АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС ИНСТИТУТЫ

 

Өнеркәсіптік жылуэнергетика кафедрасы

 

 

                  

                   БЕКІТЕМІН

                                              Оқу ісі жөніндегі проректор

                                                           __________________ Э. А. Серіков.

                                                          "______" ________________2005 ж.

 

 

 

ЖЫЛУЭНЕРГЕТИКАНЫҢ ТЕОРИЯЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ

Дәрістер конспектісі

(220000 -  Жылуэнергетика,110000- Техникалық физика,

360000- Автоматтандыру және басқару мамандығының студенттері және 050717 – Жылуэнергетика бағытының бакалаврлары үшін)

 

 

 

 

 

Келісілді:                                                      ӨЖЭ кафедрасы мәжілісінде қаралды

                                                                       және қуатталды __________________

ОМБ бастығы                           

_________________                                     №_____мәжіліс хат "____"____2005 ж.

"_____"______2005 ж.                   

                                                                      Кафедра меңгерушісі

Редакторы                                                    ________________ В. В. Стояк

_________________

"_____"______2005 ж.                                Стандарттау инженері                          

                                                                      _________________

                                                                      "____"_______2005 ж.

 

                                                                      Құрастырушы:

 

                                                           __________________ Э. А. Серіков.

                                                                      _______________С. К. Әбілдинова.

 

 

 

                                                           

Алматы 2005


          ҚҰРАСТЫРҒАНДАР: Э.А. Серіков, С.Қ.Әбілдинова.   

          Жылуэнергетиканың теориялық негіздері. Дәрістер конспектісі

          (220000 -  Жылуэнергетика,110000- Техникалық физика,

          360000- Автоматтандыру және басқару мамандығының студенттері және         

          050717 – Жылуэнергетика бағытының бакалаврлары үшін).-

          Алматы: АЭЖБИ, 2005. - 92 б.

 

 

 

 

 

 

 

 

           Дәрістер конспектісі жылуэнергетика бағытындағы  барлық мамандықтар бойынша сонымен қатар өндірістегі технологиялық процестерді автоматтандыру мамандығы бойынша даярланатын студенттерге  арналған

            Без.62, кесте.1, библиогр. -14 атау.

 

 

 

 

 

 

 

 

            Пікірші:  «Жылуэнергетикалық қондырғылары» кафедрасының доценті, В.Д.Огай.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

             Алматы энергетика және байланыс институтының 2004 ж. негізгі басылымдар жоспары бойынша басылады.

 

 

@ Алматы энергетика және байланыс институты, 2005 ж.


 Кіріспе

 

Қазіргі заманда күнделікті  өмірді электр энергиясыз елестету мүмкін емес.

Тіршілікте электр энергиясын өндіруге қатыстылардың барлығын электр энергетикасы немесе жай ғана энергетика деп атайды. Сонымен қатар осы екі түсініктің арасында үлкен айырмашылық бар: ел энергетикасы деп аталатын және құрамдық бөлігіне электр энергетикасы кіретін  энергетика үлкен және күрделі кешен болып табылады.

Ел энергетикасына  халық  шаруашылығының барлық отын энергетикалық жүйесі, сонымен  қатар  басқа энергия тасығыштар мен   отынды өндіру   және тасымалдау, пайдалану жүйелері, электрэнергиясы кіреді [1]. Жалпы  энергетика  отын өндіру өнеркәсібінен электрэнергетикасынан  және өнеркәсіптік энергетикадан құралады (1 сурет).

 Энергетиканың алғашқы екі құраушысын анық  елестетсек (ол құраушылардың қандай нысаналарда қолданылатыны жөнінде), ал өнеркәсіптік энергетика жөнінде  толық түсініктер  қалыптасуы  қиынырақ. Өнеркәсіптік энергетика  халық шаруашылығы салаларының энергетикасы  болып табылады. Халық шаруашылығына кіретін салалар және өндірістер арасында үлкен айырмашылықтар болғандықтан өнеркәсіптік энергетика ұғымының құрамын  жинақтау жеткілікті күрделі. Нақты өндіріс үшін өнеркәсіптік энергетика астарында өнеркәсіптік өндірістің энергетика шаруашылығын түсіну керек.

Энергетикалық бағыттағы әртүрлі мамандықтың қолдану аймағы болып жалпы ел энергетикасы және оның жеке салалары саналады.  Жылуэнергетика бағытындағы  мамандықтар  үшін  келесі қолдану салаларын іректеуге болады:   

- 110440 Ядролық реакторлар және энергетикалық қондырғылар – электрэнергетикалық өнеркәсіп;

-   220140 Жылу электр станциясы – электрэнергетикалық өнеркәсіп;

-  220240  Отын және су технологиясы – ел энергетикасын барлық үш жүйесі;

-  220440 Өнеркәсіптік жылуэнергетика - өнеркәсіптік энергетика және электрэнергетикалық өнеркәсіп;

          - 220540 Жылутехнологиялар энергетикасы - өнеркәсіптік энергетика және отын өнеркәсібі;

          -  220640 Шағын кәсіпорындар мен мекемелердің энергия қондырғылары мен энергия шаруашылығы - өнеркәсіптік энергетика;

          -  360240 Технологиялық процестер мен өндірістерді автоматтандыру – ел энергетикасының барлық үш шағын жүйесі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


      

 

    1 сурет.   Еліміздің отынды-энергетикалық жүйесінің құрылымы

 

Өнеркәсіптер мен тұрмыста төмендегідей әр алуан қайрат қорлары қолданылады: газ тәрізді, сұйық және қатты отын, жылу және электр энергиясы. Өнеркәсіпте сонымен қатар басқа да қайрат қорларын қолдануға болады: сығылған ауа, оттегі (техникалық), жасанды газдар.

          Қайрат қорларының қолдану деңгейін өнеркәсіптік өндірістер жайындағы  мәліметтер  айқындайды [2]. Өнеркәсіпте, қазанды – пештерде

 пайдаланылатын отын елімізде өндірілетін отынды - қайрат қорларының  2/3 бөлігін құрайды.  Өнеркәсіптік өндірістерде  өндірілетін электр энергияның 60% -ін, ал жылу энергияның 80% - ін пайдаланады. Тек 1 тонна  алюминийді өндіру үшін  әртүрлі қайрат қорлары шығындалады, оның  ішінде 7-9 тонна шартты отын жұмсалады.  8 млн тонна жылдық отынды құрайтын Қарағанды металлургия комбинаты (бұрынғы “Испат-Кармет”) энергетикалық  қайрат қорларының қолдану масштабын айқындайды. Органикалық отынды көп пайдаланатындардың  бірі  жылу электр стансалары, олар  қазандық отынның 25-30% -ін   пайдаланады.

          Электрэнергетикалық өнеркәсіптің  негізін құрайтын электр стансалар  энергетикалық қорларын пайдалану түріне қарай  төмендегідей жіктеледі:

-  су электр стансасы (СЭС) және сулық жинағыш  электр станса (СЖЭС) - өзен ағындарының  энергиясын пайдаланады;

- атом электр стансасы (АЭС) және атомды жылу электр орталығы (АЖЭО) – ауыр элементтерінің  атом энергияларын пайдаланады;

-  жылу электр стансалары (ЖЭС) – органикалық отындардың химиялық энергиясын пайдаланады.

Әлемде өндірілетін электр энергияның  70% - ын құрайтын  жылу электр стансаларының  ауқымы кең.

Органикалық отындарды пайдаланатын ЖЭС  төмендегідей жіктеледі:

а) жылулық қозғалтқыштар түрлері бойынша:

         1) бу турбиналы – БТЭС;

         2) газ турбиналы – ГТЭС;

         3) бугазды – БГЭС.

б)  жіберілетін энергия түріне  байланысты:

         1) мемлекеттік аудандық электр станса (МАЭС) деп те аталатын шықтағыш электр стансасы (ШЭС) – электр энергиясын ғана өндіреді;

         2) жылу электр орталығы (ЖЭО) – жылу және электр энергиясын өндіреді.

Сонымен қатар жылу энергиясы аудандық қазандарда (АҚ), жылумен қамтамасыз ететін атом стансаларында (ЖҚАС) және атомдық жылу орталықтарында (АЖО) да  өндіріледі.

 

 

 

 

 

 

 

         1- дәріс. Бу турбиналы электр станцияның түпкілікті жылулық сызбасы

 

ЖЭСтің түпкілікті ерекшеліктері  өндірілетін өнімдердің  әртүрлілігі  болып  табылады  да ол  жылулық сызбалардың айырмашылықтарын және жұмыстық дененің көрсеткіштерімен, қолданылатын қондырғылардың  арасындағы айырмашылықтарды анықтайды.  Тек электр  энергиясын өндіретін шықтатқыш электр стансаларда  К” (конденцациондық) типті турбиналар  орналастырылады. Жылу және электр энергиясын өндіретін жылу электр орталықтарындаР” (қарсы қысымды), ”ТжәнеПТ” (қосымша бу алу және конденсациясы бар) типті турбиналар орнатылады.

          Букүштілік қондырғының (БКҚ) жұмыс істеу қағидасына негізделіп,  бу турбиналы электр стансаға жататын болғандықтан  әртүрлі жылу электр стансаларының  жылуқозғалымдық  жұмыс істеу қағидасы өзгермейді. Ренкин айналымы бойынша жүмыс істейтін (аса қызған бумен) БКҚның принципиалды сызбасы 1.1-  суретінде көрсетілген [4].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


БӨбуөндіргіш, АҚаса қыздырғыш, ПТ – бу турбинасы, ЭӨэлектр өндіргіш, Ш – шықтатқыш,  ШС және ҚСшықтатқыш және қорек сорғылары, ҚҚқорек су құтысы

1.1 – сурет.  Бу қайратты құрылғының түпкілікті сызбасы

 

Шықтатқыштың БКҚдағы  орыны  ерекше. Жылуқозғалымның екінші заңы бойынша  айналу құбылысын жүзеге асыру үшін әртүрлі температурадағы  екі жылу көзі   болуы керек, олар: жылуқабылдағыш және жылубергіш. Жылу қабылдағыштың қызметін бу өндіргіш атқарады да ондағы жылу жұмыстық денеге  беріледі, ал  жылу бергіш  қызметін шықтатқыш атқарып ондағы

жұмыстық дене қоршаған ортаға жылуды береді (салқындатылған суға). Сондықтан шықтатқыш (немесе оның орнын басатын жүйе)  букүштілік қондырғының негізгі бөлігі болып саналады.

          Шықтатқыш турбинадан шығатын будың қысымын атмосфералық қысымнан төменгі қысымға дейін төмендетеді. Шықтатқыштағы терең вакуум  будың (жұмыстық дене) шықтануынан яғни оның  циркуляцияланған судан салқындатылуынан болады.  Шықтату құбылысы әсерінен  жұмыстық дененің көлемі азайып, шықтатқыштағы қысым төмендейді.   Шықтатқыштағы қысым қаныққан будың шықтану кезіндегі қысымына  тең, ал температурасы қаныққан будың  температурасынан төмен ( жылуқозғалымдық заңы бойынша: әрбір қысымға сәйкес өзінің қанығу температурасы болады және керісінше). Қаныққан бу мен шықтатқыштың температурасы салқындатқыш судың температурасына байланысты болып,10-12 градусқа жоғарылайды.

          Ренкин айналымы   бойынша жұмыс істейтін БКҚдағы құбылыстар келесі P-V , T- S , h -S   диаграммаларында  көрсетілген (1.2 - сурет).

 

 

 

 

 

 

 

 

 


1.2 сурет.  Диаграммадағы  Ренкин айналымы

 

1.2 суреттің  диаграммаларында:

          -        ЕО сызығы  қызған судың изобаралық құбылысын сипаттап, оның бу өндіргіш пен буды аса қыздырғыштағы қызуы мен булануын көрсетеді;

          -     ОК сызығы  турбинадағы   будың адиабатты (изоэнтропиялық) ұлғаюын көрсетеді;

                -     ׳КК' сызығы  турбина мен  шықтатқыштағы пайдаланған будың салқындауын  изобаралық құбылыста (және сонымен қатар изотермиялық) көрсетеді.

          -       ЕК' сызығы сорғыдағы судың қысымының жоғарылауын адиабатты құбылысын (сонымен қатар изохоралық құбылыста, өйткені сығылмайтын сұйық) көрсетеді.

Ренкин айналымы бойынша жұмыс істейтін БКҚ- ның жылулық үнемділігі термиялық пайдалы әсер  коэффициентімен (п.ә.к.) сипатталады. Ренкин айналымының п.ә.к.–і басқа да айналу құбылысынының п.ә.к. сияқты

келесі формуламен анықталады:

 

 

                              ,                        (1.1)

 

           мұнда    lцайналымның  пайдалы жұмысы;

                         q1,q2айналымға берілген және алынған жылу мөлшері.

           Бу өндіргіштегі жұмыстық денеге жылу Р0=const кезінде беріліп, Рк=const  кезінде алынады. Жылуқозғалымның бірінші заңы бойынша изобаралық құбылыс кезіндегі құбылысқа қатысатын жылу мөлшері бастапқы және соңғы қажырдың айырымына тең (1.2 суретіндегі h-S диаграммасы):

,                                     (1.2)

                                                   .                         (1.3)

           Егер сорғылардың жұмысын  ескерсек, онда 1.3 формуласы орындалады. Жылуқозғалымның бірінші заңы бойынша механикалық энергеия (жұмыс) жылу энергиясына ауысады:

 

                                                  .                                        (1.4)

            Оны (1.1)  формуласына қойып, келесіні аламыз :

                                  ,                 (1.5)

            мұндағы    – турбинадағы будың ұлғаю құбылысы кезіндегі теориялық (адиабаттық) жылу құламасы;

                                  -  бу өндіргіштегі жұмыстық денеге берілген жылу.

          (1.1 – 1.5) формулары жұмыс денесінің  өзгермейтін мөлшері бар  тұйықталған айналым үшін орындалады.

           Формулалар анализі БКҚ – ның жылулық үнемділігін  арттыру жолдарын анықтауға мүмкіндік береді:

           а) q2-нің тұрақтандырылған мәні кезінде берілген   q1 жылу мөлшерін арттыру;

           б)  q1-нің тұрақтандырылған мәні кезінде  алынған  q2  жылу мөлшерін азайту;

           в)   бір мезгілде  берілген жылу мөлшерін q1  жоғарылатып,   q2 алынған жылу мөлшерін төмендету.

Осы кезде  - нөлге тең бола алмайтындығын ескеру қажет, әйтпесе ол термодинамиканың II заңына қайшылық туғызады. Екі адиабатадан және екі изотермиядан тұратын Карно айналымында айналу құбылыстарының түрленуіне негізделген [5], айналу құбылыстарының карнотизация тәсілін  келесі анализді жеңілдету үшін пайдаланады.

 

    Бұл үшін нақты айналу құбылыстарында жылуды беру және алу құбылысының температурасын орташаландырылып, оларды изотермиялық құбылыспен ауыстырады (1.3 - сурет). Карно айналымы түрлендіргіш айналымы сияқты  сол энтропия аралығында жүзеге асырылады.

О

 

Е

 

К'

 

К

 

 

 

 

 

 

 

 


1.3- сурет.  Ренкин айналымының  Карно айналымына ауысуы

 

          Карно айналымының термиялық п.ә.к.-і  жылуды беру және алу температуралары бойынша анықталып, жұмыстық дененің қасиетіне  байланысты болмайды (Карно   теоремасы)

                                                  ,                                        (1.6)

 

          мұндағы      және   - карно айналымының Ренкин айналымына ауысу  цикліндегі энтропияның өзгеруіне берілген (алынған) жылудың  бөлінуіне тең жылудың берілуінің (алу) орташа температурасы.

           Карно айналымына ауысу әдісі  БКҚ айналымының п.ә.к.-і жылудың берілу температурасы  мен жылуды алу температурасы жоғарыланғанда өседі деп тұжырымдайды.

           Сондықтан  Ренкин айналымы бойынша жұмыс істейтін БКҚ-ның жылулық үнемділігінің артуы келесі жолдармен жүзеге асады:

        а)  Берілген жылу мөлшерінің өсуі  салдарынан:

                   1) аса  ысыған будың бастапқы қысымы мен температурасының жоғарылауы (берілген жылудың орташа температурасын арттырады);

                   2) будың аралық қызуы (турбинадағы будың  ұлғаю  аймағына қосымша  жылуды беру Qбер ), яғни көп сатылы жылуды беру  (1.4- сурет);

 

 

 

 

 

 

 

 


1.4 – сурет. Көп сатылы жылуды  беру сызбасы

 

 

 

         б)   Алынған жылу мөлшерінің  азаюы салдарынан:

1)                 шықтатқыштағы  қысымның төмендеуі ( заңы бойынша алынған жылудың  орташа температурасын төмендетеді);

2)                  бу өндіргіш  алдындағы қорек судың (жаңғырту) физикалық жылуын  көтеру, турбинадағы бу алымынан буды алу жолдары  арқылы және шықтатқыштан өтетін будың азайту арқылы жүзеге асады (1.5 - сурет).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


                 1.5 суретЖЭСтағы жылуды қайтару

 

          Жылуды  қайтару  (regeneration – қайтаруалпына келтіру) айналымның екі аймағы арасындағы  ішкі  жылуалмасу, ол "abcda" аудандарындағы  шықтатқыштың жылу шығынын төмендетеді (T-S диаграммасы жылулық диаграмма болып табылады, ондағы құбылыс сызығы астындағы аудан құбылысқа қатысатын жылу мөлшеріне тең) . Бу өндіргіштегі су  t5-тен  емес t7-ден  қызатын болғандықтан,  берілген жылудың орташа температурасы  бірқалыпты  жоғарылайды. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

           2 - дәріс.  ЖЭС –тің жылу үнемділігі мен жылулық балансы

 

           Жылу электр стансаларындағы нақты процесс жылу шығындарымен жүргізіледі [6-8]. Сол себептен  шығындалған жылу пайдаланған жылудан көп  болады. ЖЭС – та (жылудың қалыптасқан шығыны) шығындалған  жылу мөлшері  келесі формуламен  анықталады

      , кДж/сағ,                                     (2.1)

 , кВТ (кДж/сек),                                 (2.2)

           мұндағы    Вчас, Всек -  ЖЭС –тағы отынның сағаттық және секундтық      

                               шығыны,кг;

                                – отынның төменгі жану жылулығы, кДж/кг.

          КЭС- та пайдаланған  жылуға өндірілген электр энергиясы  Э,кВт-сағ(бір сағат немесе бір жыл бойғы) немесе турбинаның қуаты  Wэ, кВт жатады.

          Электр стансаның п.ә.к.-і пайдаланған жылудың  шығындалған жылу қатынасымен анықталады

                                                   ,                             (2.3)

                                              .                                (2.4)

           Электр стансаның  жылу шығынын  көрсететін жылулық сызбасы

2.1 -суретте көрсетілген.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


              2.1 – сурет.  Жылу шығындары көрсетілген ЖЭС-тің сызбасы

            

Келесі жылу шығындары ЖЭС-та негізгі болып саналады [8]:

                     -  - бу генераторындағы жылу шығындары (кететін газдармен, шлакпен, үрлеуші сумен және т.б.);

 

 

                         -  - буды, суды, шықты тасымалдау кезінде орын алатын жылу шығындары (сызбада аса қызған будың сызығында шартты түрде белгіленген);

                        -   - турбинадағы механикалық энергия шығыны;

                        -  - электр генераторындағы механикалық энергия шығындары;

                        -  -шықтағыштағы  салқындатушы сумен кететін жылу шығындары.

ЖЭС-тағы бірлік уақыт (сек, сағ) ішіндегі жалпы жылу шығындары:

 

                , кВт,                         (2.5)

 

                , кДж/ч,    (2.6)

 

        мұнда  3600- кВт-ты кДж/сағ –қа түрлендіретін коэффициент.

       Осы теңдеулер жылу электр станциясының жылулық баланс теңдеулері болып саналады. Бұл теңдеулерді басқа түрде де жазуға болады:

 

         а) , кВт,                                                  (2.7)

         мұнда  - турбина мен шықтағыштан құралған турбо қондырғыдағы жылу шығындары;

 

б) , кВт,                                                   (2.8)

 

           мұнда     - турбинаның ішкі электрлік қуаты.

