Коммерциялық емес акционерлік қоғам

АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ

Жылу энергетика қондырғылары кафедрасы

 

 

 

ЖЭС – ТЫҢ НЕГІЗГІ ЖАБДЫҚТАРЫН ПАЙДАЛАНУ 

5В071700 – Жылу энергетика мамандығының жылу электр станциялары мамандандырылуындағы студенттер үшін есептік-сызба жұмыстарына әдістемелік нұсқаулар және есептер

 

 

Алматы 2011

Құрастырғандар: Г.М. Тютебаева, А.С. Касимов. ЖЭС – тың негізгі жабдығын пайдалану. 5В071700 – Жылу энергетика мамандығының жылу электр станциялары мамандандырылуын таңдаған студенттер үшін есептік-сызба жұмыстарына әдістемелік нұсқаулар және есептер. – Алматы; АУЭС, 2011 ж. – 17 б.

 

ЖЭС – тың негізгі жабдығын пайдалану пәні бойынша әдістемелік нұсқаулар 5В071700 – Жылу энергетика мамандығы бойынша оқитын, жылу электр станциялары мамандандырылуын таңдаған студенттерге арналған.

Әдістемелік нұсқаулардың ішінде екі есептік-сызба жұмысына есептер, олардың орындалу әдістемесі ұсынылатын әдебиеттер тізімі бар.

Сурет 7, кесте 7,  әдеб. көрсеткіші -5 атау.

 

Пікір беруші: ЖЭҚ кафедрасының доценті Бахытжанов И.Б.

 

«Алматы энергетика және байланыс университеті» коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2011 ж. баспа жоспары бойынша басылады.

 

 

© «Алматы энергетика және байланыс университеті» КЕАҚ, 2011 ж.

 

Кіріспе

 

Соңғы үш-төрт онжылдықта жылу электр станцияларының жабдығын пайдалану жағдайларында және сипатында елеулі өзгерістер болды. Бұл өзгерістер көптеген себептерге байланысты, олардың ең бастылары келесілер болып табылады:

-          Қазақстан энергия жүйелеріндегі электр энергиясын тұтыну сипаты және өндіруші қуаттардың құрылымындағы қолайсыз өзгерулер;

-          пайдалануға берілетін энергия блоктардың санының және бірлік қуатының артуы;

-          асқын қысымның тура ағынды қазандықтарын енгізу, олардың динамикалық сипаттамалары сыни қысымға дейінгі дағыралы және тура ағынды қазандықтардың сипаттамаларынан ерекшеленеді.

Қазіргі уақытта электр энергетикасындағы жауапты және қиын проблеманың бірі - энергетика жүйелеріндегі электр жүктемесінің кестелерінің ауыспалы, айнымалы бөлігін сенімді реттеу болып табылады. Мұндай реттеудің қиындығы және күрделілігі үлкен теңсіздікпен ерекшеленетін электр энергиясын тұтыну кестелерін қамту талаптарына және қазіргі энергия жабдығының тезділік сипаттамаларына толық түрде сәйкес келмейді. Бұл әсіресе жүктемені арттыру жылдамдығы мен жекелеген агрегаттар жүктемесінің рұқсатты тереңдігі сияқты сипаттамаларға жатады.

Осы жағдайлардың салдарынан жылу электр станцияларының (ЖЭС) жүктеме кестесінің ауыспалы бөлігін реттеуге тарту қажеттігі туындайды, бұл жағдай жүктеменің жылдам өзгеру режимдеріне аз бейімделген, олардың қолданыстағы жабдығының ұзақ және терең аз жүктемелеулерді рұқсат етпейтіндігіне қарамайды. Соңғы кезде энергия жүйелері терең реттеу режімдеріндегі үлкен бірлік қуатының энергия блоктарын пайдалануға және түнгі демалыс күндеріндегі түсу кезеңдерінде бұл блоктардың жиі толық тоқтауларына соқтырады. Мұндай пайдалану жүктеме кестесінің азаю және олардың біркелкі еместігін ұлғайтудың тұрақты тенденцияларына байланысты кеңейе береді.

