERIES STEAM TURBINE FLOW PART FOR TRANSITION TO SUPERCRITICAL STEAM PARAMETERS
DOI:
https://doi.org/10.33042/2522-1809-2025-3-191-11-20Keywords:
turbine flow part, supercritical steam parameters, high-pressure cylinder, medium-pressure cylinder, spatial flow, calculation researchAbstract
The article shows a concept for the modernization of thermal power plant units in Ukraine, to operate with supercritical initial steam parameters, which will significantly increase the specific power and efficiency of steam turbines. As the example of modernization authors used the K-300 series steam turbine flow part, The paper presents a new flow part of the high-pressure cylinder (HPC) and the additional medium-pressure cylinder (AMPC), designed to operate with supercritical parameters. This approach allowed the existing medium and low-pressure cylinders to be left unchanged. The design and calculations of an axial turbine flow part are carried out according to the algorithm implemented in the IPMFlow software package using methods and models of various levels of complexity, from one-dimensional methods for selecting the main characteristics of the turbine stage, methods for analytical profiling of axial stages, to the methods for calculating three-dimensional viscous flows in the turbine flow parts. The main turbine parameters, such as pressure and temperature at the inlet to the HPC, temperature of the intermediate super-heat, temperature and mass flow rate at the outlet from the LPC, were selected. The turbine is designed to operate with initial parameters of fresh steam at a pressure of 30 MPa and a temperature of 650°C with intermediate steam superheating to 650°C. The results of gas-dynamic calculation of the developed HPC and AMPC flow parts are presented. The developed flow parts high efficiency has been confirmed: the efficiency of the HPC flow part is 94.3%, and of the AMPC is 95.1%. It was found that the turbine modernization using supercritical steam parameters allows to increase its power by 65.3 MW and increase the overall thermal efficiency of the plant by 5.9%. The above approach can be used for other turbines during the modernization and rehabilitation of coal-fired TPP units in Ukraine, in particular with a capacity of 200 MW.
References
Черноусенко, О. Ю. Вплив роботи енергоблоків ТЕС в маневреному режимі на надійність та аварійність енергетичного обладнання / О. Ю. Черноусенко, В. А. Пешко // Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. – Харків : НТУ «ХПІ», 2016. – № 8(1180). – С. 100–106. – ISSN 2078-774X. – https://doi.org/10.20998/2078-774X.2016.08.14.
Черноусенко, О. Ю. Оцінка залишкового ресурсу та подовження експлуатації парових турбін великої потужності (частина 3): монографія для науковців та докторів філософії за спеціальністю 144 «Теплоенергетика» / О. Ю. Черноусенко, Д. В. Риндюк, В. А. Пешко. – Київ: НТУУ «КПІ імені Ігоря Сікорського», 2020. – 297 с.
United Nations. Attacks on Ukraine’s energy infrastructure harm civilian population. United Nations Ukraine. Retrieved October 24, 2024, from https://ukraine.un.org/en/278992-attacks-ukraine%E2%80%99s-energy-infrastructure-harm-civilian-population.
Базєєв, Є. Т. Енергетика: історія, сьогодення та майбутнє. Розвиток теплоенергетики та гідроенергетики / Є. Т. Базєєв, Б. Д. Білека, Є. П. Васильєв, Г. Б. Варламов, І. А. Вольчин, Ю. Г. Дашкієв. –Київ: ТОВ "Редакція "Енергетика: історія, сьогодення та майбутнє", 2011. – 400 с.
Gonzalez-Salazar, M. A. Review of the operational flexibility and emissions of gas-and coal-fired power plants in a future with growing renewables / M.A. Gonzalez-Salazar, T. Kirsten, L. Prchlik // Renew. Sustain. Energy Rev. – 2018. – vol. 82.– P. 1497–1513.– https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.278.
Li, D. Study of supercritical power plant integration with high temperature thermal energy storage flexible operation./ D. Li, J. Wang // Journal of Energy Storage. – 2018.– vol. 20.– P. 140 – 152. – https://doi.org/10.1016/j.est.2018.09.008.
Nicol, K. Application and development prospects of double-reheat coal-fired power units / K. Nicol // IEA Clean Coal Centre report. – 2015. – CCC/255. – Р. 1–80.– ISBN 978-92-9029-577-
Tominaga, J. Steam turbine cycles and cycle design optimization: advanced ultra-supercritical thermal power plants and nuclear power plants / J. Tominaga // Advances in Steam Turbines for Modern Power Plants / ed. Tadashi Tanuma. – Chennai: Woodhead Publishing, 2017. – Р. 41–56. – https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100314-5.00003-8
Fan, H. China’s R&D of advanced ultra-supercritical coal-fired power generation for addressing climate change / H. Fan, Z. Zhang, J. Dong, W. Xu // Thermal Science and Engineering Progress. – 2018. – № 5. – P. 364–371. – https://doi.org/10.1016/j.tsep.2018.01.007.
