Коммерциялық емес акционерлік қоғам
АЛМАТЫ  ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ БАЙЛАНЫС  УНИВЕРСИТЕТІ
Өнеркәсіптік  жылуэнергетика кафедрасы

ҚАЗАНДЫҚ ҚОНДЫРҒЫЛАР МЕН БУ ГЕНЕРАТОРЛАРЫ
Дәрістер жинағы
(5В071700 – Жылу энергетикасы мамандығына арналған)

Алматы 2014

ҚҰРАСТЫРУШЫ: Р. А. Мұсабеков. Қазандық қондырғылар мен бу генераторлары. 5В071700-Жылу энергетикасы мамандығының студенттері үшін дәрістер жинағы. – Алматы: АЭжБУ, 2013.- 93 б.

Дәрістер жинағының мазмұны мен көлемі жылуэнергетика бағыты бойынша баклаврларды  дайындауға арналған оқу жоспары мен «Қазандық қондырғылар мен бу генераторлары»  пәнінің  жұмыстық бағдарламасына сәйкес келеді. Дәрістер жинағында жылуэнергетикасында қолданылатын қазандық қондырғылар мен бу генераторларының түрлері, құрылысы, жұмыс қағидалары келтірілген. Ошақ камерасындағы қыздыру беттері мен олардағы жылу алмасу құбылыстарын есептеу, отын дайындау жүйелері мен жабдықтарының түрлері келтірілген.

Дәрістер жинағы 5В071700-Жылу энергетикасы мамандығының барлық оқу түрлерінің студенттеріне арналған.

Без.-55, кесте-3, библиогр. - 11 атау.

Пікір беруші: техн.. ғыл. канд., доцент М. Е. Туманов

«Алматы энергетика және байланыс университеті» Коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2013 ж. баспа жоспары бойынша басылады

© «Алматы энергетика және байланыс университеті» КЕАҚ, 2014 ж.

1-дәріс. Кіріспе. Бу қазандарының түрлері, жіктелуі

Дәрістің мақсаты: жылу энергиясын өндіретін қондырғылардың түрлері мен қағидалық сұлбалары. ЖЭС-ның технологиялық сұлбасындағы бу генераторының (БГ) орны. БГ түрлері, жұмыс қағидалары.

Электр энергиясының басым көп мөлшері органикалық отынды жағу нәтижесінде бөлінетін химиялық энергияны пайдаланатын жылу электр станцияларында (ЖЭС) (≈64%), біршама бөлігі ядролық реакциялардың жылуын түрлендіретін атом электр станцияларында (АЭС - ≈17%) және су энергиясын қолданатын гидро электр станцияларында (ГЭС - ≈19%) өндіріледі [1]. Кейінгі кезде бейдәстүрлі энергия көздерін пайдаланатын қондырғыларда өндірілетін электр энергиясының үлесі артып келеді (күн, жел энергиялары, геотермиялық көздер, т. б.). 

 Жылу электр станциялары мен атом электр станцияларында электр энергиясын өндіргенде негізгі жұмыстық дене болып су буы қолданылады.

Мемлекеттік стандарт бойынша бу турбиналы ЖЭС-дағы бу өндіруші аппараттар бу қазандары деп, бугаз қондырғылы ЖЭС-лары мен көп контурлы АЭС-дағы бу өндіруші аппараттар бу генераторлары деп, ал бір контурлы АЭС-дағы бу өндіруші аппараттар ядролық реакторлар деп аталады. Құрылымы мен өтетін құбылыстары және пайдаланылуы жағынан бу өндіруші аппараттар аса күрделі, көлемді, көп металды және қымбат болып табылады.

Қазіргі кезде электр энергиясы негізінен бу қазандарымен жабдықталған ЖЭС-ында өндіріледі. Өз кезегінде ЖЭС-лары тек қана электр энергиясын өндіретін Конденсациялық электр станциялары (КЭС, 1.1, а суретті қара) және жылу мен электр энергияларын бірге өндіретін Жылу-электр орталықтары (ЖЭО, 1.1, б суретті қара) болып  бөлінеді.

Будың конденсацияланған кезінде көп жылу шығынының орын алуы себебінен ЖЭС-ның термиялық ПӘК—і 42%-дан аспайды. Сондықтан оны жоғарылату үшін Бугаз қондырғылары (БГҚ), магнитті гидродинамикалық (МГД) генераторлар  және    т. б. қиюластырылған қондырғылар қолданылуы мүмкін.

1.1, в-суретінде жоғары тегеурінді бу генераторымен (ТБГ) қиюластыр-ылған  бу-газ қондырғысының сұлбасы көрсетілген: бу турбинасы буда жұмыс істейді, ал газ турбинасы 0,8-1,0 МПа-ға дейін сығылған ТБГ-ның түтін газдарында жұмыс істейді. Қиюластырылған  бу-газ қондырғысында жану өнімдерінің ТБГ-да және газ турбинасында пайдалануы арқылы терең салқындауы нәтижесінде КЭС-мен салыстырғанда отынды үнемдеуге қол жеткізуге болады.

1.1, г-суретінде жылуды машинасыз тікелей электр энергиясына айнал-дыратын МГД генератордан шыққан газдың жылуын пайдаланатын бу турбиналы қондырғы көрсетілген. МГД генераторда қысымдағышта сығылып арнайы қондырғыда 1000-1700 ^оС-қа дейін қыздырылған ауа, отын (табиғи газ) және сілтілік металдар түріндегі иондандырғыш қоспа бірге аса интенсивті жану камерасына беріледі. Жану өнімдері 2500-2700 ^оС-қа дейін қызып, иондалады да, жоғары температурадағы электр өткізгіш плазмалық саптамада 700 м/с жылдамдығына дейін үдетіліп, генератордың магнитті гидро-динамикалық арнасында қуатты магнит өрісінен өткен кезде тұрақты электр тогын тудырады. Ол ток электродтар арқылы инверторға беріліп, айнымалы токқа түрленеді. Арнадан шыққан температурасы 2000-2300 ^оС газ ауаны қыздырып, сонан соң ЖЭС-ның циклындағы бу генераторында пайдаланылады.

Қазақстанда қазiргi салада көбiнесе ЖЭС-ларын салыну мәселесi көтерiледi. Қазақстан жерi табиғи отынға - көмiр, мұнай, газ қорларына бай. Сондықтан отын көздерiне жақын жерде жылу электр станциялар орнатуға болады. Газ көздерiнен құбыр арқылы газды керектi жерге апаруға болады. Бұл бу-газ қондырғылы электр станция орнатуға мүмкiндiктер туғызады.

1 - бу генераторы; 2 - бу турбинасы; 3 - электр генераторы; 4 - конденсатор; 5 - конденсаттық сорғы; 6 - қоректік сорғы; 7 – төменгі қысымды қыздырғыш; 8 - жоғары қысымды қыздырғыш; 9-деаэратор; 10-желiлік қыздырғыш; 11-өндiрiстік бу алымы; 12-су дайындау қондырғылары; 13-өткір бу құбыры; 14-отын; 15-ауа; 16-түтiн, газ; 17-қож; 18-аралықта бу қыздыру; 19-газ турбинасы; 20-қысымдағыш; 21-магниттер орамасы; 22-жоғары температуралы электродтар; 23-иондандырушы қоспалар; 24-жану камерасы; 25- үдетуші саптама; 26- инвертор.

1.1сурет - КЭС (а), ЖЭО (б), БГҚ (в) және МГДҚ (г) жылулық сұлбалары

Бу-газ қондырғылар өте тиiмдi, айналадағы ортаға зиянсыз болады және қуатын азайтып көбейтуге қолайлы. Көмiр көздерiнiң жанында қуаты мол қондырғылары бар электр станциялар орнатқан тиімді.

Қазақстан жерінде ядролық отынның шикізаты уранның да мол қазба қорлары бар бұл, демек, болашақта атом электр станцияларын салып пайдаланудың перспективасы да бар деген сөз. Бірақ, қазіргі кезде экологиялық, ұйымдастырушылық және финанстық мәселелерге байланысты ол сұрақтардың шешімі кейінге қалдырылған.

1.2            Бу қазанының ЖЭС технологиялық сұлбасындағы орны

ЖЭС-дың негiзгi екi агрегаты болады – бу қазаны (генераторы) және бу турбинасы. Бу қазаны отынның жылуымен суды қыздырып бу өндiредi, ал өндiрiлген бу турбинаның роторын айналдырады. Турбинаның роторына электр генераторының роторы қосылған, сондықтан электр генераторының роторы айналғанда, электр энергиясы өндiрiледi.

Бу қазандары қолданатын отынға байланысты газ, мазут және көмiр жағатын; бу қысымына байланысты төмен, орташа, жоғары, аса жоғары қысымды болып бөлінеді. Қатты отын жағатын ЖЭС-ларында көмiр қоймадан ұнтақтайтын жүйеге жiберiледi (1.2 суретті қара), ұнтақталған көмiр бу генера-торында жанып, бөлінген жылу арқылы суды буға айналдырады. Бу генераторынан шыққан қыздырылған бу құбырлармен турбинаға жiберiледi. Бу өзiнiң энергиясы арқылы турбинаның роторын және оған қосылған электргенераторының роторын айналдырады, ал электр генераторы электр қуатын өндiредi. Турбинадан шыққан бу конденсаторда суға айналады да қайтадан бу генераторына жiберiледi - сонымен цикл қайта басталады.

Бу генераторында отын жану үшiн, желдеткiшпен оттығына ауа жiберiледi. Отын жанған соң түтiн күлден тазалану үшiн фильтрден өтiп, түтiн сорғышпен мұржа арқылы ауаға таратылады. Күл мен шлак күл қоймасына жиналады.

Жылу электрстанциясының отынды дайындап электр энергиясын шығаруға дейінгі технологиялық сұлбасы 1.3 суретінде көрсетілінген.

Жылу электрстанциялары (ЖЭС) қатты отынмен темір жол арқылы қамтамасыздандырылады. Темір жол вагонымен келген отын таразымен өлшенеді, қыс уақытында жылыту бөлімінен өтіп, вагонаударғышпен (1) түсіріледі. Түсірілген отын қабылдағыш бункерінен (2) конвейерлер арқылы отын қоймасына  (4) немесе отын ұсатқыштар бөліміне жіберіледі (5). Ұсатқыштардан өткен отын (көмір) конвейермен бу генераторлар бөліміндегі бункерге (6) жеткізіленеді. Отынның осы өткен дайындалу жолы отын дайындап беру цехына қатысты. Ұсатылған көмір диірменнен (7) өтіп ұнтақталады да ыстық ауамен бу генераторының (19) жанарғыларына жіберіледі. Ауа жылытқыштан (8) ыстық ауа үрлегіш желдеткіш (9) арқылы диірменге (7) және бу генераторының жанарғыларына жіберіледі.

Қатты отын жағатын бу генераторларының тұтатқыш отыны болуы керек, ол көбіне мазут болады. Жылу электрстанциясына мазутты темір жол

1 – көмiр тиелген темiр жол платформалары; 2 – көмiр қоймасы; 3 – мазут қоймасы;

4 – мазут тасымалдайтын құбыр; 5 – көмiр тасымалдайтын конвейер; 6 – көмiр бункерi; 7 – көмiр ұнтақтайтын диiрмен; 8 – бу генераторы; 9 – қыздырылған бу құбырлары; 10 – бу турбинасы; 11 – электр генераторы; 12 – трансформатор; 13 – турбинаның конденсаторы; 14 – конденсат насосы; 15 – деаэратор; 16 – қоректендiру насосы; 17 – бу генератордың шлак шұғыры; 18 – ауа жылытқыш; 19 – ауа үрлейтiн вентилятор; 20 – түтiн газ тазалағыш (электр фильтрі); 21 – түтiн газ сорғыш; 22 – градирня (су салқындатқыш); 23 – айналым су насосы; 24 – тазаланған қосымша өзен суы.

1.2 сурет - Жылу электр станциясының технологиялық сұлбасы

цистернасымен (10) тасымалдайды. Мазутты құйып алу үшін бумен қыздырады. Қыздырылған мазут рельс аралығындағы арықпен (11) мазут қабылдағыш резервуарына (12) құйылады да мазут сорғысымен (13) қойма резервуарларына (14) құйылады. Бірінші қысымды көтеру сорғысымен (15), мазут жылытқыш (16) арқылы, екінші қысым көтеру сорғысымен (17) бу генераторындағы тұтатқыш мазут шашыратқыштарына жіберіледі. Егер отын түрі табиғи газ болса, ол газреттеу пунктынан (18) газқұбыры арқылы бу генераторлар бөліміне келеді.

Табиғи газ және мазут жағатын жылу электрстанциясында отын дайындау шаруашылығы жеңілденеді, өйткені көмір қоймасы, ұсатқыштар бөлімі, конвейерлер мен диірмендері болмайды.

Қатты отын жағатын жылу электрстанцияларында отынның күлі бу генераторларынан екі түрде шығады: ошақ астынан шлак түрінде, ал газтазалағыш фильтрден (20) тозаң-күл түрінде. Сумен аралас шлак пен күл

            1.3 сурет - Жылу электрстанциясының технологиялық сұлбасы

сұйық түрінде каналмен (21) багерлі сорғыларға (22) жеткізіледі. Багерлі сорғылармен суға араласқан шлак пен күл құбырлар арқылы күл қоймасына тасымалданады.

Газтазалағыш фильтрден соң газ түтін-газ сорғышпен (23) мұржа (24) арқылы ауаға жіберіледі. Бу генераторынан шыққан бу қыздырылған бу құбырымен (25) турбинаның жоғары қысымды цилиндріне (26а) жіберіледі. Жоғары қысымды цилиндрден шыққан бу салқын бу желісімен (27) қайта қыздыруға жіберіледі. Бу генераторының қайта қыздыратын қыздырғышынан (28)  шыққан бу қайта қыздырылған бу құбырымен (27а) турбинаның орта қысымды цилиндрінен (26δ) соң төменгі кысымды цилиндріне (26в) өтіп, конденсаторға түседі (29). Конденсатордан конденсат бірінші сатылы сорғымен (30) су тазартқыш қондырғыға (31) жіберіледі де, одан соң екінші сатылы сорғымен (32) төмен қысымды жылытқыштардан (33) өтіп, деаэраторға (34) құйылады. Деаэраторда су буланып, одан О₂ және СО₂ газдары айырылып шығады. Газдардан айырылған қоректік су, қоректендіру сорғысымен (35), жоғары қысымды жылытқыштар (36) арқылы бу генераторының экономайзеріне (37) жіберіледі, осымен бутурбиналық цикл тұйықталады.

Жылу электрстанциясының бутурбиналық қондырғылары тұрақты жұмыс істеуі үшін су дайындағыш және техникалық сумен қамтамасыздандырушы қондырғылар қажет. Су дайындағыш қондырғылар арқылы су мен будың циклдегі шығындары қайтарылады. Қайтарылатын су химиялық су тазартқыш фильтрлерінде (38) дайындалады, тазаланған су багінен (39) турбина конденсаторына жіберіледі. Турбина конденсаторына салқындатқыш су беруге техникалық сумен қамтамасыздандыру қондырғы қажет. Салқындатқыш су, сорғымен (40) конденсатордың құбыршаларынан өтіп, су салқындатқыш градирняға (41) түсіп салқындаған соң қайтадан сорғыға (40) барады. Осындай айналымды салқындатқыш жүйе негізінде жылу электрорталығында пайдаланылады. Қуаты жоғары жылу электрстанцияларында қоймалы су салқындатқыш техникалық сумен қамтамасыздандыру жүйелері қолданылады.

Электр энергиясы бу турбинасынан айналатын электргенераторында (42) өндіріледі. Электр тоғы күшейту трансформаторынан (43) ашық тарату шиналары (44) арқылы электр жүйесіне жіберіледі. Жылу электрстанциясының өзқажетті электрэнергиясы ішкі трансформатор (45) арқылы өзқажетті шиналарынан (46) алынады.

Сонымен, жылу электрстанциясының технологиялық сұлбасы өзара байланысты отын, су мен бу, ауа мен түтін-газ, күл мен шлак, су дайындау, техникалық сумен қамтамасыздандыру жүйелерінен тұрады. Жылу электрстанциясының өнімді істеуі осы жүйелердің үйлесіп істеуіне байланысты.

1.3  Бу қазандарының негiзгi көрсеткiштерi

Жылуэнергетикасында бу генераторы – бу өндiруге арналған қондырғы (агрегат). Бұл агрегат отынның жылуын пайдаланып, судан жоғары қысым мен температурадағы бу өндiредi. Бу генераторының негiзгi бөліктерi болып – ошақ камерасы, қыздыру беттері (экрандары), бу қыздырғыштар, су және ауа жылытқыштары табылады.

Бу генераторлары төмендегi негiзгi көрсеткiштерiмен сипатталады.

Номинал бу өнiмдiлiгi D, кг/с (т/сағ.) – қазандық қондырғының негізгі отынды жағып, бу мен қоректік судың номинал параметрлерін сақтай отырып ұзақ пайдалануда қамтамасыз ете алатын ең жоғары бу өнімділігі.

 Будың номинал қысымы Р, МПа (кгс/см²) – бу қазанының номинал бу өнімділігіне сәйкес бу қыздырғыштың бу жинау камерасынан кейін немесе егер бу қыздырғыш жоқ болса тұтынушыға баратын бу құбырының алдында қамтамасыз етілуге тиісті жоба бойынша қабылданған будың абсолют қысымы.

  Будың номинал температуралары t_ақ (аса қыздырылған), t_ққ (қайта қыздырылған), ^оС – бу қазанының негізгі параметрлеінің номинал мәндерінде бу қыздырғыштан соң камтамасыз етілуге тиісті бу температурасы. 

  Қоректік судың номинал температурасы t_қс , ^оС - бу қазанының номинал бу өнімділігін қамтамасыз ететін экономайзер алдындағы су температурасы.

ТМД арасындағы стандарт бойынша, қазiргi бу генераторларының бу өнiмдiлiгi 160, 210, 320, 420, 500, 1000, 1650, 2650 т/сағ. болып келеді.

Қыздырылған бу көрсеткiштерi:

Қыздырылған бу қысымы  Р_ақ, МПа – жоғары қысымды бу 10 және 14 МПа, аса жоғары қысымды 25,5 МПа. болып саналады.

Қыздырылған бу температурасы t_ақ, ^оС – стандарт бойынша (545 – 565) ^оС  -қа тең.

Қайтадан қыздырылған бу температурасы t_ққ, ^оС – стандарт бойынша қыздырылған бу температурасына тең.

   

1.4  Бу қазандарының жіктелуі

Арналуы бойынша бу қазандарын бірнеше топқа бөлуге болады: энергетикалық, өнеркәсіптік, жылытқыш, қайта пайдаланғыш, энерготехнологиялық және арнайы бу қазандары.

Энергетикалық бу қазандары жоғары бу өнімділігімен және жоғары бу параметрлерімен еркшеленіп, ЖЭС-ларында пайдалануға арналады.

Өнеркәсіптік бу қазандары өнеркәсіп пен ауыл шаруашылығының технологиялық қажеттіліктері үшін бу өндіреді.

Жылытқыш қазандар өнеркәсіптік, тұрғын және қоғамдық ғимараттарды жылытуға арналған буды немесе ыстық суды өндіреді. Бұл жерде атмосфералықтан жоғары қысымдағы ыстық суды өндіруге арналған қондырғының суқыздырғыш қазан деп аталатынын айта кету керек.

Қайта пайдаланғыш және энерготехнологиялық қазандар өндірістік технологиялық қондырғылардың шығар газдарының жылуын, технологиялық өнімдердің немесе қождардың жылуын, технологиялық қалдықтар мен тұмыстық қоқыстарды өңдеудің жылуын және  т. б. екінші энергетикалық ресурстардың резервтерін пайдаланады.

Бу-газ қондырғыларына арналған жоғары тегурінді бу генераторлары, МГД генераторларымен бірге істейтін энергоблокқа арналған арнайы бу генераторлары да бар.

2-дәріс. Бу генераторлары мен ошақ құрылғыларының түрлері

Дәрістің мақсаты: БГ-ларындағы бу өндіру тәсілдері. БГ қондырғысының құрылымы, негізгі құраушылары. Отынды жағуға арналған құрылғылардың түрлері. Бу генераторларының жылулық сұлбалары.

Бу генераторларының түрі олардың бу өндіру тәсіліне, будың көрсеткіштеріне, бу өнімділігіне, қолданылатын отын түріне және отын жағу тәсіліне байланысты.

Бу өндіру тәсіліне байланысты бу генераторлары табиғи айналымды, еріксіз айналымды және тура ағынды болып бөлінеді.

Табиғи айналымды бу генераторларының жүйесі екі түрлі құбырлардан тұрады: жылусыз (түсіруші) құбырлардан 4 және жылуқабылдаушы (көтеруші) 6 құбырлардан (2.1,а суретті қара). Бұл құбырлар үстіңгі жағынан барабанға 3, ал астыңғы жағында коллекторға 5 қосылады. Су жылуланған құбырларда қайнап, барабанға су мен бу қоспасы жетеді. Барабанда керекті су деңгейі болған соң, су беті буланып, бу пайда болады. Судың табиғи айналымы жылусыз құбырлардағы су тығыздығы (ρ') мен жылуланған құбырлардағы су-бу қоспасы  тығыздығының (ρ_қ) айырмашылығы (ρ'–ρ_қ) себебінен пайда болады. Табиғи айналымды бу генераторларындағы айналымның қозғаушы тегеуріні:

Sқ =  (ρ' – ρқ) ·h·g ,

(2.1)

мұндағы:   ρ' , ρ_қ – су мен бу аралас су қоспасының тығыздығы, кг/м³;      

                   h – су бағанасының биіктігі, м;

                   g – еркін түсу үдеуі, м/с².

    

а – табиғи айналымды; ә – еріксіз айналымды;  б – тура ағынды; в – қиыстырылған айналымды. 1-қоректік сорғы; 2-сулы экономайзері; 3-барабан; 4- жылусыз құбырлар; 5-коллектор; 6-жылуланған құбырлар; 7-бу қыздырғыш; 8-айналым сорғысы; 9-қосып араластырғыш; 10-жапқыш қлапан.

2.1 сурет - Бу генераторларындағы бу өндірудің негізгі әдістері

Бу мен су қоспасын  жылуқабылдағыш  құбырлармен  жоғары  барабанға

көтеретін құбырларды көтерілу құбырлары деп атайды, ал жылусыз құбырлармен суды төмендегі коллекторларға түсіретін құбырларды түсіру құбырлары деп атайды. Сонымен, экономайзер мен бу қыздырғыштардан су мен бу бір рет өтсе, жылуланған және жылусыз құбырлар арқылы жұмыстық дене көп рет айналып өтеді. Айналымдағы судың G_с және пайда болатын будың G_б массалық шығыстарының қатынасын айналым саны деп атайды:

к = Gс / Gб .