Осындай белсенді шаралармен бірге блоктық электр станцияның қолданыстағы жабдығының тезділікті пайдалану режімдерінің және аз реконструктивтік шаралардың жүргізу жолымен міндеті болып табылады. Соңғы онжылдықта бұл бағытта зерттеу және эксперимент жұмыстарының үлкен көлемі жүргізілді, олар көптеген жағдайларда аз шығындар жолымен энергия блоктардың тезділіклік сипаттарын елеулі жақсартуға және оларды зерттеудің диапазонын кеңейтуге, жүктеме жиынының жылдамдығын арттыруға қол жеткізуге болатынын көрсетті, апатты жағдайларда блоктар жүктемесін бос жүрістерге дейін азайту тереңдігін алуға, сондай-ақ асқын номинал қуаттың кейбір асқын жүктемесін алуға мүмкіндік жасады, бұл кестенің ең шарықтау бөлігінен өтуін айтарлықтай жеңілдетеді.

 

Әдістемелік нұсқауларға есептердің шешімі кіреді, оның біріншісі конвективті агрегаттың газ арнасындағы үлкен күлден тозуға ұшыратпайтын газдардың рұқсат етілетін жылдамдығын анықтауға арналған. Екінші тапсырма қазандық агрегаттың буды аса қыздырғышының камерасындағы ең үлкен рұқсат етілетін температуралар айырмасын анықтауға арналған.

Екінші есептік-сызба жұмысында жылуландыру шығырлық қондырғыларының ішінара жүктеме кезіндегі техника-экономикалық көрсеткіштерін анықтау мәселелері қарастырылады.

 

№1 есептік - сызба жұмысты орындауға әдістемелік нұсқау мен тапсырмалар

 

Тапсырма 1

 

Күлден тозудың жылдамдығы 8000 жұмыс сағаты ішінде J = 0,2 мм-ден аспайтындай буды аса қыздырғыштың (бақ) немесе экономайзердің (эк) ауданындағы қазанның газ арнасындағы максималды жылдамдықты табу керек. Есептеуді жылдамдықтардың біркелкі өрісі  = 1 үшін және жылдамдықтардың біркелкі емес өрісі  =1,25 үшін жүргізу керек. Есептеуге қажетті бастапқы мәліметтер 1 кестеден алынады.

 

1 кесте

Нұсқа

 

Отын түрі

Әкетіндідегі күлдің үлесі,

аун

Әкетінді-дегі жанармайлардың мөлшері

Сун,%

Ауа артығының коэффи-циенті

a

 

 

bm

Газдар темпе-ратура-сы

u, °С

Құбырлар диа-метрі

D, мм

Тозаң-дайындау жүйесі

1

Донецкілік

0,95

2

1,3

1,2

560(эк)

32

ШДД-мен

2

Екібастұздық

0,9

4

1,3

1,2

630(эк)

42

БД-мен

3

Кизеловтік

0,8

3

1,24

1,24

800(бақ)

42

ШДД-мен

4

Донецкілік

0,95

3

1,34

1,15

580(эк)

32

БД-мен

5

Екібастұздық

0,95

4

1,32

1,2

780(бақ)

42

ШДД-мен

6

Екібастұздық

0,9

3

1,4

1,23

500(эк)

32

БД-мен

7

Донецкілік

0,8

5

1,31

1,24

530(эк)

32

ШДД-мен

8

Кизеловтік

0,9

2

1,3

1,2

480(эк)

42

БД-мен

9

Донецкілік

0,9

4

1,34

1,15

620(эк)

42

ШДД-мен

0

Екібастұздық

0,8

2

1,28

1,25

750(бақ)

32

БД-мен

 

Есепті шешуге арналған әдістемелік нұсқаулар

 

Есептеудің негізіне тәжірибелік сынақ мәліметтерінің негізінде алынған (1)-теңдеу салынады (құбырлардың шахматты шоғындағы жергілікті тозу)

 