          Жылулық баланс теңдеулерін станцияның жеке элементтері үшін де құрастыруға болады:

           а) тікелей электр энергиясын өндіруге жұмсалатын жылу шығыны, турбинаға (турбо қондырғыға) кететін жылу шығынын көрсетеді

 

             ;                                      (2.9)

 

            б) бу генераторында алынған аса қызған будың (бу қыздырғыштан кейін) жылуы, сол бу генераторында жұмсалған жылу шығынын көрсетеді

 

                                           .                                   (2.10)

 

Станцияның өз басының жылу шығынын бу генераторының жылулық жүктемесі арқылы көрсетуге болады

 

.                                                   (2.11)

 

         Осы жерде, ЖЭС-тің абсолюттік жылу шығыны әртүрлі электр станцияларының жұмысын салыстыруға мүмкіндік бермейтінін атап өтуге болады, себебі олардың бір-бірінен айырмашылығы электрлік қуатында. Сондықтан электр станцияларының жұмысын талдау үшін және оларды бір-бірімен салыстыру үшін, өндірілген бірлік электр энергиясына  немесе орнатылған қуатына қатысты алынатын, меншікті жылу шығыны қолданылады

 

, кДж/кВт,        (2.12)

 

           мұнда   - турбинадағы механикалық энергияның меншікті шығындары (генераторда ол - болады);

                     - шықтатқыштағы меншікті жылу шығындары

(жылуды тасымалдау кезінде және бу генераторында болатын жылу шығындары осыған ұқсас анықталады).

 

          ЖЭС-тің жылу балансын станцияның п.ә.к.-імен байланыстыруға болады (егер электрлік қуаты мен жылу шығындары бірдей өлшем бірліктерімен өлшенсе, мысалы киловатпен)

 

      ,                                        (2.13)

 

          мұнда  - пайызбен немесе бірдің үлестері арқылы көрсетілген турбинадағы механикалық энергия шығындары.

         Өлшемсіз түрдегі жылулық баланс теңдеуі энергияның нормативтік шығындары ( анықтамалық әдебиетте беріледі) арқылы станцияның п.ә.к.-ін бағалауға мүмкіндік береді

 

                                           , %.                         (2.14)

 

         ЖЭС-тің п.ә.к.-інің формуласын әрі қарай талдаулар жүргізуге ыңғайлы түрге келтіруге болады

,        (2.15)

 

          мұнда          - турбина құрылғысының жылу        

                                шығыны;

                                - бу генераторының жылу жүктемесі .

            Теңдеудің оң жақ бөлігіндегі бірінші көбейткіш турбиналық қондырғының абсолюттік электрлік п.ә.к.-ін көрсетеді [9]

 

                                       .                                                      (2.16)

 

             Басқа көбейткіштер әрине, жылуды тасымалдау және бу генераторының п.ә.к.-іне сәйкес келеді

 

                    ≈ 0,97-0,99,                        (2.17)

                    ≈ 0,86-0,94.                                           (2.18)

 

             Осы айтылған жағдайларды ескерсек, ЖЭС-тің п.ә.к.-і үш түрлі п.ә.к.-тің көбейтіндісіне тең болады

 

,                                 (2.19)

 

олар бір-бірінен алдымен электрлік қуаты  бойынша ажыратылады. Сондықтан электр станцияларының жұмысын талдау  және  оларды бір-бірімен салыстыру үшін, өндірілген бірлік электр энергиясына  немесе орнатылған қуатына қатысты алынатын, меншікті жылу шығыны қолданылады

 «Сорғылар және жылу қозғалтқыштары» және  «Бу турбиналары» [6,9] курстарынан, турбинаның электрлік п.ә.к.-і келесі формуламен анықталады

 

                               ,                                  (2.20)

 

          мұнда     -  турбинаның салыстырмалы ішкі п.ә.к.-і, ол турбинада будың көлемінің келісімді ұлғаю процесін сипаттайды;

                       - турбина мен электр генераторының механикалық п.ә.к.-і.

           Турбинаның электрлік п.ә.к.-і шықтатқыштағы негізгі жылу шығындарын ескереді, олар ЖЭС-ке жұмсалған жылудың 45-50% -ын құрайды. Бұл шығындар Ренкин циклінің термиялық п.ә.к.-інде ескеріледі

 

                                                   .                                 (2.21)

Турбинадағы будың көлемі ұлғайғанда, нақты процесте бір қатар энергия шығындары орын алады  (бу турбина қалақшаларының қабырғасына соғылғанда, саңылаулар арқылы бу ағып кеткенде, буды жеке-жеке енгізгенде желдетуге және шығаруға шығындалады). Бұл шығындар қайтымсыз және энергияның диссипациясына (энтальпияның жоғарылауына әкеледі және энтропияның өсуіне ұласады. Сондықтан турбинадағы нақты процесс теориялықтан өзгеше, яғни адиабаталықтан (2.2 - сурет ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 


          2.2  - сурет. Турбинада бу көлемінің ұлғаюының нақты процесі

 

          Суреттен турбинада реал (нақты) жылу құламасының , теориялық  (адиабаттық)  жылу құламасынан кіші екендігін көреміз

 

                        ≈ 0,86 – 0,88.                                   (2.22)

 

      Турбинаның механикалық п.ә.к.-і оның иіні мен подшипниктеріндегі энергия шығындарын ескереді:

 

                           ≈ 0,99.                                     (2.23)

 

       Электрлік генератордың п.ә.к.-і, энергияның электрлік және механикалық шығындарын ескереді және тең болады

 

≈ 0,99,                                          (2.24)

 

          мұнда    - турбинаның тиімді қуаты (муфтадағы).

 

Сонымен, ЖЭС-тің (37-41,55 % -ке жететін ) жылулық тиімділігі қазіргі электр станциялары үшін тең болады

 

                         .                                    (2.25)

 

          ЖЭС –тің пайдалы әсер коэффициентінің формуласы, оған кіретін  және шықтатқыштағы жылу шығындарын ескеретін, -ның ең маңызды екендігін көрсетеді.  Басқа құраушылар -дан едәуір аз (бірге жуық). Сондықтан ЖЭС-тің п.ә.к.-ін жоғарылату үшін, алдымен шықтатқыштағы жылу шығындарының барлығын азайту керек, яғни турбинадағы будың бір бөлігін жылуды жаңғырту үшін алып отыру керек ( бу генераторының алдында қоректі суды алдын ала қыздыру үшін) немесе жылуландыру үшін әкету қажет (сыртқы қолданушыларды жылумен жабдықтау үшін). Осы айтылған амалдар шықтатқыш арқылы өтетін бу мөлшерін азайтады және шықтатқышты салқындататын судың өзімен бірге қоршаған ортаға алып кететін жылу шығындарын азайтады. Бірақ әрқашан, буды жылуландыру мақсатымен турбинадан алған кезде, оның параметрлері қолданушының талабына сәйкес болуын ескерген жөн. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

              

 

 

 

                 3 – дәріс. Бу параметрлерінің жылу электр станциясының жылу    

            тиімділігіне ықпалы. Буды аралық бу қыздырғышта қыздыру

 

           Энергетикалық өнеркәсіптің дамуы будың алғашқы параметрлерін үздіксіз арттыру және оның соңғы қысымын төмендету арқылы жүзеге асады, себебі сол кезде ғана ЖЭС-тің п.ә.к-ті жоғарылап, жағылатын отын шығынының азаюына жол береді. Бірақ п.ә.к.-ін жоғарылатудың осындай әрбір жолының өзіне тән кемшіліктері бар, сондықтан оларды қолдану мүмкіндігі шектелінеді. Сонымен қатар әрбір жолды қолдануға тек қана техникалық  шектелімдерден басқа экономикалық тосқауылдар да қойылады.

          Энергетикада жұмыс денесінің шекті немесе оптимал праметрлерін іріктеу оған жіберілген капиталдық қаржыларды салыстыру арқылы іске асады.

          Будың оптимал(тиімді) параметрлерін іріктеу минимал есептелген (келтірілген) шығындар арқылы іске асады:

                                   (3.1)

немесе

,                                  (3.2)

           мұндағы К – капиталдық қаржылар ( қондырғылардың құны, құрылысқа     

                                  және орнатуға кеткен қаржылар);

  капиталдық қаржылардың нормаланған ақталу мерзімі, ол өнімнің өзіндік құнының азаюы арқылы жұмсалған капиталдық қаржыларды кері қайтаратын уақыт аралығын көрсетеді (энергетика үшін – 8 жыл);

                           – салыстырмалы экономикалық тиімділіктің                       

                                   нормаланған коэффициенті (энергетикада ол 0,12-ге тең);

                   И    жыл бойлық пайдалану шығындары, ол отынға Вт ,суға,        қызметшілердің айлығына, жөндеуге жұмсалатын және капиталдық қаржыларды қайтаруға кететін шығындар.

                     Экономикалық тиімді (оптималды)  болып минимал есептелген шығындары бар бу параметрлері варианты саналады. Бұл кезде капиталдық қаржыларды қайтарудың нақты мерзімі, оның нормаланған мерзімі -нен асып кетсе, вариантты қарастырудың тіптен қажеті де жоқ.

                    Жылу электр станциясының оптимал параметрлерін іріктеу және оның п.ә.к.-ін арттыру жолын іздеу кезінде мәселені шешудің тиімді және тиімсіз жолдарын бағалап, техника-экономикалық есептеулер жүргізу қажет. Осы тұрғыдан бу парметрлерінің, ЖЭС-тің пайдалы әсер коэффициентіне ықпалын қарастырайық.

 

3.1 Турбинада жұмыс атқарған будың қысымы

 

Турбинадағы будың соңғы қысымы бу қайратты құрылғының тиімділігіне едәуір ықпалын тигізеді.

          Бұрын айтылғандай, турбинадан шығатын будың қысымы оның конденсаторда айналмалы суық судың әсерінен салқындау барысында конденсациялануы кезіндегі қаныққан будың қысымына тең (сурет 3.1 а, б). Конденсатордағы будың қысымы, қаныққан будың температурасы неғұрлым төмен болса, соғұрлым төмендейді (термодинамикалық заңға сәйкес: әрбір қысымға тән өзінің қанығу температурасы болады және керісінше).

а)                                                                 б)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 3.1 – сурет. Будың соңғы қысымының -ға ықпалы (а) және будың қанығу температурасының қысымға тәуелділігі (б)

3.1-а  суретке сәйкес жылуды әкету температурасы (осы циклды Карно циклына жақындату әдісі бойынша) соңғы қысым төмендеген сайын азаяды, яғни Карно циклына жақындаған қарастырып отырған циклдың термиялық п.ә.к-і жоғарылауы тиіс. Толығымен, егер будың алғашқы қысымы  МПа болғанда,  соңғы қысымның мәні 0.1 МПа –дан 0,003 МПа-ға дейін төмендесе, термиялық п.ә.к.-і  25% -ке артады немесе ол соңғы температура  -ның,  әрбір 10°С-қа төмендеуі,  п.ә.к.-інің  3,5% -ға өсуіне әкеп соғады деген сөз.

          Қазіргі заманда қызмет атқарушы ЖЭС-тарда будың соңғы қысымы  МПа аралығында болады, және -ның нақты пайдаланымды мәні оны салқындатушы (айналмалы) судың температурасымен анықталады.

Салқындатушы судың температурасының өзі қаныққан бу мен конденсаттың температурасына тәуелді екені белгілі және әр уақытта оның мәнінен 10-12 градусқа кем болады. Конденсаторда, салқындатушы су температурасы  тұрақты болғанда, терең вакуумға жету үшін  айналмалы салқын судың мөлшерін көбейту қажет ( қаныққан бу температурасы мен салқындатушы су температурасының  айырмасы -ның, яғни -ның төмендеуіне әкеп соғады). Бұл әрине айналмалы су сорғыларының жұмысына қажетті Эсн   электр энергиясының шығынын көбейтеді және олардың өзіндік қуатын (Кнц) арттырады.

Есептеулер көрсеткендей, соңғы қысым -ның, 0,002 Мпа-ға дейін төмендеуі, салқындатушы суды конденсаторға беретін, айналмалы су сорғыларының электр шығындарының, пайдалы әсер коэффициентін көтеру кезінде қосымша алынатын, электр энергиясы мәнінен артып кететіні белгілі болды.

 Нақты жағдайларда, турбинадағы будың  соңғы қысымын азайту басқа да көптеген жағымсыз нәтижелерге әкеп соғатынын ескерген жөн.

ЖЭС-тің п.ә.к-ті  тек қана термиялық п.ә.к.-ке тәуелді ғана емес, сондай-ақ салыстырмалы ішкі п.ә.к.-ке   де тәуелді (- п.ә.к-нің басқа құраушыларының  - соңғы қысымға ықпалын ескермесе де болады). және -ның -ға тәуелділігі бір мағынасыз, сондықтан соңғы қысымның ЖЭС- тің п.ә.к.-і -ға ықпалын зерттеу үшін турбинаның абсолюттік ішкі п.ә.к.-ін қолданған дұрыс

.                                              (3.3)

 азайғанда турбинаның соңғы сатыларында будың меншікті көлемі ұлғаяды, соның салдарынан турбинадан бу шығатын тесіктердің санын  - ді көбейту қажет болады. Ол турбинаның құрылымын күрделендіреді және оның құнының жоғарылауына (капиталдық қаржылардың өсуіне) әкеп соғады.   төмендеуі будың ұлғаюын сипаттайтын шамаларға кері ықпалын тигізеді:

      - қолданылған будың ылғалдығы артады, ол үйкеліске жұмсалатын энергия шығыны -ты көбейтеді;

      - будың меншікті көлемінің ұлғаюы салдарынан, шығу жылдамдығымен бірге болатын энергия шығындары  көбееді  (бу шығатын түтіктердің көлденең қимасы тұрақты болған жағдайда). Жоғарыда көрсетілген себептер турбинаның соңғы сатыларының - ін төмендетеді. Бірақ жалпы жағдайда


 

 


3.2 – сурет. Қысымның ЖЭС техника-экономикалық көрсеткіштеріне ықпалы

 

 

 

абсолюттік ішкі    және, яғни,  жоғарылайды себебі  -ның төмендеуі,  -ның жоғарылауынан аз болады. -ға әсер ететін соңғы қысымның оптималдық мәнін таңдаудың күрделілігін келесі диаграммадан көруге болады (3.2 - сурет). 

          

3.2 Аса қызған будың алғашқы параметрлері

Аса қызған бу параметрлерінің ЖЭС-тің жылулық тиімділігіне тигізетін ықпалын қарастыру өте күрделі мәселе.

                              

3.2.1 Аса қызған будың бастапқы температурасы

 

         Карно циклындағы құрғақ қаныққан будан, Ренкин циклындағы аса қызған буға көшуді, алғашқы 1-2-3-4-5 циклды, будың аса қызуымен байланысты  қосымша цикл 1-6-7-2 мен толықтыру ретінде қарастыруға болады  (3.3 - сурет).

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 3.3 – сурет.  Т-S диаграммасындағы Ренкин циклы

 

          Күрделі циклдің (Ренкин циклы) п.ә.к.-ін келесі формуламен анықтауға болады

,                                  (3.4)

            мұндағы  – негізгі  1-2-3-4-5 циклдағы жұмыс және оған берілген 

                                          жылу;

            – қосымша 1-6-7-2 циклда жасалған жұмыс және оған  

                         берілген жылу.

Қосымша циклдың энергетикалық коэффициентін  арқылы белгілесек, келесі формула шығады:

,                                        (3.5)

          мұндағы  – негізгі циклдың п.ә.к.-і;

                   – қосымша циклдың п.ә.к.-і.

          3,5  формуласын талдау, Ренкин циклының термиялық п.ә.к.-і шамасына тәуелді екенін және  болғанда ұлғаятынын көрсетеді. Бұл жағдай бу аса қызған мезетте орын алады (). Физикалық тұрғыдан оны былай түсіндіруге болады: берілетін жылудың Qo шамасы, алынатын жылудың  Qк  шамасының көбеюіне қарағанда тез өседі.

- өскен сайын салыстырмалы ішкі п.ә.к.-і бірге өседі, себебі ұлғаяды (саңылаулар арқылы кері өтетін булардың мөлшері азаяды), қолданылған будың соңғы ылғалдығы    болғанда төмендейді (үйкеліске жұмсалатын энергия шығындары азаяды). - температурасын өсірудің шекті мәні бу қыздырғыштар үшін қолданылатын металдың беріктік және технологиялық қасиеттерімен анықталады. Металдың ыстыққа төзімді температурасымен анықталатын  аса қызған будың шекті температурасы: (I –ші топтың) көміртекті болаттары үшін -440°С, (II –ші перлиттік топтың) – легірленген болаттары үшін 570°С, аустениттік (III-ші топтың) болаттары үшін – 570÷625°С. Бірақ болаттың бір тобынан екінші тобына ауысқанда, одан жасалатын бу қыздырғыштың бағасы да қымбаттайды: мысалы I-ші топтан II-шіге өткенде баға 2-4 есе өседі, ал I-шіден III-шіге өткенде 15-16 есе өседі.

         ЖЭС-тің п.ә.к.-ін арттырудың осы қарастырған тәсілінің кемшілігіне мыналар жатады:

          - материалдар мен жалпы станцияның құнының жоғарылауы;

          - құбырдың диаметрі үлкеюі салдарынан бу қыздырғыштың бойындағы металл шығынының (капиталдық қаржылардың) көбеюі (кері жағдайда құбырдағы будың жылдамдығы өседі, оның салдарынан   құбырлар жүйесінің гидравликалық кедергісі ұлғаяды). Нақты жағдайда, °С. Сонымен техника-экономикалық көрсеткіштер бойынша, -ны будың алғашқы температурасын өсіру арқылы көтеруге практикада мүмкіндік жоқ.

 

          3.2.2 Аса қызған будың алғашқы қысымы

 

Будың алғашқы қысымын  көтеру, алғашқы температурасын  көтеру сияқты п.ә.к-тің жоғарылауына ықпалын тигізеді, себебі бұл кезде циклға белілетін жылудың орташа температурасы  жоғарылайды (3.4 - сурет).


 


                3.4 – сурет. Алғашқы қысымның Ренкин циклінің п.ә.к.-іне ықпалы

 

Суреттен алғашқы қысым () жоғарылағанда, жұмсалатын жылу Но шамасы артады да, оның салдарынан ЖЭС-тің п.ә.к.-і жоғарылайды. Бірақ бұл жоғарылау, Ро изобараларының жоғарғы шекаралық қисыққа   жақындаған кезінде біраз баяулайды. Сонымен қатар турбинаның соңғы сатыларында будың ақтық ылғалдығы көбейіп, турбинаның үйкеліске шығындалатын энергиясын молайтады және оның күрекшелері эрозияға ұшырайды. Турбина бір қалыпты жұмыс жасауы үшін жеткілікті ылғалдық мөлшері 12-13 %-ті құрайды және ол алғашқы қысымды өсіру арқылы ЖЭС-тің п.ә.к.-ін арттыру мүмкіндігін кемітеді.

Будың алғашқы температурасы мен алғашқы қысымы өссе, керісінше оның соңғы ылғалдығы артады. Осыған байланысты Рк- ның берілген мәнінде -кез келген мәндері үшін -дің арнайы ең жоғары шекті мәні болады, осы мәннен қысымды жоғарылату будың соңғы ылғалдығымен шектеледі. Рк- ның берілген мәнінде, қолданылған будың шектелген ылғалдығына  (1–х=13%) сәйкес мен -дің бір мезеттегі қос мәндері, олардың ұйқас мәндері деп аталады (3.1 кесте, 3.5 - сурет).

 

 


                                                                                  3.1- кесте

 

t0 ,0С

600

570

515

P0,бар

200

180

120

 

t0 ,0С

480

450

410

P0,бар

90

70

50

    

3.5 – сурет.   болғандағы будың ұйқас парметрлері

 

- өскен сайын будың тығыздығы артады, осы себептен турбинаның алғашқы сатыларының салыстырмалы ішкі п.ә.к.-і азаяды (саңылаулар арқылы шығып кететін бу ағындары көбеяді). Энергия шығындары келесі себептен де көбеюі мүмкін. Жоғары қысымдарда турбинаға буды жекелеп енгізеді (сондықтан әрбір сатыны вентильдеуге және буды сатыдан алып шығуға энергия шығындалады). Сонымен   -ның -ге тәуелділігі өте күрделі.

          Алғашқы қысым- дің ЖЭС-тің пайдалы әсер коэффициентіне жалпы ықпалын абсоюттік ішкі п.ә.к.-тің көмегімен  бағалауға болады (3.3 - формула).

Отын мен жылу шығындарын үнемдеу үшін термиялық п.ә.к.-тің өсуі, ішкі салыстырмалы  п.ә.к.-тің кемуінен тезірек жүруі қажет.

 

          3.3 ЖЭС-те буды аралық қыздырғышта аса қыздыру

 

          Қазіргі заманғы ЖЭС-де будың алғашқы температурасы °С, ол  бар  ұйқас қысымға сәйкес келеді. Осы ұйқас қысымнан жоғары қысымдарда қолданылған будың шекті ылғалдығы болуы үшін, буды аралық бу қыздырғышта қыздыру қажет (1.4 - сурет).

           Бу қайратты құрылғының аралық бу қыздырғышта буды аса қыздыруды қажет ететін циклі 3.6 –шы суретте көрсетілген.         