(2.2)

Табиғи айналымды бу генераторларындағы судың айналым саны шамамен    к =5÷30 араларында, кейде жоғары да болады (қазіргі аса жоғары қысымды қазандықтар үшін - к=5÷10).

Еріксіз айналымды бу генераторларында (2.1, ә суретті қара), айналым құбылысы сорғы 8 көмегімен іске асырылады. Сондықтан судың айналым қысымы жоғары, ал судың айналым саны к = 3÷10.

Табиғи және  еріксіз айналымды бу генераторларының ерекшілігі - барабанының болғаны. Барабанда судан бу айырылған соң, судың айналым құбылысы ары қарай жалғасады.

Тура ағынды бу генераторларында (2.1,б суретті қара) барабан жоқ, айналым құбылысы болмайды, жұмыстық дененің қозғалысы қоректік су экономайзерге кіргеннен бастап қондырғыдан аса қыздырылған бу шыққанға дейін қоректік сорғының көмегімен еріксіз іске асырылады. Су құбырлардан тура өтіп буға айналады, сондықтан судың айналым саны к = 1. Тура ағынды бу генераторларының ерекшелігі - сынды қысымнан Р_с жоғары қысымдағы буды да өндіре алады және сындыдан жоғары қысымдағы бу өндірудің бірден бір тәсілі болып табылады. 

Су айналымы қиыстырылған бу генераторларында (2.1,в суретті қара), жұмысқа қосу кезінде жапқыш клапан 10 ашық, сондықтан бу генераторы еріксіз айналымды сұлба бойынша (2.1,ә суретті қара) жұмыс атқарады . Ал бу генераторы өзінің тәртіпті бу өнімділігіне жеткен соң тура ағынды  жұмыс тәртібіне көшеді, жапқыш клапан 10 жабылып, сорғы 8 ажыратылады (2.1,б суретті қара).

2.1  Жылу электр станцияларының бу генераторларының құрылысы

Жылу электр станцияларының бу генераторлары отын жағатын ошақ камерасынан және түтін газдары жылуын қайтаратын конвективті шахтадан тұрады. Отын ошақта оттықтар арқылы алауланып жанады. Қатты отын болса (көмір) арнайыі дайындықтан өтіп, тозаң түрінде оттықтарда ауамен араластырылып алауланып жанады. От алауының жылуы ошақтағы құбырлар арқылы суға беріледі. Ошақтан шыққан газдар жылуын бу қыздырғыштарға және конвективті шахтадағы су мен ауа жылытқыштарға беріп, газ тазалағыштардан өткен соң мұржа арқылы ауаға жіберіледі.

Бу генераторларының негізгі компановкалары «П»,  «Т» және  «мұнара» тәрізді болып орындалады (14.1 суретті қараңыз).

П-тәрізді компоновкада ошақ пен конвективті шахта үстіңгі жағында газ өтетін қораппен қосылады. «П» тәрізді орындалған қазандық қондырғылар қарапайымдылығынан көп қолданыс тапқан, бірақ олардың бір кемшілігі – қыздыру беттерінің жану өнімдерінен толық жылу алатын газдар аэродинамикасын ұйымдастыру қиындау.

Т-тәрізді компоновкада ошақ үстінгі жағында газ өтетін қораптармен екі конвективті шахтамен қосылған. «Т» тәрізді орындалған қазандық қондырғылар қуаты 300 МВт-тан асқан кезде шығар газдар жылдамдығын азайту үшін (күлділігі жоғары отындарды жаққанда конвективті шахтадағы қыздыру беттерінің абразивті жемірілуіне қарсы) қолданылады.

Мұнаралы қазандық қондырғылардың биіктігі 130 м-ге дейін жетеді. Мұнаралы қазандық қондырғылар біздің елімізде қолданыста жоқ, АҚШ, Германия елдерінде қолданылады.

Бу генераторының технологиялық сұлбасы тура ағынды П-тәрізді бу қазанының мысалында 2.2-суретінде көрсетілген.

Бу генераторының қуатына байланысты, оның ошақ камерасының көлемі 1000-30000 м³ дейін жетуі мүмкін. Ошақтың ішкі қабырғаларының беті құбырлармен - ошақ экрандарымен жабылған. Ошақ экрандарының құбырларының арасы газдар өтпеу үшін балқытылып біріктірілген. Ошақ экрандары негізінде радиациялық жылуды қабылдайды, сондықтан жанған отынның 35-40% жылуы ошақ экрандарына тарайды.

Ошақтан шыққан газдардың температурасы 900-1200 ^оС аралығында болады. Бұл газдар фестон немесе ширмалық бу қыздырғыштан өтеді. Фестон дегеніміз артқы экранның жалғасы, тек құбырлар шығар газдарға кедергі жасамау үшін ара қашықтықтары алшақ және бірінің артына бірі орналастырылады. Ширмалы бу қыздырғыштар пакетке жиналған құбырлар, пакеттерінің ара қашықтығы 600 мм дейін жетеді. Осы ширмалар мен фестон жылуды жартылай радиациямен, ал жартылай конвекция арқылы алады.

           

1-ошақ; 2-ошақтан шыққан газ өтетін қораб; 3-конвективті шахта; 4, 5-ошақтың қабырғаларына орнатылған экрандық құбырлар; 6-радиациялық бу қыздырғыш; 7-конвективті бу қыздырғыш; 8-су экономайзері (су жылытқыш); 9-аралық бу қыздырғыш; 10-тозаң құбыры; 11-оттықтар; 12-көмір бункері; 13-көмірмен қоректендіргіш; 14-көмір диірмені; 15-оттықтарға баратын ауа құбырлары; 16-ленталық транспортер; 17-диірменге баратын ауа құбыры; 18-ауа жылытқышы; 19-ауа үрлегіш; 20, 21-ауа алатын қорабтар; 22-салқын ауа қорабы; 23-бу генераторының обмуровкасы; 24-қүл ұстағыш; 25-түтін сорғыш; 26-түтін мұржасы; 27-қож шығару.

2.2 сурет - Бу генераторы қондырғысының сұлбасы

Ширмалардан соң газдар 800 – 900 ^оС температурасына дейін салқындап, конвективті бу қыздырғыштардан өтеді. Конвективті бу қыздырғыштар пакетке жиналған құбырлардан тұрады. Пакеттегі құбырлардың ара қашықтығы ширмаларға қарағанда азырақ болады.

Конвективті шахтада аралық бу қыздырғыш, сулы экономайзер және ауа қыздырғыш орнатылған. Ауа қыздырғыштан соң газдер 110-160 ^оС температурасымен шығып, қүл ұстағыштан өтеді. Қүлден тазаланған газдер, газ сорғышпен, мұржа арқылы ауаға жіберіледі.

 Бу генераторы қондырғысына оның қосалқы жабдықтары да кіреді.

 Отын дайындау жүйесінің жабдықтары: отынды түсіріп қабылдауға арналған жабдықтар; отынды майдалауға арналған ұсатқыштар; отынды тозаңға айналдыратын диірмендер мен тозаң құбырлары.

Су мен бу жүйесі: қоректендіру су сорғылары; қоректендіру су құбырлары; сулы экономайзер (су жылытқыш); бу генераторының экран құбырлары мен бу қыздырғыштары.

Ауа өтетін жүйе: сырттан ауа алатын құбырлары мен желдеткіштер; ауа жылытқыштар; ыстық ауа құбырлары мен оттықтар.

Газ өтетін жүйе: бу генераторының ошағы мен конвективті шахтасы; газ құбырлары мен күл ұстағыштар; газ сорғыштар мен түтін мұржасы.

Ауа мен газ жүйелері бір-бірімен байланысты. Бу генераторы түтіннің тартуымен істеуі мүмкін, бұл кезде түтінсорғыш қажет болады. Ал егер бу генераторы желдеткіштің қысымымен (наддув) жұмыс істесе, онда түтін-газдар тіке мұржаға жіберіледі, түтінсорғыштың қажеті жоқ болады. Қысыммен жұмыс істейтін бу генераторларының қабырғалары өте тығыз, ауа жібермейтін болуы қажет.

2.2  Отынды жағуға арналған құрылғылардың түрлері

Отынның жылуын пайдаға асыру үшін оны жағу керек. Отынды тиімді жағу үшін жанарғылар мен ошақ камерасы қажет. Отынның түріне байланысты қатты, сұйық және газ тәрізді отындарды жағатын ошақ камерасының әр түрлері болады.

Қатты отынды бу генераторының ошағында жандыруын келесi тәсiлдермен ұйымдастырады: тығыз қабатта жағу, қайнаған қабатта жағу, алаулатып жағу, құйындатып жағу (циклон тәсiлiмен).

Қатты отынды тығыз қабатта жаққанда 20-30 мм және одан да үлкен отын бөлшектері торламада еркін жатады, ал ауа төменнен отын қабатының орнықтылығын бұзбайтын жылдамдықпен беріледі. Қабатта жағу процесінде қабаттың 1м³ көлемінде отын мөлшері көп болады - 700-1000 кг, сондықтан жану процесі орнықты, жоғары екпінді (инерциялы) болып, диффузиялық аймақта орын алады, ал жану жылдамдығын берілетін ауа мөлшерімен реттеуге болады. Торламаның шекті өлшемдері мен жану бетінің меншікті жылулық жүктемесі қабатты ошақты бу қазандарының бу өнімділігін 14-21 кг/с (50-75 т/сағ)-тан асыруға мүмкіндік бермейді.

Отынды қайнаған қабатта жағуға дайындағанда, өлшемi 1-6 мм-ге дейiн майдалайды. Майдаланған отын бөлшектерi жағу торына жiберiледi. Тордың астынан үрленген ауа, майда отынды көтерiп орнықтылығын бұзады, отын қабаты «қайнап» жанады (2.3,ә суретті қара). Қайнаған қабатты ошақтар өнiмдiлiгi аз  (420 т/сағ дейін) бу генераторларында пайдалынады, себебi отын жанатын тордың өлшемi және жылу қабылдайтын модульдерінің компоновкасына байланысты. Отынды қайнаған қабатта жаққанда 1 м³ көлемінде отын мөлшері 400-600 кг болады – отын бөлшектері қабатта жоғары-төмен қозғалып жанады да, салмағы азайған соң газ ағынына ілесіп қабат үстінде ағында жанып бітуі тиіс.

Бу генераторларында, алаулатып жағу тәсiлi қолданылғанда қатты отын ұнтақталып, ауаға қосылған ұсақ тозаң ретiнде жанарғы арқылы ошақта алаулап жанады (2.3,б суретті қара). Көмірдің ұсақ тозаңының 1 м³ көлеміндегі мөлшері 20-30 г шамасында болады және ол ошақ ішінде 1 – 2 секунд ғана болады, сондықтан осы уақытта толық жанып үлгеруі керек. Көмір тозаңының жану жылдамдылығы оның ұсақтығына байланысты.

Отын жануын жетілдіру үшiн циклон тәсiлiн пайдаланады және циклон арқылы отынды iрi тозаң ретiнде жағуға болады (2.3,в суретті қара). Циклон тәсілімен жағу кезінде отынның жану температурасы жоғары болады, сондықтан шлак балқыған түрінде шығады. Циклон тәсілімен жағу ошақтарының құрылысы күрделі болғанынан өндірісте аз қолданылады.

Қазіргі кезде, қатты отын жағуғу арналған бу генераторларында  көбiнесе алаулатып жағу тәсiлi қолданылады. Бұл тәсіл тас көмір, қоңыр көмір және

а – тығыз қабатта жағу; ә - қайнаған қабатта жағу;  б – алаулатып жағу; в – құйындатып жағу (циклон тәсiлi).

2.3 сурет - Қатты отынды жағуды ұйымдастыру тәсiлдерi

сланецтерді жағуға пайдаланылады. Бу генераторларының ошақтан шлак шығаруы екі түрлі болады: шлак қатты түрде әлде балқыған түрде шығарылады. Шлак қатты түрде ошақтың астыңғы жағындағы салқын шұңқыр арқылы шығарылады да, сумен шлак пен күл шығаратын жүйесіне жіберіледі.

Бу генераторларындағы жағатын отындарының үшпа заттар шығысының мөлшері (V^г ≤ 10%) кіші болса, күлінің балқу температурасы t_н.ж газдардың температурасынан υ_г кіші болса (υ_г > t_н.ж), шлак балқыған түрде шығарылатын ошақтар қолданылады.

2.3  Бу генераторларының жылулық сұлбалары

Табиғи айналымды бу генераторының жылу сұлбасы 2.4 суретінде көрсетілген. Қоректендіру суы экономайзер 13 арқылы, су құбырларымен 15, барабанға 3 құйылады. Барабаннан жылусыз құбырларымен 6, су астыңғы коллекторына 4 жіберіледі де, ошақтың экрандарымен 5 үстіңгі коллекторына 7 жетеді. Үстіңгі коллеторынан бу аралас ыстық су барабанға құйылады. Барабанда судан бу бөлініп шығады. Барабаннан қаныққан бу радиациялық 8, ширмалық 10, конвективті (конвективті бу қыздырғыштары 9-бірінші бөлімі, 11-екінші бөлімі) бу қыздырғыштардан өтіп, турбинаға жіберіледі.

Бу температурасын реттеу үшін бу салқындатқыш 12 орнатылады. Буды салқындату үшін, буға конденсат қосады. Бұл үшін конденсат табуға арналған қондырғы 14 (конденсатор) орнатылады.

1-ошақ; 2-оттықтар; 3-барабан; 4-астыңғы коллектор; 5-ошақ экрандары; 6-жылусыз құбырлар; 7-үстіңгі коллектор; 8- төбедегі бу қыздырғыш; 9, 11-конвективті бу қыздырғыш; 10-ширмалы бу қыздырғыш; 12-бу салқындатқыш; 13-су экономайзері; 14-конденсатор; 15-су құбырлары; 16,17-арадағы бу қыздырғышы; 18-үш жақты жапқыш клапан.

2.4 сурет - Табиғи айналымды бу генераторының жылу сұлбасы

Егер турбинаның жоғары және орташа қысымды цилиндрлерінің арасында буды қайта қыздыру керек болса, арадағы бу қыздырғыштар (16, 17) орнатылады. Арадағы қыздырылған бу температурасын бу қыздырғыштан өтетін бу қөлемін өзгертіп реттеуіне болады. Бу қыздырғыштан өтетін бу көлемін үш жақты жапқыш 18 арқылы реттейді.

Тура ағынды бу генераторының жылу сұлбасы 2.5 суретінде көрсетілген.

Қоректік су экономайзерден соң ошақ экрандарының астыңғы жағынан өтіп, су буға айналатын өтпелі аймағынан өтеді. Өтпелі аймақта 7 су түгел буға айналады, судағы қосынды заттар қақ болып құбырлар ішіне жабысады, ал құбырлар жоғары температурадан жанып кетуі мүмкін. Сондықтан, осы өтпелі аймақтағы  қыздыруу бетін газдар температуралары орташа конвективті шахтаға орнатады. Өтпелі аймақтан шыққан бу ошақ экрандарында және бу қыздырғыштарында қыздырылып, бу турбинасына жіберіледі.

1-ошақ; 2-оттықтар; 3-экономайзер; 4- астыңғы коллектор; 5-ошақ экрандарының астыңғы жағы; 6-экран коллекторы; 7-су буға айналатын аймағы (өтпелі аймақ); 8- ошақ экрандарының орта жағы; 9- ошақ экрандарының үстіңгі жағы; 10- ошақ төбесіндегі бу қыздырғыш; 11- конвективті бу қыздырғыш; 12- арадағы бу қыздырғыш.

2.5 сурет - Тура ағынды бу генераторының жылу сұлбасы

Егер бу турбинасындағы цилиндрлерінің араларында буды қайта қыздыру қажет болса, арадағы бу қыздырғыштан 12 өткізуге болады.

3-дәріс.  Бу генераторының ошағындағы жану құбылысын ұйымдастыру

Дәрістің мақсаты: жану өнімдерінің құрамы мен көлемдері. Артық ауа коэффициенті және салқын ауа қосындысы. Жану өнiмдерiнiң энтальпиясы.

Отын жағу құбылыстарын ұйымдастырудың ең маңызды мiндетi – отынның жану жылуын толық пайдалану. Бұл үшiн қажеттi жағдай:

1) отынның жақсы тұтанып жануы;

2) жылудың ошақтың әр жағына бiрқалыпты тарауы;

3)жану құбылысынан пайда болған газ температурасы шлактың балқитын температурасынан бiраз төмен болуы керек;

4) егер шлак ошақтың төменгi жағынан балқыған түрде шығарылса, оның қатып қалмай шығуына жағдай жасалу қажет.

Ошақ iшiне жеткен отын бiрiншi қызады. Отын қызған кезде газдар бөлiне бастайды. Бiрiншi бөлiнiп шығатын органикалық газдар:

Cm∙Hn → x∙C + y∙H2 + Cmx∙Hn2y .

(3.1)

3.1  Жану өнiмдерiнiң құрамы

Қазандық қондырғының ошақ камерасында отынның жану процесіне көміртегі, сутегі және күкірттің жанатын бөлігі қатысады.Отын мен ауаның жануы нәтижесінде ошақта жану өнімдері: түтін газдары, ал қатты отын жанғанда ошақтық қалдықтар (күл, қож) қосыла пайда болады. 

Жану өнiмдерiнiң құрамы бойынша олардың көлемiн табуға болады. Жану өнiмдерiнiң белгiлi көлемi және температурасы бойынша энтальпиясын табуға болады. Бiр килограмм отынның жану өнiмдерiнiң көлемiн келесi қатынаспен жазуға болады:

мұндағы: V_{қ ,г} = V_RО2 +V_N2+Vо₂+Vсо – құрғақ жану өнімдері;

V_RО2 = Vсо₂ +Vsо₂  - үш атомды газдардың көлемі.

(3.2) өрнегіне толық жану өнімдері (СО₂, SO₂, Н₂О), толық жанбау өнімдері (СО, Н₂, С_mН_n) және сонымен қатар артық ауа (О₂, N₂) кіреді.

3.2 Отынның жануына теориялық қажеттi ауа мөлшері

Жанған отынның түтiн газдарының iшiнде СО, Н₂, СН₄ болмаса бұл  отынның толық жанғанының белгiсi. Ал отын толық жану үшiн ауа керек, осы ауа мөлшерiнің отын мен ауа компоненттері стехиометрлік қатынастарда мүлтіксіз (идеал) араласып жанған жағдайындағы мәнін отын жануға қажеттi ауаның теориялық көлемі деп атайды. Қатты немесе сұйық отындарға теориялық қажеттi ауа көлемiн келесi формуламен табуға болады:

Vаo = 0,0889∙(Cж + 0,375∙Sжор+к) + 0,265∙Нж – 0,0333∙Ож .

(3.3)

Газ отынға теориялық қажеттi ауа көлемі

Vаo =0,0476∙[0,5∙CO+0,5∙H2+2∙CH4+1,5∙H2S+∑(m+n/2)∙Cm∙Hn– O2].

(3.4)

Отынның элементарлық құрамы арқылы теориялық қажеттi ауаның көлемiн табуға болады.

3.3 Түтiн газдарының теориялық көлемi

Егер отын теориялық қажеттi ауа көлемімен  стехиометриялық түрде толық  жанса  (артық  ауа  коэффициенті  α = 1) түтiн  газдарының  теориялық

көлемi шығады (V^o_г):

                V^о_г = V^о_N2 + V_RO2 + V^o_pO.                                                          (3.5)

Азоттың теориялық көлемi

V^о_N2 = 0,79∙V^o + 0,8∙(N^p/100), м³/кг.                                  (3.6) Үш атомды газдардың теориялық көлемi:

V_RO2 = 0,1866∙(C^p + 0,375∙S^p_op+к)/100  м³/кг .                       (3.7) Су буларының теориялық көлемi:

           V^o_pO = 0,111∙H^p + 0,0124∙W^p + 0,0161∙V^o  м³/кг.                               (3.8)

Егер мазутты бумен үрлейтiн болса (бу шығыны G_ф), будың теориялық көлемiне V^o_pO қосылатыны 1,24∙ G_ф.

Іс жүзінде отын мен ауаның стехиометриялық қатынастарда жануын қамтамасыз ету мүмкін емес, сондықтан ауа теориялық қажетті мөлшерінен артық беріледі (α >1), ал есептеулер келесi формулалармен өткiзіледi.

Су буларының көлемi:   

V_pO = V^o_pO + 0,0161∙(α –1)∙V_а^o  м³/кг.                                   (3.9) Барлық түтiн газдарының көлемi:

V_г = V_RO2 + V^o_N2 + V_pO + (α –1)∙ V_а^o  м³/кг.                               (3.10) Үш атомды газдардың парциалды қысымдары:

                                           r_RO2 = V_RO2 /V_г .                                                (3.11)                                                                              r_Н2О = V_Н2О /V_г .                                                (3.12)

Түтiн газдары iшiндегi күлдiң салыстырмалы мөлшерi:

                   μ = А^р∙а_ун/(100∙G_г ), кг/кг .                                                      (3.13)

мұндағы: G_г = 1 – А^р/100 + 1,306∙α∙V^o - түтiн газдарының массасы .                             

Түтiн газдары iшiндегi күлдiң концентрациясы

                          μ = 10А^р∙а_ун/ V_{г .}                                                                (3.14)

Егер отын газ болса, азоттың және су буының көлемдерi, м³/м³:

                      V^o_N2 = 0,79∙ V_а^o + N₂/100.                                                    (3.15) V^o_pO = 0,01∙[H₂∙S + H₂ + ∑(n/2)∙C_m∙H_n + 0,124∙d_г] + 0,0161∙ V_а^o,           (3.16)

           d_г – газдың құрамындағы бу мөлшерi, г/м³.

3.4 Артық ауа коэффициенті және салқын ауа қосындысы

Бу генераторларының ошағында отынның жану құбылыстары өте тез өтедi және отын мен ауаны жану аймағының барлық жерінде стехиометриялық қатынаста араластыру мүмкін емес. Сондықтан отын толық жану үшiн ошақ камерасына ауа теориялық қажеттi көлемiнен артық мөлшерде (V_а) берілуі тиіс. Ошаққа іс жүзінде берiлген ауа артық ауа коэффициентiмен (α) көрсетiледi:

                                                         α = V_а / V_а^o.                                       (3.17)

Артық ауа коэффициентi отынның түрiне, жағу әдiсiне, ошақтың құрылысына, отын мен ауаның араластыру әдiсiне байланысты. Отын мен ауа араласуы жақсы болса, артық ауа коэффициентi кiшiрек болады.