, мм,                                  (1)

 

мұндағы а – күлдің абразивті қасиеттеріне тәуелді коэффициент,
(2 кестені қара);

mметалдың тозуға төзімділігін ескеретін коэффициент, (көміртекті болат үшін m = 1, қосындылы болат үшін m = 0,7);

– соққылардың ықтималдығының коэффициенті (3 кестені қара);

  және – күл концентрациясының немесе газ жылдамдығының өрістерінің біркелкі еместік коэффициенттері;

– күл концентрациясы, г/м3;

– құбырлар шоғының тар қимасындағы газ жылдамдығы, м/с;

– уақыт, сағат.

2 кесте

Отын түрі

Күлдің абразивтілігі коэффиценті, а

Донецкілік көмір

0,54Ч10-5

Кизеловтік көмір

0,35Ч10-5

Екібастұздық көмір

0,95Ч10-5

 

3 кесте

Құбырлардың сыртқы диаметрі, мм

32

42

Тозаңдайындау жүйесі

Газдар жылдамдығы, м/с

5

10

15

5

10

15

Шарлы диірменмен

0,2

0,3

0,35

0,18

0,27

0,33

Балғалы диірменмен

0,3

0,36

0,48

0,26

0,36

0,44

 

Газ ағынындағы қалқымалы бөлшектердің орташа концентрациясын мына формула бойынша бағалауға болады

 

,                                (2)

 

мұндағы Ар – отынның жұмыстық массасының күлділігі, %;

аун – газдармен бірге ошақтан әкетілетін күл үлесі;

Сун – әкетіндідегі жанармайлардың мөлшері, %;

Vг – жағылатын отынның 1 кг-на келетін газ көлемі, м3/кг;

u - құбырлар шоғындағы газдың орташа температурасы, °С.

 

(1)-теңдеуде газдар жылдамдығы тозу жылдамдығын анықтауға арналған аргумент болып табылатындықтан, есепті графикалық тәсілмен шешкен жеңілірек.

Бұл үшін таңдап алынған үш газ жылдамдықтары кезіндегі тозуды есептеу керек, содан соң J=f() графигін (1 суретті қара) тұрғызу керек, ол бойынша рұқсат етілетін жылдамдық анықталады.


1 сурет - Тозу жылдамдығының газдар жылдамдығына тәуелділігі

 

 

Тапсырма 2

 

Буды аса қыздырғыштың (БАҚ) камерасын ішінен қаншалықты салқындатуға болатынын анықтау керек (2 суретті қара). Есептеуге арналған бастапқы мәліметтер 4 - кестеден алынады.

 

4 кесте

Параметрлері

Нұсқа нөмірі

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

БАҚ камерасының сыртқы диаметрі D, мм

410

377

325

420

410

377

325

410

377

325

Қабырға қалыңдығы, d, мм

80

50

50

70

80

70

50

50

70

60

Қалдық қысымы P, Мпа

7

8

3

4

8

9

2

3

8

5

Температурасы t, °С

350

380

200

250

285

400

200

250

310

360

Саңылауларының диаметрлеріd, мм

28х5

32х6

36х6

28х4

32х6

36х5

28х5

42х6

36х6

32х5

Бойлық қадамы tx, мм

150

140

160

140

150

80

160

70

100

60

Көлденең қадамы,  ty, мм

70

80

60

50

70

120

80

180

50

90

Жылу беру коэффициенті, Вт/м2К

3000

4000

5000

6000

7000

4000

5000

6000

4000

6000

Болат маркасы

12Х1МФ

15Х1М1Ф

20

15Х1М1Ф

Х18Н10Т

12Х1МФ

15Х1М1Ф

20

15Х1М1Ф

Х18Н10Т

 


Есепті шешуге арналған әдістемелік нұсқаулар

 

Есепті шешудің негізіне рұқсат етілетін кернеулер талаптары бойынша температуралардың рұқсат етілетін айырмашылығын анықтауға арналған теңдеуі салынған

,                                  (3)