 

 


Аралық бу қыздыруы бар циклді жұмысы , жылу мөлшері-ге тең негізгі Ренкин циклінен және жұмысы  -мен жылу мөлшері-ға тең қосыша а-в-с-с' –циклінен тұрады деп елестетуге болады.

 

         

          3.6 – сурет. Аралық бу қыздырғышы бар БҚҚ- ның циклі

 

Аралық бу қыздыруы бар циклдің п.ә.к.-і тең болады

.                               (3.6)

 и , теңдіктерін ескерсек

.                  (3.7)

3.7 формуласы  -ның негізгі және қосымша циклдердің п.ә.к.- нің өзара қатынасына тәуелді екенін көрсетеді, әсіресе циклдің жылулық тиімділігі    болғанда артатынын көреміз. Бұл аралық қыздыру кезінде будың параметрлері дұрыс іріктелген жағдайда орын алады (3.7 - сурет).   - ның төмен мәндерінде (суретте ) қосымша циклге берілетін жылудың  орташа температурасы  ,  негізгі циклға  берілетін жылудың орташа температурасы   -дан төмен болады, да соның салдарынан  .  Шектік жағдайда , қосымша циклдің п.ә.к.-ті нолге тең болады. (берілген қосымша жылу конденсаторда жоғалып кетеді), . Аралық қыздырудың қысымы  өскен сайын берілетін жылудың орташа температурасы  -сы да өседі және қосымша циклдың п.ә.к.-і артады және қысымның  бір белгілі мәнінде ол негізгі циклдың п.ә.к.- мен теңеседі.

 - қысымы одан әрі өсе берсе және ол - ге тең болған жағдайда, циклға берілетін жылумен циклда істелінетін пайдалы жұмыстың мөлшерлері азайып, нолге тең болады. Осы кезде аралық қыздыруы бар цикл Ренкин циклымен бірдей болады, яғни ешқандай айырмашылығы болмайды.

Осы қортындыны 3,6 - формуласын талқылаудан көруге болады

 

,                           (3.8)

           мұндағы  – қосымша циклдің энергетикалық тиімділігі коэффициенті.

Аралық бу қыздырудың қысымы , аса қызған будың  - қысымына тең болған жағдайда, А – еселеуіші нөлге тең болады ().

          Сонымен -ның  -ға  тәуелділігі күрделі сипатталады және оның максимумы бар (3.7 - сурет).


           

         3.7 – сурет. Аралық бу қыздыруы бар цикл п.ә.к.-нің -ға тәуелділігі

 

Нақты жағдайда аралық бу қыздырудың тиімділігі өте жоғары, себебі аралық бу қыздырудан кейін будың температурасы жоғарылайды және турбинада оны қолданғанда будың соңғы ылғалдығы кемиді, сондықтан турбинаның ең соңғы сатыларының ішкі салыстырмалы п.ә.к.-і артады.

- қысымның тиімді мәні техника-экономикалық есептеулер арқылы және есептелген шығындар минимал болған жағдайда анықталады, ол тең болады:

      -  буды бір сатылы аралық қыздырудан өткізу үшін:

 

                                                    ;                                      (3.9)

 

      -  екі сатылы буды аралық қыздыру үшін

 

,

.                                (3.10)

 

          Аралық қыздырудан өткен будың температурасы  болуы мүмкін, бірақ ол қолданылған аралық бу қыздыру сызбасымен анықталады.

           Буды аралық қыздыру келесі үш сызбаның біреуі арқылы іске асады:

           - отынның жану өнімдерін қолдану арқылы – газбен аралық қыздыру;

           - аса қызған (жас) буды қолдану арқылы – бумен аралық қыздыру;

           - аралық жылутасығышты қолдану арқылы ( АЭС-те, 15-ші дәріс).

          ЖЭС-те көбінесе газбен аралық қыздыруды іске асыру кеңінен қолданылады (сурет 3.8, 3.6 –суретпен бірге).

 

 

 

 

 

 

         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      3.8 –  сурет. Аралық бу қыздыруды газды қолдану арқылы ұйымдастыратын ЖЭС-тің сызбасы

 

Аралық бу қыздырғыш (АБҚ) бу генераторының газ жолында орналасады

(әдетте бұрмалаушы камерада немесе конвекциялық бөліктің үстінгі жағында).

          Газбен аралық бу қыздыру сызбасы буды кез келген температураға дейін, тіпті - ге дейін де қыздыруға мүмкіндік береді және оның мүмкіндігі бу қыздырғыштың қандай материалдан жасалғанына байланысты. ЖЭС-тің жылулық тиімділігін ең жоғары арттыратын, газбен аралық бу қыздыру сызбасының негізгі

кемшілігі, турбинадан буды бу генераторына жеткізетін  және оны кері қайтаратын бу құбырының ұзындығының тым үлкендігінде.

Осы айтылған кемшіліктен, аралық қыздыруды будың көмегімен ұйымдастырушы сызба арылған. Себебі бұл сызбада буды аса қызған бу (жас бу) немесе турбинада сәл жұмыс атқарған бумен қыздырады (яғни бұл сызбада жылу алмасу процесі екі түрлі будың арасында болады). Сондықтан осы сызбада бумен буды қыздыратын беттік бу қыздырғыштар қолданылады, олар турбинаға өте жақын орналасады, бірақ мұнда қыздырылатын будың температурасы -ге жетпейді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          4 – дәріс. ЖЭС-тың жылулық түпкілікті сызбасы

 

          ЖЭС-тың түпкілікті сызбасы букүштік қондырғылардың жылулық сызбасынан бірталай қиын. Жоғарыда айтылғандай ЖЭС-тың жылулық үнемділігін көтеру үшін жылу регенерациясы қолданылады, ал «газ және бу шығырлары» пәнінен конденсаторда терең вакуумды ұстау үшін және шығырды іске қосу периодында эжектор қосылады.

          «К» типті шығыры бар ЖЭС-тың қарапайым жылулық сұлбасы (ШЭС және ГРЭС) 4.1-суретте көрсетілген.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


4.1- сурет. Конденсациялық электрстанцияның жылулық сызбасы

 

ШЭС-тың жылулық сызбасына мыналар кіреді: шығыр жинағы (ШЖ) және эжектор (Э) мен эжектор салқындатқышы (ЭС). Шығыр жинағыштан эжектормен газ бу қоспасын сорып алады, ол сызба элементтері тығыз емес болғандықтан атмосферадан ауаны сору нәтижесінде пайда болады (жұмыс денесінің қысымы атмосфера қысымынан төмен болған нүктесінде). Ауа буға судың булануы арқылы өтеді, су құрамында еріген газдардың белгілі саны болады. Газбу қоспасы эжектор салқындатқышына қарай бағытталады, онда бу шықтанып жылулық сызбаға қайтады, ал ауа (шықтанбайтың газ) атмосфераға тасталады. Эжекторды қосу қажеттігі мыналармен байланысты, егер ауа жүйеден сорылмаса онда ауаның парциалдық қысымы, сол сияқты сызбадағы (конденсатордағы) толық қысым атмосфералық қысымға дейін өседі және бу кіші шамаға қарай кеңейеді (электр энергиясын аз шығарады). Сонымен қатар эжектор шықтағышта біріншілік вакуумды құру үшін электростанциясының жұмысын іске қосудың бастапқы периодында қажет.

                

 

Сызбада жылу регенерациясы көрсетілген, соның көмегімен қоректік су 240-2700С температураға дейін қыздырылады. Шығырдан алынған  қорек суының қыздырылуы будың физикалық жылу есебінен іске асады. Бұл таңдау реттелмейтін деп аталады.

ШЭС-ке қарағанда ЖЭО-да бүкіл мемлекетте өңделетін электр энергияның 30% -на жуығы өңделеді және жылуландырушы шығыр орналастырылған:

          а) қарсы қысымды («Р» типті шығыр);

          б) шықтық және бу таңдауының реттеуімен («Пһ және «һ типті шығыр);

«Р» типті шығырда температурасы 1000С және қысымы атмосфералық қысымнан жоғары жұмыс істеп тастаған будың физикалық денесі толығымен жылуландырушы қажеттігі үшін қолданылады ( ішкі тұтынушыны жылумен қамдау), сондықтан көрсетілген шығыр «таза жылуландытушы » деп аталады. «һ және «Пһ типті шығырларда будың бір бөлігі шығырдан алынып жылуландыру үшін жіберіледі, ал будың қалған бөлігі конденсатор арқылы өткізіледі. Бұл шығырлар кейде араластырылған шықтық-жылуландырушы типті деп аталады. 4.2-суретте «Р» типті шығыры бар ЖЭО-ның қарапайым жылулық сызбасы көрсетілген.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


4.2 – сурет.  «Р» типті шығыры бар ЖЭО-ның жылулық сызбасы.

 

ЖЭО-ның жылулық графигі бойынша жұмыс істейді, ол тұтынушылардың (ПТ) жылулық жүктемемесімен анықталады.

                       

                                   Qn=Dn(hn-hвок), кВт,                                                       (4.1)

 

           мұндағы: Qn- Тұтынушының жылулық жүктемесі;

                            Dn– шығырға кеткен бу шығыны, ол тұтынушы      

                                   шықтандырғыштың қайтуы, кДж/кг;

                             - бу энтальпиясы және тұтынушы шықтандырғышының 

                                           қайтуы, кДж/кг; 

         

Шығырдағы өңделген энергия саны бу шығынына пропорционал және жылуқұлауы Wэ=F(D,H) жұмыс істеп кету шамасына және шығырдың эергетикалық теңдеуі бойынша анықталады

 

                                    Wэ=DnHOηоіηмηг=DnHðηмηг, кВт                                (4.2)

 

          Мұндағы: H0,Hð - шығырдағы адиабаттық және нақты будың жылу 

                                        құлауы, кДж/кг;

(4.1) теңдеуді ескере отырып өнделетін электр энергиясы және тұтынушының жылу жүктемесі арасындағы байланысты мына теңдеумен анықтайды:

                                           Wэ==f(Qn).                                  (4.3)

Пайда болған теңдеуде электр энергиясын өңделуі тұтынушының жылу жүктемесіне тәуелділігін көруге болады, яғни жылулық график арқылы шығырдың жұмысы. Жылулық және электрлік жүктемелердің тәуліктік уақыт бойынша сәйкес келмейді, онда «Р» типті шығырлар «К» типті шықтағыштық шығырларымен параллель жұмыс істеуі қажет. Олар электрлік жүктеме графигі бойынша жұмыс істейді және электр энергиясының негізгі санын өңдейді.

          Жылулық сызбаға РОУ (редукциялы – салқындатқыш қондырғы) қосылған, ол «Р» типті шығырдың жөндеуге тоқатылған жағдайда қосылады немесе тұтынушының жылулық жүктемесін жабу үшін шығыр арқылы өткен бу жеткіліксіз болғанда.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


4.3 – сурет. «һ немесе «Пһтипті шығыры бар ЖЭО-ның жылулық сызбасы.

 

«һ және «Пһ типті шығырлары бар ЖЭО-ның жылуэлектрорталығының  негізгі түрі болып табылады, көрсетілген шығырлар жылулық және электрлік жүктемелердің кең диапазонында жұмыс істей алатын болғандықтан, тұтынушының жылулық жүктемесі және тұрақтанған электрлік жүктемесі өзгереді және керісінше. Тұтынушының жылулық жүктемесі көрсетілген шығырлар аралық сатыларынан алынатын буымен қамтамасыз етіледі.

          Тұтынушының жылулық жүктемесі жұмыс режиміне қатысты өзгеретін болғандықтан, бу алымының саны да өзгереді, сондықтан бу алымы реттелетін алым деп аталады (дене регенерациясы үшін реттелмейтін алымынан басқа). Будың реттелетін алымы бір мезетте дененің регенерациясы үшін де қолданылатыны туралы ескере кету керек.

          ЖЭО жылуды екі негізгі тұтынушыларға жібереді:

          -  өнеркәсіптік – ыстық су және бу түрінде ;

          - тұрмыстық – ыстық сумен қамдау, жылыту, үрлеу үшін ыстық су түрінде.

Соған байланысты ЖЭО-ны мына түрлерге бөледі: өнеркәсіптік, жылутулық, өнеркәсіпті –жылутулық. Өнеркәсіптік ЖЭО-ны тағы жылуэлектрорталығы деп атауға болады, олар өнеркәсіптік кәсіпорындар құрамына кіреді (мысалы, ЖЭО ОАО «Испат- Кармет»).

          Сол сияқты, әртүрлі қолданулары бар және әртүрлі өнімдерді өңдейтін ШЭС және ЖЭО бір-бірлерінен негізгі қондырғының орналастыру құрамы бойынша ажыратылады. ЖЭО-ға қосымша тораптық су қыздырғыштар және бутүрлендіргіштер, тораптық сорғылар мен жылулық тораптарды жүйелік қосымша қоректендірушілер орналастырылады.

          ЖЭО және ШЭС-тың әртүрлі қолданулары басқа да айырмашылықтармен ажыратуға болады: территориялық орналасуы, объектілердін жалпы және бірлік қуаты. ЖЭО жылулық жүктеменің ортасында орналастырылады, өйткені жылуды ұзақ емес қашықтықта (10-15км-ге дейін) тасымалдауға болады. ШЭС өңдіретін электрэнергия кез-келген қашықтыққа беріле алады, сондықтан ШЭС-ты тұтынушылардан алыс жерде орналастыруға болады.

          Жылу беру арақашықтығының шегі тұтынушылардың жылулық қуатының аз қосындысын анықтайды, оларды ЖЭО қамтамасыз етеді. Жылуландырушы шығырдын жылулық және электрлік қуаты бір-бірлерімен байланысты болғандықтан (4.3 теңдеу «Р» типті шығыр үшін), ШЭС-қа қарағанда (6000МВт-қа дейін) ЖЭО-ның электрлік қуаты өте аз (500МВт-қа дейін, ТМД елдерінде 5 1000МВт ЖЭО-лар бар). Соңғысы жылуландырушы шығырдың бірлік қуатының шегін анықтайды (ең көбі 250МВт, шықтық шығырлардағы 1200 МВт-қа қарсы). ЖЭО-ғы агрегаттардың ұсақ бірлік қуаты жұмыс денесінің төменгі параметрлерін, ШЭС-пен салыстырғанда және электр энергиясын өңдіру бойынша төменгі ПӘК анықтайды.

          Сонымен бірге, ЖЭО-да шықтатқыш және жылуландырушы турбиналардың электрлік қуаттары бірдей болған жағдайда будың шықтатқышқа өтуі азаяды («Р» типті шығыры бар ЖЭО-да шықтатқыш жоқ) яғни, сол себептен суық көздегі жылу шығындары азаяды да, ЖЭО-ның ШЭС-пен салыстырғандағы жалпы жылулық тиімділігі артады.     

 

 

          5 - дәріс. Шықтатқыш электрстанциялардың энергетикалық көрсеткіштері

 

          ЖЭС-та энергетикалық ресурстарды қолданудың тиімділігін бақылау үшін энергетикалық көрсеткіштер қолданылады, соның ішінде ең негізгісі п.ә.к болып табылады.

          ШЭС үшін п.ә.к шамамен 33-41,5%-ке тең болады.

 

                     .                                              (5.1)

 

           ШЭС-та будың шығыны (немесе шықтатқыштық шығырдың (турбинаның) энергетикалық теңдеумен анықтауға болады.

 

                      .                                            (5.2)

 

 және  бу көрсеткіштерінің шығының есептеу үшін h-S  диаграммасын  қолдануға болады.    (5.1 сурет).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


                           

                5.1 - сурет. ШЭС-тің жылулық схемасы.

 

    Электрлік қуатты  шығырдын бу шығыны  мына формуламен анықталады

 

, кг/с,               (5.3)

немесе 

                                , кг/сағ.                                                  (5.4)                                                           

Абсолютты бу шығының әртүрлі орнатылған электрлік қуаты бар ЖЭС-тармен салыстыру үшін қолданбайды. Сондықтан да ШЭС-тағы электрэнергиясын өндеу процесінің  техникалық жетістігі будың меншікті шығыны болып табылады

, г/кДж,                       (5.5)

 

немесе

                                   , кг/кВт-сағ.                                  (5.6)

                    Шықтатқыштардың шығырларында будың меншікті шығыны орташа алғанда 0,8г/кДж немесе 3 кг/кВт-сағ.

                    Меншікті шығынға кері пропорционал  өлшемді электрэнергияның меншікті өндіруі деп атайды (өнделетін будың бірлігінің санына байланысты)

                  

, кВт-ч/кг.                         (5.7)

          Техникалық процестің жетілу дәрежесін сипаттайтын (соның ішінде п.ә.к) жылудың үнемділік өлшемі ретінде жылудың меншікті шығынын қолданады. Ол келесідей анықталады

           Турбинаға кеткен жылу шығыны мынаған тең

, Вт немесе кДж/.           (5.8)

           Егер жылудың жаңғыртуын қарастырмасақ және сорғының жұмысын ескермесек (), онда:

.                                     (5.9)

          Турбоқұрылғыда өнделген электрэнергияның бірлігіне қатысты меншікті жылу шығыны:

         

а) егер  және  бірдей өлшем бірлікте болса (кВт)

     (өлшемсіз шама);                             (5.10)

          б) егер  кДж/сағ өлшенсе, онда  в кВт:

, кДж/кВт-сағ.                            (5.11)

 

            ШЭС-тағы меншікті жылу шығыны турбоқұрылғыда мына формуламен анықталады

, кДж/кВт-сағ.                            (5.12)

          Шығырлардағы орнатылған қуатқа байланысты ШЭС-тің меншікті жылу шығыны 9000-11000 кДж/кВт-сағ тең болады.

         ШЭС-тің тиімді жұмыс жасауының тағы бір энергетикалық көрсеткіші меншікті жылу шығыны болып табылады.

         ШЭС-тағы отынның толық шығыны электрстанциядағы жылулық баланс теңдеуімен анықталады

         

,                              (5.13)

осыдан                 , кг/с.                                               (5.14)

          ШЭС-та органикалық отынның бірнеше түрі жағылуы мүмкін. Соған байланысты әртүрлі ЖЭС-тардың жұмысын келістіру үшін табиғи отын орнына  жану жылулығы 29310 кДЖ/кг (7000 ккал/кг) болатын шартты отын қолданылады:

         

,                                   (5.15)

           мұнда  - шартты отынның бір секундағы шығыны.

осыдан

, г.у.т./с.                             (5.16)

          Электр қуаттары әртүрлі электрстанцияларын салыстыру үшін, шартты отынның меншікті шығыны қолданылады

         

, г.у.т./кДж             (5.17)

немесе

, г.у.т./кВт-сағ.            (5.18)

          Орташа есеппен шартты отынның меншікті шығыны 310-330 г.у.т 1кВт-сағ-қа.

          Осылайша ШЭС жұмысының негізгі энергетикалық көрсеткіштері мыналар болып табылады

                  

.                                       (5.19)

 

 

 Берілген көрсеткіштер борлық өндірілген электрэнергиясына қатысты болады (немесе орнатылған қуатқа қатысты ) және брутто деп аталады (мысалы,). Бірақ та ШЭС-тің тұтынушыларға жіберетін электрэнергиясының мөлшері оның өндірген электрэнергиясыннан аз болады. Себебі, электрэнергияның белгілі бір мөлшері станцияның өзіндік мұқтажына жұмсалады (отынды ұнтақтау, электрсүзгілер, үрлеу жұмыстары).

,                     (5.20)

            мұндағы  - ШЭС-тің өзіндік мұқтажына кеткен электрэнергия       

                                     мөлшері, 0,05-0,1 (5-10 %  өндірілген энергиядан).

          Жіберілген энергияға қатысты, энергетикалық көрсеткіштерді нетто деп атайды. Мысалы, ШЭС-тің нетто п.ә.к-і мынаған тең болады.

 

.                        (5.21)

          Неттоның энергетикалық көрсеткіші брутто көрсеткішінен нашар болады

                               .                                           (5.22)

 

  

 

 

                 6- дәріс. ЖЭО-ның энергетикалық көрсеткіштері және жылулық 

                                үнемділігі

 

                 ЖЭО-ның энергетикалық көрсеткіштері  бір мезгілде электр және жылу    

       энергиясын өндіретін электр станцияларының ерекшелігіне әсер етеді.

 

                 6.1 Жылу және бу шығындары.

 

         6.1.1 Қарсы қысымды шығырлы ЖЭО

Шығырдың электр қуаты тұтынушылырдың жылулық жүктемелеріне байланысты (4- дәріс, 4.2 сурет).