Есептеулiк артық ауа коэффициентi бу генераторларының нормативті есептеу әдiсiнде берiледi. 3.1 кестеде есептеулiк артық ауа коэффициенттерi келтiрiлген.

3.1 к е с т е – Ошақтағы есептеулiк артық ауа коэффициентi

Ошақтың түрi	Отын	Коэффициент  αош
Камералы шлакты қатты түрде шығару	Антрацит, жартылай антрацит, тас көмiр Басқа қатты отындар	1,2 – 1,25 1,15 – 1,20
Камералы шлакты балқыған түрде шығару	Антрацит, жартылай антрацит, тас көмiр Тас және қоңыр көмiр	1,2 – 1,25 1,15 – 1,20
Камералы	Табиғи газ Мазут	1,05 – 1,1 1,02 – 1,05

Ошақтағы ауаның артықтығы α_ош. оттықтарға берiлген ауамен қоса газжолындағы саңылаулар арқылы қоршаған ортадан салқын ауаның iшке кiруiмен (∆α) байланысты. Есептеулiк ауа артықтығы таңдалған соң оттықтарға берiлген артық ауа коэффициентiн табуға болады

                           α_от = α_ош – ∆α .                                             (3.18)

Қысыммен iстейтiн, қабырғалары газ өткiзбейтiн ошақтарда салқын ауа қосындысы болмайды (∆α = 0).

Қатты отын жағатын ошақтардың отын тозаңын дайындайтын жүйелерiнде салқын ауа қосындысы болады (∆α_тоз.). Бұл ауа ошақтарға оттыққа отын тасымалдайтын ауамен жiберiледi.

Отын тозаңын дайындау жүйесiндегi салқын ауа қосындысының мөлшерi диiрменнiң түрiне және жүйенiң сипаттамасына байланысты (3.2 кестені қара).

Ауа артықтығы бу генераторынан шығатын газ көлемiне әсер етедi. Бу генераторының шығысында ауа артықтығы оттықтағы  ауа және салқын ауа қосындысына тең, (3.1суретті қара):

α_шығ. = α_ош + ∑∆α_i .                                                 (3.19) бу генератордың шығысындағы газ көлемi

V_шығ. = V^o_г + (α_шығ. – 1)∙ V_а^o .                                      (3.20) мұндағы: V^o_г – жану құбылысындағы пайда болған газдар көлемi, м³/кг;

(α_шығ. – 1)∙ V_а^o – жану құбылысына қосылған артық ауа көлемi, м³/кг.

                                                                                                                             

3.2 к е с т е - Тозаң дайындау жүйелерiндегi салқын ауа қосындысының                             орташа мөлшерi

Диiрмен түрi мен жүйе сипаттамасы

∆αтоз.

Шарлы барабанды диiрмендi, жүйе тозаң бункерлi, отын ыстық ауамен кептiрiледi. Шарлы барабанды диiрмендi, жүйе тозаң бункерлi, отын ыстық газбен кептiрiледi. Шарлы барабанды диiрмендi, отын тозаңы тiкелей ошаққа ыстық ауамен үрлендiредi. Балғалы диiрмендi, отын тозаңы тiкелей ошаққа ыстық ауамен үрлендiредi. Орта жүрiстi диiрмендi, отын тозаңы тiкелей ошаққа ыстық ауамен үрлендiредi. Үрлегiштi диiрмендi отын тозаңын дайындайтын жүйе

0,1 0,12 0,04 0,04 0,04 0,2

Жану құбылысындағы бұл газдар мен ауа көлемдерi 1 кг отынға келтiрiлген, ал егер бу генераторындағы түгел пайда болатын газ және керектi ауа көлемдерiн табу керек болса, осы көлемдердi отын шығымына (В_е)  көбейтемiз:

                   V_{г шығ.} = V_шығ.∙В_е ;  V_а = V_а^o ∙В_е     м³/с.                                  (3.21)

3.5 Жану өнiмдерiнiң энтальпиясы

Жану өнiмдерiнiң энтальпиясы (жылу мөлшерi) 1 кг немесе 1 м³ отынға анықталады да, J әрiпімен белгiленедi, кДж/кг  немесе кДж/м³. Жану өнiмдерiнiң жылу сыйымдылығы әр түрлi болғандықтан, белгiлi температураға газдардың теориялық энтальпиясын келесi формуламен табуға болады:

                     J^о_г = V_RO2∙(cυ)_RO2 + V^o_N2∙(cυ)_N2 + V^o_pO∙(cυ)_pO,                   (3.22)

мұндағы: (cυ)_RO2 , (cυ)_N2 , (cυ)_pO – белгiлi температурдағы газдың көлемдiк жылу сыйымдылығы, кДж/(м³∙К).

Жану өнiмдерiнiң энтальпиясын ауа артықтығын ескерiп анықтайды:

                             J_г = J^о_г + (α – 1)∙J^о_а + J_күл      кДж/кг ,                            (3.23)

мұндағы: J^о_а – ауаның теориялық көлемiнiң энтальпиясы,

                                 J^о_в = V^o∙(сυ)_в   кДж/кг ,                                              (3.24)

Газ көлемiндегi күлдiң энтальпиясы:

                                    J_күл = а_к∙(А^ж/100)∙(сυ)_күл   кДж/кг ,                         (3.25)

мұндағы: а_к – газдармен кететiн күл мөлшерi, бу генераторындағы шлакты шығару түрiне байланысты.

Егер шлак қатты түрде шығарылса а_к = 0,95 , ал балқыған түрде шығарылса отын түрiне байланысты а_к = 0,6 ÷ 0,85 шамасында болады.

Жану өнiмдерiнiң энтальпиясын температураға және ауа артықтығына байланысты Jυ – диаграмма арқылы көрсетуге болады. Жану өнiмдерiнiң энтальпиясын табу үшiн олардың жылу сыйымдылығын бiлу керек. Жану өнiмдерiнiң жылу сыйымдылығын температураға байланысты кестелерден табуға болады.

4 – дәріс. Отынды тиiмдi пайдалану

Дәрістің мақсаты: бу генераторының жылулық балансы және пайдалы әсер коэффициентi. Бу генераторының жылу шығындары.

  4.1 Бу генераторының жылулық балансы, пайдалы әсер коэффициентi

Бу генераторларында отынның жану жылуын тиiмдi пайдалануға үш негiзгi факторлар әсер етедi:

-   ошақта отынның түгел жануы;

-   жану құбылысының ыстық газдарын толық салқындату;

-   қоршаған ортаға жылудың шығынын (жоғалуын) азайту.

Бу генераторында отынның жану жылуының толық су мен буға берiлуiн пайдалы әсер коэффициентi (ПӘК) көрсетедi. Бу генераторының ПӘКі ошақ камерасына кірген бар жылудан (Q^ж_б) пайдалы қолданылған жылудың мөлшерiн (Q₁) пайызбен (процентпен) көрсетедi:

                            h_бг = [Q₁/ Q^ж_б]×100  %  ,                                                    (4.1)

Q₁ – су мен буға берiлген жылу (пайдаға асқан жылу), кДж/кг;

Q^ж_б – отынның жұмыстық массасы бойынша есептелген бар жылу, кДж/кг.

                                  Q^ж_б = Q^ж_т + Q_от + Q_а.с + Q_бф – Q_к ,                             (4.2)

Q^ж_т – отынның жұмыстық массасы бойынша төменгі жану жылуы, кДж/кг;

Q_от – отынның физикалық жылуы, кДж/кг;

Q_а.с – сырттан келген жылу, (калориферде жылытылған ауаның жылуы), кДж/кг;

Q_бф – форсункаларға (шашыратқыш) үрленген будың жылуы, кДж/кг;

Q_к – карбонаттарды ыдыратуға кеткен жылу (тек сланец отынын жаққанда есепке алынады), кДж/кг.

Отынның физикалық жылуы:

                                             Q_от = С_от×t_от  кДж/кг,                                        (4.3)

С_от – отынның меншiктi жылу сыйымдылығы, кДж/(кг×К);

T_от – отынның температурасы, ^оС, қатты отын үшін 20 ^оС.

Сыртта (бу генераторына қатыссыз) жылытылған ауамен келген жылу:

                                            Q_а.с = b×V^o×C_а×(t¢_а – t_са),                                     (4.4)

b - ауаның салыстырмалы шығысы;

V^o – бiр килограмм отынды жағуға керектi ауа көлемi, м³/кг;

C_в – ауаның жылу сыйымдылығы, кДж/(м³×К)

t¢_а, t_са – ыстық және салқын ауаның температурасы, ^оС;

Форсункаларға үрленген будың жылуы:

                                                 Q_бф = d_ф×(i_бф – i²_б),                                       (4.5)

d_ф, i_пф – форсункаға жiберiлетiн будың меншiктi шығысы мен энтальпиясы, (кг/кг, кДж/кг);

i²_б – түтiн-газ iшiндегi будың энтальпиясы, кДж/кг.

Карбонаттарды ыдыратуға кеткен жылу (тек сланец отынын жаққанда есепке кiредi):

                                                 Q_к = 40,5×СО^к₂  ,                                           (4.6)

40,5 – карбонаттарды ыдыратуға кеткен меншiктi жылу мөлшерi, кДж/кг;

Ауа қыздырғышта ауаға берiлген жылу бар жылуға қосылмайды, себебi ол бу генераторындағы отын жану құбылысында айналып тұрады (жанарғы арқылы ошақ камерасына қайта беріледі).

Бар жылу мөлшерiн отын түрiне байланысты көрсетуге болады:

- сапасы биiк отындарға (антрацит, тас көмiрлер)  Q^ж_б = Q^ж_т ;

- ылғалды қоңыр көмiрлерге, күкірттiгі жоғары көмiрлер мен мазутқа   

Q^ж_б = Q^ж_т + Q_от + Q_а.с ;

- мазуттарға, егер бумен үрлейтiн форсункасы болса

Q^ж_б = Q^ж_т + Q_от + Q_а.с + Q_бф ;

- газдарға   Q^ж_б = Q^қ_т .

Су мен буға берiлген жылу (пайдаға асқан жылу):

    Q₁ = [D_ақ×(i_ақ – i_қс) + D_ққ×(i²_ққ – i¢_ққ) + D_үр×(i_үр – i_қс)]/B,                            (4.7)

D_ақ, D_ққ, D_үр –аса қыздырылған будың, қайта (екiншi рет) қыздырылған будың, үрлеудің шығымдары, кг/с; (үрлеп тазарту –продувка);

I_ақ, i²_ққ, i¢_ққ, i_үр, i_қс – қыздырылған будың, қайта қыздырылған будың, үрлеудің және қоректік судың энтальпиялары, кДж/кг;

В – отын шығымы, кг/с.

Бу генераторының п.ә.к.-ін (4.1) формуласымен табу тура баланс бойынша есептеледі.

Керi баланс тәсiлi бойынша барлық шығын болған (пайдасыз жоғалған) жылу мөлшерлерiн тауып, пайдалы әсер коэффициентін табуға болады. Негiзгi жылулық балансының теңдеуi:

                        Q^ж_б = Q₁ + Q₂₊ Q₃₊ Q₄₊ Q₅₊ Q₆   кДж/кг ,                             (4.8)

мұндағы: Q₂ – шығар газдармен пайдасыз кеткен жылу шығыны,

Q₃ – химиялық толық жанбау себебiнен жоғалған жылу;

Q₄ – механикалық толық жанбау себебiнен жоғалған жылу;

Q₅ – бу генераторының сыртынан қоршаған ортаға жоғалған жылу;

Q₆ – қожбен (шлакпен) бiрге пайдасыз кеткен жылу;

Егер Q^ж_б = 100 % деп алсақ жылулық балансты бар жылу мөлшеріне салыстырып төмендегідей жазуға болады:

                      100 = q₁ + q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆ ,                                            (4.9)

немесе

100 = q₁ + åq_i.шығ.,

мұндағы:

    åq_i.шығ. = q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆  -  пайдасыз жоғалған жылулардың қосындысы.

Бу генераторының пайдалы әсер коэффициентi кері баланс бойынша (брутто):

                       h^бр_бг = 100 – (q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆).                                    (4.10)

Отын шығымы:

     В = [D_ақ×(i_ақ– i_қс) +D_ққ×(i²_ққ– i¢_ққ) + D_үр×(i_үр– i_қс)]/ Q^ж_б ×h^бр_бг  кг/с .                  (4.11)

Қатты отын жағатын бу генераторларында механикалық толық жанбау себебiмен пайда болатын шығын бар. Сондықтан отынның жануына қажетті ауа мен шығар газдардың көлемiн, энтальпияларды есептегенде есептiк отын шығымын (В_е) қолданады:

                                       В_е = B×(1 – q₄), кг/с ,                                       (4.12) 4.1 к е с т е - Бу генераторындағы пайдасыз кеткен жылу шығындарының мөлшерi                                                                             

Жылу шығыны (жоғалған жылу)	Белгiсi	Мөлшерi, %
Шығар газдармен Химиялық толық жанбау себебiнен Механикалық толық жанбау себебiнен Қоршаған ортаға жоғалған жылу Қожбен бiрге жоғалған жылу Бәрi бiрге	q2 q3 q4 q5 q6 åqi.шығ.	4 – 7 0 – 0,5 0,5 – 5 0,2 – 1 0 – 3 6 – 12

Бу генераторының пайдалы әсер коэффициентi (брутто) тек өзіндегі бу өндiрудiң тиiмдiлiгiн көрсетедi. Бу генераторының бу өндіру процесіне жұмыс iстеуiне қосымша қосалқы жабдықтар қатысады. Егер қосымша қосалқы жабдықтарға жұмсалған энергияларды (өз қажетiне жұмсалған энергия мөлшері - қоректік сорғыларға, үрлегіштерге, отын тозаңын дайындауға т. б.) және барабандағы үрлеуді есепке алсақ, нетто пайдалы әсер коэффициентi шығады:                      

   h^нетто_бг =  h^бр_бг  - Dh_өқ .                                      (4.13) Өз қажетiне кететiн энергияны есепке алғанда:

                              Dh_өқ = [N_өқ/B× Q^ж_б ×h_жэс]×100%,                                (4.14) N_өқ – қосымша қосалқы жабдықтардың қуаты, кВт;

B  - отын шығымы, кг/сек;

h_жэс – жылу электр станциясының пайдалы әсер коэффициентi.

4.2 Бу генераторының жылу шығындары

Бу генераторының шығар газдарымен пайдасыз кеткен жылу (жылу шығыны)

q₂ = [(J_ш - a_ш×J^о_са )×(100 – q₄)]/ Q^ж_б  %  ,                              (4.15) мұндағы:  J_ш – бу генераторының шығар газдарының энтальпиясы;

          a_ш – шығар газдардағы артық ауа коэффициентi;

          J^о_са – салқын ауаның энтальпиясы.

Бу генераторының шығар газдарының энтальпиясы, кДж/кг

                                     J_ш = V_г×C_г×u_ш .                                                    (4.16) Салқын ауаның энтальпиясы, кДж/кг

J^о_са = V^о×C_са×t_са .

Шығар газддардың көлемi

                                      V_г = V^о_г + (a_ш - 1)×V^о_а ,                                      (4.17) мұндағы:   V^о_г – шығар газдардың және V^о_а – ауаның теориялық көлемдерi, м³/кг;

С_г, C_са – шығар газдардың және салқын ауаның жылу сыйымдылығы, кДж/(м³×К);

u_ш, t_са - шығар газдардың және салқын ауаның температуралары, ^оС;

a_ш – шығар газдардағы артық ауа коэффициентi:

  a_ш = a_ош + Da_с ,                                          (4.18) a_ош – бу генераторының ошағынан шыға берiстегi артық ауа коэффициенті;

Da_с – бу генераторының газ жолдарындағы ауаның сору арқылы қосылатын мөлшерiн көрсететiн коэффициент.

Шығар газдармен жоғалған жылуды ең аз мөлшерiнде ұстау үшiн, шығар газдардың температурасын u_ш және  артық ауан a_ш ең үйлесiмдi шамада ұстау керек. Шығар газдар температурасын (15 – 20) ^оС азайтқанда, шығар газдармен пайдасыз кеткен жылу  q₂ азайғанынан бу генераторының пайдалы әсер коэффициентi 1%-ға өседi. Шығар газдардың температурасы (u_ш) отынның түрiне, оның құрамындағы күкiрт мөлшерiне байланысты.

Отын жану құбылысынан бөлінген шығар газдардың құрамында жанбай қалған СО, Н₂, СН₄ газдары болуы мүмкiн. Ошақтың маңайынан шыққан соң бұл газдардың жануы қиын, сондықтан химиялық жанбау себебiнен жоғалған жылу осы газдардың жылуы. Процент арқылы көрсетсек:

             q₃ = (Qн₂×Н₂ + Qco×CO + Qсн₄×СН₄ )/ Q^ж_б.                     (4.19)

Егер 1 м³ газдың және отынның қатты бөлшегiнiң толық жануын алсақ, (4.19) формуласынан табуға болады:

    q₃ = (126,4×CO+ 108×Н₂+ 358,2×СН₄)[V_c/г×(100 – q₄)/ Q^ж_б]  %,            (4.20) мұндағы: CO, Н₂, СН₄ – құрғақ шығар газдар құрамындағы осы газдардың пайыз (процент) мөлшерi, %.

Химиялық толық жанбау себебiнен кеткен жылу шығыны отынның түрiне, жанарғыдағы артық ауа коэффициентiнiң (α_жан.) мөлшерiне және бу генераторының өндiрген бу шамасына байланысты. Қазiргi бу генераторларында q₃ ≈ 0 (4.1 суретті қара).

Қатты және сұйық отынның жану құбылысынан бөлінген шығар газдар құрамында жанбай қалған көмiртек С, күйе болуы мүмкiн. Ошақтың маңайынан шыққан соң олардың жануы қиын, сондықтан механикалық толық жанбау себебiнен жоғалған жылу осы көмiртектің жылуы.

Механикалық толық жанбау себебiнен жоғалған жылу мөлшерiне әсер беретiн: отынның құрамдық сапасы (А^ж, V^ұ) және отынның ұнтақталу сапасы. Тас көмiр жанған кезде q₄ = 0,5 – 2 % (4.2, 4.3 суретттерін қара).

Камералық ошақта тас көмiрді жағу кезiндегi механикалық толық жанбаудан болған жылу шығынын келесi формуламен табуға болады:

q₄= (32600/ Q^ж_б)∙A^ж∙[а_к∙Г_к/(100– Г_к)+ а_шл+қ∙Г_шл+қ/(100– Г_шл+қ)] % ,      (4.21) мұндағы: 32600 кДж/кг – көмiртегiнiң жанғанда беретiн жылуы;

Q^ж_б – бу генераторына кiрген барлық жылу, кДж/кг;

A^ж – отын жұмыстық құрамындағы күл мөлшерi, %;

а_к, а_шл+қ –шығар газдармен әкетілген күлдің, шлак пен төмен түскен (құлаған) күлдің салыстырмалы мөлшерлері;

Г_к, Г_шл+қ – күлдің және шлак пен құлаған күл құрамындағы жанатын отын қалдығының үлесі, %.

1-ауа мен отын толық араласқан; 2-бу генераторының негізгі толық өнімділігімен жұмыс істеуі кезінде; 3- бу генераторының өнімділіг төмен жұмыс істеуі кезінде.

4.1сурет - Химиялық толық жанбау жылу шығындарының α_жан. тәуелділігі

         

4.2 сурет - Механикалық толық жанбау себебiнен жылу шығынының

ауа артықтығынан тәуелділігі, q₄ = f(α_ош)

         

4.3 сурет - Механикалық толық жанбаудан жылу шығынының ыстық ауа температурасынан және ауа артықтығынан тәуелділігі, q₄ = f(t_ы.а., δα)

Күл мен шлак балансын салыстырма мөлшерлерi:

а_{к +} а_шл+қ = 1.                                          (4.22) Шлак қатты түрде шығарылатын ошақтарда а_к = 0,95.

Шлак балқыған түрде шығарылатын ошақтарда а_к = 0,85 егер отыны тас көмiр, антрацит болса; ал егер отыны қоңыр көмiр болса а_к = 0,6 – 0,7.

Тартылған көмiр тозаңының мөлшерi оңтайлы болса, q₄ ауа артықтығына және ұшпа заттардың шығуына байланысты.

Қоршаған ортаға пайдасыз кеткен жылу шығыны, q₅ – бу генераторының құрылысына, оның сыртқы қабырғаларының көлемiне және қаптамасының түрiне байланысты:

q₅ = (F_сқ /B∙Q₁)∙(a_к + a_л)∙(t_сқ – t_қ.о.)  %,                         (4.23) мұндағы: F_сқ - бу генератордың сыртқы қабырғаларының аудан көлемi,м²

B  - отын шығымы, кг/с;

Q₁ – бу генераторының пайдалы жылуы, кДж/кг;

a_к, a_л – конвекциялық және радиациялық жылуалмасу коэффициенттерi, кВт/(м²∙К);

t_сқ, t_қ.о. – бу генераторының қабырғасы мен сыртқы ауа температурасы, ^оС.

Бу генераторы қабырғасының температурасы 55 ^оС аспау керек.

Қоршаған ортаға пайдасыз кеткен жылу шығыны q₅ бу генератордың бу өнiмдiлiгiне байланысты – бу өнімділігі артқан сайын q₅ азаяды. Сондықтан бу өнiмдiлiгi өзгерсе, қоршаған ортаға шығын болып кеткен жылуды келесi формуламен номинал мәндеріне пропорционал түрде табуға болады:

                                      q₅ = q^н₅∙(D^н/D)  % .                                           (4.24)

Бу өнімділігі 260 кг/с артатын қазандық қондырғылар үшін q₅ мәнін 0,2% деп қабылдайды.

Шлакпен кеткен жылу q₆ ошақ астынан шыққан шлак температурасына және отындағы күл көлемiне байланысты. Шлактың температурасы оның ошақтан қатты немесе балқып шыққан түрiне байланысты.

Шлакпен кеткен жылу мөлшерiн келесi формуламен табамыз:

                       q₆ = а_шл∙[(А^ж/100)∙C_шл∙t_шл + q_бал.]/Q^р_р  %,                        (4.25) мұндағы: С_шл, t_шл - шлактың жылу сыйымдылығы мен температурасы; (шлактың қатты түрдегi температурасы 600 ^оС, балқыған шлак температурасы 1400 – 1600 ^оС); q_бал. - шлактың балқу жылулығы, кДж/кг, (≈ 260 кДж/кг).

Шлакпен кеткен жылуды тек күлi көп шығатын отын жағатын бу генераторларында есепке алады.

q₂, q₃, q₄ шығындарының артық ауа коэффициентінен тәуелділігі 4.4- суретінде көрсетілген.

а – отын газ және мазут; ә – отын тас көмiр.