мұндағы  – жылулық соққының түріне және элемент құрылмасына түзету коэффициенті (3 суретті қара), Bi =a2d/l критерийіне тәуелді;

l – жылуөткізгіштік коэффициенті (4 суретті қара);

 – жылулық кернеулердің концентрациясы коэффициенті, саңылаулардың жиектері үшін =2;

 

 

 


2 сурет- Буды аса қыздырғыштың камерасының көлденең қимасы

fBi

 
Выноска 2 (без границы): u=1Выноска 2 (без границы): u=2

3 сурет - Ортаның температурасының сатылап өзгеруі кезіндегі fBi  коэффициентінің мәні

 

l, Вт/×К)

 

t, °C

 

4 сурет- Болаттың әртүрлі маркалары үшін жылуөткізгіштік коэффициентінің температурадан тәуелділігі

 

Фm – термомеханикалық параметр (МПа/К), мына формула бойынша анықталады

,                                              (4)

мұндағы Е – серпімділік модулі (5 суретті қара), b - сызықтық кеңейтілу коэффициенті (6 суретті қара), m – Пуассон коэффициенті, әдетте 0,3-ке тең деп алынады;

5 сурет- Болаттың әртүрлі маркасы үшін серпімділік модулінің температурадан тәуелділігі

106, К-1

 

t, °C

 

6 сурет- Болаттың әртүрлі маркасы үшін сызықтық кеңейтілу коэффициентінің температурадан тәуелділігі

 

sдоп – жұмыстық температура кезіндегі (5 кестені қара) рұқсат етілетін жылулық кернеу (МПа);

 

5 кесте

Температура

°С

Болат маркасы

20

12Х1МФ

15Х1М1Ф

Х18Н10Т

20

147

173

192

146

250

132

166

186

125

300

119

159

180

120

350

106

152

172

116

400

92

145

162

111

500

34

126

140

104

600

 

40

46

74

 

sр – ішкі қысымнан болатын кернеу (МПа), мына формула бойынша анықталады

sр=cр×Р×w+1),                                        (5)

 

мұндағы Фw – келесі формула арқылы анықталатын коэффициент

Фw = 2/(u2+1);

u = Dнар/Dвн – сыртқы және ішкі диаметрлердің қатынасы;

cр = f×cрf түзетуін ескергендегі кернеулер концентрациясының коэффициенті (cр құрылмалық параметрлерге байланысты 7-сурет бойынша анықталады)

f = 1 + 1,15×d2/(Dнар×d).                                      (6)

   

 

а) – (tx - d)/tx<(ty - d)/ty кезіндегі; б) – (tx - d)/tx>(ty - d)/ty кезіндегі.

 

7 сурет – Кернеулер концентрациясы коэффициентінің құрылмалық параметрлерден тәуелділігі

№2 есептік - сызба жұмысты орындауға әдістемелік нұсқау мен тапсырмалар

 

Толық және меншікті отын шығысын анықтау, сонымен қатар, келесі жұмыс шарттары кезіндегі үш ПТ-80/100-130/13 шығырларымен электр энергия және жылу өндіру бойынша ЖЭО-ның жеке ПӘЕ-ін анықтау: ЖЭО-ның электрлік қуаты NЖЭО=270 МВт. Өнеркәсіптік алымдардан кететін жылу Qөн=240 МВт. Жылуландыру алымдарынан кететін жылу Qжылу=120 МВт. Шығырлардағы будың алғашқы көрсеткіштері – есептік. Ро=12,75 МПа; tо=555 0С; Өнеркәсіптік алымдағы қысым: Рөн=1,3 МПа. Жылуландыру алымдарындағы орташа қысым Рт=0,12 МПа.

ПТ-80/100-130/13 шығыр қондырғылары бар, өнеркәс.алымының резервімен өнеркәсіпті – жылуландыру ЖЭО-ның қағидалық жылулық сүлбесін салу. Негізгі айналымдағы қоректік судың дайындығы мен жылумен қамдаудың ашық жүйесін қолдану кезіндегі жылулық желі қорегінің дайындығын көрсету.