Siemens Energy. "Utility Steam Turbines." Siemens Energy. Accessed October 24, 2024. https://www.siemens-energy.com/global/en/home/products-services/product/utility-steam-turbines.html#Technical-data-tab-7.
Русанов, А. В. Наукові проблеми створення турбомашин нового покоління з покращеними техніко-економічними показниками. / А. В. Русанов // Вісн. НАН України: Стенограма наукової доповіді на засіданні Президії НАН України 14 червня 2017 року. – 2017.– № 8.– С. 47–52. – https://doi.org/10.15407/visn2017.08.047.
Білан, А.В. Автоматизоване проектування лопаток парових турбін / О. В. Білан, В. Н. Білан // Компресорне та енергетичне машинобудування. - 2006. - №3 (5). – C. 66–68.
Бойко, О.В. Основи теорії оптимального проектування проточної частини осьових турбомашин / О. В. Бойко, Ю. Н. Говорущенко. – Харків, Вища школа, 1989. – 217 с.
Rusanov, R. Methods for designing of axial turbines for ORC cogeneration unit working with MDM / R. Rusanov, P. Klonowicz, A. Rusanov, P. Lampart, L. Jedrzejewski, L. Witanowski // Вісник НТУ «ХПІ». Серія: Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. – 2015.– № 15(1124). – P. 86–100. – https://doi.org/10.20998/2078-774X.2015.15.1
Menter, F. R. Two-equation eddy viscosity turbulence models for engineering applications / F. R. Menter // AIAA J. – 1994. – 32, № 11. – P. 1299–1310.
Rusanov, A.V. Modelling 3D steam turbine flow using thermodynamic properties of steam IAPWS-95 / A.V. Rusanov, P. Lampart, N.V. Pashchenko, R.A. Rusanov // Polish Maritime Research. – 2016.– vol. 23(1).– P. 61–67. – https://doi.org/10.1515/pomr-2016-0009
Rusanov, A.V. Modelling 3D steam turbine flow using thermodynamic properties of steam IAPWS-95 / A.V. Rusanov, P. Lampart, N.V. Pashchenko, R.A. Rusanov // Polish Maritime Research. – 2016.– vol. 23(1). – PP. 61–67. – https://doi.org/10.1515/pomr-2016-0009
Fischer, P.F. A commercial CFD application on a shared memory multiprocessor using MPI / P. F. Fischer, M. Venugopal // Parallel Computational Fluid Dynamics 1995 / ed. A. Ecer, J. Periaux, N. Satdfuka, S. Taylor.– North-Holland, 1996.– PP. 231–238.– https://doi.org/10.1016/B978-044482322-9/50083-9
Бахмутська, Ю. О. Дослідження термонапруженого стану вихідного патрубка циліндра високого тиску парової турбіни К-325-23,5/Ю. О. Бахмутська // Компресорне та енергетичне машинобудування. – 2013. – № 1(31). – С. 23–27.
Feng, W. Discussion and optimization of steam parameters of 1000 MW ultra-supercritical steam turbines / W. Feng // J Power Eng.– 2007.– Vol. 27. – PP. 305 – 331.
Русанов, А.В. Газодинамічний вдосконалення проточної частини циліндра високого тиску парової турбіни К-325-23,5 / О.В. Русанов, А.І.Косьянова, П.М. Сухоребрій, О.М. Хорев // Наука та інновації. - 2013. - № 9 (1). - C. 33-40. - https://doi.org/10.15407/scin9.03.033
Baietta, L. Design of an Axial Turbine for Highly Downsized Internal Combustion Engines / L. Baietta, M. Alshammari, A. Pesyridis, D. Gohil // Applied Sciences. –2020.– vol. 10(17), 5935.– 41 p.– https://doi.org/10.3390/app10175935.
Downloads
Published
Issue
Section
License
The authors who publish in this collection agree with the following terms:
• The authors reserve the right to authorship of their work and give the magazine the right to first publish this work under the terms of license CC BY-NC-ND 4.0 (with the Designation of Authorship - Non-Commercial - Without Derivatives 4.0 International), which allows others to freely distribute the published work with a mandatory reference to the authors of the original work and the first publication of the work in this magazine.
• Authors have the right to make independent extra-exclusive work agreements in the form in which they were published by this magazine (for example, posting work in an electronic repository of an institution or publishing as part of a monograph), provided that the link to the first publication of the work in this journal is maintained. .
• Journal policy allows and encourages the publication of manuscripts on the Internet (for example, in institutions' repositories or on personal websites), both before the publication of this manuscript and during its editorial work, as it contributes to the emergence of productive scientific discussion and positively affects the efficiency and dynamics of the citation of the published work (see The Effect of Open Access).