4.4 сурет - Пайдасыз кеткен жылу мөлшерлерiмен тиімді ауа артықтығын табу

5-дәріс. Жылу электр станциясында отынды жағуға дайындау

Дәрістің мақсаты: қатты отынды жағуға дайындау. Көмiр тозаңының физикалық қасиеттерi. Көмiр тозаңының ұнтақтау майдалығы. Отын ұнтақтаудың тиiмдi майдалығы.

5.1 Қатты отынды жағуға дайындау

Жылу электр станцияларына (ЖЭС) қатты отынды темiр жолмен тасымалдап жеткiзедi. Жеткiзiлген қатты отынды темiр жол платформаларынан түсiрiп, қабылдап алып, қоймаға немесе отын дайындау жүйесiне жiберу керек. Қатты отынды қабылдап, дайындауы оның көрсеткiштерiне байланысты (ылғалдығы W^ж, %; отын кесектерiнiң өлшемдерi және т.б.).

Қатты отын жағатын жылу электр станциясында отын шаруашылығы болады. Бұл отын шаруашылығына кiретiн жабдықтар:

- отынды түсiрiп қабылдау қондырғылары;

- көмiр қоймасы;

- ұсатқыш - отынды 15-25 мм дейiн уатуға арналған қондырғы;

- отынды көмiр бункерiне дейiн тасымалдауға арналған транспортерлар;

- отынды ұнтақтап, тозаң түрiнде бу генераторының ошағында жағуға ауамен үрлеу қондырғылар.

Қыс кезiнде ылғалды отын мұз болып қатып қалады, сондықтан көмiр тиелген темiр жол платформаларын ең бiрiншi жылытқыш бөлмеде жылытып кептiрген соң, көмiр түсiру бөлiмiне жiберіледi.

Жылу электр станциясындағы қатты отынды қабылдап дайындау тәсiлiнiң (технологиясының) сұлбасы 5.1-суретте көрсетiлген.

1-отын қоймасы; 2-ленталық транспортер; 3,4-бункерлер; 5-вагонаударғыш; 6-ұсатқыш; 7-отын бункерi; 8-отын диiрменi; 9-ыстық ауа; 10-ауамен үрленген отын тозаңы;11-ошақ жанарғысы; 12-сырттан алынған ауа.

5.1 сурет - Қатты отынды қабылдап дайындау тәсiлiнiң сұлбасы

Қатты отын кесек түрiнде ЖЭС-на темiр жол платформалармен жеткiзiледi. Темiр жол платформасындағы қатты отын вагонаударғыш пен қабылдау бункерiне түсүрiледi. Бункерлерден көмiр ленталық транспортерлермен отын қоймасына немесе ұсатқыштарға жiберiледi. Ұсатқыштар алдында көмiр металл ұстағыш магнитті сепаратордан өтедi де, металдан жасалған елек  торға  (грохот) жiберiледi. Елек  тор арқылы отынның iрi кесектерi ұсатқышқа жiберiледi, ал ұсақ кесектерi ленталық транспортермен көмiр бункерiне жiберiледi (5.2 суретті қара). Елек торлардың екi түрi болады: қозғалмайтын және қозғалатын.

      

1-магниттi сепаратор; 2- елек тор; 3-ұсатқыш;    1-иiндi вал; 2-серiппе; 3-шкив; 4-тор.

          4-ұсталған металл.

     5.2 сурет - Бiрсатылы ұсатқыш қондырғы    5.3 сурет - Қозғалатын елек тор

Қозғалмайтын елек торлардың құрылысы ең қарапайымды болады, ұзындығы 2 метр көлбеуi шамасымен 40^о металдан жасалған тор. Тордың тесiктерiнiң өлшемi 25 мм. Отын кесектерi 1,5 метр биiктiктен елек торға құлайды, ұсақ кесектерi тордан өтедi де, бункерге жiберiледi, ал iрi кесектер ұсатқышқа жiберiледi.

Қозғалатын грохоттың (5.3 суретті қара) торы (4) серiппе (2) арқылы орнатылады. Иiндi вал (1) айналғанда торда қозғалады, тордың қозғалысы отын кесектерiн сiлкiп грохоттың жұмысын жақсартады.

Отынды ұнтақтап тозаңға айналдыратын жүйенiң тиiмдi iстеуi ұсатқыштан өткен көмiр кесектерiнiң өлшемiне байланысты. Сондықтан ұсатқыштан өткен тас көмiр кесектерiнiң өлшемдерi 15 мм-ден iрi болмауы керек.

Энергетика саласында ұсатқыштардың екi түрi қолданылады:  біліктi (валковая) және балғалы (молотковая).

Біліктi ұсатқыштардың екi түрi бар: білігi тісті және білігi тегiс. ЖЭС-да көбiнесе білігi тісті ұсатқыштар пайдаланылады. Білігi тісті ұсатқыштар бiр бiрiне қарсы айналатын біліктер арқылы отынды уатады (5.4 суретті қара).

а – негiзгi көрiнiсi; б – біліктердiң бөлшектерi; 1, 2 – біліктер; 3 – тістер.

5.4 сурет - Біліктi ұсатқыш

Білікке тiстер кигiзiледi, олар отын кесектерiн алып, уатуға ыңғайлық жасайды. Біліктердiң бiреуi тұрақты айналматіректерде орнатылған, ал екiншiсi қозғалатын айналматіректерде айналады. Қозғалатын айналматіректер серiппемен қысып орнатылады. Егер екi дестенiң арасына металл әлде басқа ірі қатты заттар түссе, қозғалатын білік (2) оңға жылжып, бұл затты өткiзiп жiбередi де, қайтып орнына тұрады. Сонымен, қозғалатын білік ұсатқышты сынудан сақтайды. Біліктi ұсатқыштар отынды басып және жарып ұсақтайды. Ұсақталған отын кесектерiнiң өлшемдерi екi біліктiң арақашықтығына байланысты, осы арқылы отын ұсақтығын реттеуге болады. Біліктi ұсатқыштардың еселiк коэффициентi 4÷5 араларында. Отын ұсақтауға кететiн электрэнергия мөлшерi 0,15 ÷ 0,4 кВт∙сағ/т, ал өнiмдiлiгi 40 ÷ 300 т/сағ.

Балғалы ұсатқыштардың құрылысы 5.5-суретінде көрсетiлген.

Балғалы ұсатқыштардың корпусында (1) балғалы ротор (2) орнатылады. Ротор айналған кезiнде балғаларымен отынды уатады. Уатылған отын тордан (6) өтедi, ал тордан өтпеген отын кесектерi қайтадан уатылуға жiберiледi. Сонымен уатылған отын кесектерiнiң өлшемi тордың тесiктерiнiң өлшемiне және тормен ротордың арақашықтығына байланысты.

Балғалы ұсатқыштардың еселiк коэффициентi 8÷12 араларында. Отын ұсақтауға кететiн электрэнергия мөлшерi 0,6 ÷ 1,5 кВт∙сағ/т, ал өнiмдiлiгi 40 ÷ 850 т/сағ.

Отынды қабылдап дайындау жүйесiнен өткен отынды есепке алу үшiн конвейерлi таразы орнатылады. Конвейерлi таразылардың түрлерi және олардың көрсеткiштерi келесi кестелерде көрсетiлген.

1-корпус; 2-бiлiк; 3-балғалар; 4-табақшалар (диск); 5-соғу алқабы; 6-металдан жасалған тор.

5.5 сурет - Балғалы ұсатқыш

                                                                                                                              

5.2 Көмiр тозаңының физикалық қасиеттерi

Бу генераторларының ошағында көмiр тозаң түрiнде жағылады. Сондықтан көмiрдi өте майдалалап (ұнтақ өлшемi <500 мкм) ұнтақтау керек. Көмiрдiң түрiне және көрсеткiштерiне байланысты оның тозаңының ұнтақтау майдалығы жағуға тиiмдi болғаны жақсы. Көмiр тозаңы отын ұнтақтау жүйесiнен шыққанда полидисперсиялық ұнтақ болады, оның бөлшектерiнiң өлшемi 0,1 мкм-ден 300-500 мкм-ге дейiн жетедi. Көмiр тозаңының майдалығы оның жануына өте маңызды. Сондықтан көмiр тозаңының майдалық сипаттамасы қажет. Көмiр тозаңының майдалығының сипаттамасын 8 - 10 елеуiштерден өткiзiп табады. Елеуiштердiң тесiктерiнiң өлшемдерi 50 микрометрден (мкм) 1000 мкм-ге дейiн болады. Елеуiште қалған тозаңды қалдық деп атайды және оны R_х деп белгiлейдi. Тозаңды елеуiштер талдауынан өткiзу сұлбасы зертханалық жұмыстарда қарастырылған. Талдау нәтижесiн елеуiштерде қалған тозаң массалары арқылы шығаруға болады:

R₁₀₀₀+ Ф_500/1000+ Ф_200/500+ Ф_90/200+ Ф_50/90 + D₅₀ + ∆G = 100%,

мұндағы:  R₁₀₀₀ - тесiгiнiң өлшемi 1000 мкм елеуiштегi отын қалдығы;

Ф – ортадағы елеуiштердегi майда қалдықтар;

D₅₀ – тесiгiнiң өлшемi 50 мкм елеуiштен өткен отын тозаңы;

∆G – айналадағы ортаға шығын болған ең жұқа тозаң.

Стандарт бойынша, жылу электр станцияларында 90 мкм елеуiштегі қалдықты (R₉₀)  санайды.

Көмiр тозаңының ұнтақтық сипаттамасын келесi теңдеумен көрсетуге болады:

                                     R_x = 100∙exp(-b∙xⁿ) %,                                        (5.1) мұндағы: b және n – тұрақты коэффициенттер, бұлар тозаңның майдалығын және бiрқалыптылығын көрсетедi. 

Сондықтан, егер b коэффициентi жоғарыласа, тозаң майдалығы өседi. Ірi тозаңға b коэффициенті 4∙10^-3, ал майда тозаңға 40∙10^-3.

Отындарды ұнтақталған кезде түрiне байланысты электр қуаты шығын болады. Осыған байланысты ұнтақтауға бейiмдiлiк коэффициентi болады К_ло . Егер антрацитты үлгiлi (эталон) отынға алсақ, ұнтақтауға шығын болған электр энергия Э_эт , кВт∙сағ/кг болса, ал басқа отынға Э,  кВт∙сағ/кг болады. Сонымен, ұнтақтауға бейiмдiлiк коэффициентiн келесi формуламен табамыз:

                     К_ло = Э_эт/Э.                                                     (5.2)

Отын ұнтақтауға жұмсалған электр энергия мөлшерi, дайын болған тозаң бетiне тiкелей байланысты болады:

                 Э = N/B = A∙(f_ұс – f_ұн) ,                                           (5.3)

мұндағы:  Э – ұнтақтауға жұмсалған электр энергиясы, кВт∙сағ/кг;

N – отын ұнтақтауға керектi электр қуаты, кВт;

В – көмiр диiрменiнiң өнiмдiлiгi, кг/сағ;

F_ұс , f_үн – ұсатылған  1 кг отынның және оның ұнтақталған тозаңының беттерiнiң мөлшерi, м²/кг;

А – тартылған отынның 1 м² бетiне жұмсалған меншiктi электр энергиясы, кВт∙сағ/м² .

Отын тозаңының сапасы оның майдалығымен және бөлшектерiнiң фракциялық құрамына байланысты. Бұл көрсеткiштердi  көмiр тозаңын елеуiштерден өткiзiп табады.

Стандарт бойынша, жылу электр станцияларында 90 мкм елеуiш қалдығын санайды R₉₀. Бу генераторларының режимдік картасындағы көрсеткiштерi R₉₀–ға байланысты. R₉₀- ның тиiмдi мәні болады, оны табу үшiн отын ұнтақтауға кеткен шығындардың минимумын табу керек, (5.8 суретті қара).   R₉₀- майдалығының тиiмдi мөлшерiн мына формуламен табуға болады:

                           R₉₀^опт = 4 + 0,8·n·V^ұ,

мұндағы: n – тозаң майдалығының полидисперсиялық коэффициенты; V^ұ – отынның ұшпа заттарының шығуы.

Сұйық отынды және газды жағу сұлбалары қосымшаларда келтірілген.

5.6 сурет - Отын тозаңының тиiмдi майдалығын табу графигi

6-дәріс. Көмiр ұнтақтауға арналған диiрмендер

Дәрістің мақсаты: көмiр ұнтақтауға арналған диiрмендердiң негiзгi түрлерi. Шарлы барабанды диiрмен. Балғалы диiрмендер. Орташа айналымды диiрмендер.

6.1 Көмiр ұнтақтауға арналған диiрмендердiң негiзгi түрлерi

Көмiр ұнтақтауға арналған диiрмен қатты отын ұнтақтау жүйесiнiң ең маңызды қондырғысы болып саналады. Көмiр ұнтақтауға арналған диiрмендер өзiнiң ұнтақтау тәсiлiмен, айналу жылдамдылығымен бiрнеше түрлерге бөлiнедi. Көмiр ұнтақтауға арналған диiрмендердiң түрлерi мен олардың сипаттамасы төмендегi 6.1-кестесiнде көрсетiлген.

                                                                                                                         

6.1 к е с т е - Көмiр ұнтақтауға арналған диiрмендердiң сипаттамасы

Диiрмен	Белгiленуi	Ұнтақтау тәсiлi	Айналу жылдамдылығы, айналым/мин	Жүрiстiк түрi
Шарлы барабанды Біліктi Балғалы Желдеткiштi диiрмен	ШБМ МВС ММ МВ	Соғу, үйкелеу Қысып езу Соғу Соғу	15-25 50-80       750-980 735-1470	Жай жүрiстi Орташа Тез жүрiстi Тез жүрiстi

 

Негiзгi көмiр ұнтақтауға арналған диiрмендер соғып ұнтақтау тәсiлiмен, қысып езу немесе үйкелеу тәсiлiмен жұмыс атқарады.

6.2  Шарлы барабанды диiрмен

Шарлы барабанды диiрменнiң барабанының диаметрi 2-4 метр аралығында, ал ұзындығы 3-10 метр аралығында болады. Барабанның 15-30% көлемiнiң iшiне болаттан жасалған диаметрi 30-60 мм шарлар салынған. Барабан айналғанда шарлар көтерiлiп жоғарыдан көмiрдiң бетiне құлайды да, соғып ұнтақтайды. Шарлы барабанды диiрменнiң құрылысы 6.1-суретте көрсетiлген.

Барабанның мықтылығы үшiн iшкi жағы сауытты тақталармен жабылады, ал барабанның сырт жағына киiзден жылу жiбермейтiн оқшаулама төселедi де, оқшауламаның үстi металдан жасалған қалыңдығы 2 мм  қалқан мен жабылады.

Сауытты тақталардың әр түрлi пішіндері болады: сатылы; толқынды; өкшелi; қалталы. Сауытты тақталар қалыңдығы 100 мм, тозуға шыдамды марганец косылған болаттан жасалады. Дыбыс жiбермеу үшiн барабанның iшкi қабырғасы мен сауытты тақталар арасына қалыңдығы 10-15 мм асбесттен төсеме жасалады.

Шарлы барабанды диiрменнiң үнемдi өнiмдiлiгi барабанның тиiмдi айналым жылдамдылығында болады (тақталардың пішініне байланысты):

n_б = (0,7-0,75)∙n_кр ,                                             (6.1)

мұндағы: n_кр – кризистiк айналма жылдамдылығы, шарлар барабанмен бiрге айналады да, көмiр бетiне құламайды,

                                       n_кр = 0,705/√D_б ,                                               (6.2)

мұндағы:  D_б – барабанның диаметрi, м.

Диiрменнiң барабаны тиiмдi жылдамдылығымен айналған кезде iшiндегi шарлар жоғары көтерiлiп көмiр бетiне құлайды да, көмiр соққы арқылы ұнтақталады. Шарлар көмiрмен араласқан кезде үйкелiс арқылы да көмiрдi ұнтақтайды. Көмiр тозаңы ыстық ауамен араласып диiрменнен шығарылады да бу генераторының жанарғыларына жiберiледi. Диiрмен iшiнен өтетiн ыстық ауаның жылдамдылығы 1 ден 3,5 м/с араларында болады.

Диiрменнiң көмiр ұнтақту өнiмдiлiгi В_д оның барабанының диаметрi мен ұзындығына байланысты. Бiрақ барабанның диаметрiнiң өсуiне диiрменнiң электр двигателiнiң қуаты кедергi болады, себебi диаметрдiң өсуiне байланысты электр двигателiнiң қуаты үш есе өседi, N_м ~ D_б³. Диiрменнiң барабаны мен iшiндегi шарлардың салмағы тиелетiн көмiр салмағына қарағанда өте көп болғандықтан, диiрмен барлық өзiнiң өнiмдiлiгiмен iстегенi дұрыс. Егер шарлы барабанды диiрмен аз өнiмдiлiгiмен жұмыс iстесе оның жұмысы тиiмсiз болады себебi, отын ұнтақтауға жiберiлетiн электр энергиясының меншiктi шығыны өседi:

                                          Э_д = N_д/В_д .                                                      (6.3)

Сондықтан шарлы барабанды диiрмендер көмiр тозаңын жинайтын бункерi бар отын ұнтақтау жүйелерiнде орнатылады.

1-отын кiретiн құбыр; 2-айналма тiрек; 3-диiрменнiң барабаны; 4-тозаң шығару құбыры; 5-үлкен тiстi дөңгелек; 6-редуктор; 7-электр қозғалтқыш.

6.1 сурет - Шарлы барабанды диiрмен (негiзгi көрiнiсi мен кесiндiсi)

6.3 Балғалы диiрмендер

Балғалы диiрмендер тез жүрiстi диiрмендер түрiне кiредi. Олардың роторларының айналым жылдамдылығы 600÷1000 айн/мин дейiн жетедi. Балғалы диiрмендер ауа жiберу әдiсiмен аксиалды немесе тангенциалды түрлерiне бөлiнедi. Аксиалды балғалы диiрменде ауа ротордың білігі бойымен жiберiледi, ал тангенциалды диiрменде роторға перпендикуляр бағытта берiледi.

Аксиалды балғалы диiрмен көрiнiсi 6.2-суретiнде көрсетiлген. Диiрмен құрылысына кiретiн: корпус 1 - қалыңдығы 10-15 мм, корпус iш жағынан қалыңдығы 20-30 мм сауытты плиталарымен жабылған; ротордың валы 2 – оның дискiлерiне балғалар 3 орнатылған.

Тангенциалды балғалы диiрмендерде ыстық ауа диiрменнiң бiр қабырғасы бойымен, роторға перпендикуляр (6.3,а суретті қара) немесе ротор шеңберiне жанама бағытта жiберiледi (6.3 б, в суретті қара). Кейде ыстық ауаны отын құбыры арқылы көмiрмен бiрге жiбередi (6.3, в суретті қара).

Тангенциалды барғалы диiрмендердiң көлемдерi кiшiрек және отын ұнтақтауға жiберiлетiн электр энергиясының меншiктi шығыны аз болады. Бiрақ балғалы диiрмендердiң кемшiлiктерi де бар. бұл олардың кейде көмiрмен бiтелiп қалуы және балғаларының тез iстен шығуы.

Балғалы диiрмендердiң тиiмдi жұмыс iстеуiне үшін оларды ұшпа заттарының шығуы V^ұ > 28 % болатын тас және қоңыр көмiрлерді ұнтақтауға қолданады. Балғалы диiрмендер орнатылған көмiр тозаңын дайындайтын жүйелер қарапайым, пайдалануға тиiмдi және қолайлы болады.

1-диiрменнiң корпусы; 2-білік; 3-балғалар; 4-ыстық ауаның қорабы;

5-айналма тiректер; 6-муфта; 7-электр қозғалтқышы; 8- орнатқыш рама.

6.2 сурет - Аксиалды балғалы диiрмен көрiнiсi

 

а-ыстық ауаны аксиалды кiргiзу: 1-балғалы диiрмен; 2-тозаң сепараторы; 3-отын кiретiн патрубогi; б-ыстық ауаны тангенциалды кiргiзу, ал көмiрдi шахталы сепаратордан кiргiзу: 1-балғалы диiрмен; 2-шахталы тозаң сепараторы; 3-отын кiретiн патрубогi;    в-ыстық ауаны тангенциалды, ал көмiрдi ыстық ауа қорабынан кiргiзу: 1-балғалы диiрмен; 2-шахталы тозаң сепараторы; 3-отын кiретiн патрубогi.

6.3 сурет - Балғалы диiрменге ыстық ауа мен көмiрдi кiргiзу сұлбасы

6.4 Орташа айналымды диiрмендер

Орташа айналымды диiрмендер тiке үрлеу отын ұнтақтау жүйелерiнде пайдаланылады. Орташа айналымды диiрмендердiң үнтақтауға қолданатын тәсiлi отынды айналып тұрған стол мен шарлар әлде дестелер арасына қысып езу. Орташа айналымды диiрмендердiң екi түрi болады шарлы және дестелi.

Орташа айналымды шарлы және дестелi диiрмендердiң құрылысы «А» және  «Ә» қосымшаларында көрсетiлген. Көмiр, отын жiберетiн керней (1) арқылы, айналатын төменгi ұнтақтағыш шығыршыққа (4) түседi де ұнтақтағыш шарлар мен (6) ұнтақталып, ыстық ауамен сепаратордан (2) өтiп, отын құбыры арқылы бу генераторының жанарғыларына жiберiледi.

Орташа айналымды біліктi диiрмен құрылысы 6.6-суретте көрсетiлген. Көмiр ұнтақтағыш столға (1) түскен соң дестелермен езiлiп ұнтақталады да, ыстық ауамен айналма сепеаратор (9) арқылы тозаң құбырларымен бу генераторының жанарғыларына жiберiледi.

Орташа айналымды диiрмендердiң артықшылығы – олардың отын ұнтақтауға меншiктi электр энергиясының шығынының аздығы (12 – 15 кВт∙сағ/т) және құрылысының қарапайымдылығы.

7-дәріс.  Көмір тозаңын дайындау жүйелері

Дәрістің мақсаты: жекешелендірілген тозаң дайындау жүйелері. Тура үрлеп тозаң дайындау жүйелері. Шарлы барабанды диірмені бар, жекешелендірілген тұйық тозаң дайындау жүйесі.

Көмір тозаңын дайындау жүйелерін жобалаған кезде көмірдің көрсеткіштері арқылы диірмендердің түрі мен санын, тозаң дайындау жүйесінің түрін таңдайды. Бұдан соң диірменнің өнімділігін және ыстық ауа шығысын санап шығады. Тозаң дайындау жүйесінің қосалқы және басқа керекті жабдықтарын таңдайды. Тозаң дайындау жүйелерінің түрлері көмір көрсеткіштеріне байланысты. Бу генераторымен байланысы жағынан тозаң дайындау жүйелері орталықты және жеке болуы мүмкін.