                                                        (6.1)

          мұнда          - шығырдағы будың теориалық(адиабатты) 

                                                   жылуқұламасы;

                    -  жылуды қолдануға беретін бу қажыры;

                   - тұтынушылардан қайтқан шық (конденсат) қажыры

                           ( 6.1- сурет).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


6.1 – сурет. «Р» шығырлы ЖЭО-ның сұлбасы

 

 

Бір мезгілде электр энергиясы мен жылуды өндіретін  «Р» шығырлы ЖЭО-ң ( яғни жылумен электр энергиясын аралас өнліру) негізгі энергетикалық көрсеткіші жылуды тұтынуға өндіретін салыстырмалы (меншікті)  электр энергиясы  болып табылады.

 

, кВт-сағ/ГДж,                  (6.2)

           Мұндағы,  - сыртқы тұтынушыларға берілетін бу бірлігінің жылулық мөлшері.

 

          Қазіргі кезде ЖЭО-да жылулық тұтынуға өндіретін меншікті электр энергиясы ның мөлшері 50-180 кВт-сағ/ГДж тең.

          Қарсы қысымды шығырға кететін бу шығыны келесі формуламен анықталады:        

                                         , кг/с.                               (6.3)

 

         Электр энергиясын өндіруге кететін жылу шығыны:

 

.                  (6.4)

 

                                                

6.1.2    Шықтандырғыш және бу алулық шығырлар

 

        Шығырды жоғарғы қысымды цилиндрлі (ЦВД) және төменгі қысымды цилиндрлі (ЦНД) деп бөліп көрсетуге болады. Сонымен қатар оларды жоғарғы (ЧВД) және төменгі (ЧНД) қысымның бөлігі деп те атаймыз.( 6.2- сурет).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


              6.2 сурет. – Шықтандырғыш және бу алулық шығырдың сұлбасы

 

 

 

          Жоғарғы қысымның бөлігінен кейінгі (ЧВД) шығырға берілетін жалпы будың (жаңа будың)шығыны екі ағынға бөлінеді:

.                                            (6.5)

          Шығырдан өндіріліп шығарылатын электр энергиясының мөлшері әрбір ағынмен әрбір цилиндрде өндірілетін электр энергиясының қосындысына тең

 

.                                (6.6)

Шығырдың энергетикалық теңдеуі бойынша өндірілген электр энергиясының мөлшері әр ағынның өндірілген электр энергиясы сияқты

 

.                     (6.7)

 

          Теңдіктің оң жағындағы қосылғыштар бу алудың ұлғаю кезінде өңделген электр энергиясының мөлшерін сипаттайды. Ал екінші қосылғыш шықтатқыштан өткен шықтатылған бу ағыны кезіндегі өңделген электр энергиясының мөлшерін сипаттайды.

Шығырдың материалды  теңесу (баланс) теңдеуін  (6.5) өңдей отырып мынаны аламыз

.                 (6.8)

          Ал теңдіктің  сол жағы  шығырда соңғы қысымға дейін- толық ұлғаятын қуаты-таза шықтандырғыш шығырға кететін бу шығынын сипаттайды.

          Теңдеудің оң жағын ықшамдасақ

.               (6.9)

           (6.8) теңдеуге қоямыз:

.                     (6.10)

          Шықтандырғыш және бу алулық шығырдың бу шығынының аяққы теңдеуі

 

                                             ,                                          (6.11)

           Мұндағы,  - бу алудағы өңделмей қалған электр энергиясының еселеуіші, жүзеге аспай қалған бу алу жылуқұламасының шығырдағы будың ұлғаюындағы толық жылуқұламасының үлесін сипаттайды.

                     - мәні пайдаланылған бу үшін 0, ал жаңа пайдаланылған бу үшін 1-ге тең, яғни   .

          Бұл еселеуіштің физикалық мағынасы төмендегідей болады. Еселеуіш жылытулық (тепофикационный) шығырдың бу шығынының өсуі бу алу шықтатқышының бу шығынының бірлік шамасын сипттайды. 

.                                           (6.12)

          Осылайша, жылытулық (тепофикационный) шығырдың бу шығының будың таза шықтандырғыш  шығырдың бу шығынына қарағанда жоғары (көп) болады ( электрлік қуаты-   өлшеміне бірдей болғанда), яғни

.                                  (6.13)

 

          Бірнеше бу алуы бар шығырлар үшін жаңа будың жалпы шығыны

.                                   (6.14)

          Келесідей тұжырымдамадан аналитикалық нәтиже алуға болады:

а)  қуаттағы бу алуды өшіргендегі жылытулық (тепофикационный) шығырдың жаңа бу шығынытөмендегідей (яғни шықтандырғыш режиміндегі жұмыста)

;                                               (6.15)

б) егер  болғанда бу алуды іске қосса , онда өндірілетін электр энергиясының (шығыр қуаты) келесідей өлшемде азаяды:

                              .                                               (6.16)

в) бу алудың белгіленген мәнінде электр қуатының бастапқы мәніне   алып келу үшіншығырдағы жаңа бу шығынын көбейту керек

.                   (6.17)

            Бу алудың белгіленген қосымша буы  шығырда соңғы қысымына дейін ұлғаяды, яғни толығымен ұлғаяды;

г)  Шығырдың қондырылған қуатына    және бу алуды іске қосқандағы жаңа будың    толық шығыны ( 5.11 формула )

 

.                              (6.18)

 

          Бірдей электрлік қуаты   жылытулық (тепофикационный) шығырды таза шықтатқыш шығырмен салыстырсақ, шықтатқыштан өткен бу азаяды

 

.             (6.19)

           Шықтатқыштан өткен будың азаюын қамтамасыз ету үшін шығырдың электрлік қуатын қайта құру, бу алуға алынғаннан соң аз мөлшердегі қосымша жаңа бу беру керек:

.                              (6.20)

 

Шықтатқыштан өткен будың азаюы суық көздің жылу шығынына алып келеді

 

,                             (6.21)

             мұндағы,  - шықтатқыштан өткен шықтану процесіндегі әрбір килограмм будың жоғалған мөлшері.

 

 

6.2       ЖЭО-ның ПӘК-і

 

             Жылу және  электр энергиясын өндіру процесінде энергияның шығындалуы бәрімізге белгілі. ЖЭО-да жылу және  электр энергиясын бір процесте, бір агрегатта ( теплофикациялық жылулық шығырда) өндіріледі. Осыған байланысты бұрынғы ТМД елдерінде (СНГ) жылумен электр энергияның өндірісінде шығынның таралуы физикалық әдіске сүйенеді. Осы әдіске сәйкес барлық шығындар электр энергиясын өндіру процесінде болады да, ал шығырда ешқандай шығынсыз өндіріледі.

             Түрлендірулік теңестік (баланс) бойынша жылу мен электр энергиясың  өндірудегі шығынының таралуы түюлендірулік (эксеркетический) әдісімен жүргізіледі.

            

          Шығынның таралуының физикалық әдісі бойынша:

    

а) электр энергиясын өндіруде жылытулық (теплофикационный) шығырдың п.ә.к-і:

                                              ;                              (6.22)

         б) жылу өндіру кезіндегі жылытулық (теплофикационный) шығырдың п.ә.к-і

,                                          (6.23)

           Мұндағы,  - тұтынушының жылулық жүктемесі;

                                - ЖЭО-нан жіберілген жылу.

          Станцияда электр энергиясы және жылу өндіру п.ә.к-і мына формуламен анықталады.

                                         ,                                        (6.24)

.                                   (6.25)

          ЖЭО-ның жұмыс тиімділігін сипаттау үшін отынды пайдалану еселеуішін пайдаланамыз:

                                  .                                               (6.26)

          Бұл отынды пайдалану еселеуішін тек тұтынушыларға қажетті жылуды шығырдан таңдалған (из отборов турбины) бу жібергенде, яғни жылу мен электр энергиясын аралас өндіру кезінде қолдана аламыз. Егер жылу электр орталықтары жылуды таңдаудан (отбор) және сол сияқты басқа көздерден жіберсе, онда  еселеушінің қолданылуы заңсыз болып табылады.

         

         6.3 Отын шығыны

       

         ЖЭО-ның жалпы отын шығыны жылу және  электр энергиясын өндіруге кеткен отын шығындарының қосындысынан тұрады

.                                          (6.27)

 

          Отындық баланстық теңдеуі бойынша

.                               (6.28)

 

          ЖЭО-ның өндірілетін өнімінің түріне байланысты отын шығыны

 ,                                           (6.29)

 

.                                           (6.30)

 

          ЖЭО-ның жылу және  электр энергиясын өндіруге кеткен шартты отын шығыны

, г.у.т./кВт-сағ,                                       (6.31)

 кг.у.т./ГДж.                   (6.32)

 

          Осылайша, ЖЭО-ның энергетикалық көрсеткіштері төменгідей болады

 

.                                     (6.33)

 

         ШЭС-та сияқты, ЖЭО-да өз мұқтаждықтарына энергияны пайдалану салдарынан нетто көрсеткіші брутто көрсеткішінен нашар болады.

 

 

                  

           

 

 

         7- дәріс. Жылуландырудың артықшылықтары мен кемшіліктері

         КЭС пен ЖЭО-ның энергетикалық көрсеткіштері бірдей емес, себебі олар әртүрлі өнімдер шығарады.

         Жылуландыру [11]  деп ЖЭО-да электр энергиясы мен жылуды бірге өндіруді, яғни сыртқы қолданушыны ЖЭО-да электр энергиясы мен жылуды қиыстырып өндіретін орталықтан жылумен жабдықтауды айтады. Орталықтан жылумен жабдықтаудың альтернативасы ретінде қолданушыны ірі аудандық (жергілікті) қазандықтан (АҚ) жылумен жабдықтау саналады.

АҚ жылуды қажетті параметрлердегі бу немесе ыстық су түрінде өндіреді.

Мұндай жағдайда қолданушының электр энергиясына мұқтаждығы КЭС- есебінен орындалады.

         Екі орталық жылумен жабдықтау жүйесін салыстыру үшін олардың өндіретін энергия түрлерін салыстырып қоймай, қолданатын жылутасығыш параметрлерін де салыстыру керек. Осыған байланысты ЖЭО – ны бөлек қондырғымен  (КЭС және АҚ - тан тұратын) салыстырады (7.1- сурет).

7.1 -  сурет.  Бөлек қондырғы сызбасы

           ЖЭО және БҚ варианттарын салыстыруды түзету үшін   және 

сондай-ақ жұмыс денесінің бастапқы және соңғы параметрлері       және         бірдей болып қабылданады.

ЖЭО-ның жылуландыру негізі ретіндегі артықшылығы  мынада. Егер КЭС пен ЖЭО-да қоректі судың температуралары бірдей болса, БҚ –да электр энергиясын және  жылуды өндіру үшін жұмсалатын жылу мөлшері

 

 

.

                                

    (7.1)

   

ЖЭО –да турбиналық қондырғыға жұмсалатын жылу мөлшері тең болады

(7.2)

          Жылуландыру мақсатымен алынатын бу шығынын қолданушының жылулық жүктемесінен анықтауға болады (4.1 – формула)

.

(7.3)

           Қуаттары бірдей КЭС және ЖЭО үшін жылуландырушы турбинаның конденсациялық жұмыс тәртібінде  бу шығындары да бірдей болады, сондықтан

,

(7.4)

           мұнда      -   бу алымынан берілген жылу құндылығының еселеуіші.

           ЖЭО мен БҚ үшін жұмсалған жылу шығындарын салыстырсақ

.

(7.5)

             Жылу құндылығының еселеуіші жылуландырушы турбинаға жұмсалатын толық жылудың қуаты онымен  бірдей конденсациялық турбинаға жұмсалатын жылудан бірлік жіберілетін жылу мөлшеріне артық екенін көрсетеді

.

(7.6)

          болғандықтан,    . Әдетте   0,4-0,8 тең болады. Осыдан  > 0, яғни жылуландыру кезінде электр энергиясымен және жылумен бөлек-бөлек жабдықтаумен салыстырғанда жылуды үнемдеуге болатынын көреміз. Мұндай жылуды үнемдеу, неғұрлым  немесе  аз болса, соғұрлым көбірек болады.

           ЖЭО-да жылуды үнемдеуді физикалық тұрғыдан   болғанда, конденсатор арқылы өтетін бу мөлшерінің азаюуы  арқылы түсіндіреді

.

(7.7)

           Осыдан жылудың үнемделген шамасы тең болады

 

.

(7.8)

           Жылуды үнемдеу, отынды үнемдеуге жол береді, ал отын КЭС – пен салыстырғанда ЖЭО бу генераторларының жылулық қуаты неғұрлым көп болса, соғұрлым көп шығындалады. Бу генераторының бірлік қуатының артуы, агрегаттың неғұрлым жоғары п.ә.к.-ін анықтайтын таза будың жоғары параметрлеріне ауысу мүмкіндігін көрсетеді.

          Жылу мен отынды үнемдеуден басқа, жылуландырудың техника-экономикалық артықшылықтарына (бөлек қондырғымен салыстырғанда) жатқызады:

           а) ЖЭО-ның өте ірі қондырғыларына шамалы капиталдық қаржылар жұмсалады [12];
           б) қызметкерлер мен жұмысшылар айлықтарына жұмсалатын қаржы азаяды, себебі ЖЭО-да ірі агрегаттар саны азаяды,   сондықтан олармен жұмыс істейтін жұмысшылар саны да азаяды;

           в) агрегаттарды жөндеуге жұмсалатын қаржылар да, олардың санына байланысты азаяды (себебі ірі агрегаттардың істен шығу ықтималдығы төмен болады).

           Сондай-ақ жылуландыру артықшылықтарына теңгемен бағаланбайтын басқа факторларды да жатқызуға болады.

            Алдымен, оған тиімді тазарту жүйелері мен биік түтін бағандарын қолдану салдарынан қоршаған ортаны қорғаудың жақсаруын  жатқызуға болады. БҚ – да негізгі ірі агрегаттардың жеке құны мұндай тазарту жүйелерінің құнынан арзан болуы мүмкін, сондықтан мұндай тазарту жүйелерін орнату станция өнімдерінің қымбаттауына әкеп соғады. ЖЭО-да қымбат тұратын экологиялық жүйелердің құны агрегаттар құнынан төменірек болады, сондықтан табиғатты қорғау шараларын ұйымдастыру мүмкін болады.

             Ақшамен бағаланбайтын маңызды фактор ретінде, тұрғын аймақтарды ықшамды салуды атай кетуге болады. Егер шағын аудандық қазандықтар саны көбейсе ( бір ірі жеке ЖЭО-ның орнына), онда ауданның архитектуралық және жобалық үйлесімдері нашарлайды, себебі қатты отынмен жұмыс жасайтын қазандықтар үшін міндетті түрде отын қоймаларын, отынды тасымалдау және күл  мен қожды аластау жүйелерін тұрғызу қажет болады. Қалалық архитектураға өнеркәсіптік нысаналар тұрғызу жөніндегі архитектуралық шешімдер де нашар үйлеседі.

           Жылуландыру кемшіліктеріне ( КЭС-пен салыстырғанда) жатқызады:

           а) ЖЭО – да жылумен жабдықтау қондырғыларын орнату үшін қажет қосымша шығындар пайда болады, жылу тораптарында жылу шығындары кездеседі, станцияның өз мұқтажына жұмсалатын электр энергиясының шығындары көбееді;

          б) қондырғылардың бірлік қуаты қолданушының жылулық жүктемесі

азаюы салдарынан шектеледі (жылуды тасымалдау радиусы азаяды) және осының салдарынан техника-экономикалық көрсеткіштер төмендейді.

           Соңғы жылдары АҚ –тан немесе ЖЭО-дан орталық жылумен жабдықтауға альтернатива ретінде жекеше жылумен жабдықтау жүйелері

(бөлек қондырғының жаңа бір түрі) шығып жатыр.

            Жекеше жылумен жабдықтау жүйесінің басқа жүйелермен қатар пайдаланылуы әбден мүмкін, себебі оның бір қатар артықшылықтарыв бар:

          а) шағын (қысқа) жылу тораптары, жұмыс денесі аз шығындалады, жылу шығындары да азаяды;

          б) отынның    жоғарғы жану жылуын қолдану арқылы жылу генераторының ( шағын қазандардың)  п.ә.к.-ін арттыру мүмкіндігі бар.

          Соңғы жағдайды түсіндіріп көрелік. Қазіргі кезде қолданылатын бу генераторларында, қызу беттерінің төменгі температуралы коррозиясы басталмас үшін,  шығатын түтін газдарының температурасы 1000 – тан жоғары болуы керек. Сондықтан шығатын газдардың құрамындағы су булары  қазанның соңғы қызу беттерінде конденсацияланбайды және олардың жасырын булану жылуы қызу беттері үшін пайдалы жұмсалмайды.

Жылу генераторларында коррозияға қарсы бояу қабығы бар төмен температуралы қызу беттерін қолдану шығатын газдардың температурасын 1000 –тан төмен суытуға мүмкіндік береді.

          Сонымен қатар ЖЖЖЖ – ны  (жекеше жылумен жабдықтау жүйелерін)

 қолдану келесі себептермен шектелінеді:

           а) қоршаған ортаны экологиялық ластандыру ( отынның жану өнімдері

төмен таралады, себебі экономикалық тұрғыдан жоғары түтін бағанын орнату тиімсіз);

           б) отынмен жабдықтау мүмкіндіктері шектелінген ( барлық жылумен жабдықтау жүйелерін жанармайға көшіру мүмкін емес);

           в) алғашқы капиталдық шығындары өте жоғары.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         8-дәріс. Қоректік суды жаңғыртулық қыздыру

 

        ЖЭС –тің жылулық тиімділігін арттыру әдістерінің бірі жылуды жаңғырту немесе қоректік суды бу генераторына жібермей тұрып, турбинаның аралық сатыларынан алынатын, жартылай қолданылған будың көмегімен қыздыру.

Қоректік суды жаңғыртулық қыздырудан (ҚСЖҚ) өткізуге болатын циклді

жаңғыртушы цикл деп атайды. Қоректік суды қыздыру арнайы араластырғыш немесе беттік жаңғыртушы қыздырғыштарда  (ЖҚ) жүзеге асады.

ҚСЖҚ үшін буды турбинаның арнайы жаңғыртушы бу алымдарынан алады, оларды реттелмейтін бу алымдары деп атайды, себебі бұл алымдардағы бу шығынын автоматты түрде жүйенің өзі тағайындайды (біз реттемейміз).

          Қоректік суды жаңғыртулық қыздыруды ішкі жылуландыру ретінде қарастыруға болады, мұнда жылу ЖЭС-тің жылулық сұлбасына қайтып келеді.

 

8_1u copy.gif (7380 bytes)

( жақшаның ішінде параметрлер жаңғыртусыз сызба үшін көрсетілген).

 

         8.1 – сурет.  Араластырғыш жаңғыртушы қыздырғыштары бар ЖЭС.

    

        Жылуландырудағы сияқты, қоректік суды жаңғыртулық қыздыру кезінде суық көзге кететін жылу шығындары азаяды, себебі конденсаторға өтетін бу мөлшері азаяды, яғни ЖЭС-тің жылулық тиімділігі артады. Сонымен қатар, бұл әдістің жылуландырудан өзгешелігі, бу алымынан шығатын будың жылуы сыртқы қолданушыға берілмейді, ол станцияның ішінде суды қазанға жібермей тұрып, оны алдын-ала қыздыру үшін қолданылады. ҚСЖҚ-ды қолдану кезінде бу генераторына температурасы 240-2700С су беріледі (ҚСЖҚ-ны қолданбаса 300С болар еді), сондықтан бу генераторында аса қызған буды дайындау үшін аз жылу мөлшері шығындалады.

 

 

 

 

 

 

           

8.1 Жаңғыртулық бу алымы бар турбинадағы бу шығыны

 

            Жаңғыртулық бу алымы бар турбинадағы (жылуландырушы турбина сияқты)  бу шығыны тең болады

 

,

(8.1)

 

 

    мұнда                           

-

 Dкэ -       қуаты турбинаның жаңғыртушы бу алымы жабық    кездегі бу шығыны (конденсациялық жұмыс тәртібіндегі);

                

 

-

       

       -  жаңғыртушы бу алымындағы будың электр энергиясын    өндіре алмау коэффициенті;

 

 

-

    Image1508.gif (900 bytes)   -       жаңғыртуға кеткен бу шығыны.

          Бу алымын, кез келген бу не конденсат ағыны сияқты, турбинаға берілген жас будың             үлесі ретінде көрсетуге болады (бірліктермен)

 

.

(8.2)

          (8.2) теңдеуін   (8.1) енгізсек

 

..

(8.3)

          Түрлендірулерден кейін аламыз

 

..

(8.4)


          Жаңғыртушы алымдар саны көп болған жағдайда жас будың шығыны тең болады

 

..

(8.5)

          Жанғыртушы алымдар конденсатор арқылы өтетін бу мөлшерін келесі шамаға азайтады

 

 

 

(8.6)

 

.