Дағыралы қазаны бар энергия құраманың салқын күйінен түсу алгоритмін тұрғызу. Қағидалық түсу сүлбесін келтіру.

 

 

6 кесте  – Тапсырма нұсқаулары

Атының бірінші әрібі

ЖЭО-ның электрлік қуаты, МВт

Өнеркәсіптік алымдардан жылу жіберу, Гкал/сағ

Жылуландыру алымдарынан жылу жіберу, Гкал/сағ

Ц,У,К,Б

120

180

Режимдер диаграммасы бойынша анықтау

Е,Н,Г,Ю

150

270

Ш,Щ,З,Х

180

180

Ф,В,А,П

210

270

Р,О,Л,Д

240

180

Ж,Э,Я,Ч

135

90

С,М,И,Т,

165

180

 

Тапсырманы орындау мысалы

 

Толық және меншікті отын шығысын анықтау, сонымен қатар, екі Т-105/120-130 шығырлармен электр энергия және жылу өндіру бойынша ЖЭО-ның жеке ПӘЕ-ін анықтау. ЖЭО жылуландыруға, өнеркәсіптік желдендіруге және ыстық сумен қамтамасыз етуге жылу жібереді.

Qoтп = 550 МВт.

ЖЭО үшін жылуландыру еселеуіші αЖЭО=0,65.

ЖЭО шығырларының алғашқы көрсеткіштері – есептік: р0 = 12,75 МПа; t0 = 565° С.

ЖЭО-ның электрлік қуаты NЖЭО= 210 МВт.

Есептік режимдегі шығырлардың жылуландырулық алымдарындағы орташа қысым рт=0,098 МПа.

 

Шешімі

 

Тапсырма түрлі әдістермен шешілуі мүмкін. Оның бірі Т-105-130 шығырлары режимінің зауыттық диграммасы бойынша графикалық материалдарды пайдалануға базаланады.  Зауыттық диграмманың болмауы, сонымен қатар, ЭЕМ көмегімен есептеулер жүргізуге ыңғайлы аналитикалық теңдеулерді пайдалануға ұмтылу басқа шешу әдістерін қодануды талап  етеді. Диаграмманың барлық аймағының толық аналитикалық суреттемесі берілген жұмыстар да бар, дегенмен, көптеген экономикалық және жобалық тапсырмалар үшін едәуір қарапайым, бірақ шығырдың энергетикалық сипаттамалары үшін аналитикалық теңдеулерді пайдалануға базаланған өте нақты емес әдістерді де пайдалануы мүмкін. Берілген жұмыста аналитикалық энергетикалық сипаттамалардың екі түрі келтірілген: УТМЗ жылуландырғыш шығырлар үшін қолданылатын және жылуландырғыш шығырлардың негізгі типтері үшін 7 кестеде көрсетілген, техника – экономикалық есептеулерде кеңінен қолданылатын едәуір жалпы энергетикалық сипаттамалар. Т-105/120-130 шығыры үшін энергетикалық сипаттама мына түрге ие (1 кестені қара)

 

,                              (7)

мұндағы NТ —шығырдың жылуландырулық  қуаты, МВт;

рт—шығырдың жылуландырулық алымындағы қысым, МПа;

N—шығырды жалпы электрлік қуаты, МВт;

QОТП — шығыр алымдарынан кеткен жылу, МВт;

QТУР—берілген режимдегі шығырға кеткен жылу шығыны, МВт.