Орталық тозаң дайындау жүйелерінде көмір тозаң дайындау заводында диірменде тартылып және кептіріліп жылу электрстанциясына жіберіледі. Тозаң дайындау жабдықтарының бәрі ЖЭС-дан бөлек болады. Орталық тозаң дайындау жүйелері ылғалдығы жоғары отындарға пайдаланылады, бірақ қымбаттылығы мен күрделілігі себебінен көп қолданыс тапқан жоқ.

7.1 Жекешелендірілген тозаң дайындау жүйелері

Жекешелендірілген тозаң дайындау жүйелерінің келесі түрлері болады: тозаңды тура үрлеу; тозаң (аралық) бункерлі; тұйық және ашық.

Тозаңды тура үрлеу жүйелерінде тозаң диірменнен, сепаратордан соң бірден ошақ оттықтарына үрленеді. Тозаң  бункерлі жүйелерінде дайындалған тозаң бункерге жиналады, ал бункерден соң тозаң жанарғыларға жіберіледі.

Тұйық тозаң дайындау жүйелерінде, отынды кептіруге жұмсалған ыстық ауа, қайтадан ошаққа қайтарылады. Ал тұйықсыз тозаң дайындау жүйелерінде, отын кептіруге жұмсалған ыстық ауа, тозаң тазалағыштан өтіп қоршаған ортаға жіберіледі. Тұйықсыз тозаң дайындау жүйелерінің негізгі кемшіліктері: отын кептіруге жұмсалған ыстық ауамен бірге 1-2% отын шығыны болады; қоршаған ортаға көмір тозаңының зияны тиеді; отын кептіруге жұмсалған ыстық ауаны тазалауға және шығаруға қосымша энергия шығындалады. Сондықтан, тұйықсыз тозаң дайындау жүелері өте ылғалды отындарға және шлагы балқыған түрде шығатын ошақтарға қолданылады.

Тозаң дайындау жүйелерінде отын кептіру үшін ыстық ауа немесе ошақтан шыққан ыстық газдар қолданылады. Тозаң дайындау жүйесін таңдауда көмірдің, диірменнің түрі және отын кептіру әдісі есепке алынады.

Жекешелендірілген тұйық тозаң дайындау жүйелері екі түрлі болады:

-           тозаңды, отын кептіруге жұмсалған ыстық ауамен  тура жанарғыларға үрлеу;

-      тозаң бункерлі, ал тозаңнан тазаланған отын кептіруге жұмсалған ыстық ауамен дайын тозаң оттықтарына жіберіледі.

7.2 Тура үрлеп тозаң дайындау жүйелері

Балғалы диірменді тура үрлеу тозаң дайындау жүйесінің сұлбалары 7.1суретінде көрсетілген. Бұл сұлбаларының ерекшілігі бу генераторының өнімділігіне байланысты және желдеткіштің қысымымен жұмыс істеуі. Балғалы диірменді тура үрлеу тозаң дайындау жүйесінің жақсы жағы: қарапайымдылығы мен жинақылығы; пайдалануының оңайлығы; тозаң дайындауға шығатын энергиясының аздығы.

Балғалы диірмендер (ММ) тура үрлеу тозаң дайындау жүйелерінде, ұшпа заттары көп (V^ұ > 28%) көмірлеріне қолданылады. Егер көмір кептіруге ыстық ауа орнына газ колданылса, желдеткіш диірмендер (МВ) қолданады. Тура үрлеу тозаң дайындау жүйелерінде (7.1 суретті қара) көмір бункерден 1, отын жібергіш 4 арқылы, диірменге 7 түседі. Диірменнен ыстық ауамен, тозаң оттықтарға 12 жіберіледі. Егер отын ылғалдығы жоғары болса, тозаң шоғырландырғышы бар сұлба (7.1, б суретті қара)  қолданылады. Шоғырландырғыш арқылы тозаң түгел ауадан ажыратылады, ал тозаңнан тазаланған ауа қосымша оттыққа жіберіледі.

Шарлы барабанды диірмені (ШБМ) бар, жекешелендірілген тұйық тіке үрлеу тозаң дайындау жүйесін (7.2 суретті қара) тек жүктемесі қалыпты бу генераторларымен қолдануға болады. Егер бу генераторының жүктемесі өзгерсе, тозаң дайындау жүйесінің жүктемесі де өзгереді. Ал шарлы барабанды диірмендер тек толық жүктемемен жұмыс істесе тиімді болады.

 

а – шахтылы сепараторлы, отын кепіруі ыстық ауамен; б–инерциялы сепараторлы, тозаң шоғырландырғышты;  в – инерциялы сепараторлы, отын кептіруі ыстық ауа мен газ қос-ындысымен. 1-көмір бункері; 2-ашып-жапқыш клапан; 3-жапқыш шибер; 4-отын жібергіш; 5-отын құбыры; 6-салқын ауа құбыры; 7-балғалы диірмен; 8-сепаратор; 9-отын кептіргін; 10-желдеткіш; 11-салқын ауа клапаны; 12-оттық; 13-ауа қорабы; 14-бу генераторы; 15-ыстық газ құбыры; 16-ыстық ауа құбыры; 17-ауа жылытқыш; 18-араластыру камерасы; 19-жарылыс клапаны; 20-тозаң шоғырландырғыш; 21-тез жабылатын шибер; 22-ауа клапаны; 23-қосымша оттық; 24-диірменді тығыздауыш ауа; 25-эжекторлы оттық; 26-форсунка.

7.1 сурет - Балғалы диірменді, жекеше тұйық тура үрлеу тозаң дайындау жүйесі

     

1-көмір бункеры; 2-тараз; 3-таразы бар бункер; 4-отын жібергіш; 5-отын кептіргін; 6-ашып-жапқыш клапан; 7-диірмен; 8-сепаратор; 9-диірмен желдеткіші; 10-тозаң жібергіш; 11-салқын ауа клапаны; 12-оттық; 13-ыстық ауа қорабы; 14-бу генераторы; 15-газ қорабы; 16-ыстық ауа құбыры; 17-ауа жылытқыш; 18-желдеткіш; 19-жарылыс клапаны; 20-араластырғыш камерасы; 21-көмір құбыры; 22-жапқыш шибер; 23-ыстық ауа өлшегіш.

7.2 сурет - Шарлы барабанды диірменді, жекешелендірілген тұйық тіке үрлеу тозаң дайындау жүйесі

Шарлы барабанды диірмені бар тозаң дайындау жүйесінде сепараторы 8 бөлек тұрады және диірмен желдеткіші 9 мен тозаң жібергіш 10 орнатылады. Көмірді құрғатуға ыстық ауа мен газ қосындысы қолданылады, бұл үшін араластырғыш камера 20 қажет болады.

Шарлы барабанды диірмендері бар жүйелерінде көбісін аралық шаң бункерін орнатады (7.2 суретті қара). Бұл сұлбаларда циклон 22 арқылы тозаң ауадан бөлінеді. Тозаң бункерға жиналады, ал ауа оттықтар арқылы ошаққа жіберіледі. Дайын тозаң оттықтарға 12 жеке араластырғыш 27 арқылы үрленеді.

8-дәріс. Бу генераторындағы жылу алмасу құбылыстары

Дәрістің мақсаты: қалқанды қыздыру беттерінің сипаттамалары. Ошақтағы сәулелік жылуалмасу кұбылысының есебі.

Ошақ камерасында орналасқан қалқанды қыздыру беттерінде ыстық газ бен бу арасындағы жылу алмасу негізінде сәулелік жылу беру құбылыстары арқылы өтеді. От алауы жоғары шығатын, ашық ошақ камераларында, конвекциямен жылу берілуді есепке алмауға болады, себебі газ жылдамдығы жылу беттерінің аймағында төмен және олардың сырт жағы күл, шлакпен ластанған. Құйынды ошақтарда конвекциялық жылу алмасу мөлшері жоғары, сондықтан есепке алу қажет.

Сәулелік жылу алмасу Стефан–Больцман заңы арқылы көрсетіледі - жылу мөлшері газдар температурасының төртінші дәрежесі мен жылу бет ауданына байланысты. Ошақтағы қыздыру беттеріне алау өзегінен түсетін жылу ағынының мөлшері q_түс = 400 ÷ 700 кВт/м² аралығында болады, сондықтан күлмен ластанған құбыр беттерінде ∆t = t_сл – t_қ = 150 ÷ 350 ^оС мөлшерінде температуралық айырмашылық пайда болады. Құбырлардың сыртқы ластанған жағының температурасы t_сл, құбыр металлының температурасынан t_қ  жоғары болады. Осы себептен, ыстық газдар мен ошақтағы жылу беттері аралығындағы сәулелік жылу алмасу мөлшері бу генераторының құбырларының ішіндегі жұмыстық дененің температурасы мен қысымына байланысты болмайды.

Ошақ экрандарының аймағында алау өзегінен түсетін жылу ағыны, тиімді және нәтижелі жылу ағындары әрекеттеседі. Алау өзегінен түсетін жылу ағыны, кВт/м², Стефан–Больцман заңы арқылы келесі түрде көрсетіледі:

                             q_түс = а_ф·ϭ_о·(Т_ф /100)⁴·10^–3 .                                       (8.1)

Тиімді жылу ағыны (8.1 сурет) ошақтағы ластанған экран құбырлары мен ошақ қабырғаларының өзіндік (q_өз) және шағылған (q_шағ) жылу ағынынан тұрады:

q_эфф = q_өз + q_шағ = [а_сл·ϭ_о·(Т⁴_сл·10^–11 + (1 – а_сл)·q_түс]·х ++ [а_қ·ϭ_о·(Т⁴_қ·10^–11 +

(1 – а_қ)·q_түс]·(1 – х).                                                                                      (8.2)                                                             

Осы (8.1) және (8.2) формулаларында:

Т_ф , Т_сл , Т_қ – алау (факел), құбырлардың ластанған сыртының, ошақтың қабырғаларының температуралары, К;

а_ф , а_сл , а_қ – алау, құбырлардың ластан-ған сырты, ошақ қабырғаларының сәулелік жылу шығару коэффициенттері;

ϭ_о – мүлде қара дененің сәулелік жылу шығару коэффициенті, Вт/(м²·К⁴);

 х – негізгі алау өзегінен экран беттеріне түсетін сәулелік жылудың бөлігін көрсететін коэффициент.

Ошақтағы жылу беттерінің алатын тиімді жылу ағынының мөлшері түсетін жылу ағынының 50–60 % - ын құрайды.

Алау өзегінен түсетін және тиімді жылу ағындарының айырмашылығы ошақ экрандары қабылдайтын сәулелік жылу ағынының q_с мөлшерін көрсетеді, бұл жылу ағыны толық жұмыстық денеге (су мен буға) беріледі:

                                  q_с = q_түс – q_эф .                                                           (8.3)

Ошақ экрандары қабылдайтын сәулелік жылу ағыны q_с мен алау өзегінен түсетін жылу ағынының q_түс  қатынасы ошақтағы экрандардың жылу қабылдауын көрсетеді де экрандардың жылу қабылдауының тиімділік коэффициенті деп аталады:

                                                 ψ_э = q_с / q_түс .                                             (8.4)

Ошақтағы экрандардың жылу қабылдауының тиімділік коэффициенті ψ_э жоғары болса, олар қабылдайтын жылу мөлшері де жоғары болады, сонда экрандардың жұмысы тиімді деп саналады. Экрандардың жылу қабылдауының тиімділік коэффициенті отын сапасына байланысты: қатты отындарға ψ_э = 0,4÷0,45; сұйық отындарға (мазут) ψ_э = 0,5÷0,55; табиғи газға ψ_э = 0,65.

Ошақтағы экрандардың жылу қабылдауының тиімділік коэффициенті ошақ биіктігіне байланысты өзгереді. Алау өзегінің аймағында ең жоғары жылу ағыны пайда болады. Ошақ биіктігі бойымен экрандарының жылу қабылдауының өзгеруі 8.2 суретте көрсетілген.

  

8.1 сурет - Ошақ экранынан шартты         8.2 сурет - Алау өзегінен  түсетін                       

жылу ағынының пайда болуы         және шартты жылу ағындарының          

                                                             ошақ биіктігі бойымен өзгеруі

                                                                                                                                                                                                      

Ошақ экрандарына түсетін жылу ағынының мөлшері, экрандардың бұрыштық коэффициентіне  х байланысты. Ошақ экрандарының құбырлары тығыз орнатылса, сәулелік бұрыш коэффициенті жоғарлайды (8.3 суретті қара). Ошақ экрандарының құбырлары тығыз орнатылса (σ_э=1), бұрыштық коэф-фициенті х=1 бірге тең болады, яғни барлық жылу ағыны экрандарға түседі.

1-тегіс экрандар, е/d ≥ 1,4; 2-егер е/d = 0,8; 3- егер е/d = 0,5;

4- егер е/d = 0; 5-фестондарға.

8.3 сурет - Тегіс бетті экрандардың сәулелік бұрыш коэффициенті

Ошақ экрандарының бұрыштық коэффициенті (х) экрандық құбырлардың ластану коэффициентімен (ξ) тығыз байланысты және екеуі ошақтағы экрандардың жылу қабылдауының тиімділік коэффициентін  (ψ_э)  анықтайды:

                                                  ψ_э = х·ξ .                                                (8.5)

Құбырлар ластануының коэффициенті ξ , экран қабырғасына түсетін жылу бөлшегін ескермеген соң, экрандардың жылу қабылдауының тиімділік коэффициентінен ψ_э  жоғарлау болады.

Ошақтарды есептеген кезде, экрандардың сәулелік жылу қабылдау беттері деген түсінік  қолданылады:

                                              Н_с = х·F^э_қ  ,                                                (8.6)

мұндағы:  F^э_құб – ошақ қабырғасының экрандық құбырлармен жабылған ауданы, м².

Ошақтың экрандалу дәрежесі

χ = Н_с / F_қаб ,                                                  (8.7)

мұндағы:  F_қаб – ошақ қабырғаларының толық ауданы, м².

Негізінде ошақ қабырғалары толық экрандық құбырлармен жабылады, тек жанарғылар орнатылатын және жөндеу кезінде ошаққа кіретін ауданы аз жерлер (люктер) экрандық құбырлармен жабылмайды.  Сондықтан, ошақтың экрандалу дәрежесінің мөлшері  χ = 0,95÷0,96 аралығында болады.

Сәулелену қарқынына байланысты алаудың жарқыраған, жартылай жарқыраған және жарқырамайтын түрлері болады. Бұл радиациялық сәулеленудің жиілігіне байланысты көрінетін және көрінбейтін аймақтары болғанына және жарқыраған, жартылай жарқыраған алаулардың арасында қызған қатты түрдегі заттарға (кокс, күл, күйе) байланысты. Ал жарқырамайтын алау үш атомды газдардың сәулеленуіне байланысты радиациялық жылу шығарады. Сонымен, жағылған отын түріне қарай, ошақтағы сәулелік жылу ағыны қызған қатты заттар мен газдардың радиациялық жылу беруіне байланысты болады. Қатты заттардың сәулелену қарқыны олардың өлшеміне, сипаттамасына және шоғырлануына байланысты. Кокс бөлшектерінің өлшемі δ = 10÷250 мм аралығында болады. Кокс бөлшектерінің меншікті сәулелену қарқыны қара дененікіне жақындайды.

Күл бөлшектерінің өлшемі кокс бөлшектерімен бірдей, бірақ отынның қүлділігіне байланысты күл бөлшектері ошақ көлемін түгел қамтиды. Күл бөлшектерінің сәулелік жылу беруінің мөлшері, ошақтағы толық жылудың 40–60 %-ын құрайды. Газ температурасы жоғары кезде бөлшектердің сәулелену қарқыны төмен, ал газдар салқындаған сайын жоғарылайды.

Күйе бөлшектері тек мазут, газ жаққан кезде пайда болуы мумкін. Ошақтағы алау өзегінде олардың мөлшері көп болғандықтан алау өзегінің сәулелену қарқыны жоғары болады.

Үш атомды газдардың сәулелену қарқыны олардың шоғырлануына және сәулелену көлемінің қалыңдығына байланысты. Газдардың жылулық сәуле шығару коэффициенті Бугер заңымен табылады:

                                           а_г = 1 –   ,                                          (8.8)

мұндағы:  k_г – сәулелердің газ орталығының әсерінен әлсіреу коэффициенті; 

р – үш атомды газдардың толық қосынды парциал қысымы, МПа;

s – сәуле шығарушы газ қабатының тиімді қалыңдығы, м.

Ошақтағы газдардың жылулық сәуле шығару коэффициенті а_г = 0,4÷0,5 аралығында, ол толық сәулеленуден 20-30%-ын құрайды.

Қатты отын жағылған кезде ошақтағы алаудың (факелдің) жылулық сәуле шығару коэффициенті (қаралық дәрежесі) келесі формула арқылы табылады:

                                           а_ф = 1 –   ,                                           (8.9)

мұндағы:  k_қ – сәулелердің ошақтық ортаның әсерінен әлсіреу коэффициенті; 

р – ошақтағы газдардың толық қысымы, МПа.

Көмір тозаңын жаққан кезде ошақ көлемі жарқыраған алаумен тегіс толады (8.4 суретті қара). Отын жануы ошақ биіктігіне бірдей созылған, ал қызған күл бөлшектері алаудың жарқырауын күшейтеді. Сәулелердің ошақтық ортаның әсерінен әлсіреу коэффициенті келесі формуламен табылады:

                                        k_т = k_г·r_п + k_күл·μ_күл + k_к·χ ,                                 (8.10)

мұндағы:  r_п =  - үш атомды газдардың толық көлемдік үлесі;

k_күл – сәулелердің күл бөлшектері әсерінен әлсіреу коэффициенті;

μ_күл – күл бөлшектерінің түтін газдары арасындағы өлшемсіз шоғырлану мөлшері;

k_к – сәулелердің кокс бөлшектері әсерінен әлсіреу коэффициенті;

χ – жағылатын отын түрін ескеретін коэффициент.

Қатты отынның алауы алаудың жартылай жарқыраған түріне жатады.

Газ бен мазут жағатын ошақтарда алаудың жылулық сәуле шығаруы ошақ биіктігі бойымен өзгереді. Қарқынды сәулелену күйелердің бөлшектеріне байланысты болғандықтан алаудың өзегінен пайда болады. Алау өзегінен жоғары сәулелену әсері төмендейді. Сондықтан есеп барысында алауды екіге бөледі – жарқыраған және жарқырамайтын:

 а_ф = m·а_ж + (1 – m)·а_г ,                                      (8.11)

мұндағы: а_ж – ошақтағы алаудың жарқыраған бөлімінің жылу сәуле шығару коэффициенті, бұл (8.9) арқылы табылады, тек k_қ орнына k_ж қойылады;

а_г – ошақтағы алаудың жарқырамайтын (газдардан тұратын) бөлімінің жылулық сәуле шығару коэффициенті, бұл (8.8) арқылы табылады; m – орташаландыру коэффициенті, ошақ көлеміндегі алаудың орын алатын көлеміне байланысты.

Табиғи газ жағылатын болса орташаландыру коэффициент  m =0,1, ал мазут жағылатын болса m = 0,55. Қатты отын жағылған кезде алау толық жарқырағандықтан  m = 1.

Алаудың жарқыраған бөлімінің жылулық сәуле шығаруы оның арасындағы күйе бөлшектерінің жануымен және температурасы жоғары үш атомды газдарымен байланысты. Сәулелердің алау орталығының жарқыраған бөлімінің әлсіреу коэффициенті

                                      K_ж = k_к + k_г·r_п ,                                              (8.12)

мұндағы:  k_к – сәулелердің күйе бөлшектері әсерінен әлсіреу коэффициенті.

Қатты отын жаққан кездегіден, мазут жаққан кездегі алаудың жылу сәуле шығару қарқындылығы 2-3 рет жоғары болады. Сондықтан, қатты отын жағатын ошақтарды мазутқа аударғанда кезде, ошақ шығысындағы газдер температурасы төмендейді.

 Ошақтың жылулық сәуле шығару коэффициенті (қаралық дәрежесі) а_ош , ошақтағы алаудың жылу сәуле шығару коэффициентімен а_ф және  ошақтағы экрандардың жылу қабылдауының тиімділік коэффициентімен ψ_э байланысты. Ошақтың жылу сәуле шығару коэффициентінің а_т  мөлшері келесі формула арқылы табылады:

                                  а_ош =  .                                         (8.13)

Алаудың жылу сәуле шығару коэффициентінің а_ф  өсуі ошақтағы сәулелік жылу мөлшерін өсіреді. Ошақтағы экрандардың жылу қабылдауының тиімділік коэффициентінің ψ_э өсуі олардың жылу қабылдауының өсуімен байланысты. Бұл ошақтағы сәулелік жылуды, онымен бірге экрандарға түсетін   жұмыстық дененің (су мен бу) жылу ағынының мөлшерін азайтады. Экрандардың қабылдайтын орташа жылу ағынының мөлшері, экрандардың жылу қабылдауының тиімділік коэффициентіне ψ_э  байланысты өседі.

Бұл кездегі экрандардың қабылдайтын орташа сәулелік жылу ағынының мөлшері (кВт/м²) келесі формуламен табылады:

                                    ,                                 (8.14)

мұндағы: Т_ф – ошақтағы газдардың (факелдің) орташа температурасы, К;

Т_л – сәуле қабылдаушы беттің ластанған сыртқы қабатының температурасы, К.

(8.14) формуласы бойынша ошақ камерасындағы сәуле таралу құбылысын (сәулеленуді) есептеу қиын, себебі факелдің температурасы Т_ф ошақ камерасының ұзындығы, ені және биіктігі бойынша тұрақты емес және отынның түрі мен оны жағу әдісіне, жанарғылардың орналасуына, экрандалу дәрежесіне, отын шығымына, режимдік параметрлерге, т. б. факторларға тәуелді. Сондай-ақ Т_ф және Т_л температураларының арасында байланыс бар. 

Сондықтан тексеру есептеулерінің аналитикалық тәсілдерін жасағанда Т_ф температурасын отын жануының максимал адиабатты температурасымен Т_а және ошақ камерасынан шығардағы температурамен Т_ош^̋ байланыстыратын тәуелділіктер ұсынылады.

ВТИ-ЭНИН тәсілі бойынша Т_ф мәні екі камералы ошақтар үшін:

                                      Т_ф = 0,925,                                       (8.15)

бір камералы ошақтар үшін:

                    Т_ф = (1+∆_от +∆_φ +∆_χ )∙Т_ош^" ,                                   (8.16)

формулаларымен анықталады,

мұндағы: ∆_от, ∆_φ, ∆_χ  - отын түріне, жанарғылардың орналасу бұрышына және экрандалу дәрежесіне байланысты түзетулер.