(8.6)

 

       Осы себептен конденсатордағы жылудың жоғалуы азаяды (жылу үнемделеді

 

,

(8.7)

     

 

          мұнда          -   конденсатордағы 1кг будың беретін жылуы.
         
Жаңғыртулық алымы бар турбинаның меншікті бу шығыны турбинаның энергетикалық теңдеуі арқылы анықталады (5.6- формуласына ұқсас)

,           кг/кВт-ч.

(8.8)

         8.2 ҚСЖҚ –ы бар ЖЭС-тің жылулық тиімділігі

         Жаңғыртушы бу алымы бар турбинаның абсолюттік п.ә.к.-і тең болады (ықшамдау үшін бу шығынын 1 кг-ға тең деп аламыз) :

 

(8.9)

 

          мұнда

 

 

       

     -  конденсатор арқылы өтетін бу шығынының үлесі;

 

  -

       

  бу генераторындағы 1 кг жұмыс денесіне берілетін жылу мөлшері.        

           Бу генераторына берілген қоректік су энтальпиясы  , жаңғыртулық қыздырғыштың материалдық және жылулық баланс теңдеулерінен анықталады. Мұны араластырғыш типті жаңғыртушы қыздырғыш мысалынан айқын көруге болады (сурет 8.2).

8_2u copy.gif (1924 bytes) 

          8.2 – сурет.  Жанғыртушы қыздырғыштың сызбасы

          Араластырғыш жаңғыртушы қыздырғыштың материалдық және жылулық теңдеуі келесі түрде жазылады

 

          

(8.10)

         Бу генераторындағы жылудың жалпы шығыны (8.10) теңдеулерін ескерсек, келесі түрде анықталады        

 

,

        (8.11)

             мұндағы      - 1 кг жұмыс денесіне жаңғыртусыз циклда жұмсалатын              жылу  шығыны;
 
 -  бу алымынан алынған будың турбинаның ішінде, жұмыс  жасауы кезінде жоғалтқан жылуы.      

             Жаңғыртушы циклдың п.ә.к.-і  (формула 8.9)     қойғаннан кейін тең болады   

 

 

(8.12)

              Оны жанғыртусыз циклдың  п.ә.к.-імен салыстыру (     ),    турбинаның бу алымдарының болуы  (              )  ЖЭС-тің жылулық тиімділігін арттыратынын көрсетеді       

 

 .

(8.13)

              Көп сатылы ҚСЖҚ үшін

 

.

(8.14)

              Жаңғыртушы циклдың п.ә.к.-нің формуласын (8.12) түрлендірейік

 

.

(8.15)

       

               Алымында

 

(8.16)

                Алынған өрнекті  (8.15) формуласына қоялық

 

(8.17)

                  Екінші көбейткіштің бөлімін бірдей шамаға   -ге алдымен көбейтіп, сосын бөлсек, шығады

 

(8.18)

         Мұндағы                қатынасы жаңғыртусыз циклдің п.ә.к.-ін беретіндіктен, - шамасын  А арқылы белгілесек, келесі өрнек шығады

 

(8.19)

мұндағы     коэффициенті жаңғыртушы бу алымының энергетикалық коэффициенті деп аталады және ол осы бу алымынан алынған будың турбина ішінде өндірген электр энергиясының, конденсатор арқылы өтетін будың өндірген электр энергиясына  қатынасымен анықталады (турбинаның энергетикалық теңдеуі          бойынша).       Формуладан  -дің      -ден әрқашан үлкен екендігін  және оның   мен      -ге байланыстылығы көрінеді.
          Сондықтан келесі қызықты сұрақ туады: осы шамалар неге тәуелді:

          а) жұмыс жасауға жұмсалған жылу құламасы бу алымындағы будың қысымы                      төмендегенде, артады;
          б)    
    қысымға                   тәуелділігі өте күрделі. Себебі араластырғыш жаңғыртушы қыздырғышта қызған судың температурасы жаңғыртушы бу алымындағы будың қысымымен анықталады.
 
    -ның    ге тәуелділігінің сипатын анықтау үшін келесі талдаулар жүргізейік.
          Жаңғырту процесіндегі жылудың жанғыру тиімділігін арттыру үшін жаңғыртушы қыздырғыштағы (бу алымынан келген) буды , ол толық конденсацияланғанша суытады. Осындай шаралар, суды қыздыру үшін будың жасырын булану жылуын қолдануға мүмкіндік береді. Мұндай сызбада, шекті жағдайда  суды, оны қыздыратын будың қысымымен анықталатын, оның  қанығу температурасына 
   дейін қызудыруға болады. Сонымен, қоректің судың температурасы, оны қыздыратын будың қысымы арқылы анықталады және сол будың қысымына сәйкес қанығу температурасына тең болады (3.1 б - сурет). 

          Қанығу (қайнау) температурасы  қысымның функциясы болғандықтан, суды неғұрлым жоғары температураға дейін қыздыру үшін қысымы өте  жоғары буды қолдану қажет.   болған жағдайда қоректі судың температурасы  ға тең болады, яғни қыздыру мүлдем жоқ, сондықтан,  . Қоректі судың температурасы жоғарылағанда .
          Сонымен, қыздырушы будың қысымы  
 -ға    мен -ға қарама-қарсы бағытта әсер етеді, сондықтан жаңғыртушы циклдің  п.ә.к.-інің өзгеруі өте күрделі    болады
          а)  
 болғанда

         

және,  сондықтан,  ;

          б)   болғанда

          , ,

және соның салдарынан  ;
          в)  
 болғанда  , ,   

және соның салдарынан, .

Сонымен, талдау -ның максимумнан өтетінін көрсетеді (8.3 - сурет).

8_3u copy.gif (3710 bytes)

8.3 – сурет. Жаңғыртушы циклдің п.ә.к.-і мен суды қыздыру температурасының, сол суды қыздырушы будың қысымына тәуелділігі

     П.ә.к.-тің максималды көтерілуі, қыздырушы будың  қысымының белгілі бір нақтымәнінде орын алатынын (а) суретінен көреміз. Осы максимумға қоректі суды қыздырудың , термодинамикалық тұрғыдан тиімді  - температурасы сәйкес келеді, ол    температуралар аралығының ортасында орналасады.    Суды  -температурасынан жоғары температураға дейін қыздыру экономикалық тиімсіз, себебі циклдің п.ә.к.-і азаяды. Тура осындай жағдайға температураны  -дан төмендету де әкеліп соғады.

           Сонымен, ЖЭС-те жаңғыртуды қолдану п.ә.к.-тің жоғарылауына әкеледі, қарастырған жағдайда ол  5¸8 % - ды құрайды. 

 

         9 – дәріс. Көп сатылы қоректі судың жанғыртулық қыздырылуы

 

         Бір жанғыртулық қыздырғыштағы қорек суының қыздырылуында (бірсатылы ҚСЖҚ) белгілі шектері бар: бұл қыздырғышты тек  -ға дейін ғана орындауға болады, ол қыздыру буына сәйкес.
         ҚСЖҚ жүйесінің жылулық үнемділігін бірнеше жанғыртулық қыздырғыштар арасындағы қорек суының қыздырғышын берілген (бұл жағдайда тиімді) температураға дейін тарату арқылы көтеруге болады, олар қысымы
аз, турбина алымының санына сәйкес қосылған, яғни ҚСЖҚ-ның көпсатылы мекемесіне.
          Көп сатылы ҚСЖҚ үнемділігін екі сатылы ҚСЖҚ мысалы арқылы көруге болады (9.1-суретте, жақшаның ішінде – бірсатылы ҚСЖҚ үшін жұмыс денесінің параметрлері).
          Бір және екі сатылы ҚСЖҚ нұсқаларын салыстыру үшін бугенераторына келетін қоректі су қыздырғышының температурасын бірдей етіп аламыз. Ол дегеніміз, бір сатылы сызба екі сатылы сызбада ҚСЖҚ 2-ші алымын және жанғыртулық қыздырғышты ЖҚ2-ні өшіру арқылы жүзеге асады.

 

9.1 –сурет. Екі сатылы ҚСЖҚ-сы бар ЖЭС-тың сызбасы

          Жылулық баланстың теңдеуі:
          а) екі сатылы ҚСЖҚ үшін

 

;

(9.1)

          б) бір сатылы ҚСЖҚ үшін

 

.

             (9.2)

Екі нұсқа үшін, бірлік бөлігімен берілген материалдық баланстың теңдеуі

 

.

(9.3)

        Екі нұсқадағы қоректі судың  tпв температурасы бірдей болса  (1-ші алымның қысымы анықталады) онда

 

.

(9.4)

         (9.1) және (9.2) теңдеулерінің ортақ шешімінен мына теңдеуді аламыз

 

.

(9.5)

         (9.3)-ші материалдық баланс теңдеуінен мына теңдеулерді аламыз

 

,

(9.6)

 

 

.

(9.7)

             және   шамаларын (9.5) жылулық баланс теңдеуіне қоямыз

 

.

(9.8)

Содан кейін мына теңдеуді аламыз

 

.

(9.9)

         Ең соңында шығатын теңдеу:

 

(9.10)

     болғандықтан талдау теңдеуі бөлшек бірден кіші екенің көрсетеді. Сондықтан (9.10) теңдеуі мына шартпен орындалады

 

.

(9.11)

Сонымен, бу алымы 1 қысымы өте төмен буды (2-ші алымы) қолданып сатылар арасындағы қыздырылған қоректі судың таратылуы турбинадан алынған  бу санының қосындысын көбейтеді және нәтижесінде будың шықтағышы арқылы өтуін азайтады (суық ток көзінде жылу шығыны азаяды).

 

Сол уақытта қысымы өте төмен бу алымы 2  турбинада электр энергиясын көбірек  өңдеді (көп жұмыс істелінген жылуқұламасын).
          ҚСЖҚ саты сандарының өсуіне байланысты 
және  үлкеюі ҚСЖҚ-ның экономикалық үнемділігінің өсуіне әкеледі.

          Көп сатылы ҚСЖҚ үшін жаңғыртулық айналымның ПӘК-нің қыздырушы бу қсымына  тәуелдігін сақтайды.

Айырмашылығы,  -ға дейін суды қыздырғанда көп сатылы ҚСЖҚ-да , өйткенде  төмен қысымы бар бу алымына қосылған, алдында кездескен ЖҚ-ы бар. Сонымен екі сатылы ҚСЖҚ үшін

 

.

(9.12)

          кезінде жаңғырту мақсаты үшін жас бу қолданылады (турбинада жұмыс істемеген ), бірақ екінші алымында   және   нөлге тең емес, сол сияқты,  А  еселеуіші де нөлге тең емес. Көп сатылы ҚСЖҚ үшін  тәуелділігі 9.2- ші - суретте көрсетілген.

9_2u copy.gif (4517 bytes)

          9.2 –сурет. Жаңғыртулық қыздырғыш санының  -ға тәуелділігі

 

         

Жаңғыртулық қыздырғыштар санының өсуіне байланысты жылулық үнемділіктің қосындысы өседі.     қисық тәуелдігі максимум арқылы бір сатылы ҚСЖҚ үшін де. өтеді.

Бірақ максимумның ПӘК өсуі қорек су қыздырғыштарының өте жоғары температурасы жағына қарай араласып кетеді. Суретте көрсетілгендей кезіндегі ПӘК-ті абсолютті максимумға жетеді  кезінде.

Әртүрлі қыздырғыштар саны үшін қоректі су қыздырғышының термодинамикалық тиімді температурасы :
          а) z = 1 кезінде  -  
арасының ортасында  табылады;
          б) z = 2 кезінде  - 
арасындағы 2/3 арақашықтығында ;
          в) z = 3 кезінде  - 
 арасындағы 3/4 арақашықтығында және тағы сол сияқты.

         Көп сатылы ҚСЖҚ үнемділігін талдау үшін келесіні есте сақтау керек.

       Көп сатылы ҚСЖҚ негізгі конденсат жүрісі бойынша  ретімен қосылған жаңғыртулық қыздырғыштар жүйесін көрсетеді (шықтатқыштан қоректік сорғыға дейін), олардың әрқайсысында су өте жоғары температураға дейін қыздырылады (басында  
-ге дейін, сосын  -ге дейін). Бұл жағдайда әрбір келесі жаңғыртулық қыздырғыштардың негізгі шықтағыш жүрісінде қысымы жоғары бу алымы қолданылады, оның бірлік саны жылуқұлама жұмысының азаюынан  өте аз электр энергиясын өңдіреді. Бұл дегеніміз: әрбір келесі қыздыру сатысы аз өседі  , айналымның жалпы жылулық үнемділігі  өсуіне байланысты өседі (9.3-сурет).

9_3.gif (3336 bytes)

9.3 –сурет. Көп сатылы ҚСЖҚ-ның  жылулық үнемділігі

 

Қазіргі замандағы ЖЭС-тар үшін жаңғыртулық қыздырғыштардың тиімді саны 6-8 құрайды. Қыздырғыштар саны тиімді санынан жоғары өсуі экономикалық мүмкін емес, өйткені қосымша салынған ақшасы (ЖҚ-ның құны) ПӘК-нің өсуіне байланысты 8 жыл арасында қайта алынбайды.

          Тораптық ҚСЖҚ –сы бар ЖЭС-тың техника-экономикалық көрсеткіштері:

 -        ПӘК бойы – 14-15 %

 -        240-тан 2700С-ға дейін суды қыздыру температурасы;

 -          алымындағы бу бөлігі;

 -          бу алымының шамалық қосындысы;

 -          әрбір қыздырғыштағы судың қыздырылуы.

 

 

 

          10- дәріс. ҚСЖҚ қосу сызбалары

 

ЖЭС- да  регенеративті қыздырғыштар ретінде қоспалы қыздырғыш немесе беттік түрдегі қыздырғыштарды қолданады.

Қоспалы қыздырғыштарда жану (алынған бу) және қайнау (негізгі конденсат) аралықтарында контакты жылуалмасу құбылысы пайда болады. Беттік бөлінуді иемденетін жылуалмасу гетерогенді жүйеде жүретіндіктен, интенсификациялық жылуалмасу үшін негізгі конденсат беттік контактыны үлкейту мақсатында жеке ағындарға бөлінеді. Бұл мақсаттар үшін басқа да әдістерді қолдануға болады, мысалы, конденсат пленкасын жасау.

 Тесік (перфорланған) тарелкелі (нұсқа «а») және коаксиалды цилиндрлі қоспалы регенеративті қыздырғыштың сызбасы 10.1- суретінде көрсетілген.

[13]- ші әдебиетте  жаңғыртушы  қыздырғыштың құрылысы баяндалған.

 

 

1-    тұрқы, 2- булық құбырша, 3 - тесіктері бар табақ , 4- коаксиалды цилиндрлер  жүйесі, 5- таратушы  құрылғы.

10.1 - сурет. Араластырушы типтегі  вертикалды жаңғыртушы қыздырғыштың құрылымы

          Араластырушы қыздырғышта негізгі конденсат ts қанығу температурасына дейін қыздырылады, қанығу буының қысымына сәйкес келеді.( 3.1, б - сурет).

          Беттік қыздырғыштарда (10.2 - сурет) негізгі конденсат жезді немесе болатты кіші диаметрлі құбыр арқылы түседі, ал қыздырғыш бу құбыр аралық кеңістік арқылы түседі [13].

 

Қаптамалы жылуалмастырғыш түрде жасалатын, беттік қыздырғыштың құрылысы негізгі конденсаттың қысымына тәуелді болады.

          U-тәрізді жезді құбырлар конденсат қысымы 70 бардан кіші болғанда қолданылады, ол құбырлық тақтаға біліктеу әдісімен бекітілген. Бұл қыздырғыштар төменгі қысымды қыздырғыштар (ТҚҚ ) деп аталады. Қысымы 70 бардан (яғни қыздырылу және қанығу аралығында ) герметикалық біліктеу байланысы жеткіліксіз болғанда,  сапалы беттік қыздыру үшін коллекторге пісіріліп бекітілген болат құбыр қолданылады. Бұл қыздырғыштарды жоғары қысымды қыздырғыштар (ЖҚҚ) деп атайды. ЖҚҚ-да беттік қыздыруды ұлғайту үшін бифилярлы болатты құбыр қолданылады.

 

 

1-корпус, 2-су құтысы, 3- су қалқасы, 4- құбырлы тақта, 5-құбырлы беттік қыздыру, 6-бу  қалқасы, 7- су коллекторы, 8-бифилярлы құбыр.

10.2- сурет. Беттік регенеративті қыздырғыштың төменгі (а) және жоғарғы (б,в) қысымды түрінің құрылысы

          Беттік регенеративті қыздырғышта термиялық кедергінің әсерінен конденсаттың беттік бөлінуі 2-60С –тан төмен температурада қыздырылады, ол ts-қа қарағанда аз, будың қыздырылу қысымына сәйкес қанығу температурасына дейінгі кемқыздыру орнын алады. Бұл беттік қыздырудағы конденсаттың қыздыру температурасының қоспа қыздырғышының температурасының бірдей болуына жеткізуді білдіреді, Pr  қысымын жоғары қысымды етіп пайдалану керек.

Сол сияқты жоғарғы қысымда өңделген бу өңдеуге жетпеген электр энергиясының жоғарғы коэффициентіне Уr мәніне ие болады, беттік қыздырудың тиімділігі қоспалы қыздырғышпен салыстырғанда аз ( ұлғаюы аз).

         10.1 Араластырушы қыздырғыштарды қосу сызбасы.

          Көп  сатылы  ҚСЖҚ сызбасында қыздырғыштар тізбектей  қосылады,  осы кезде  негізгі конденсаттың қозғалыс  бағытындағы  әр бір  кезекті  қыздырғыш жоғары қысымды бу алымына  тіркеледі.( 10.3 - сурет).


                                                              

 

 

        10.3 – сурет.  Араластырушы  ЖҚ-ны  қосу сызбасы

         Араластырушы қыздырғыш жұмысының  негізгі ерекшелігі   қыздыратын және қызатын орталардың  қысымдары  бір-біріне тең болады. Мұндай жағдайда  негізгі конденсатты ЖҚ2 –ден  ЖҚ1-ге  беру үшін  олардың арасына  жұмыс өнімділігі жоғары, бірақ тегеуріні  аз  айдаушы сорғы орналастыру  қажет.

          Қоректі суды  қыздыру үшін  араластырушы қыздырғышты қолданудың артықшылығы  жоғары  жылу үнемділігінде, себебі  су қыздырушы будың қанығу температурасына дейін қыздырылады.

        Араластырушы қыздырғыштардың кемшіктеріне келесілер  жатады:

-         әрбір араластырушы қыздырғыштан кейін  айдаушы  сорғыны  орналастыру  қажет, себебі  сорғылар жүйесіне  жұмсалған капиталдық қаржылар  ұлғаяды (сорғының құны тасымалданатын ортаның температурасына  сәйкес  үдемелі қымбаттайды);

-         сорғыда судың өздігінен қайнауын болдырмау үшін  қосымша шараларды қабылдау қажеттігі.

        Соңғы кемшілік жөнінде  келесі жағдайды  атап өту қажет. Қайнау (қанығу) температурасына дейін ысыған суды  айдау кезінде  сұйықтың өздігінен  булану қаупі  туады, себебі механикалық энергияның бір бөлігі жылу энергиясына айналады  немесе ол сорғының өз басындағы  кавитациялық процестердің салдарынан  болады. Сорғыда газдық фазаның пайда болуы суды бу генераторына қарай   айдаудың  тоқталуына әкеп соғады немесе ЖЭС-тің толық  тоқтап  қалуы мүмкін (негізгі конденсат жолындағы кез-келген сорғы электр станциясының «жүрегі» тәрізді қызмет атқарады).

        Негізгі конденсаттың өздігінен қайнауы турбинаның жұмыс тәртібін реттеу кезінде қыздыратын будың қысымының өзгеру (төмендеуі) салдарынан да басталуы мүмкін. Сорғыда судың өздігінен қайнауын болдырмау үшін, оны жаңғыртушы қыздырғыштардан төмен орналастырады ( алдындағы су бағаны сорғының  ауызында қажетті тегерін туғызады).

         Араластырушы қыздырғыштарды қосу сызбасының бір түрі ретінде қыздырғыштар бірінен-бірі жоғары

орналасқан сызбаны қарастыруға болады (10.4 - сурет).

 


10.4 – сурет.  Араластырушы ТҚҚ - ларды   қосу сызбасы

 

Сызба төменгі қысымды қыздыр-ғыштар ТҚҚ тобында қолданылады және қыздырғыштарды  қос-қостап бірінің үстінен бірін орналастыруды көздейді. Мұнда әрбір қыздырғыштар жұбы бір ғана айдаушы сорғыны қажет етеді. Сорғының қызметін жұбымен қосылған қыздырғыштар арасындағы сұйық бағаны H атқарады. Көршілес екі қыздырғыштар жұбы бір-бірімен айдаушы сорғылар     арқылы байланысады.