Берілген жалпы жылу беруде QОТП =550МВт және αТЭЦ=0,65, жылулық жүктеме олардың арасында біркелкі таралған деп болжап, әрбір Т-105-130 шығырының алымдарындағы жылу жіберуді анықтаймыз:

                                                                                             (8)

Шығырдың жылуландырулық қуаты

             (9)

Берілген жұмыс режиміндегі QT мен NH кезіндегі жылу шығыны

              (10)

 

7 кестеШығырлардың энергетикалық сипаттамалары (аналитикалық теңдеулер)

Шығыр

типі

Алғашқы

көрсеткіштер

Шығырлардың энергетикалық сипаттамалардың теңдеулері

Р0,

МПа

t0

0C

Жылулық тұтыну

базасындағы қуат, МВт

Шығырға кеткен жылу шығыны Qтур, МВт

1

2

3

4

5

ПТ-60/75-130/13

12,75

565

ПТ-80/100-130/13

12,75

555

ПТ-135/165-130/15

12,75

565

Т-105/120-130

12,75

565

Біріккен шоқпен жұмыс жасағанда

Т-175/210-130

12,75

555

Т-250/300-240

23,5

560/565

7 кестенің жалғасы

1

2

3

4

5

Р-50-130/13

12,75

565

Р-100-130/15

12,75

565

Осы режимдегі қазандағы отын шығыны

 

                                                 (11)

 

мұндағы QНРотынның жану жылуы, ГДж/кг;

шартты отын үшін QНР=29,33 ГДж/кг;

ηТ.П = 0,98 — қазаннан шығырға дейінгі негізгі бужолындағы жылу шығындарын есепке алатын жылу ағынының ПӘЕ-і;

ηК.У=0,92 – қазандық қондырғының ПӘЕ-і (газбен жұмыс жасағанда);

 

  (12)

 

Жылу жіберу мен өндіруге кеткен отын шығынының үлесі

 

    (13)

 

мұндағы ηТ.Ф. өндіру мен жіберудегі жылу шығындарын есепке алатын жылуландыру қондырғысының ПӘЕ-і.

ЖЭО-да электр энергияны өндіруге жұмсалған отын үлесі

 

                                        (14)

 

Электр энергия мен жылуға кеткен меншікті отын шығындарын және  электр энергия және жылу өндіру бойынша ЖЭО-ның жеке ПӘЕ-ін анықтайды. Ол үшін τр=1 сағаттағы электр энергия өндіру мен жылу жіберуді анықтайды:

 

                          (15)

 

               (16)

 

                        (17)

 

                              (18)

 

                   (19)

                      (20)

Салыстыру үшін Т-105-130 шығырының режим диаграммасының көмегімен сол тапсырманың шешімі келтіріледі. Т-100/120-130-3 шығыры үшін режимдер диаграммасы бойынша берілген режимдегі бу шығынын анықтаймыз NН=105МВт;

          QT = 178,75 МВт;

          рТ = 0,098 МПа;

          DТУР = 442 т/сағ;

          hП.В = 955 кДж/кг;

          р0= 12,7 МПа мен t0 = 565° С болғанда, h0 = 3515кДж/кг.

Шығырға кеткен жылу шығыны

 

    (21)

 

Сонымен, шығырдың аналитикалық сипаттамасы тәсілін пайдалану режимдер диаграммасы бойынша анықталған Qшығ мәнінен ауытқу берді

 

                        (22)

Инженерлі есептеулер үшін мұндай айырмашылық өте жақсы деп табуға болады.

 

Әдебиеттер тізімі 

1.       Елизаров П.П. Эксплуатация котельных установок высокого давления на электростанциях.-М.-Л.: Госэнергоиздат,1961.

2.     Паровые и газовые турбины /под ред.Костюка А.Т. и Фролова В.В.-М.: Энергоатомиздат, 2001,-350.

3.       М.И. Баженов, А.С. Богородский. Сборник задач по курсу «Промышленные тепловые электростанции». – М.: Энергоатомиздат, 1990г. 128 с.

4.       Трухний А.Д. Стационарные паровые турбины.- М.: Энергоатомиздат, 1990-640 с.

5.       Л.С.Стерман, В.М.Лавыгин, С.Г.Тишин. Тепловые и атомные электрические станции.-М.: Изд-во МЭИ, 2010.-463 с. 

 

Мазмұны

 

Кіріспе                                                                                            3

1 №1 есептік - сызба жұмыс                                                          5

2 №2 есептік - сызба жұмыс                                                          11

 

2011ж. жиынтық жоспары реті 1