Ошақтағы жылуалмасу және отынның жану құбылыстары қатар өтеді. Ошақтағы газдардың температурасы жылуалмасу құбылысымен және құбырлардың ластануымен байланысты. Отынның жануының басында газдар температурасы және экрандарға берілетін жылу энергиясының мөлшері өседі. Газдардың жылу беруі мен экран құбырларының жылу алуы теңескен кезде ошақтағы алаудың температурасы ең жоғары мөлшеріне жетеді. Осыдан соң газдардың беретін энергия мөлшері азаяды, температурасы төмендейді.

Ошақтағы пайдаланылған жылу мөлшерін толық жылу мен ошақтан шығардағы газдардың энтальпиясының  айырмасымен табуға болады.

Ошақтағы толық жылу мөлшері отынның жану жылуының, ыстық ауа және қайтарылған газдар (рециркуляция) жылуының қосындысына тең болады:

                              ,                       (8.17)

мұндағы:  Q_б^ж – отын бөлетін бар жылу мөлшері, кДж/кг;

Q_а – ауаның жылуы, кДж/кг;

Q_са–сырттан кірген ауаның жылу мөлшері; 

r·J_рец -қайтарылған газдар жылуы, кДж/кг.

Ауаның жылуы ыстық және салқын ауалардың жылуларының қосындысы болып табылады:

                  Q_а = (α_ош – ∆α_ош – ∆α_пл)·J^о_ы.а + (∆α_ош + ∆α_тоз)·J^о_с.а ,                 (8.18)

Сырттан келген жылу мөлшері Q_са  негізінде бу генераторына басқа жылу көзінен берілетін ыстық ауамен кіреді.

Ошақтағы толық жылу мөлшері арқылы адиабаттық температура табылады:

                                         ,                                                (8.19)

 мұндағы:  V_i^о·с_i – жану өнімдеріндегі газдардың теориялық көлемдері мен жылу сыйымдылықтарының көбейтінділерінің қосындысы.

Сәуле таралумен берілген жылу мөлшері ошақ камерасының жылулық балансы бойынша анықталған жылу мөлшеріне тең болады:

                                                Q_с^ош = Q_б^ош ,                                          (8.20)                        Q_б^ош = φ (Q_ош – I_ош" ) = φ∙Vc_ор ∙(Т_а − Т_ош" ),                 (8.21)

 мұндағы: I_ош" - ошақ камерасынан шығардағы газдардың энтальпиясы;

φ – жылудың сақталу коэффициенті;

Vc_ор – жану өнімдерінің  (Т_а − Т_ош" ) температуралар интервалындағы орташа қосынды жылу сыйымдылығы;

Vc_ор = (Q_ош – I_ош" )/(Т_а − Т_ош" ).

Сондай-ақ сәулемен берілген жылу мөлшері Q_с^ош құбырлар ішіндегі жұмыстық дененің (су, бу) конвекциямен қабылдаған жылуына тең болады:

                            Q_с^ош = Q_к^ош = Н_с∙(Т_л – Т_ор ) / В_е∙(ɛ + 1/α₂) ,                   (8.22) мұндағы:  Т_ор - жұмыстық дененің орташа температурасы; 

ɛ = δ_л/λ_л – ластаған қабаттың термиялық кедергісі;

α₂ – құбырдың ішкі қабырғасынан жұмыстық денеге жылу беру коэффициенті.

Ошақ камерасын ВТИ-ЭНИН аналитикалық тәсілі бойынша есептеу мағынасы (8.14), (8.21) және (8.22) теңдеулерін бірге шеше отырып Т_а мен Т_ош" температураларын анықтауда. Адиабаталық Т_а (υ_а)  және ошақтан шығардағы Т_ош" (υ"_ош) газдардың температуралары бу генераторының жылулық есептеуінің негізгі сипаттамалары болады.

Бір камералы және жартылай ашық ошақтардағы сәуле таралуды есептеудің нормативті тәсілі ретінде ұқсастық теориясына негізделген ЦКТИ тәсілі ұсынылады. Мұнда көрсеткіш болып ошақ камерасында бөлінген және радиациялық жылу алмасумен берілген  жылу мөлшеріне пропорционал Больцман критериі саналады:

                                            .                                    (8.23)

 Эксперименттік берілгендерді өңдеу нәтижесінде ошақ камерасынан шығардағы өлшемсіз температураның (Ѳ_ош" = Т_ош» /Т_а) мынадай критериалды тәуелділігі алынған:

                                            ,                                  (8.24)

мұндағы: М=А-Вх_ош – максимал температуралардың (факел ядросының) ошақ камерасындағы салыстырмалы орнын сипаттайтын параметр, А және В жағылатын отын түрімен анықталады;  х_ош= h_ж/h_ош – жанарғылардың орналасу және ошақ камерасының биіктіктері (8.4, а суретті қара).

а,б-шлакты қатты түрде аластайтын ошақтар;  в-газ мазут жағатын ошақ; h_т, h_пр, h_х.в – ошақтың, ошақтың призмаға ұқсас бөлшегінің, салқын шұқыр биіктігі; h_ш, h_г.о – ширма мен газ шығатын терезенің биіктігі;       с_ш – ширманың тереңдігі; h_к.г, h_к.о – жану және салқындату камераларының биіктігі;   l_ш – жатық ширма ұзындығы.

             8.4 сурет - Ошақтардың есептілік өлшемдері

                                                                                                

9-дәріс. Бу генераторы газ жолының қыздыру беттеріндегі  жылуалмасу

Дәрістің мақсаты: бу генераторы газ жолының қыздыру беттеріндегі сәулелік жылуалмасу. бу генераторы газ жолының қыздыру беттеріндегі конвективті жылуалмасу.

Ошақтан соң орналасқан жылу беттерінен өтетін түтін газдарының температурасы жоғары болғандықтан, олар біраз жылуды сәулелік жылуалмасу арқылы қабылдайды. Сәулелік жылу мөлшері жартылай радиациялық жылу беттерінде көбірек қабылданады, бұл ошақ камерасынан шығарда орналасатын ширмалы бу қыздырғыш пен фестон.

Ошақ камерасынан  шығардағы ширмалы бу қыздырғышқа тиісті сәулелік жылу мөлшерін Q_с.ш, кДж/кг, ширманың кірісі мен шығысындағы жылу мөлшерлерінің айырмасынан табуға болады:

                                    Q_с.ш = Q_с.кір – Q_с.шығ .                                            (9.1)

Ширманың кірісіндегі жылу мөлшері, ошақ жылу есебінен табылады

Q_с.кір  = β∙η_в∙q_с∙  ,                                            (9.2)

мұндағы:   β – ошақ камерасы мен ширмалы бу қыздырғыш арасындағы жылуалмасуды ескеретін коэффициент;

Н'_с.ш – ширманың кірісіндегі сәулелік жылу қабылдау бетінің ауданы, м²;                              η_в – жылулық жүктеменің ошақ камерасы биіктігі бойынша бөлінуін ескеретін коэффициент, номограммадан анықталады.     

Ширмадан шығардағы жылу мөлшері төмендегідей табылады

Q_с.шығ  = Q_с.кір ∙(1 – α)∙ +  Q"_с.ш  ,                                 (9.3) мұндағы: α – ширма аймағындағы газдардың қаралық дәрежесі;

φ_ш – ширмалы бу қыздырғыштың бұрыштық коэффициенті;

Q"_л.ш  - ширма аймағындағы газдарды, келесі жылу бетіне беретін сәулелік жылуының мөлшері.

Газдардан ширмалы бу қыздырғыштың толық алатын жылу мөлшері жылу беру коэффициентімен α₁ , кВт/(м²∙К) байланысты, бұл коэффициент сәулелі және конвективті жылуалмасуды ескереді:

                                          α₁ = ξ∙(α_с + α_к) ,                                             (9.4)

мұндағы: ξ – ширмалы бу қыздырғыштың пайдалану коэффициенті, ширма беттерінен газдардың толық өтуін ескереді.

Ширмалардың сыртқы жағы күлмен ластануын ескергенде (1 + Q_с.ш / Q_ш ), жылу өту коэффициенті төмендегідей табылады

                                  k_ш =  ,                                (9.5)

мұндағы:  Q_ш – ширмалы бу қыздырғыштағы толық жылу мөлшері.

Басқа жылу беттерінде сәулелі жылу алмасу жылу беттеріндегі күл мен газдардың сәулелі жылу берісімен байланысты болады. Конвективті жылу бетіндегі сәулелік жылу беру коэффициенті келесіден табылады

                                              ,                                              (9.6)

мұндағы: Т_г – газдардың орташа температурасы, К;

Т_сл – жылу бетін ластаған күл температурасы, К.

Жылу бетіндегі меншікті сәулелік жылу мөлшері келесі теңдікпен табылады

                                  ,                                 (9.7)

мұндағы: а_г, а_с.л – газ бен жылу бетін ластаған күлдің сәулелік жылу коэффициенттері (а_с.л = 0,8).

Дәреже көрсеткіші таза газ үшін  n= 3,6 , ал күл аралас болса n= 4 .

Жылу бетін ластаған күл температурасын келесіден табуға болады:

                                         ,                                  (9.8)

мұндағы:  Т_ж.д – жұмыс дененің (будың) температурасы, К;

Q – толық жылу мөлшері, кДж/кг;

В_е – отын шығысының есептеулік мөлшері, кг/с.

Жылу бетін ластаған күл температурасын жуықтау арқылы табуға болады. Ал газ температурасы төмендеу жылу беттерінде, жылу бетін ластаған күл температурасын келесіден табуға болады:

                                          ,                                               (9.9) мұндағы:  ∆t  температуралық арын мөлшері норматив бойынша беріледі.

Жалпы  жағдайда газдық ортаның қаралық дәрежесі Бугер теңдеуімен табылады

а_г = 1 – е^-kps  ,                                               (9.10) мұндағы:   kps – газдардың сәулелік толық сіңіру күші.

Қатты отын жағылған кездегі газдар сәулесін әлсірететін коэффициент күл мөлшеріне байланысты табылады

                                    k = (k_г∙r_п + k_күл∙μ_күл) .                                          (9.11)

Күлсіз газ болса k_күл∙μ_күл=0. Конвективті жылу беттерінде газдың сәуле шығару қалыңдығы s  құбырлардың келтірілген ара қашықтығына S₁/d, S₂/d байланысты, мөлшері 0,1 – 0,2 м болады, бұл ошақтағы мөлшерден 20-50 рет кіші. Ал егер газ температурасы 400 ^оС төмен болса сәулелік жылу алмасуды есепке алмауға да болады.

Конвективті жылу беттерінің кірісіндегі газдың сәулелік қалыңдығы s жоғарырақ болғандықтан оның жылу беру коэффициенті де жоғары болады:

                              ,                                    (9.12)

мұндағы: α_с – конвективті жылу беттінің құбыр аралығындағы жылу беру коэффициенті, кВт/(м²∙К);

А – отын түріне байланысты коэффициент;

ℓ_об, ℓ_п – газ өту бойымен табылған газ көлемінің және жылу бетінің ұзындығы, м;

Т_к – жылу бетінің алдындағы газ температурасы, К.

Жылу бетінен соңғы газ көлемінің температурасы төмен болғанынан, одан берілген сәулелік жылу есепке алынбайды.

Жартылай радиациялық жылуалмасу беттері ширмалы бу қыздырғыш пен фестоннан соң орналасқан қыздыру беттерінде конвективті жылуалмасу орын алады. Олардан өтетін газдар температурасы төмен болғаннан сәулелік жылу алмасу да төмен болады. Конвективті жылу беттерінде жылу кернеуінің мөлшері төмендейді - бу қыздырғыштардағы 40 кВт/м²-ден ауа жылытқыштарда 1-2 кВт/м² –қа дейін. Негізгі конвективті жылу алмасу теңдеулері:

жылу өту теңдеуі:

                                            ,                                            (9.13)

газ жағынан жылулық баланс теңдеуі:

                                       Q^г_б = φ∙(I'_г – I"_г + ∆α∙I^о_сор.) ,                                 (9.14)

жұмыстық дененің (будың, судың, ауаның т.б.) жылу алмасуы:

                                            .                                          (9.15)

Бұл жерде келесі шарт орындалуы қажет: Q_жө = Q^г_б = Q^жд_б , кДж/кг.

(9.13) – (9.15) теңдеулерінде:  Н – қыздыру бетінің ауданы, м²;

k – жылу өту коэффициенті, кВт/(м²∙К);

∆t – температуралық тегеурін, К;

В_е – отын шығымының есептеулік мөлшері, кг/с;

D – жұмыстық дененің шығымы, кг/с;

I'_г , I"_г – қыздыру бетінің кірісі мен шығысындағы газдардың энтальпиясы, кДж/кг;

 I^о_сор – сорылып қосылған ауа энтальпиясы, кДж/кг;

∆α – сорылып қосылған ауаның салыстырмалы мөлшері; 

i", i' – қыздыру бетінің шығысы мен кірісіндегі жұмыс дененің энтальпиясы, кДж/кг.

Ауа жылытқыштың жұмыстық дене (ауа) жағынан жылу алуы:

                                   Q^а_б = (β_а – 0,5∙∆α)∙(I^о_ыа – I^о_са),                               (9.16)

мұндағы: β_а – ауа жылытқыштың кірісіндегі ауаның салыстырмалы артықтығы;

I^о_ыа , I^о_са – ыстық және салқын ауаның теориялық көлемінің энтальпиясы, кДж/кг.

Бу генераторының қыздыру беті құбырларының қабырғаларынан жылу өткен кезде қабырғаның сыртқы және ішкі жағындағы ластануларынан да өтеді. Егер, құбырлардың салыстырмалы диаметрі жоғары десек, қабырғасын жазық деп санауға болады. Сондықтан бірнеше қабатты жазық қабырға арқылы жылу өту коэффициентін төмендегідей табуға болады:

                                ,                                        (9.17)

мұндағы:  α₁ , α₂ – газдан қыздыру бетінің қабырғасына және қабырғадан жұмыстық денеге жылу берілу коэффициенттері, Вт/(м²∙К);

 δ_м, δ_л, δ_қ – құбыр қабырғасы металлының, сыртқы ластанудың және ішкі қақ кабатының қалыңдығы, м;

λ_м, λ_л, λ_қ – құбыр қабырғасы металлының, сыртқы және ішкі ластануының жылу өткізу коэффициенттері, Вт/(м∙К).

Егер қыздыру беттері диаметрі мен қабырғалары кіші құбырлардан жасалса, қабырға металлының термиялық кедергісі аз болады, сонда (9.17) теңдеудегі  δ_м / λ_м  мөлшерін нольге тең деп алуға болады (δ_м/λ_м = 0).

Қабырғаның сыртқы және ішкі жағындағы термиялық кедергіні тудыратын жылу беру коэффициенттерінің кері мөлшері - 1/α₁ және 1/ α₂ . Егер жұмыстық дене бу, ылғалды бу әлде су болса  α₂  мөлшері  α₁  мөлшерінен өте жоғары болады, яғыни 1/ α₁ >> 1/ α₂ , сондықтан құбырдың ішкі жағындағы термиялық кедергіні 1/α₂  есепке алмауға  болады. Қыздыру беттерінің  қалыпты жұмыс тәртібі кезінде ішкі ластану (қақтануы) болмайды, сондықтан (δ_қ / λ_қ = 0).

Ал, сыртқы ластануды (δ_л/λ_л = ε) ескермеуге болмайды, сондықтан жылу өту коэффициенті:

                                         .                                              (9.18)

Ауа жылытқыштардың жылу өту коэффициентін келесі теңдеумен табуға болады:

                                        ,                                                   (9.19)

мұндағы:  ξ – пайдалану коэффициенті, ауа жылытқыш беттерінен газдардың толық өтуін ескереді.

Құбырлы ауа жылытқыштарда пайдалану коэффициенті, егер отыны мазут болса ξ = 0,65; егер қатты отын әлде газ болса ξ = 0,75. Шойыннан жасалған, қырлы қабырғалы ауа жылытқыштарда пайдалану коэффициенті, егер отыны мазут әлде болса ξ = 0,7; егер газ болса ξ = 0,8.

Температуралық тегеурін  ∆t мөлшерін газ бен жұмыстық дененің бір бағытта, бір біріне қарсы әлде қиылысып ағуына байланысты келесі логарифмдік формула арқылы табуға болады:

                                             ,                                        (19.20)

мұндағы:  ∆t_ү, ∆t_к – қыздыру бетінің кірісі мен шығысындағы газ бен жұмыстық дененің температураларының үлкен және кіші айырмалары, ^оС.

10-дәріс. Буландырғыш беттеріндегі жылу және сұйыққозғалым құбылыстары

Дәрістің мақсаты: қыздырылған бу параметрлеріне байланысты жылу беттерінің қабылдайтын жылу үлестері. Су-бу қоспалы ағынның сипаттама-лары. Гидравликалық кедергі.

Бу генераторларының жылу қабылдағыш беттері құбырлардан құрастырылады. Құбырлардың сыртында жоғары температуралы газдар, ал ішкі жағында жоғары қысымды жұмыстық дене өтеді. Сондықтан, құбырлар металлы өте қиын температуралық және қысымдық жағдайда жұмыс атқарады. Құбырлар қабырғасының температурасы орнықты болуы үшін олар ағыны тоқтамайтын жұмыстық денемен салқындатылып тұруы қажет. Егер жылу алмасу құбылыстары жөнімен өтпеген кезде, құбырлар қабырғасының металлының температурасы өсіп, металлдың шекті температуралық кернеуінен асып кетуі мүмкін, бұл апаттық жағдай туғызады. Сондықтан, бу генераторының сұйыққозғалым және жылуалмасу құбылыстары бір бірімен байланысты.

Бу генераторының сұйыққозғалым құбылыстары таза жұмыстық дене пайда болуының физика-химиялық құбылыстарымен және будың тазалығымен байланысты. Ал будың тазалығымен бу генераторының және турбинаның сенімді жұмыс атқарулары байланысты. Сондықтан, жылу электр станциясының сенімді жұмыс істеуі үшін бу генераторының сұйыққозғалым және жылуалмасу құбылыстарының сенімділігі өте маңызды.

Бу генераторында судан қыздырылған бу өндіру құбылысы үш кезеңнен құрылады: қоректік суды қанығу температурасына дейін қыздыру; судан қаныққан бу өндіру; қаныққан буды керекті температураға дейін қыздырып, аса қыздырылған бу өндіру. Аталған құбылыстар үшін керекті жылудың бөлінуі, қысымға байланысты. Қысым жоғары болса, булану жылулығы төмен болады (10.1 кестені қара).

Қазіргі қуаты мол бу генераторлары көбіне П немесе Т тәрізді компоновкалы болады. Ошақ қабырғасындағы экрандар буландырғыш жылу беттері болады. Ал ошақ камерасынан шығардағы және төмен түсетін газ жолы қораптарында бу қыздырғыштар мен сулы экономайзер орналасады. Бұл жылу беттері жылуды конвекция арқылы қабылдайды.

10.1 кесте -  Жылу қабылдағыш беттердегі жылу алу үлестері                     

Қыздырылған бу қысымы, МПа	Қыздырылған бу температу-расы, оС	Қоректік су темпера-турасы, оС	Жылу беттерінің қабылдайтын жылу үлестері,  %
			Буландыру беттері	Бу қыздыру беттері	Су жылыту беттері
4 10 14 14 25,5	440 540 570 570/570 585-565/570	145 215 230 230 260	62 49 39 32 -	19 30 36 46 58	19 21 25 22 42

Буландырғыш жылу беттері негізінде радиациялық жылу қабылдайды және тек ошақ көлемінде орналасады. Ошақ экрандары отынның жылуының 35-40% қабылдайды. Отынның қалған жылуы, қысымға байланысты, басқа жылу беттерінің арасында бөлінеді (10.1 кестені қара). Мысалы, егер қысым 4 МПа болса, радиация жылуы керекті булану жылуына (62%) жетпейді, сондықтан булану жылуы экономайзерге де бөлінеді. Сондықтан, бұл бу генераторларының экономайзерлерінде судың қайнауы да орын алады. Жоғары қысымды бу генераторларында (14 МПа және жоғары) булануға жіберілетін жылу азайғаннан, ошақтағы жылу мөлшері жеткілікті болады, сондықтан экономайзер турі қайнамайтын (су жылытқыш) болады.

Экономайзер мен бу қыздырғыштарда су мен бу қыздыру беттерінен тек бір рет өтеді. Булану беттерінен су мен бу қоспасының өтуі бу генераторының түріне байланысты. Булану жылу беттерінде су мен бу қоспасының өтуі үш түрлі болады: табиғи айналымды, еріксіз бірнеше рет айналымды, тура ағынды.

 Су-бу қоспалы ағынның (екі фазалы сұйықтың) негізгі сипаттамалары:

Массалық жылдамдылығы – wρ. Сұйық ағынының салқындатқыш әсері оның жылдамдылығына  w және тығыздығына  ρ байланысты. Сондықтан ағынның салқындатқыш әсері осы көрсеткіштер арқылы, яғни массалақ жылдамдық арқылы көрсетіледі. Массалық жылдамдылық массалық шығынның  G  құбыр ауданына f бөлінген мөлшерін құрады:

                                              wρ =  .                                                   (10.1)

Айналымдық жылдамдылығы  w_о , м/с – жұмыстық дененің шығымына сай, қанығу температурасына жеткен судың жылдамдығы:

                                               ,                                                 (10.2)

мұндағы: G_қ – су қосылған будың массалық шығымы, кг/с (буландырғыш

 құбырларда судың және су қосылған будың шығысы тең G_қ = Gс);

f – жұмыстық дене өтетін құбырлардың ауданы, м²;

 ρ' – судың қанығу температурасына жеткен кездегі тығыздығы, кг/м³.

Судың келтірілген жылдамдылығы   w'_о , м/с –бу құрамындағы су егер құбырдың ауданын толық жапса, оның жылдамдылығы:

                                               .                                                  (10.3)

Будың келтірілген жылдамдылығы   w"_о , м/с –бу мен су қоспасындағы таза бу құбырдың ауданын толық жапса, оның жылдамдылығы:

                                              ,                                                  (10.4)

мұндағы:  G_б – құбырлардан өтетін будың массалық шығысы, кг/с;

 ρ" – будың тығыздығы, кгм³ .