 

         10.2 Беттік жаңғыртушы қыздырғыштарды қосу сызбасы

 

         Беттік жаңғыртушы қыздырғыштарда қыздыратын және қызатын орталар қатты түтіктен құралған бет арқылы бір-бірінен ажырайды. Оларда

негізгі конденсаттың қысымы қыздырушы бу қысымынан артық болуы қажет, сол кезде ғана түтіктердің ішінде негізгі конденсаттың қайнауы мүмкін емес.

          Беттік қыздырғыштарды қолданудың негізгі қиыншылығы, қыздырғыштың түтіктері арасындағы кеңістікте пайда болатын, қыздырушы

будың конденсатын (дренаж, ағылшынша  “drain” аластау, құрғату ) үнемі сыртқа шығаруды қажет етеді.

           Қыздырғыштан қыздыру мақсатымен қолданылатын будың конденсатын шығару үшін ЖҚ-тарды қосудың келесі сызбалары қолданылады:

а) негізгі конденсат жолына дренажды сорғымен беру сызбасы;

б) дренажды каскадты төгу сызбасы;

в) кері каскад сызбасы;

г) дренажды қиюлас (каскадты- сорғы арқылы ) төгу сызбасы.

         Барлық аталған тәсілдерде негізгі конденсат жолына тек қана бір-бірден конденсаттық сорғы және қоректік су сорғысын қою жеткілікті.

Араластырушы қыздырғыштар сызбасында көрсетілгендей, айдаушы сорғылар орнатылмайды.

 

 

      10.2.1 Негізгі конденсат жолына дренажды сорғымен беретін беттік

ЖҚ – ны қосу сызбасы (10.5 - сурет).

ТСтөгуші сорғылар, Аараластырғыштар

10.5 – сурет. Дренажды сорғымен жеткізу сызбасы

         Барлық аталған тәсілдерде негізгі конденсат жолына тек қана бір-бірден конденсаттық сорғы және қоректік су сорғысын қою жеткілікті.

Араластырушы қыздырғыштар сызбасында көрсетілгендей, айдаушы сорғылар орнатылмайды. ТС – төгуші сорғылар, А – араластырғыштар

          Қарастыратын тәсілде қыздырғыштан шығатын бу конденсатын негізгі бу конденсатына қосу үшін арнайы төгу (дренаждық) сорғыларын қою керек, себебі  . Төгуші сорғылардың жұмыс өнімділігі шамалы, бірақ жоғары тегеурін     туғызады.

           Сызбаның кемшілігіне (қыздырғыштар санына байланысты) өте көп төгуші сорғылар қою қажеттігі, өз мұқтажына жұмсалатын электр энергиясы шығынының көбеюі, қыздырушы будың қысымы өзгергенде (төмендегенде ) дренаждың өздігінен қайнауын ( араластырушы қыздырғыштарда кездесетін сияқты) болдырмайтын шаралар қабылдау қажеттігі жатады. Дренажды негізгі конденсат жолына жеткізужаңғыртушы қыздырғышқа дейін ( «б» варианты бойынша) немесе  кейін («а» варианты бойынша) жүзеге асады (  10.6 - сурет).  10.6 – сурет. Дренажды негізгі конденсат жолына беру варианттары

           

 

 

          Жаңғыртушы қыздырғышқа  «а»  вариантында берілетін негізгі конденсаттың  қажыры, «б» вариантымен салыстырғанда  өте төмен болады.

Екі вариантта да конденсат бірдей температураға , дейін қызатын болғандықтан, «а» вариантына қыздыру үшін бу  көбірек қажет, сондықтан

 

   «б» вариантына қарағанда басым болады. «а» вариантында әрбір келесі қыздырғышқа конденсат  қажырмен берілетінін атап өту қажет, мұның өзі алынатын жоғары қысымды будың мөлшерінің азаюына әкеп соғады және көп сатылы ҚСЖҚ – ның жылулық тиімділігін төмендетеді. Бірақ,  «а» варианты бойынша орындалған көп сатылы ҚСЖҚ-ның тиімділігі жоғары, себебі кез келген екі бірдей жағдайда осы варианттағыдай төмен қысымды буды қолдану тиімдірек.

 

           10.2.2  Дренажды каскадтап төгуші беттік ЖҚ- ларды қосу сызбасы

 

            Қарастыратын сызбада (10.7 - сурет) қыздырушы будың конденсаты

жоғарғы қысымды қыздырғыштан одан қысымы біраз төмен қыздырғышқа өз еркімен барады (қыздырушы булардың қысымдарының айырмасына байланысты). РП2-ден  РП3 –ке бу кіріп кетпес үшін (яғни РП –де будың конденсациялануы кезінде бөлінетін жасырын булану жылуын толық қолдану үшін) құрғатулар жолында (дренаж) конденсат аластағыштар (КА) орнатылады. Конденсат аластағыш деп қалтқысы бар тек қана  конденсатты жинайтын және өзіне буды жібермейтін құмыраны айтады.

10.7 – сурет.  Құрғатуын каскадтық төгетін Беттік ЖҚ-тарды қосу сызбасы

           Мұндай сызбаның артықшылығына, төгуші насостарының болмауы, яғни қарапайымдылығы  жатады. Бірақ сонда да, сызбаның өзіне тән кемшіліктері бар, олар тікелей және жанама энергетикалық шығындары бар болғандықтан, осы сызбаның жылулық тиімділігін төмендетеді.

     

       Тікелей энергетикалық жылу шығындары, соңғы қыздырғыштан конденсаторға құйылатын дренаждың салқындауына байланысты пайда болады

 

.

                    (10.1)

     

           Жанама энергетикалық шығындар 3-ші бу алымынан шығатын, бу мөлшерінің азайып қалуына ( ЖҚ3 үшін) және осыған байланысты конденсатор арқылы өтетін бу мөлшерінің көбеюіне байланысты. 3-ші бу алымынан шығатын бу мөлшерінің азаюы, ЖҚ 3 –ке ЖҚ 2 –ден  Image1510.gif (1018 bytes)

энтальпиясы жоғары дренаждың кіруі себеп болады. Немесе ЖҚ 2 –ден келген дренаж негізгі конденсатпен салытырғанда қыздырушы орта болып саналады және 3-ші бу алымындағы будың біраз бөлігінің орнын басады

 

 

.

                   (10.2)

 

           Сонымен дренажды каскадты түрде төгуші сызбаның жылулық тиімділігі, дренажды негізгі конденсат жолына насоспен беруші беттік қыздырғыштарды қосу сызбасына қарағанда, төменірек болды. Ал осы, дренажды каскадты төгу сызбасын, араластырушы қыздырғыштар сызбасымен салыстырсақ та тиімділігі оның төмен болып шығады. Бірақ өзінің қарапайымдылығына байланысты, бұл сызба жаңғыртушы беттік қыздырғыштарды қосудың негізгі сызбасы болып саналады. Дренажды каскадты төгу сызбасының жылулық тиімділігін көтеру үшін келесі тәсілдерді қолдануға болады:

1)    дренажды каскадты төгуді конденсаторға жеткізбей аяқтау:

                      а) ол үшін соңғы қыздырғыштан кейін дренажды жинақтап, сосын оны негізгі конденсат жолына төгетін (дренаждық) насос орнату керек – мұндай сызбаны қиюластырылған немесе каскадты- насосты дренажды төгу сызбасы деп атайды (10.8 - сурет):

10.8 – сурет.  Дренажды каскадты – насосты төгуді қолданатын беттік ЖҚ –тарды қосу сызбасы

         

 

 

                           б) сызбаға бір (немесе бірнеше) араластырушы қыздырғыш орнату арқылы (10.9 - сурет):

      10.9 – сурет. Араластырушы және беттік ЖҚ –тары бар ҚСЖҚ сызбасы

          2) жаңғыртушы қыздырғыштардан дренажды төгу жолына дренажды салқындатқыш (ДС) орнату, сондықтан негізгі конденсат жолында дроссельдік шайба (ДШ) орнатылады.

 болғандықтан, ЖҚ 2 – ден шығатын дренаж ЖҚ 3 –ті қыздырушы будың орнын аз басады (   көбееді де,    - азаяды), мұның өзі ақыр аяғында жаңғыртушы циклдің пайдалы әсер коэффициентін жоғарылатады.

10.10 – сурет. Дренажды салқындатқышы бар ҚСЖҚ сызбасы

Сонымен, жаңғыртушы қыздырғыштарды қосу кезінде болатын энергетикалық шығындардың азаюы, дренажды салқындатқышты орнату себебінен де, және дренажды каскадты-насосты төгу себебінен де іске асады екен.

 

 

 

 

 

        11-дәріс. Қоректік суды термиялық газсыздандыру

 

        Табиғи күйдегі судың құрамында біраз мөлшерде еріген газдар болады, олар су буланғанда будың құрамына да кездеседі.

         ЖЭС-тің қоректі суына газдар, құрылғының саңылаулары арқылы станцияның химиялық тазарту цехында суды химиялық тазартудан (СХТ) өткізген кезде табиғи сумен бірге енеді, себебі құрылғылардың қысымы атмосфералық қысымнан төмен болады. Қоректі суда O2  мен  CO2 –нің болуы металдың коррозияға ұшырауына әкеп соғады, ал тағы да басқа коррозияға ұшыратпайтын газдармен бірге бұл газдар жалпы жылу алмасуды нашарлатады

(себебі осы газдардың жылу беру коэффициенті будыкіне қарағанда өте төмен). Сондықтьан ЖЭС-те қоректі судың құрамындағы еріген газдар мөлшеріне арнайы талаптар қойылады: O2 ≤10 мкг/кг, CO2≤ 5 – 10 мкг/кг.

            Еріген газдардың осындай концентрацияларын болдыру үшін суды химиялық немесе термиялық тұзсыздандырудан өткізеді. Химиялық газсыздандыруды химиялық реагенттер көмегімен іске асырады, ол жеке газ компоненттерін аластау мүмкіндігін береді. Ал термиялық газсыздандыру кезінде  суда еріген барлық газдар аласталады, сондықтан  осы процесті деаэрация (аэро – ауа) емес дегазация деп атаған дұрыс болар еді. Қазіргі ЖЭС –да негізінен термиялық  газсыздандыру немесе термиялық деаэрация қолданылады. Термиялық газсыздандырудың мағынасы келесіде.

          Суда еріген газдардың мөлшері      Генри заңы бойынша осы газдардың сұйық бетіндегі парциал қысымдарына тура пропорционал

 

 

,

(11.1)

           мұнда             - пропорционалдық коэффициенті, ол газ қоспасы  

                                          компонентінің суда еру коэффициентіне тең.

                                -  су бетінің үстіндегі газ қоспасы компонентінің парциал 

                                         қысымы.

           Генри заңы, егер сұйық бетінен жоғары кеңістікте газ қоспасы бар болса, онда қоспаның әрбір компоненті суда өзінің газ коспасындағы меншікті парциал қысымына пропорционал еритінін тұжырымдайды.

Генри заңы бойынша суда еріген газдар мөлшерін азайту үшін олардың сұйық үстіндегі парциал қысымын азайту керек.

          Газ қоспасының толық қысымы Дальтон заңы бойынша оған кіретін компоненттердің парциал қысымдарының қосындысына тең екені белгілі.

Осы заң бойынша су үстіндегі бугаз қоспасының толық қысымы тең болады

 

 

            (11.2)

 

     

               Су буларының парциал қысымы      сұйық бетіндегі газ қоспасының толық қысымына дейін көбейсе, онда Генри заңы бойынша тепе-теңдік бұзылады да, судың бетінде оның бойында бұрын еріген газ компоненттері шыға бастайды.      қысымның артуы үшін суды алдымен қыздырып, сосын буландыру қажет. Судың булануы ЖЭС-те негізінен изобаралық процесте жүретін болғандықтан ( яғни тұрақты температуралар мен тұрақты қысымдарда),  шарты орындалуы үшін су қайнап жатқан кезде оның бетінде жиналған бугаз қоспасын үнемі аластап отыру керек.

Бугаз қоспасын аластау және оның орнын бумен толықтыру, сұйық бетінен жоғары орналасқан кеңістікте газ компоненттерінің азаюына және бугаз қоспасында олардың парциал қысымдарының төмендеуіне  әкеп соқтырады.

Тепе-теңдіктің бұзылуы судың газсыздану процесін алдын-ала анықтайды. Судың температурасы жоғарылаған сайын, бір мезгілде газдың суда еру коэффициенті азаятынын айтып өту қажет. Ол Генри заңына сәйкес тепе-теңдіктің бұзылуына және газсыздану процесінің күшеюіне әкеледі.

         Суды қайнау температурасына дейін қыздыру қоректі су деаэраторында (ҚСД) жүзеге асады, ол араластырғыш типті (араластырғыш жаңғыртушы қыздырғыш сияқты) жылу алмастырғышқа ұқсас ) [13]. ҚСД-да суды қыздыру үшін турбинаның бу алымынан алынатын бу қолданылады (11.1- сурет).

    

 

Д 

-  деаэратор,

БС

булы қоспаны салқындатқыш,

ҚР

қысым реттегіші,

ҚЫ

қоректі су ыдысы,

1

-  негізгі конденсат,

2

қыздырушы бу,

3

газсызданған (қоректі) су,

4

булы қоспа(бугаз қоспасы),

5

булы қоспаның конденсаты,

6

конденсацияланбайтын газдар.

11.1 – сурет. Қоректі су деаэраторының сызбасы

 

      

         Қоректі су деаэраторына негізгі конденсаттан басқа бірнеше бу, конденсат және  су ағындары кіреді. Осы ағындардың қоспасы деаэратордан шыққан кезде қоректі су деп аталады, себебі тек қана осы қоспа ғана бу генераторына беріледі (11.2 - сурет).

  

негізгі конденсат шығыны,

қыздырушы бу шығыны,

қосымша су шығыны,

турбина тығыздамаларынан

    шыққан бу шығыны,

турбина тығыздамаларына   

   ж іберілетін бу шығыны,

ЖҚҚ құрғатуларының шығыны.

11.2 – сурет.  Материалдар мен жылу ағындарының сызбасы

         Қоректі су деаэраторының материалдық балансын келесі түрде жазуға болады:

 

.                     (11.3)

          Қоректі су деаэраторының жылулық балансы:

 

,

                       (11.4)

 

мұнда

 

 

                      

-

   

 ҚСД-ға  кіретін ағынның шығыны және энтальпиясы;

 

-

 жылу алмастырғыш ретінде қарастырылған ҚСД п.ә.к.-і;

 ( қабырғалары арқылы кететін жылу шығындары  1 - 3 % құрайды);

 

-

 қыздырушы будың қысымына сәйкес келетін құрғақ қаныққан будың энтальпиясы .

         и     шығындарын (булы қоспаның мөлшері 1 тонна суға шаққанда  1,5-2 кг-ды құрайды) және ҚСД-дағы жылу шығындарын ескермесе, (11.4) – теңдеуі келесі түрге келеді:

 

 

            (11.5)

 

         ҚСД-ға кіретін ағындарды, және   энтальпиялардың өзара қатынасына байланысты (егер   > , болса ағын қыздыратын деп аталады) қыздыратын және қызатын деп ажыратуға болады. Осыны ескере отырып ҚСД-ның жылулық және материалдық  баланс теңдеуін келесі түрде жазады:      

 

,

          (11.6)

 

 

.

           (11.7)

          (11.6) және (11.7) теңдеулерін бірге шешуден алынады

 

.

(11.8)

(11.8) теңдеуінен ҚСД –ның қалыпты жұмыс шарты болып   (яғни қыздырушы бу турбинадан жіберіледі) саналады. Ол келесі шартты орындаған кезде мүмкін болады:

 

.

            (11.9)

 

          Әйтпесе,    болғанда бу ҚСД-дан керісінше турбинаға кіреді. Мұндай жағдай ҚСД-да су өзінен-өзі қайнаған жағдайда болады

( апаттық жұмыс жағдайы, конденсатор арқылы өтетін бу мөлшері көбейгенде орын алады).

         Өзінен-өзі қайнау қауіпін азайту үшін келесі әдістерді қолданады:

         - ҚСД-ға кейбір ағындарды кіргізуден бас тарту;

         - ЖҚҚ тобынан шығатын құрғатуларды салқындатушы қондырғы орнату;

         - ҚСД-ның жұмыс қысымын арттыру (қыздырушы будың қысымын арттыру), оның салдарынан  өседі және бірқатар қыздыратын ағындар қызатын ағындар санатына көшеді.

         Міндетіне сәйкес деаэраторлар келесі түрлерге бөлінеді:

         - қоректі су деаэраторлары;

         - қосымша су деаэраторлары;

         - қайтарылған конденсат(кәсіпорыннан) деаэраторлары;

         - жылу тораптарын қоректендіруші сулар деаэраторлары.

 

Жұмыс қысымына сәйкес қоректі су деаэраторлары келесі түрлерге бөлінеді:

         а) атмосфералық (бар);

         б) жоғары қысымды (бар);

          в) вакуумдық ).        

 

 

         12-дәріс. Қоректік су деараторларын қосу сызбалары

 

         ҚСД    ішіндегі суды   қайнау температурасына дейін қыздыру үшін реттелетін және реттелмейтін турбинадағы бу алу қолданады.                                       ҚСД сұлбаларының қосылуының негізгі талаптары болып, бутурбинасының жұмыс істеу режиміне тәуелсіз деаэратордағы қысымның тұрақтылығы болып есептелінеді. Бұл турбинаның жұмыс режимін реттеу кезіндегі негізгі бу ысырмасының жабылуымен байланысты. Соның нәтижесінде турбинаның бу шығынымен қоса турбинаға дейінгі жаңа будың қысымы өзгереді. Соңғысы будың турбина бойымен таралуына әсер етеді де, ҚСД-дағы бу алу қысымының азаюына әкеледі. Қыздырушы будың қысымының төмендеуі нәтижесінде, деаэратордағы су жаңа -қа  қатысты қызған болып саналады. Осыдан ҚСД ішінде бу түзілу процесі жүре бастайды. Өздігінен қайнау процессі, деаэратордан кейін орналасқан қоректік сорғы жұмысына әсер етуі мүмкін (бу генераторына су жіберілмей қолуы мүмкін).                                                                                                       Қысымның тұрақтылығына  жету үшін деаэраторда қысымды реттеуші орнатылады және деаэратор  алынатын буға қосылады. Оның қысымы деаэратор ішіндегі жұмыс қысымынан 2-2,5 есе көп.                                                                                                         ҚСД-ны бу алуға  қосу әдісіне байланысты бөлуге болады

         а) ҚСД өзіндік қыздыру сатысы ретінде қосылатын схема;                                                                   

         б) алдын-ала қосылған  ҚСД-ң  қосылу сұлбасы;                                        Бірінші сұлбада деаэратор өзіндік қыздыру сатысы ретінде, сонымен қатар жаңғыртулық қыздырғыш ретінде шығарылады және бу алуға қосылады. (12.1- сурет)

  12.1-сурет.  ҚСД өзіндік қыздыру сатысы ретінде қосылатың сұлба                                                                                                                                                                

         (ҚР)  қысымды реттеуіш арқылы деаэратордағы қысым реттеледі және тұрақты болып қалады. 2-ші  алудағы  қысымы деаэратордағы  жұмыс қысымынан шамамен 2 есе көп болады. Қысымды реттеуіш ішінде буды дросселдеу нәтижесінде, сұлбада энергетикалық шығындар пайда болады. Араластырғыш типті қыздырғыштартағы судың қыздырылу температурасы, қыздырушы будың қысымындағы қанығу температурасымен бірдей болады.

   Осылайша 2-ші бу алу суды   температурасына дейін қыздыра алады, бірақ буды дросселдеу нәтижесінде ҚР-дегі суды қыздыру температурасы төмен болады                       ( қысымдағы   қанығу температурасына сәйкес). Пайда болатын судың толық қыздырылмауы    РП1 қыздырғышында 1-ші бу алуының шығының көбею есебінен толады. Сонымен қатар 2-ші бу алудағы будың шығыны, ҚР жоқ нұсқамен салыстырғанда аз болады. Екінші  сұлбада ҚСДмен жаңғыртулық қыздырғыш  турбинадағы бірдей бу алуға қосылған. (12,2-сурет)

                     12,2-сурет. Алдын-ала қосылған ҚСД-ның сұлбасы

 

ҚРдағы будың дросселдену нәтижесінде болатын ҚСД-дағы толық қыздырылмау, РП2 қыздырғыштағы сол 2-ші бу алу буымен толықтырылады және су  температурасына дейін қыздырылады (минус 2-5°С, қыздырғыш түтіктердің термиялық кедергісіне байланысты). Соның нәтижесінде 2-ші бу алудың бу шығынының өсуімен қатар, 1-ші бу алудың бу шығыны төмендейді. Төменгі қысымды буды көбірек алу, көбінесе экономикалық жағынан тиімді болғандықтан, бірінші сұлбамен салыстырғанда 2-ші сұлбаның жылулық үнемділігі жоғары болады. Сонымен бірге 2 –ші схемада қосымша РҚ пайда болады, оның құны ПӘК цикліның жоғарлау нәтижесінде 7-8 жыл аралығында алынған үнемдеу арқылы ақталуы керек.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13-дәріс. Жылу электр станциясында су мен бу ысырабын орнына

 

   Техникалық термодинамикада айналмалы процестерді қарастырғанда берілген жұмыс затының мөлшері әр уақытта  өзгермейтін болып қабылданады.     