Егер айналымдық жылдамдықты (10.3) мен (10.4) арқылы көрсетсек:

                                             .                                              (10.5)

Будың келтірілген жылдамдылығы  w_r , м/с. Негізінде, бу мен су аралас ағында бу мен судың жылдамдылықтары өзгеше болады, w_б ≠ w_с . Жоғары жүретін ағында будың жылдамдылығы жоғары болады  w_б > w_с ; ал төмен жүретін ағында керісінше  w_б < w_с  болады. Сондықтан, олардың айырмасы будың келтірілген жылдамдылығы болып саналады:

                                      w_r = w_б – w_с .                                                   (10.6)

Массалық бу мөлшері  х – су қосылған будың ағынындағы будың бөлшегі

                                         х = G_б / G_қ .                                                   (10.7)

Су мен бу қосындысының  жылдамдығы  w_қ , м/с – су мен будың көлемдік шығымының қосындысының құбыр ауданына бөлінуі немесе келтірілген жылдамдықтарының қосындысы:

                                   w_қ =  =  w'_о  +  w"_о  ,                                 (10.8)

егер (10.8) және (10.5) ескерсек:

                                          ,                                   (10.9)

немесе массалық бу мөлшері арқылы:

                                          .                                     (10.10)

Көлемдік шығымдағы бу мөлшері  β  бу мен судың көлемдік шығымы арқылы:

                                              .                                             (10.11)

Негізгі (тегеурінді) бу мөлшері  φ – құбырдың ауданының бумен толған ауданымен байланысты

                                             φ = f_б / f .                                                  (10.12)

Егер, су мен бу қосындысының жылдамдығының w_қ  бу жылдамдылығымен w_б  қатынасын   w_қ / w_б  = с  деп белгілесек:

                                                φ = с·β .                                                   (10.13)

Ағын ағысы жоғары жаққа бағытталса - w_б> w_қ ,  с < 1 ,      φ < β .

Ағын ағысы төмен жаққа бағытталса - w_б < w_қ ,  с > 1 ,      φ > β .

Ал егер будың, судың және су мен будың қоспасының жылдамдықтары бірдей болса  w_б = w_с= w_қ ;  онда  с = 1 және   φ =  β .

Будың нақты жылдамдығы (действительная скорость):

                                                  w_б = w"_о / φ .                                            (10.14)

Судың нақты жылдамдылығы (действительная скорость):

                                             w_с  = w'_о / (1 – φ) .                                         (10.15)

Бу мен су қоспасының шығымдық тығыздығы, ρ_қ , кг/м³:   

                                            ρ_қ = .                                        (10.16)

Бу мен су қоспасы тығыздығының нақты (шын) мәні, ρ_н , кг/м³ :

                             ρ_н = ρ' - φ·(ρ' – ρ") = (1 – φ)·ρ' + φ·ρ" .                      (10.17)

Ағын ағысы жоғары жаққа болса, құбырдың бу өтетін ауданы φ кемиді, ал су өтетін аудан өседі  (1 – φ) , сондықтан  ρ_н > ρ_қ . Ал қысым жоғарылаған сайын  ρ_н  мөлшері  ρ_қ мөлшеріне жақындайды.

Су айналымының шығысы (G_с) мен бу шығысының (G_б) қатынасы айналым коэффициенті болады:

k = G_с / G_б  .                                               (10.18)

 Айналым коэффициентін қоспадағы бу мөлшерімен  х табуға болады:

                                             k = 1 / х  ,                                                   (10.19)

мұндағы:   х – су мен бу қоспасындағы бу мөлшері.

Гидравликалық кедергі.

Құбыр ішінде кедергі болғанынан су мен бу немесе қоспа ағыны құбырдың әр бір кесіндісі аралығында қысым тегеурінін туғызады. Толық қысым тегеурін мөлшері келесі теңдеу арқылы табылады

                                ∆р = ∆р_ү + ∆р_ж + ∆р_үд ± ∆р_нив .                             (10.20)

Толық қысым тегеурін мөлшері құбырдың екі кесінді арасындағы әр бір кедергілерден пайда болған тегеуріндердің қосындысы болып табылады: үйкеліс кедергіден ∆р_ү ; жергілікті кедергіден ∆р_ж ; үдеу себебінен ∆р_үд ; екі кесіндінің биіктігіне байланысты кедергі ∆р_нив .

Құбыр бойымен  отетін сұйықтын тұтқырлығы болғанынан үйкеліс кедергі пайда болады:

                                 ∆р_ү = ,                                    (10.21)

мұндағы: ∆р_ү – үйкеліс кедергісінің мөлшері, Па;

λ_о = λ/d – келтірілген үйкеліс коэффициенті, 1/м;

l – құбыр ұзындығы, м; w – жұмыс дененің жылдамдылығы, м/с;

ρ - жұмыс дененің тығыздығы, кг/м³ .

Құбыр бойымен  өтетін күйі екі текті қосындының үйкеліс кедергісі:

                                         ∆р_ү =  .                                            (10.22)

Жергілікті кедергі мөлшері:

                                           ∆р_ж =  .                                              (10.23)

Күйі екі текті қоспаның жергілікті кедергісі:

                                  ∆р_ж = .                             (10.24)

Үдеу себебінен туатын кедергі:

                                        ∆р_ү  =  ,                                            (10.25)

егер р > р_с  болса:

                           ∆р_ү = wρ(w_с – w_б) =(wρ)²(υ_с – υ_б) ;                              (10.26)

егер р < р_с  болса:

                              ∆р_ү = (wρ)²(υ" – υ')(х_с – х_б) .                                   (10.27)

Құбырдың екі кесіндісінің биіктігіне байланысты кедергі:

                                    ∆р_нив  = ,                                           (10.28)

мұндағы:  – сұйықтың орташа тығыздығы;

Егер күйі екі текті қоспа болса, тығыздығы (10.20) формула арқылы табылады.

Бу генераторларындағы бу өндірудің негізгі сұлбалары.

Табиғи және күшпен айналымды бу генераторларының ерекшілігі - олардың жылу қабылдағыш булану беттерінен судың бірнеше рет жүріп өтуі. Булану беттері тұйық гидравликалық жүйеге (10.1 а, б суретті қара) қосылған. Бұл жүйе жылу қабылдағыш булану беттерінен 6, құбырлардан 4 құралады. Олар үстіңгі жағында барабанға 3, ал астыңғы жағында коллекторға 5 қосылады.

         

а – табиғи айналымды;  б – күшпен бірнеше рет айналымды; в – тіке ағынды;

1-қоректендіру насос; 2-экономайзер; 3-барабан; 4-су жібергіш құбырлар; 5-коллектор;

6-буландырғыш беттерінің құбырлары; 7-бу қыздырғыш; 8-айналым насосы.

10.1 сурет - Бу өндіруінің негізгі сұлбалары

Табиғи айналымды бу өндіру жүйесінде (10.1,а суретті қара), табиғи күштер арқылы, буландырғыш беттер 6 жылу қабылдағанан су айналымы болады. Қоректендіру су насоспен 1 барабанға жіберіліп тұрады, сондықтан барабандағы су денгейі бір қалыпты болады. Су, жылу қабылдағыш беттерінде 6 қайнағанынан, тығыздығы ρ_см  су мен бу қоспасы пайда болады. Жылу қабылдамайтын құбырларда 4, барабаннан баратын тығыздығы ρ' су өтеді. Сондықтан, астыңғы коллеторында бір жағынан Н·ρ'·g , ал екінші жағынан Н·ρ_см·g тең қысым болғанынан соң, қысым айырмашылығы пайда болады. Осы қысым айырмашылығы табиғи айналымын жүргізеді, сондықтан айналымның жүргізуші (қозғаушы) күші деп аталады, S:

                                    S = Н·(ρ' – ρ_қ)·g ,                                             (10.29)

Мұндағы: Н – айналым жүйесінің биіктігі, м; 

ρ', ρ_қ – су және су мен бу қоспасының тығыздықтары, кг/м³ ;

g – еркін түсу үдеуі, м/с².

Су мен бу қоспасы жылу қабылдағыш беттерімен жоғары көтеріледі, сондықтан оларды көтергіш құбырлар деп атайды, ал жылу қабылдамайтын құбырларымен су астыңғы жағына жіберілетін болғасын түсіргіш құбырлар деп атайды. Буландырғыш беттерімен өтетін су және су мен бу қоспасы, ошақтағы алаудан жылу қабылдап қызатын құбырларды салқындатады. Су мен бу қоспасы барабанға көтеріліп, бу мен суға бөлінеді.

Көтергіш құбырлар биіктігі толық су мен бу қоспасымен толған деп санап, (10.5) формуласы шығарылған. Негізінде, көтергіш құбырларының астыңғы жағында ыстық су, ал үстіңгі жағында су қайнап, су мен бу қоспасы пайда болады. Сондықтан, биіктігі Н бойынша, көтергіш құбырлар экономайзерлі h_эк және буландырғыш h_бу  бөліктеріне бөлінеді:

                                             h_бу = Н – h_{эк .}                                          (10.30)

Буландырғыш құбырлардың шығысындағы қоспаның ішінде бу пайызы 3–20% жетеді. Сондықтан су толық буға айналу үшін бірнеше рет буландырғыш құбырларынан өтуі қажет. Су айналымының шығысы G_с , кг/с мен бу шығысының G_б , кг/с қатынасы айналым коэффициенті болады:

k = G_с / G_б  .                                           (10.31)

Айналым коэффициентін қоспадағы бу мөлшерімен х табуға болады:

     k = 1 / х  ,                                           (10.32)

мұндағы: х – су мен бу қоспасындағы будың үлесі.

Табиғи айналымды бу генераторларында айналым коэффициенті k = 5-30, айналым жүргізуші күш S = 0,05-0,1 МПа аралығында болады.

Айналым коэффициентін ескергенде, барабандағы судың қайнауына жетпеуін келесімен жазуға болады:

  ∆i_б = (i′ - i″_эк)/k .                                      (10.31)

 Барабаннан шығып түсіргіш құбырлардан өтіп төменгі коллекторына жеткен судың қайнауға жетпеуі қысым арқылы өседі:

∆i_т.к. = ∆i_б + ρ'·g (h_түс. - ),                        (10.32)

мұндағы:  ρ'·g – қайнап жатқан судың энтальпиясының биіктіктің бірлігінде өзгеруі, кДж/(кг·м);

∆Р_түс – түсіргіш құбырлардың гидравликалық кедергісі, Па.

Су осы қайнауына жетпеуімен көтергіш құбырларға кіреді.

Тұрақты жұмыс кезінде айналым жүргізуші күш S _қозғ жүйедегі ағын арқылы пайда болатын гидравликалық кедергімен теңдесіп тұрады:

    S_қозғ = ∆р_көт.. + ∆р_түс.                                (10.33)

Айналым жүргізуші күшінің (10.54) көтергіш құбырларының  гидравликалық кедергіден артықтығы айналымның пайдалы күші болады:

                                            S_п = S_қозғ –  ∆р_көт..                                    (10.34)

осы екі формулаларынан (10.33), (10.34) айналымның негізгі теңдеуі шығады:

                                                        S_п = ∆р_түс.                                                                 (10.35)

Сонымен, айналымның пайдалы күші түсіргіш құбырларының кедергісін 

өтеу үшін шығынданады. Табиғи айналымды бу генераторларының буландырғыш қыздыру беттерінің құрылысы қосымшаларда келтірілген.

Экран құбырларындағы айналымының сенімділігін жақсартуының негізгі тәсілі - айналым коэффициентін жоғарылату және ені ұзын экрандарды кіші бөлшектерге бөлу.

Тура ағынды бу генераторларында су мен бу экран құбырларымен тек бір рет өтеді, буландыру гидравликалық жүйесіне кірген су мен шыққан бу шығыстары тнң болады, айналым коэффициенті k = 1. Бұл жүйелерінің сенімді жұмыс істеуі әрбір құбырлардан өтетін су мен бу шығысының бірдей болғаны.

Тура ағынды бу генераторларының экран құбырларының жұмыс тәртібінің көрсеткіштеріне кіретін: қысым; массалық жылдамдылық; кірісіндегі энтальпия; жылу алмасуы. Егер осы көрсеткіштер қалыпты мөлшерінен өзгерсе су мен бу ағыны аумалы болып, жүйе жұмысы сенімсіз болады. Кейбір құбырлардан өтетін су мен бу шығысы азайып оларды салқындатып үлгірмейді, сондықтан құбыр металлы қүйіп жарылады.

Экран құбырларының жұмыс тәртібі гидарвликалық сипаттамасымен көрсетіледі ∆р= f(G). Экран құбырларының диаметрлері бірдей болса, гидравликалық сипаттамасы массалық жылдамдық арқылы көрсетіледі,      ∆р= f(ω·ρ) (10.2 суретті қара). Гидравликалық сипаттамалар тұрақты әлде тұрақсыз болады. Егер, параллельды қосылған құбырлар жүйесінде, гидравликалық сипаттамасында қысым құламасына тек бір шығыс мөлшері болса (1-сызық, 10.2 суретті қара), онда бұл жүйе жұмысы бірмәнді және тұрақты. Ал егер, параллельды қосылған құбырлар жүйесінде, гидравликалық сипаттамасында қысым құламасына бірнеше шығыс мөлшері болса (2-сызық, 10.2 суретті қара), онда бұл жүйе жұмысы мәнсіз және тұрақсыз болады.

                    

 

    

10.2 сурет - Тұрақты (1) және тұрақсыз  (2) гидравликалық сипаттамалар       

11-дәріс. Бу қыздырғыштар. Бу температурасын реттеу тәсілдері

Дәрістің мақсаты: бу қыздырғыштардың БГ-да орналасуы. бу қыздырғыштардың жұмыс тәртібі мен сенімділігін жақсарту. Қыздырылған бу температурасын реттеу тәсілдері.

 Бу қыздырғыштар қаныққан буды керекті температураға дейін қыздыруға арналған. Жылу алмасу құбылысына байланысты бу қыздырғыштар конвективті, радиациялық және жартылай радиациялық болады.

Конвективті  бу қыздырғыштар газдар температурасы орташа болатын конвективті газ қорабында орналасады. Конвективті бу қыздырғыштарда жылу конвективті жылу алмасу құбылысы арқылы беріледі.

Радиациялық  бу қыздырғыштар ошақ камерасында орналасады, сондықтан жылуды ошақтағы алаудан сәулелік жылу алмасу арқылы алады.

Бұлардан басқа жартылай радиациялық және ширмалық бу қыздырғыштар болады. Олар ошақ камерасының жоғары жағындағы шығар аймақта және жартылай жатық газ қорабында орналасады - радиациялық және конвективті қыздыру беттерінің арасында. Бу қыздырғыштарды атқару жұмысына байланысты келесідей бөледі: негізгі бу қыздырғыштар, жоғары қысымды немесе аумалы қысымнан жоғары бу қыздыруға арналған; турбинада жұмыс атқарған буды кайта қыздыруға арналған аралық бу қыздырғыштар.

Конвективті бу қыздырғыштар құбырлы қыздыру беті болып жасалады. Құбырлар сыртқы диаметры 32-42 мм, 12Х1МФ әлде 12Х18Н12Т болаттан жасалады. Аралық бу қыздырғыштардың ішкі диаметрі 50мм жетеді. Аралық будың температурасы қыздырылған буға жетеді (545°С), ал қысымы төмен болады (3-4 МПа). Сондықтан құбыр қабырғасынан буға жылу беруі де төмен болады. Аралық бу қыздырғыштар газдар температурасы орташа болатын конвективті газ қорабында орналасады.

Бу қыздырғыштар құрастыруға тегіс құбырлар қолданады. Олар қабырғалы құбырлардан арзан және өндіруге қолайлы болады. Тегіс құбырлардың сыртын күл мен шлак баспайды және олардың сыртын тазалау оңай болады. Тегіс құбырлардың кемшілігі – газдар жылдамдылығы тұрақты кезде, жылу алмасу құбылысының шектелуі. Тегіс құбырлы бу қыздырғыштардың сырт жағынын жылу алмасуы шектелгені белгілі болғаннан α₁ < α₂ , қырлы құбырлы бу қыздырғыштар пайда болды. Қырлы құбырлардың екі түрі болады: құбыр бойымен қанаты бар, көлденең орнатылған қабырғалары бар.

Жоғары қуатты бу генераторларында аралық бу қыздырғыштар орнатылады. Аралық бу қыздырғыштардың қысымы төмен болады (3-4 МПа), сондықтан олардың гидравликалық кедергісі төмен болуы қажет (0,2-0,3 МПа). Демек, будың массалық жылдамдылығы төмен болады, сондықтан диаметры үлкен құбырлар орналастыру қажет. Диаметрі үлкен құбырлар қолданғаннан будың жылу алу коэффициенті α₂ төмендейді. Сондықтан бу қыздырғыш құбырларының металлы қызады, жоғары температураға төзімді аустенитті қымбат болатқа көшуді қажет етеді. Құбырлар қабырғасының температурасын бу қыздырғышты газ температурасы орташа жерге орнатып, төмендетуге болады. Бірақ бұл шара бу қыздырғыштың тиімділігін азайтады. Будың жылу алмасуын көтеру үшін, құбырларды іш жағынан қабырғалы жасауға болады.

Бу қыздырғыштар майыстырылып иретілген құбырлардан жасалады. Құбырлардың шеттері коллекторларға дәнекерленіп қосылады. Иретілген құбырлар бір әлде көп қатарлы болады. Қуаты үлкен бу генераторларда бу қыздырғыштар жылу беттерін көп қатарлы иірілген құбырлардан құрастырады, бұл құбырларды коллекторға қосуды қиындатады, сондықтан көп қатарлы саусақты қосу түрін қолданады.                  

Бу мен газдар ағынының бағыттарына байланысты, бу қыздырғыштардың келесі түрлері болады: қарсы ағынды, тура ағынды, аралас ағынды.

Қарсы ағынды бу қыздырғыштарда бу мен газ аралығында ең жоғары температуралық тегеурін ∆t_қ пайда болады, сондықтан жылу бетінің ауданы кіші және металл шығымы аз. Бір кемшілігі – бу мен газ температуралары жоғары болғандықтан, бу қыздырғыштың шығысында орнатылған құбырлар қүйіп кетуі мумкін.

Тіке ағынды бу қыздырғыштарда  бу мен газ аралығында температуралық арын қарсы ағынға қарағанда кішірек болады, ∆t_тура < ∆t_қ . Құбырларының металлы орташа температуралар аралығында жұмыс атқарады. Ең сенімді және бағасы тиімді болатын аралас ағынды бу қыздырғыштар болады.

Бу қыздырғыштардың иретілген құбырлары тік әлде жатық орнатылады. Иретілген құбырлары тік орнатылған бу қыздырғыштардың орнына бекітуінің құрылысы оңай және сенімді болады. Тік орнатылған құбырларға шлак көп жабыспайды. Бірақ, бу генераторды тоқтатқан кезде, құбырлардан суды кетіру қиын болады. Жатық бу қыздырғыштарды орнатып бекітуі күрделі болғанмен, тоқтатқан кезде суын төгуі оңай болады, бұл пайдалануын жеңілдетеді.

Бу қыздырғыштардың қосылу сүлбелері 11.1 суретте көрсетілген. Бу қыздырғыштардың бөлімдерін қосу сүлбесін таңдаған кезде, олардың жұмыс ерекшелігін ескеру қажет, әсіресе радиациялық бу қыздырғыштардың - себебі, олар ең жоғары жылу кернеуімен жұмыс атқарады (11.1 б суретті қара). Сондықтан радиациялық бу қыздырғыштарды бу жағынан бірінші қосады, одан соң  ширмалар және конвективті бу қыздырғыштар орнатылады. Бу шығысындағы конвективті бу қыздырғыштың түрін тіке ағынды етіп таңдайды, бұл оның жұмыс сенімділігін жоғарылатады.

Конвективті газ қорабында орналасатын бу қыздырғыштар тік құбырлы болады, ал конвективті шахтадағы бу қыздырғыштың құбырлары жатық орналасады. Тік орнатылған иірілген құбырлар, бу генератордың төбесіндегі арқаларға ілінеді.

Жатық орнатылған бу қыздырғыштар құбырлары, газ қорабының ішіндегі арқалардың үстінде жатады немесе ілінеді. Газдар температурасына сай, арқалар сумен немесе ауамен салқындатылады.

Сүйеніш балкалар ретінде бу коллекторлары қолдануы мумкін. Жатық бу қыздырғыштары сумен салқындатылатын құбырлар арқылы төбе арқаларына ілінеді. Газ температурасы 700 ^оС төмен жерде орналасқан жатық бу қыздырғыштар ыстыққа төзімді тіректермен бекітіледі. Егер газдар температурасы  700 ^оС жоғары болса, жатық бу қыздырғыш сумен салқындатылатын құбырлар арқылы ілініп бекітіледі.

                      

                                        а)                                                                б)

а-барабанды бу генераторында; б-тура ағынды бу генераторында;

бу қыздырғыш: 1-конвективті, 2-ширмалы, 3-төбеге орналасқан, 4-аралық ; 5-ошақ экрандары.

 11.1 сурет - Бу қыздырғыштарының орналасу сүлбелері

Барабанды бу генераторларының радиациялық бу қыздырғыштарының ауданы үлкен болған кезде, олар ошақ камерасының төбесін жауып, егер бұл жеткілікті болмаса ошақтың тік қабарғасына орналасады. Тура ағынды бу генераторларында радиациялық бу қыздырғыштар ошақ камерасының төбесіне, қабырғаларына және көлденең қораптың қабырғаларына орналасады. Радиациялық бу қыздырғыштардың артықшылығы: бу жағынан төмен гидравликалық кедергісі және газ ағынның жолына бөгет жасамайды.

Ширмалық бу қыздырғыштар құбырлары жазық қыздыру беті түрінде жасалады. Ширманың жазық қыздыру беттері тік әлде көлденең, ара қашықтығы 600-1000 мм болып орналасады, сондықтан газ өтуге көлем көп қалады. Газ тығызды бу генераторларында ширмалық бу қыздырғыштар тік орнатылады және ошақ төбесіндегі арқаларға ілінеді (11.2,11.3 суреттерді қара). Ширмалардың негізгі артықшылығы – сәулелік және конвективті жылу алмасу бірге өтуі мен газ жағында кедергі болмайы. Ширмалы бу қыздырғыштар, бу қыздыруға берілетін жылудың 50 % пайдаланады. Ширмалар ошақ камерасынын шығарда орналасады. Газ арасындағы қызудан жұмсарған ұсақ күл ширмалардың бетіне жабысады. Бірақ ширмалардың дірілінен күл ұсақтарының жабысқаны көп болмайды. Тек көп шлактанатын отын түрі болса ғана ширмаға жабысқан күл қалыңдығы өседі.

Орнықты қатты тұру үшін тік ширмалы бу қыздырғыштар бір бірімен байланады және ара қашықтық тіректермен ұстатылады. Ширмалардың құбырлары ыстыққа төзімді болаттан жасалады. Тік орнатылатын ширмаларының кемшілігі - бу генераторы тоқтатылған соң жиналатын бу конденсатын кетірудің қиындығы.