           ЖЭС-те нақты процесс  будың, судың және шықтың ысырапталуы себебінен жұмыс затына қарасты тұйықсыз болып саналады.

Жұмыс затының ысырапталуы ішкі (станцияның өз басында) және сыртқы (тек қана ЖЭО үшін) болып екіге бөлінеді.

       Жұмыс затының сыртқы ысыраптары жылуды қолданушыларға байланысты және  оны келесі себептер туғызады:

       -  қолданушылардың араластырушы жылу алмастырғыштады қолдануы;

        -  қолданушыға буды тасымалдау және  шықты  кері қайтару кезінде болатын шығындар және қолданушының қондырғыларында саңылаулар болуы;

        -  қолданушының шықты әртүрлі қоспалармен ластандыруы салдарынан оны ЖЭС-те енді қолдану мүмкіндігі болмауы.

Жұмыс затының ішкі ысыраптары келесі себептерге байланысты:

        - жұмыс затының ЖЭС қондырғыларының тесіктері арқылы шығындалуы;

        - будың қосалқы мұқтаждарға шығындалуына байланысты ( отынды кептіруге, бу генераторының қызу беттерін бумен тазартуға);

        - ЖЭС технологиялық  қондырғыларының қалыпты жұмысын қамта-масыз етуге ( мысалы, бу генераторын су мен будың сапасын жоғарылату үшін бумен үрлеп тазарту).

       КЭС-те жұмыс затының шығындары 0,8-1,1%, ал ЖЭО –да 1,3-1,8%, ал үрлеп тазарту үшін жұмсалатын бу шығындары – 3-5% құрайды.

        Мұндай ысыраптардың орнын:

        - химиялық тәсілмен тазартылған сумен (ХТС);

        - термиялық тәсілмен тазартылған сумен ( ТТС) толтырады.

Термиялық тәсілмен тазартылған су деп, буландырушы құрылғы деп аталатын, арнайы жылу алмастырғыштан алынған будың тазартылған шығын айтады.

          Буландырушы құрылғыда химиялық тәсілмен тазарған су немесе шикі (табиғи) су буланады, ол буға ешқандай қоспасыз айналады. Алынған бу арнайы салқындатқышта ( буландырғыш конденсаторында) немесе жаңғыртушы қыздырғышта таза шыққа айналады. Алынған буды салқындату үшін әдетте негізгі конденсатты (конденсатордан шыққан) қолданады, мұндай амал осы будың жылуын қайтадан сызбаға қайтаруға мүмкіндік береді. Себебі алғашқы суды қыздыру және буландыру үшін буды арнайы бу алымынан  алады ( мұның өзі конденсатор арқылы өтетін бу мөлшерін азайтады және ЖЭС –тің  п.ә.к.-ін жоғарылатады), сондықтан буландырғышта пайда болған буды екіншілік бу деп атайды.

          Буландырғыш деп ішкі қыздырушы секциясы бар вертикал цилиндрлік аппаратты айтады. Қыздырушы секция жоғарғы және төменгі шеттері тақтаға бекітілген түтіктерден құралады. Қыздырушы секцияның цилиндр тәрізді қабы болады. Бу алымынан келген бу қаптың ішіне, түтіктер арасындағы кеңістікке жіберіледі. Суды қыздырып және буға айналдыруға қолданылған біріншілік (қыздырушы) будың конденсаты, секциядан үнемі шығарылады. Қыздырылған су секцияның түтіктерін жартылай толтырады.

 

1 – тұрқысы,
2 –
қыздырушы секцияның тұрқысы (сауыты),
3, 4 –
жоғарғы және төменгі түтіктер тақтасы,
5 –
қыздырушы секцияның түтіктері,
6 –
тамшы ұстағыш(сепаратор)

           13.1 – сурет. Буландырушы қондырғының құрылымы

 

Буландырушы қондырғыдағы су ағындарының түпкілікті сызбасы 13.2 суретте көрсетілген.


13.2– сурет. Буландырғыштағы су ағындарының сызбасы

Шикі су  (ХТС) қозғалатын беттерді арнайы үрлеп тазартады, сонда ғана олар судың құрамында кездесетін тұздардан тазарады және олар қызу беттерінде кристалдана алмайды (бу генераторына ұқсас).

Екіншілік будың қысымы    қыздыратын будың қысымына     қарағанда бірнеше барға төмен болады. Қысымдар айырмасы    қыздырушы жэәне қызатын орталардың температуралар айырымы арқылы анықталдады, ол осы орталарды ажыратушы қабырғаның термиялық кедергісіне тәуелді.

Экономикалық тұрғыдан тиімді температуралар айырмасы 12-150С –ға тең:

 

 

 .

(13.1)

      

Бірақ, екіншілік будың қысымы,           тәуелділігіне сәйкес, оның температурасымен анықталатынын есте сақтаған жөн.

 шамасының мәні арқылы буландырғыштың қызу бетінің ауданын анықтайды, ол келесі жылу тасымалдау теңдеуімн анықталады:

 

 

.

         (13.2)

        Буландырушы қондырғының жылулық баланс теңдеуі

 

,

         (13.3)

 

мұнда   - буландырушы ққұрылғының п.ә.к.-і.

        Енді үрлеуге кететін және мөлшері 1-3%   бу шығынын ескермесе, онда:

 

 

            (13.4)

 

           мұнда   -  қыздырушы будың және екіншілік будың қысымдарының мәніне сәйкес келетін жасырын булану жылуы.

           (13.4) формуласынан, қыздырушы будың әрбір килограммы жуық шамамен алғанда 1 килограмм екіншілік буды шығаруға қатысатынын көреміз.

           Екіншілік буды көбірек өндіру үшін және оған қажет қыздырушы будың шығынын азайту үшін көп сатылы қондырғыларды қолданады (13.3- сурет)


13.3 – сурет. Екі     сатылы буландырушы қондырғының сұлбасы

         Көп сатылы буландырушы қондырғы буландырғыштар параллель қосылған ( 32 - ші тығын жабық, 31- ші тығын ашық) сызба бойынша да, тізбектей қосылған  ( 31- ші тығын  жабық, 32-ші  тығын ашық)  сызба бойынша да жұмыс жасай алады.

         Көп сатылы буландырушы қондырғыда 1-ші буландырғыштан шыққан екіншілік бу 2-ші буландырғыш үшін қыздырушы орта болып саналады.

Мұның өзі турбинаның бу алымынан шыққан әрбір килограмм буға n килограмм (буландырғыштар санына байланысты) екіншілік бу алуға мүмкіндік береді, ал бірінен соң бірі орналасқан буландырғыштардың ең соңғысында екіншілік будың қысымы төмен болады.

        Буландырушы қондырғылар ЖЭС-тің жылулық сызбасына келесі варианттардың біреуі бойынша қосылуы мүмкін:

        - жеке  конденсатормен бірге (13.4- сурет);

-  жеке конденсаторсыз (13.5 – сурет).

        Бірінші вариантта буландырғыштың  екіншілік буының конденсациясы буландырғыштың арнайы конденсаторында (БК),  негізгі конденсаттың көмегімен жүзеге асады. Буландырғыштың конденсаторы, екі жаңғыртушы қыздырғыштың арасына қосылған, өз бетімен жеке жұмыс істейтін жылуалмастырғыш ролін атқарады. Буландырғышты, жаңғыртушы қыздырғыш ЖП1 қандай бу алымына қосылса, сол бу алымына қосады, сондықтан буландырғыш осы қыздырғыштың бір бөлігі сияқты (алдын-ала қосу сызбасы) қарастырылады. Бұл жерде 1-ші бу алымында бу шығыны өзгермейді, осыған байланысты сызбада энергия ысырап болмайды және  ЖЭС п.ә.к.-і өзгермейді. Осы варианттың кемшілігі болып буландырғыш конденсаторын орналастыруға жұмсалатын қосымша қаржылар саналады.

           Екінші вариантта  конденсатор ретінде беттік немесе араласырғыш жаңғыртушы қыздырғышты қолданады.

 

 

 

 

 

 

 

 

                13.4 - сурет.  Конденсаторы бар буландырғышты қосу сызбасы

         Негізгі конденсатты жаңғыртып қыздыру үшін қолданылатын 2-ші бу алымындағы бу шығыны азаяды, себебі буландырғыштың қыздырушы буының конденсаты ЖП2 –нің қыздырушы буының бір бөлігінің орнын басады (13.5 - сурет).

Ол турбинада конденсаторға өтетін бу мөлшерінің көбеюіне жол береді, яғни салқын көзге кететін жылу шығындары көбейіп, ЖЭС-тің п.ә.к.-і азаяды

(бірінші вариантпен салыстырғанда жуық шамамен 1-2%-ға).

Екінші варианттың артықшылығына осы жылулық сызбаның қарапайымдылығын жатқызуға болады, себебі мұнда жеке конденсатор орнатылмаған. Сызба, әдетте, арзан отынды қолғанда, іске қосылады, сол кезде

отынды үнемдеу тиімділігі қосымша капиталдық қаржылардың орнын 7-8 жыл бойы басады.

13.5 – сурет.  Жеке конденсаторы жоқ буландырғышты қосу сызбасы

 

 

          14-дәріс. ЖЭО –дан жылуды жіберу сызбалары (жүйелік суды дайындау сызбалары)

 

          ЖЭО сыртқы қолданушыға жылуды келесі түрде жібереді [11,14]:

 - бу алымынан жіберілген бу түрінде немесе бу түрлендіргіш деп аталатын арнайы буландырғыштан (дәріс 13) жіберілген екіншілік бу түрінде;

         - жүйелік су қыздырғыш немесе бойлер деп аталатын жылу алмастырғыштарда қыздырылған ыстық су ретінде.

        Бу түрлендіргіштен бу және бойлерден ыстық суды дайындап алу үшін турбинаның арнайы бу алымынан шыққан бу қолданылады ( жылуландыру тәсілі).

        Жүйелік қыздырғыштар мен бу түрлендіргіштер құрылымы  [13] әдебиетте баяндалған. Жаңғыртушы қыздырғыштардан жүйелік қыздырғыштардың айырмашылығы, тік түтіктерді қолдануында, сондықтан олардың ішкі беттері тез тазаланады ( жүйелік су қоректі суға қарағанда әртүрлі қоспалармен ластанады).

         Екі түтіктер тақтасынан құралған (а) және жылжымалы басы бар (б) қапталған түтікті жылу алмастырғыштар 14.1-  суретте бейнеленген.

1 – тұрқы (қабы) , 2 және  6– жоғарғы және төменгі су камералары, 3 – су қалқасы,
4
және 7 – жоғарғы және төменгі түтіктер тақтасы, 5 – түтікті қызу беттері, 8 – бу қалқалары, 9 – жылжымалы басы (бұрушы камера)

14.1 – сурет. Жүйелік су қыздырғыштар (бойлерлер) құрылымдары

 

          Атап айту қажет, жүйелік су қыздырғыштар тек қана вертикал типті емес, горизонтал типте де орындалады. Соңғы типтері ЖЭО-да қондырғылардың өте ыңғайлы үйлесімін береді және оларға бу тасымалдаушы құбырлардың ұзындығын ықшамдайды.

           Жүйелік су қыздырғыштар жылулық сызбаға негізінде  екі тәсілмен қосылады:

           - шың су қыздырушы бойлері бар ЖЭО түрінде (14.2-сурет);

  - жүйелік суды екі сатылы сыба бойынша қыздыратын ЖЭО түрінде

 ( 14.3 - сурет).

 

          Бірінші тәсілде қолданушының шың жүктемесі, шың су қыздырғышта таза буды (турбинада жұмыс жасамаған)  қолдану негізінде  өтеледі. Қыздырушы будың шың су қыздырғышқа қажетті параметрлерін  неғұрлым жоғары қысымды бу алымынан бу алу арқылы немесе редукциялы – салқындатушы қондырғы  (РСҚ) орнату арқылы тағайындайды.

14.2 –сурет.  Шың су қыздырушы бойлері бар ЖЭО сызбасы

       Шың су қыздырушы бойлері бар ЖЭО-лар 1958 жылға дейін жобаланып келді. Бірақ қазіргі кезде де энергетикада  шың су қыздырушы бойлері бар ЖЭО –лар немесе оның әртүрлі өзгерістері кеңінен қолданылуда ( мысалы, ЖЭО – 2, Алматы қаласы). Бұл тәсілдің ерекшелігіне, негізгі жүктеменің негізгі бойлер (НБ)  есебінен өтелуі жатады.  Шың жүктемелерді өтеу кезінде шың  бойлер (ШБ) іске қосылады. Кері магистралдан (КМ)  келген су жүйелік су сорғысының (СЖ) көмегімен жүйелік су қыздырушы қондырғыға беріледі және кейіннен тіке магистралға (ТМ) барады.

       Екінші тәсілде (14.3-сурет) шың бойлердің орнына шың су ысытушы қазандар қолданылады (ШСҚ).

       Бұл тәсіл сыртқы қолданушыға берілетін жылу мөлшерін өте кең аралықта реттеу мүмкіндігін береді. Қолданушыға аз жылу мөлшерін жіберу үшін төменгі жүйелік су қыздырғышты  (ЖСҚТ) қосу қажет. Жіберілетін жылу мөлшерін көбейту үшін жоғарғы жүйелік су қыздырғышты  (ЖСҚЖ) қосу қажет. Егер қолданушының жылулық жүктемесін өтеуге ЖСҚТ мен ЖСҚЖ – лардың жылулық қуаты жеткіліксіз болса, онда шың су ысытушы қазандар (ШСҚ)

іске қосылады. Жылулық жүктеме максималдық болған жағдайда сыбаның барлық қыздырушы элементтері, тіпті шықтатқыштың жылытушы шоғы (ШЖШ) да, іске қосылады. Жүйелік судың тіке магистралдағы температурасы 1500С –ға дейін барады (кейбір жеке жағдайларда 180 – ге дейін).

ЖСҚЖ және ЖСҚТ жоғарғы және төменгі қысымды су қыздырғыштар,
ШЖШшықтатқыштың жылытушы шоғы

14.3 – сурет. Жүйелік суды екі сатылы қыздырушы ЖЭО сызбасы

 

        ШЖШ – іске қосылғанда турбина вакуум нашарлаған жағдайда жұмыс жасайды, себебі температурасы 15-200С айналымдық судың орнын темпера-турасы 600С кері магистралдан келген  жүйелік су басады (шықтатқыштағы қысым шықтың температурасымен анықталады). Вакуум нашарлаған жағдайда салқын көзге кететін жылу шығындары мүлдем жоғалады ( айна-лымдық контур ажыратылған), сондықтан ЖЭО-да отынды қолдану коэффи-циенті    жоғарылайды. Сонымен қатар, нашарлаған вакуум жағдайында станцияның электрлік п.ә.к.-і   .

      Жүйелік су қыздырғыштар менг шың су ысытушы қазандардың  біріккен жұмысының ең маңызды көрсеткіші болып жылуландыру коэффициенті саналады. Ол қолданушыға,  бу алымдары арқылы берілген,  жылу мөлшерінің ЖЭО –ның толық жылулық жүктемесіне   қатынасымен анықталады

 

(14.1)

      Жылуландыру коэффициенті  станцияның жалпы тиімділігіне әсерін тигізеді. Неғұрлым  жоғары болса, соғұрлым электр және жылу энергиясын қиыстырып өндіру артады және отынды көбірек  үнемдеуге болады. Бірақ мұндай жағдайда, арзан  шың су ысытушы қазанмен салыстырғанда, энергетикалық бу генераторларының капиталдық шығындары өседі ( олардың жылулық жүктемелері көбееді).     - үшін тиімді мән 0,5 – ке  тең.

 

 

 

 

15-дәріс. Жылу электр станцияларының басқа түрлері

          Органикалық отынның   химиялық байланысу энергиясын қолданатын, жылу электр станцияларының басқа түрлеріне  газ турбиналары бар (ГТЭС) және бу-газ турбиналары бар (БГЭС) электр станциялары жатады. Жұмыс істеу ережесі бойынша жылу электр станциясы ретінде, ауыр элементтер атомдарының қарапайым бөлшектерінің байланыс энергиясын қолданушы, атомдық электр станцияларын да қарастыруға болады.

          15.1 Газ турбиналары бар электр станциялары

          ГТЭС-та қозғаушы ретінде турбиналар қолданылады, олардың жұмыс заты органикалық отынның жану өнімдері болып саналады.

           ГТЭС қуаты бу турбиналары бар электр станцисының (БТЭС) қуатынан кем, п.ә.к.-і 35% -дан аспайды (БТЭС – те 41,5 дейін болады).  Газ турбиналары бар қондырғылардың өте төмен п.ә.к.-і , жұмыс затының турбина алдындағы шамалы қысымымен түсіндіріледі (жуықтап алғанда қысымы 4-6 бар, ал БТЭС-те ол 130-240 бар болады) және газ турбинасының металл беттері қатты ыстыққа шыдамсыз болғандықтан, газдың алғашқы температурасының мәні 750-1150°С-қа дейін шектеледі.

           ГТЭС газ тәріздес немесе сұйық отынмен жұмыс жасайды. Қатты отынды ГТЭС жағдайында қолдануға болмайды, себебі газ турбинасының металл беттері тозуға тез ұшырайды (әсіресе қозғалмалы бөліктері).

          ГТЭС –тің БТЭС-пен салыстырғанда келесі артықшылықтары бар:

          - Аз капиталдық қаржылар;

          - Су қажеттілігі аз;

          -  Жүктемені өте үлкен аралықта реттеу мүмкіндігі;

          -  Шың немесе жартылай шың электр станциясы ретінде қолдану (жұмысын қатты үдете алады, агрегаттарды іске қосу және ағыту уақыты шамалы) мүмкіндігі;

          - ГТЭС ықшамды.

           ГТЭС кемшіліктеріне келесілер жатады:

           - ГТЭС жалпы және жеке газ турбиналық қондырғыларының қуаты аз;

           -  Ауаны сығуға жұмсалатын өз басының энергия шығыны өте жоғары (40% -ға дейін), ол отынның температурасы төмен жану өнімдерін алумен байланысты, және ауаны еселеу коэффициентінің мәні жоғарылаған кезде жүзеге асады..

Келесі ГТЭС түрлері кездеседі

                     а) жұмыс заты атмосфераға жіберілетін жағдайда, ашық немесе тұйықсыз деп аталады;

                     б) жұмыс денесі ретінде тұйық контурда айналымда болатын және жану өнімдерінің әсерінен қызатын газ   саналатын, жабық немесе тұйық деп аталады.

      Қарапайым газ турбиналары бар қондырғының сызбасы 15.1-суретте көрсетілген.

          

ГТ – газ турбинасы, КМ – компрессор, КСжану камерасы, НТотын насосы,  ПЭДіске қосқыш электр қозғалтқыш

15.1 – сурет. Сұйық отынмен жұмыс істейтін ГТҚ түпкілікті сызбасы

          Газ турбиналары бар қондырғының жұмыс істеу ережесі мынадай. Компрессорда, атмосферадан сорылатын ауа , қысымының белгілі қажетті мәніне дейін сығылады. Сонда ауаның температурасы ( термодинамиканың  II заңына сәйкес)  дейін көтеріледі. Сығылған ауа жану камерасына (ЖК) беріледі, оған сұйық отынды  шашыратып жібереді (немесе газ тәріздес отынды жібереді). Жану камерасында отын  жағдайда жанады және тепературасы жоғары жану өнімдері пайда болады. Газ турбинасында өтетін процестің температуралық деңгейі турбина материалының ыстыққа төзімді қасиеттерімен шектелгендіктен ( өте жоғары сапалы легірленген болат), жану өнімдерін екінші текті ауамен араластыру қажет (пунктир сызық), ол турбинаға кіретін газдардың температурасын 750-1150°С –қа дейін төмендетуге мүмкіндік береді. Жану өнімдері турбинаға кіреді, сол кезде олардың температурасы 350-450°С –қа дейін төмендеп, көлемдері атмосфералық қысымға дейін ұлғаяды. Турбинада қолданылған жану өнімдерін атмосфераға босатып жібереді. Босаған газдардың температурасы өте жоғары болғандықтан ( БТЭС-пен салыстырғанда өте жоғары) қарапайым ГТҚ-ның п.ә.к.-і 10-12 % құрайды. Сондай-ақ  ГТҚ п.ә.к.-нің төмен болуы,  бірінші текті ауаны (отынды жағуға қажетті) және екінші текті ауаны сығуға жұмсалатын энергия шығынының басым екендігінде. Ауаны еселеу коэффициенті қарапайым ГТҚ-да 6-10 бірлікті құрайды.                                                        ГТҚ п.ә.к.-ін жоғарылату үшін келесі әдістерді іске асыру қажет:                                     

          - турбинадан шыққан жану өнімдерінің қоршаған ортаға (атмосфераға таралатын) өзімен бірге алып кететін жылу шығынын азайту үшін осы жылу шығынын жаңғырту;

          - жану өнімдерінің бастапқы температурасын    жоғарылату, ол үшін газ турбинасының жұмыс күрекшелерін еріксіз түрде салқындату керек;

 - газдың турбина алдындағы қысымын арттыру, ол үшін компрессорда газды көп сатылы сығымдаудан өткізу.

      Жылуды жаңғыртушы сызбада регенератордан (РГ) шығатын газдардың жылуы  компрессорға берілетін ауаны  қыздыру үшін қажет (15.2 – сурет).

     15.2 – сурет. Жылуды жаңғыртушы ГТҚ сызбасы

 

     Жылуды жаңғырту дәрежесін температуралар бойынша анықтайды:

Image1511.gif (1373 bytes).

                    (15.1)

         Жылуды жаңғырту отынды 22-28 % үнемдеуге мүмкіндік береді.

         П.ә.к. - ті жоғарылатудың екінші тәсілі турбина алдындағы  газдың температурасын көтеруге негізделген, ол ГТЭС сызбасын күрделендіреді.  Қысымды 15-20 барға арттыру үшін көп сатылы (екі) компрессор керек. Төмен қысымды компрессорда (КМнд) ауа сығылғанда температурасы артатын болғандықтан, жоғары қысымды (КМвд) –ның екінші сатысының алдына ауаны салқындатушы (ВО) орнату керек, сонда ғана ауа 170-1800С -тан 25-350С-қа дейін салқындайды (компрессорлық қондырғының жұмыс жағдайы бойынша).

 

 

       15.3  - сурет.  Ауаны екі сатылы сығымдаушы ГТҚ сызбасы

 

 

        Үшінші тәсіл де қондырғының сызбасы мен құрылымының күрделенуіне әкеп соғады, себебі ол ГТҚ-ның аса жұмысқа  бейім элементтерін салқындату арқылы іске асады.Турбинаға жіберілетін  газдардың температурасын алдын-ала жоғарылату үшін (циклды Карно цикліне жақындату әдісіне жүгінсе), отынды сатылы жағу қажет (яғни жылуды сатылы түрде беру керек).

 

         15.4 – сурет. Жылу екі сатылы түрде берілетін ГТҚ сызбасы

         Жабық ГТЭС  сызбаларында (15.5 - сурет) жұмыс заты ретінде отынның жану өнімдері қолданылмайды, арнайы (ГН)газ қыздырғышта қыздырылатын ауа немесе басқа газ қолданылады. Мұның өзі,  тұйықсыз ГТЭС-та қолдануға болмайтын қатты отынды жағуға мүмкіндік береді.

          Ауа тұйық контурда айналады. Тұйық ГТЭС-тарда жұмыс затының параметрлері тұйықсызға қарағанда жоғары: P0= 40-60 бар, Pкон≈ 10 бар. Бұл газ турбиналары бар қондырғылардыңүлкен жеке қуатын анықтайды.

          Тұйық типтес ГТЭС кемшіліктеріне жатады:

           - газды салқындатушыда (ГО) жылу шығындары өте жоғары;

           - газдардың жылу беру коэффициенті өте төмен болғандықтан газ қыздырғышының (газ қазанының) габариттері өте үлкен.

         Соңғы кемшілік осы варианттың өте жоғары капиталдық шығынын анықтайды және осы вариантты қолдану мүмкіндігін азайтады. Жабық ГТЭС п.ә.к.-ін жоғарылату үшін газ салқындатушыда газдардың салқындауы кезінде бөлінген жылуды жылыту мақсаттарына қолдануға болады.    

 

15.5сурет. Тұйық типті ГТЭС сызбасы

          Сұйылып шыққаайналатын газдарды жұмыс денесі ретінде қолданатын ГТЭС –тің қызметі бу турбиналы ЖЭС қызметіне жақын. Мысалы, көмір қышқыл газы төмен температураларда өзінің агрегаттық күйін өзгертеді және сұйыққа айналады. Сұйықтың қысымын көтеруге кететін энергия шығыны недәуір аз (себебі сұйық аз сығылады), сондықтан компрессордың орнына сорғыны қолдануға болады.

15.2  Бу газ электр станциялары

            ГТҚ –ны бу турбиналы қондырғымен бірге қолданса, ГТЭС бу газ электр станциясына айналады  (БГЭС).

           БГЭС келесі үйлесімдерде орындалады [6]:

           -  жоғары тегеурінді бу генераторы (ЖТБГ) бар;

           -  алдын-ала қосылған турбинасы бар;

  -  қазан-утилизаторымен қиюласқан БГЭС.

           Бірінші вариантта ошақ камерасында  қысымы 4,5-5,5 бар жоғары тегеурінді тығыз газды бу генераторы орнатылады. Ошақтан шығарда температурасы 700-9000С болатын ошақтық газдар газ турбинасына жіберіледі. Турбинадан шыққан газдар жолында жылыту мақсатына қолданылатын,  суды қыздыратын регенера-тор немесе  бу генераторының сыртқы су экономайзері орнатылады.

           Газ турбиналы қондырғының п.ә.к.-ін , ауаның артықтық еселеуішін кәдімгі мәндеріне дейін (1,15-1,25) азайту және кететін газдардың температурасын 160-2400С –қа дейін төмендету ( энергетикалық бу генераторындағыдай) арқылы,  

42-43% -ке дейін жеткізуге болады. Бу генераторынан  алынған аса қызған буды

бу турбиналы электр станциясының сызбасында қолданады.

Ошақ камерасында қысымның жоғарылауы, бу генераторының габариттерін кішірейтуге мүмкіндік береді, яғни оның негізгі шығындары азаяды. 

           15.6  - сурет. Жоғары тегеурінді бу генераторы бар БГЭС сызбасы

           

            Жоғары тегеурінді бу генераторы бар БГЭС кемшілігіне қатты отынды қолдану мүмкінсіздігін жатқызуға болады.

            Қатты отынды бу генераторында,  алдын-ала қосылған газ турбинасы бар екінші вариантты қарастырған кезде, қолдануға болады (15.7 - сурет).

 

15.7     - сурет. Алдын-ала қосылған газ турбинасы бар БГЭС сызбасы

 

          БГЭС-тің п.ә.к.-і,   газ турбинасында жұмыс жасаған сұйық отынның жану өнімдерінің (400-4500С) жылуын бу генераторынан бу алу үшін қолдану арқылы өседі. Газ турбинасынан шыққан жану өнімдерінде ауаның артықтық еселеуіші жоғары болғандықтан, оларда қатты отынды жағуға болады. Мұндай жағдайда жағылатын отын мөлшері, жану өнімдерінің құрамында артықтық еселеуішінің мәні 1,15-1,25 болу шартымен анықталады. Бу генераторы, бірінші вариантпен салыстырғанда өзгеше,  атмосфералық қысымда жұмыс істейді.

          Утилизатор-қазанымен (ҚУ)  бірге қиюлас жұмыс істейтін БГҚ сызбасы 15.8- суретінде көрсетілген.

 

          15.8 – сурет. Утилизатор-қазаны бар БГҚ –ның қиыстырылған сызбасы

           Утилизатор-қазанында ҚУ өндірілген бу жану камерасына, температураны 700-9000С –қа дейін төмендету үшін, жіберіледі. Мұның өзі ауаның артықтық еселеуішін 1,05-1,15 шамаға дейін төмендетеді, осының салдарынан қондырғының п.ә.к.-і ұлғаяды. ҚУ –дан шығатын артық буды  жылуды қолданушыға жіберуге (ЖҚ) болады.

 

 

          15.3 Атомдық электр станциялары

 

           Атомдық электр станциялары (АЭС) букүштілік қондырғылар сияқты жұмыс істейді және ядролық отын ( табиғи U-238, байытылған U-235).

           Уран ыдырағанда өте көп мөлшерде жылу бөлінеді. Ядролық отынның ыдырауы атомдық реакторда жүреді ( негізінен жылулық нейтрондар көмегімен). Келешегі мол болып тез нейтрондармен жұмыс жасайтын реакторлар (реактор- көбейткіш) саналады, онда белсенсіз элементтер белсендіге айналады:  U-238-ші   Pu-239-ға, торий (Тh-232) –ші   U-233-ке.

Екіншілік Pu-239 және  U-233 әрі қарай отын ретінде жылу реакторларында қолданыс табады.

          Атом ыдыраған кезде реакторда, органикалық отынды жаққанмен салыстырғанда,   2,5*106 есе көп жылу бөлінеді. Сондықтан АЭС-те ядролық отын ЖЭС-ке қарағанда аз жұмсалады. Мысалы, ГРЭС-400 сағатына 200 тонна отын жақса, АЭС бір жылда тек 200 тонна отынды қажет етеді. Алайда атом ыдыраған кезде,  тек қана жылу бөлініп қоймай, γ – сәулелер де бөлінеді, олар тірі организмдер үшін өте қауіпті, өткір рентген сәулелері болып саналады.

Осыған байланысты АЭС-та биологиялық қорғаныс мәселелерін шешуге және алыстан басқару жүйелерін енгізуге тура келеді.

          АЭС-те жұмыс заты болып қанығуға жақын  су буы саналады. Бу реакторларда немесе арнайы бу генераторларында өндіріледі. Реакторлар сумен су жылу алмасатын тұрқы түрінде ( су реакцияны баяулатушы ретінде ғана қолданылмай жылу тасығыш ролін де атқарады) немесе көмір графиті баяулатушы ролін атқаратын каналдар түрінде жасалынады (жылуды бөлетін элементтерді  ЖБЭЛ салқындату үшін тағы да су қолданылады).

Реакторда өндірілген бу, кәдімгі бу турбиналы электр станцияларына ұқсас турбинаға жіберіледі.

         Бірінші атомдық электр станциясы 1954 жылы Обнинск қаласында құрылды. Қазіргі кезде бүкіл әлемде әр типті АЭС-тер қолданылады [3, 6]:

         - бір контурлы ( сурет 15.9 а);

         - екі контурлы ( сурет 15.9 б);

         - үш контурлы ( сурет 15.9 в).

               Р – реактор, ППТ – аралық жылутасығышты қыздырғыш,
               НПТ – аралық  жылутасығыш сорғысы, НЦ – айналымдық сорғы

               15.9 – сурет. Атомдық электр станциясының сызбасы

         Бір контурлы АЭС-те қаныққан су буын шығаратын, қайнайтын реакторлар қолданылады. Бір контурлы АЭС-тер жоғары радиоактивті, сондықтан қазіргі кезде мұндай электр станциялары жобаланбайды. Радиациялық тұрғыдан неғұрлым қауіпсіз болып екі контурлы АЭС-тер саналады. Су буы екінші контурда арнайы бу генераторында өндіріледі. Аралық

Жылутасығыш ретінде бірінші контурда балқыған сұйық металдар ( калий, натрий, қорғасын, висмут) қолданылады, олардың балқу температуралары 6000С

- тан төмен. Үш контурлы АЭС-те жұмыс заты  болып аса қызған бу есептеледі.

Үш контурлы АЭС-тің техника-экономикалық көрсеткіштері: = 255-510°С, = 60 бар, = 30-32 %.

           Атап айту қажет, АЭС электр станциясының ауыспалы түріне жатады, оны пайдалану өте жоғары радиациялық қауіп туғызады және радиоактивті қалдықтарды арнайы  сақтауды қажет етеді (мысалы, радиоактивті иодтың жартылай ыдырау периоды жуықтап алғанда 0,5 миллион жылға тең).

Алдағы уақытта шамасы, радиоактивті емес қалдықтары пайда болатын жеңіл элементтерді синтездеуге негізделген,  термоядролық энергетика дамуы тиіс.

 

 

 

 

 

 

 

Алғашқы энергия көзі мұнда теңіз суы болады, оның бүкіл әлемдегі қоры шексіз. Атап айту қажет, термоядролық энергетика да қоршаған ортаға атмосфераны және су көздерін  жылулық ластандыру арқылы өз әсерін тигізеді.

         Қазіргі кезде  “термояд” саласында тәжірибелік зерттеулер өткізілуде (“Токамак” және  “Ангара” қондырғылары), жоғары температурадағы плазма алынған (жуықтап алғанда 1,5 миллион градус). Негізгі мәселелері:  плазманың өмір сүру мерзімін мыңнан бір секундтан шексіз уақытқа ұзарту және жоғары температурада төзімді жұмыс атқаратын материалдар ойлап-табу.

 

         15.4  МГД- генераторлары бар электр станциялары

 

         Электр энергиясын өндірудің магниттік гидродинамикалық әдісі (МГД-генерация) бұрыннан белгілі [4]. Ол, магнит өрісінде қозғалатын,  иондалған газ ағынында электр қозғаушы күшінің (ЭҚК) және электр тогының пайда болуына негізделген ( сурет 15.10).

15_10u copy.gif (2296 bytes)

          15.10 – сурет.  МГД-генерациясының сызбасы

           Электр өткізгіштік қасиеттері бар газдың иондалуы 2000-30000С температуралар аралығында ( төмен температурадағы плазма) жүреді.

Каналда (К) орналасқан электродтарда (Эл),  индукциялық тұрақты электр тогы

пайда болады, содан кейін ол айнымалы токка айналады. Канал газ ағынын үдету үшін және оның потенциалдық энергиясын кинетикалыққа түрлендіру үшін қажет.

          МГД- қондырғысы бар, органикалық отынмен жұмыс істейтін  электр станциясының сызбасы 15.11 - суретте көрсетілген.

          МГД қондырғы кәдімгі бу немесе газ турбиналы қондырғымен үйлеседі және алдын-ала қосылған сатыны елестеді, мұнда электр тогын өндіру п.ә.к.-і 100% - ға тең болады. Мұның өзі МГД- генераторында жылу шығындары  іс жүзінде мүлдем болмайтындығына байланысты (жылу  тек қоршау беттері арқылы шығындалады), ал одан шығатын газдар газ турбинасына немесе бу генераторына жіберіледі. Осыған байланысты МГД-генераторлары бар электр станцияларының п.ә.к.-і   50-60 % - ды құрайды.

 

 15.11 – сурет. МГД-генераторы бар электр станциясының сызбасы

      Жану камерасында (КС)  температуралар 30000С –ға жуық жоғары деңгейге жетеді, мұндай жағдайда отынның жану өнімдеріиондаладиондалады.

Мұндай температуралық деңгей оттегімен (техникалық оттегі)   байытылған ауаны ауа қыздырғышта 20000С –ға дейін қыздыру нәтижесінде пайда болады. Көрсетілген температураларда жану камерасы мен МГД- каналы жасалған отқа төзімді материалдың  жұмысы жоғары сенімділікті бере ме, сол мәселені шешу керек. Отқа төзімді материалдар ретінде жоғары температураға төзімді керамика, метал тотықтары, таза металдар (вольфрам, молибден) сынақталды, бірақ бұл материалдардың беріктігі ойдағыдай болмай шықты. Отқа төзімділердің жұмыс сенімділігін арттыру үшін жану өнімдерінің ішіне  арнайы заттар (СаСl2, цезий) қосыла бастады, олар иондалған газдардың электр өткізгіштігін жоғарылатты. Осындай қоспалар газдардың иондалу температурасын 2200-25000С төмендетті.

           МГД- қондырғыларда отын ретінде органикалық отын немесе ядролық жанармай қолданылады. Бірінші жағдайда қондырғы ашық типті болып саналады. Ядролық жанармайды қолданған кезде қондырғы инерттік газдар гелий мен арг   онды қолданатын жабық типті болып саналады.

           Қуаты 3 МВт алғашқы тәжірибелік МГД-қондырғы Москва қаласының ЖЭО-23 –де орнатылды. Воронеждік ЖЭО- да қуаты 300 МВт МГД- қондырғы жобаланды, оған қуаты сондай 300 МВТ бу турбиналық қондырғыны тіркеу жоспарланған еді.

 

 

Әдебиттер тізімі

          1. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Общие вопросы. Справочник/ Под общ. ред. В.А.Григорьева и В.М.Зорина. – М.: Энергия,1980.
          2. К.Дукенбаев, Е.Нурекен. Энергетика Казахстана. Технический аспект. – Алматы: Корпорация Атамура, 2001.
          3. Тепловые и атомные электрические станции: Справочник / Под общ. ред. В.А.Григорьева и В.М.Зорина. – М.: Энергоатомиздат, 1989.
          4. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. 3-е изд. – М.: Энергия, 1979.
          5. Андрющенко А.И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок. – М.: Высшая школа, 1985.
          6. Стерман Л.С., Тевлин С.А., Шарков А.Т. Тепловые и атомные электростанции. – М.: Энергоиздат, 1982.
          7. Елизаров Д.П. Теплоэнергетические установки электростанций. – М.: Энергоиздат, 1982.
          8. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. – М.: Энергоатомиздат, 1987.
          9. Щегляев А.В. Паровые турбины. 6-е изд. – М.: Энергоатомиздат, 1993.
          10. Эксергетический метод и его приложения /В.М.Бродянский, В.Фратшер, К.Михалек. – М.: Энергоатомиздат, 1988.
          11. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. – М.: Энергия, 2001.
          12. Прузнер С.Л., Златопольский А.Н., Некрасов А.М. Экономика энергетики СССР. – М.: Высшая школа, 1984.
          13. Рихтер Л.А., Елизаров Д.П., Лавыгин В.М. Вспомогательное оборудование тепловых электростанций. – М.: Энергоатомиздат, 1987.
          14. Тепловое оборудование и тепловые сети: Учебник для вузов/ Г.В.Арсеньев, В.П.Белоусов, А.А.Драченко и др. – М.: Энергоатомиздат, 1988.

 

 

 

Мазмұны

 

Кіріспе                                                                                                                      3

1 – дәріс. Бу турбиналы электр станцияның түпкілікті жылулық сызбасы       6

2 – дәріс.  ЖЭС –тің жылу үнемділігі мен жылулық балансы                            11

3 – дәріс. Бу параметрлерінің жылу электр станциясының жылу тиімділі-      17

              гіне  ықпалы. Буды аралық қыздырғышта қыздыру.

4 – дәріс. ЖЭС-тың жылулық түпкілікті сызбасы                                               27

5 – дәріс. Шықтатқыш электрстанциялардың энергетикалық

               көрсеткіштері                                                                                          31

    6 – дәріс. ЖЭО-ның энергетикалық көрсеткіштері және жылулық үнемділігі  35  

7 – дәріс. Жылуландырудың артықшылықтары мен кемшіліктері                     41

8 – дәріс. Қоректік суды жаңғыртулық қыздыру                                                  45

9 – дәріс. Көп сатылы қоректі судың жанғыртулық қыздырылуы                          52

10 – дәріс. ҚСЖҚ қосу сызбалары                                                                         57

11 – дәріс. Қоректік суды термиялық газсыздандыру                                          65

12 – дәріс. Қоректік су деараторларын қосу сызбалары                                      69

13 – дәріс. Жылу электр станциясында су мен бу ысырабын орнына келтіру  71

14 – дәріс. ЖЭО –дан жылуды жіберу сызбалары                                               76

15 – дәріс. Жылу электр станцияларының басқа түрлері                                    80

Әдебиеттер тізімі                                                                                                     91

 

 

 

 

04ж. негізгі жоспары, реті___93___

 

 

 

Эрнест Әкімұлы Серіков

 

Сәуле Қианбекқызы Әбілдинова 

 

 

 

 

ЖЫЛУЭНЕРГЕТИКАНЫҢ ТЕОРИЯЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ

Дәрістер конспектісі

(220000 -  Жылуэнергетика,110000- Техникалық физика,

360000- Автоматтандыру және басқару мамандығының студенттері және 050717 – Жылуэнергетика бағытының бакалаврлары үшін)

 

 

 

 

 

 

 

Редакторы Ж.А. Байбураева

 

 

 

Басуға қол қойылды ____________                        Қалпы 60х84 1/16

Таралымы  50    экз.                                                  Баспаханалық қағаз №1

Көлемі_____оқу есепті баспа табақ.                      Тапсырма _______.

Бағасы_____ тг.

 

 

 

Алматы энергетика және байланыс институтының

көшірмелі-көбейткіш бюросы

480013 Алматы, А. Байтұрсынұлы көшесі, 126 үй