Көлденең орнатылатын ширмалар құбырлар арқылы ілініп орнатылады (11.3 суретті қара). Олардың бекітілуі күрделі болғанымен, бу генераторы тоқтатылған соң олардан бу конденсатын шығаруңа мүмкіндік болады. Ширмалар негізінде тегіс құбырлардан жасалады, ал кейде қабырғалы құбырлардан немесе мембрана түрінде жасалуы мумкін. Бұларға күл және шлак көп жабыспайды және бекітуі оңайланады.

     1-ширмалар; 2-кірістегі бу коллекторы;                     1-ширмалар; 2-ілгіш құбырлар;

3-шығар коллектор; 4-кірістегі камера;                      3-коллектор; 4-камералар; 5-ара

5-шығардағы жинақтау камерасы.                               қашықтык тіректер; 6-тіректер.

11.2 сурет - Тік орнатылған ширмалы         11.3 сурет- Көлденең орнатылған                                                               

           бу қыздырғыш                                      ширмалы бу қыздырғыш

Бу қыздырғыштардың жұмыс тәртібі мен сенімділігін жақсарту.

Бу қыздырғыштардың жұмыстық температурасы металының жылжымалық және беріктік шектелген мөлшеріне өте жақын. Сондықтан құбырлардың арасында температуралық айырмашылық өте аз болуы қажет.

Қуатты бу генераторларында, бу қыздырғыштар құбырларының арасында температуралық айырмашылық шектелген мөлшерден асуы мумкін. Бұл олардың жұмыс сенімділігін төмендетеді. Бу қыздырғыштар құбырларының есепті жұмыс уақыты 100 мың сағат болуы қажет. Егер құбырлар металының температурасы есепті температурасынан 10-20 ^оС асса, құбырлардың жұмыс уақыты 2 есе төмендейді. Қуатты бу генераторларында газ қораптарының ені ұзын болғаннан, құбырлар әр түрлі қызуы мумкін, сондықтан температуралық айырмашылық болады. Тік әлде жатық орнатылған бу қыздырғыштарда температуралық айырмашылық тек газ қорабының ені бойымен болады.

Температуралық айырмашылығын азайту үшін бу қыздырғышты газ қорабының ені бойынша секцияларға бөледі. Екі шеттегі секциялардан буды бір біріне ауыстырып жібереді, сонда құбырлар металлының температуралары теңіседі. Бу қыздырғыш секцияларындағы буды бір біріне ауыстырып жіберілуі құбырлармен әлде коллектор арқылы жасалады.

Қуаты жоғары бу генераторларында газ қораптарының ені ұзын болғандықан буды бір секциядан екінші секцияға ауыстырған кезде гидравликалық кедергі өседі. Сондықтан, қуаты жоғары бу генераторларының ошақ құбылыстары өткен кезде, газ қораптарындағы температуралық айырмашылық мөлшері аз болуы қажет.

Бу қыздырғыштардың орналасуы.

Бу қыздырғыштарды орнату сүлбесін таңдау қүрделі техникалық тапсырма болып саналады. Бу қыздырғыштардың құрылысы мен орнату сүлбесі бу көрсеткіштерімен, отын қөрсеткіштері мен оның жағу тәсілімен, ауа артықшылығымен, бу температурасын реттеу тәсілімен байланысты. Бу генератордың жұмыс тәртібі өзгерген кезде, буландырғыш және қыздырғыш жылу беттерінің арасында жылу алмасу ауысады, бірақ бу қыздырғыштар тиімді жұмыс істеуі қажет. Сондықтан бу қыздырғыштардың құрылысына сай бір неше түрлері болады.

Бу қыздырғыш металлының температурасы, құбырлар ішіндегі будың температурасынан жоғары болады. Егер, құбырлар араларында, температуралық айырмашылық болмаған кезде, бұл температуралар бір бірімен келесі формула арқылы байланысады:

                                ,                            (11.1)

мұндағы: t_жд – будың температурасы; 

μ – жылудың құбыр қима бойымен өту коэффициенті;

β – сыртқы және ішкі диаметрлер қатынасы;

q_макс – жылу мөлшері;

α₂ – жылу беру коэффициенті.

Радиациялық бу қыздырғышта жылу кернеуі жоғары болады   (q ≈ 500÷ 600 кВт/м²), сондықтан бу температурасына қарағанда, құбыр металлының температурасы 100 – 150 ^оС жоғары болуы мүмкін.

Бу қыздырғыш орнатылатын орыныны бу көрскткіштеріне және буландырғыш жылу беттерінің (экрандардың) орналасуына байланысты болады.

Орта қысымды барабанды бу генераторларында (Р= 4 МПа, t_пе= 440 ^оС), ошақ қабырғаларына түгел экран құбырлары орнатылған, конвективті бу қыздырғыш фестоннан соң, жатық газ қорабында орналасады (11.1, а суретті қара). 

Жоғары қысымды бу генераторларында (Р = 10 МПа, t_пе= 540 ^оС) (11.1 а суретті қара), бу қыздырғыш екі бөлшектен тұрады: ширмалы және конвективті. Ширмалы бу қыздырғыш 2, ошақтың жоғарғы жағына артқы экранның ілгіш құбырларына 7 дейін орналасады, ал конвективті 1 ілгіш құбырлардан соң, конвективті жатық қорабында орналасады. Ошақ шығысында орналасқан ширмалар, конвективті бу қыздырғышты қожданудан қорғайды.

Бу қысымы 14 МПа бу қазандарда негізгі және аралық бу қыздырғыштар болады ( 11.1,б суретті қара). Бу қыздырғыштардың орнату сүлбесін таңдаған кезде, радиациялық қыздырғыштың ауыр жұмыс тәртібін ескереді. Сондықтан, радиациялық бу қыздырғыштар бу жағынан бірінші орнатылады, бұл олардың температурасы төмен бумен жұмыс тәртібін ұстауға себеп болады. Радиациялық бу қыздырғыштар ошақ құбылыстарының өзгеруіне өте сезімді болады. 11.1б-суретте, аумалы қысымнан жоғары қысымыды       Р = 22,5 МПа, t_пе / t_пп = 545/545 ^оС, бу генератордағы қыздырғыштардың қосылу сүлбесі көрсетілген. Ортадағы және жоғардағы радиациялық бөлімдерінен 5 (СРЧ және ВРЧ) соң, бу төбеде орналасқан қыздырғыштан 3, ширмалардан 2 және конвективті қыздырғыштан 1 өтіп шығады. Ал конвективті аралық бу қыздырғыш 4, екі бөлек пакеттерден тұрады. Сүлбе бойынша барлық бу қыздырғыштардан, бу генератор тоқтаған кезде, шықтанған будың суы оңай төгіледі.

Қыздырылған бу температурасын реттеу тәсілдері.

Бу қыздырғыштардың реттеу сипаттамасы, яғни қыздырылған бу температурасы мен бу генераторының өнімділігінің байланысы, бу қыздырғыштың түріне байланысты әр түрлі болады. Радиациялық бу қыздырғыштың ерекшілігі, бұл өнімділік өскенде бу температурасы төмендеуі (11.4 суретті қара, 1-сызык).

Радиациялық бу қыздырғышындағы жылу қабылдауының өсуі, бу генератордың өнімділігінің өсуіне қарағанда, жай болады. Меншікті жылу қабылдау төмендейді және ошақтағы алау температурасымен, алау мен ошақтың қаралық дәрежесімен, экрандардың жылулық тиімділігімен байланысты. Бұл мөлшердер отын шығысымен және бу өнімділігімен байланысы жоқ деп айтуға болады.

Конвективті бу қыздырғыштардан өтетін газ көлемі және газ жылдамдылығы бу генератордың өнімділігімен байланысты, сондықтан конвективті жылу бері коэффициенті өседі. Ошақтағы жылу алмасу төменде-

1-радиациялық; 2-конвективті; 3-киыстырылған (радиациялық және конвективті).

11.4 сурет - Бу қыздырғыштардың реттеу сипаттамалары

геннен ошақ шығысындағы температура өседі, бұл конвективті бу жылытқыштағы температуралық арынды өсіреді. Осы екі жағдай, конвективті бу қыздырғыштағы бу температурасының тез өсуіне себеп болады (11.4 суретті қара, 2-сызык).

Егер бу қыздырғыштың радиациялық және конвективті бөлшектерінің көлемдерін ретімен таңдаса, бу температурасын тұрақты ұстауға болады (11.4 сурет, 3-сызык). Негізінде қыздырылған бу температурасы пайдалану әрекеттеріне байланысты бәрібір өзгереді. Бу температурасына ең көп әсер ететін, бу генератордың өнімділігінің өзгеруі (11.4 суретті қара). Қыздырылған бу температурасы қоректік судың температурасына, ошақтағы ауа артықшылық коэффициентіне, отын ылғалдығына және экран мен бу қыздырғыш құбырларының шлактануына байланысты.

Барабанды бу генераторларында қоректендіру су температурасы төмендеген кезде, оның өнімділігіде төмендейді. Бұл отын шығысы тұрақты болған кезде қыздырылған бу температурасының өсуіне себеп болады.

Тура ағынды бу генератордарында, қоректендіру судың температурасы қыздырылған бу температурасының төмендеуіне себеп болады.

Ошақтағы ауа артықшылығының және отын ылғалдылығының өсуі газ көлемін өсіреді, конвективті бу қыздырғыштардың жылу алу коэффициенті өсуіне байланысты, бу температурасы өседі. Ошақтағы экран беттерінің шлактануы ошақ шығысындағы газ температурасының өсуіне себеп болады, сондықтан бу қыздырғыштан шыққан бу температурасы өседі. Ал егер бу қыздырғыштың құбырлары шлактанса, бу температурасы төмендейді.

Тура ағынды бу генераторларының булану жылу аймағы орнықты болмағаннан, пайдалану кездегі өзгерістерге қарай және булану аудан аймағы өзгергеніне қарай, бу қыздырғышттың ауданы да өзгереді. Су мен отын қатынасының мөлшерімен, қыздырылған бу температурасын тұрақты ұстауға болады. Бірақ, тік ағынды бу генераторларының жылу жинағыштылығы төмен болғаннан (металл және су сыйымдылығы төмендігінен), отын мен су шығысы өзгерген кезде қыздырылған бу температурасы өзгере бастайды.

Бу генераторларды пайдаланған кезде, қыздырылған бу температурасының қалыпты мөлшерінен өзгеруі беріліді: аумалы қысымнан жоғары қысымыды бу генераторларға (СКД)  +5°С дан  –10°С дейін. Бу генераторлар жұмыс істеп тұрған кезде, тіпті киыстырылған сәулелі және конвективті бу қыздырғыш орнатылсада, будың температурасын тұрақты ұстау өте қиын болады. Сондықтан, бу генераторлар, қыздырылған бу температурасын реттейтін қондырғылармен қамтамасызандырады. Бу генераторлар, жылу электр станцияның жүктемесіне байланысты, өзінің бу өнімділігін 30 дан 100 % дейін өзгертуі мумкін, сол кезде қыздырылған бу температурасы тұрақты болуы қажет. Бу температурасын реттеудің екі әдісі болады: булы және газды әдістер.

Қыздырылған будың температурасын булы әдіспен реттеу.

Қыздырылған будың температурасын бу әдісімен реттеудің екі түрі болады: жылу беті бар бу салқындатқыш арқылы және су қосатын салқындатқыш арқылы. Бұл бу салқындатқыштардың екі түрі де қолданылмаған бу температурасын реттеуге пайданылады. Ал аралық будың температурасын бу-булы жылуалмастырғыш арқылы реттейді. Бу салқындатқышты бу қыздырғыштың екі бөлімінің аралығына, алдына және кейін орнатуға болады.

Жылу бетті бу салқындатқыштар құбырдың ішінде құбыр орналасқан түрді болады, ішкі құбырлар ішімен салқын су, ал сыртынан салқындатылытын бу өтеді. Жылу бетті бу салқындатқыш су экономайзердің алдында қосылады, сондықтан бу қазанның жүктемесіне байланыссыз жақсы салқындайды. Өнімділігі төмен бу генераторларында қолданылады.

Буды салқындату үшін, оған үрлеп су қосу тәсілі ең қарапайым болады. Үрлеп буға су қосу салқындатқыштар ішіндегі бу ағынына, форсункалар арқылы су үрленеді (11.5 суретті қара). Форсункалардың су шығатын тесіктерінің диаметры 3-6 мм болады. Коллектор қабырғасына салқын су тимеу үшін, диаметры кіші (арақашықтығы 6-10 мм), ұзындығы 4-5 м сақтандырғыш құбыр орнатылады. Үрлеп буға су қосу салқындатқыштар судың жоғары сапалы болуын қажет етеді. Барабанды бу генераторларда үрлеп буға қосатын су сапасы жоғары болу үшін өзінің ішінде (11.6суретті қара) буды шықтандырып шығарады.

 

.

1-форсунка; 2-штуцер; 3-коллектор;       1-экономайзер; 2-конденсатор; 3-барабан; 4- су

4-сақтандырғыш құбыр.                            жинағыш; 5, 7-бу қыздырғыштар; 6-үрлеп буға      

                                                                      су қосу салқындатқыш.

11.5 сурет -Үрлеп буға су қосу        11.6 сурет - Буға үрлеп өз конденсатын

салқындатқыш                                                   қосып салқындату сүлбесі

Қыздырылған бу температурасын сенімді реттеу үшін, бу жолында екі немесе үш бу салқындатқыш орнатады. Бу жолындағы ең соңғы  бу салқындатқыштың, будың энтальпиясын төмендетуін ∆і = 160÷300 кДж/кг дейін апарады.

Егер негізгі бу қыздырғыш сәулелі болып, ал аралық бу қыздырғыш конвективті болса, бу генераторының жүктемесі төмендеген кезде өткір будың температурасы өсіп, ал аралық будың температурасы төмендейді (11.4 суретті қара). Сондықтан, екі бу түрінің температурасын тұрақты ұстау үшін, өткір будың артық жылуын аралық буға беруге болады. Бұл үшін бу-булы жылуалмастырғыш (ППТО) қолданылады. Бу-булы жылуалмастырғыш диаметрі 300-400 мм коллекторға, диаметры 25-35 мм 10-20 дана құбырлар орналастырылып жасалады (11.7 суретті қара).

Құбырлар ішімен өткір бу, ал коллектор ішімен аралық бу өтеді. Аралық бу температурасы бу мен бу жылытқыштан және байпастан өтетін бу қатынасы арқылы реттеледі. Бу мен бу жылытқыштар қатар қосылатын көп секциялы болады, температураны реттеу аралығы 30-40 ^оС.

1-бу мен булы жылытқыштың секциясы; 2-реттегіш клапан; 3-байпас; 4-аралық планка.

11.7 сурет - Бу-булы жылуалмастырғыш

12-дәріс. Бу генераторларының сулы-химиялық тәртібі

Дәрістің мақсаты: қоректік судың және будың ластану көздері. Барабанды бу генераторларының сулы-химиялық жұмыс тәртібі. Тура ағынды бу генераторлар суының химиялық жұмыс тәртібі.

12.1  Қоректік судың және будың ластану көздері

Қазіргі бу генераторларының сулы-химиялық жұмыс тәртібі электр станциясының барлық булы-сулы трактысының сенімділігін арттыруға және жұмысын тиімді пайдалануға негізделген және табиғи су мен конденсатты өңдеудің жетілген әдістерімен іске асырылады, сонымен бірге трактқа реагенттерді енгізумен де іске асырылады. Реагенттер бу генераторларының жылу беретін бетіндегі қақтың пайда болуын, булы-сулы тракт жабдықтарының материалдарындағы тоттың басуын ескертеді және алынған будың қажетті тазалығын қамтамасыз етеді.

Бу қазанына кіретін қоректік судың  құрамында: турбинадағы жұмыс атқарған бу конденсаты, регенеративтік жылытқыштардағы және қосымша судағы ысытушы будың конденсаты болады. Қосымша су будың және конденсаттың шығынын толықтырады. Жылу электрорталықтағы қоректік судың құрамын желілік жылытқыштардағы бу ысыту қайтарылатын конденсаттармен және өндірістік іріктеу буларымен толықтырылады. Егер де қоректік су техникалық қоспалармен ластанған болса, онда бұндай су бу генераторына кірмейді. Конденсациялық электр станциялардағы (КЭС) қазандардың қоректік су құрамында 96-98% турбиналық конденсаттар және 2-4% қосымша су (химимялық тазартылған) болады. КЭС-дағы конденсаттың ортастанциялық шығыны мен бу генераторларының үрленіп тазартылуы (продувкасы) көп емес.

Жылу электрорталықтарда (ЖЭО) қосымша судың мөлшері турбиналық конденсаторларға қарағанда өте кең шегінде болуы мүмкін және жеке жағдайларда 40-50% жетуі кейде асуы мүмкін.

ЖЭО-да жиі болып тұратын құбылыс, бұл өндірістік тұтынушы будың өндірістік бу конденсаты толық қайтарылмауы. Сондай-ақ, станцияға қайта оралатын конденсат буы жиі өте ластанған болады және оны арнайы, әрі қымбат (бағалы) тазартусыз қазан агрегатта қоректік су ретінде қолдануға болмайды. Сол себептен, ЖЭО-да өнеркәсіптік тұтынушы бу конденсатының шығыны және қосымша судың мөлшері үлкен мәндерге (шамаларға) жете алады.

Қосымша судың дайындалуы әр түрлі әдістермен жүзеге асырылады.

Бұл әдістер мынандай: жұмсартылу, кремнийсыздандырудың (кремнийсіздендіру) ішінара жұмсартылу немесе терең деминералдандыру (тұзсыздандыру және кремнийсыздандыру).

Қоректік судың құрамындағы ортақ тұз мөлшерін (солесодержание) тұздың баланс теңдеуінен табуға болады:

                                  Д_қ.су∙ С_қ.су = Д_к∙ С_к + Д_қос∙ С_қос ,                                (12.1)

мұндағы: Д_қ.су, Д_к, және Д_қос – қоректік судың, конденсаттың және қосымша судың шығындары, кг/с;

С_қ.су, С_к және С_қос – қоректік судың, конденсаттың және қосымша судың құрамындағы тұз мөлшері, мг/л.

ЖЭС-ның тұйықталған бу-су цикліне қоспалар тұрақты түрде мына жолдармен кіреді: химиялық тазартылған сумен, конденсаторлардағы табиғи судың сормаларымен, құрылымдық материалдар коррозиясы өнімдерінің суғ араласуымен, фосфор қышқылының, гидразиннің, аммиактың, комплексондардың және т. б. тұздарының енгізілуімен.

Қосымша судың құрамында кейбір тұздар қатаңдығының мөлшері, осы суды дайындау тәсіліне тәуелді. Сондай-ақ, қосымша суды пайдаланғанда оның құрамындағы тұздар мөлшері иондық фильтрге енуі кезінде ұлғаюы мүмкін. Иондық фильтр су дайындайтын қондырғының ішінде орналасқан. Қосымша судағы тұздар мөлшері басқа да жағдайларда ұлғаюы мүмкін. Мысалы, буландырғыштарда ылғал мен бу өте қатты буланғанда ұлғаяды (термиялық тұзсыздандыру).

Электр станцияларын техникалық пайдалану ережелері бойынша қоректік су сапасының мөлшері (нормалары) және бу сапасының мөлшері (нормалары) белгіленген. Осы ережелер бу генератор агрегаттарды пайдалану жетекшілігі ретінде қолданылады.

Қоспалардың бөлшектері судан бөлініп шығады да, буға енеді және оны ластайды. Бу қыздырғыштарда және бу турбинадағы бу өтетін бөлігінде қоспаларының қақтары пайда болуы мүмкін. Бу қыздырғыштарда бұндай қақтардың жиналуын болдырмау керек. Өйткені, қалыпты жағдайда бу шығаратын жылан тәріздес құбырлар металдың жұмыс шарты бойынша шекті температурасынан аспайды. Қақтың азғантай ғана қабаты металдың температурасын жоғарылатады да, жылыстаудың (жылжымалықтың) (ползучесть) және қабыршықтанудың (окалинообразования) интенсивтенуін туғызады.

Тағы бу құрамындағы тұздар турбинаның бу өтетін бөлігінде тұзкүртіктің пайда болуын туғызады және теріс әсерін тигізеді. Тұздар турбиналардың қалақшаларында бұдырлығын (шероховатость), үйкелістің шығынын арттырады және сәйкесінше, үнемшілдігін азайтады. Қақтардың недәуір бөлігі турбинаның бу өтетін бөлігінде қосымша осьтік қысымды туғызуы мүмкін. Осы себепке байланысты оның қуатын азайтады. Әсіресе, жоғары және аса жоғары қысымды турбиналар қақтарға сезімтал болады, өйткені будың үлесті көлемі  кіші болғанына байланысты жоғары қысымды турбиналардың бу өтетін бөлігі кіші өлшеммен орындалады.

Қоспалардың қосылумен және қосымша сумен бірге конденсаторға кіруін шектейтін жетілдірілген әдістер табылған. Бірақ конструкциялық материалдардың коррозия пайда болуымен күресу қиын болса, кризиске жақын және аса кризистік қысым болғанда күресу өте қиын болады.

Будың ластану көзі қоспалар болып табылады. Олар қоректік судың құрамында болады да, содан пайда болады. Қоспалар қаныққан буға екі жолмен енеді (табиғи айналымды бу генераторлар): механикалық (тамшылық) әкетінді нәтижесінде және физикалық-химиялық еру құбылысы нәтижесінде. Егер қысым төмендетілген болса, онда еріту мүмкінділігі аз болады. Сондықтан, бу құрамындағы қоспалар механикалық жебірлеумен анықталады.

Қысымды жоғарылатқанда будың еріту мүмкінділігі артады, қыздырылған және қаныққан будағы бірдей заттардың ерілуі әр түрлі болады. Қаныққан бу екі компоненттік жүйені құрайды. Бұндай жүйеде су мен бу еріткіштер болып табылады және осы еріткіштерде тығыздықтар мен диэлектрлік қасиеттер әр түрлі болады. Сондықтан, осындай еріткіштер арқылы органикалық емес қосылыстарды анықтауға болады.

Қаныққан буда заттардың ерітілуі бу мен су арасындағы ерітілген заттардың бөліну заңы салдарынан пайда болады және ол бөліну коэффициентімен k_p сипатталады:

                                               k = C^е_б/C^е_с ,                                                   (12.2)

мұндағы: C^е_б – буланған фазадағы ерітілген заттың концентрациясы (шоғырлауы);

C^е_с – сұйық фазадағы ерітілген заттың концентрациясы.

Академик М.А. Стырикович қаныққан бу мен су арасындағы әр түрлі заттардың бөліну коэффициенті түрлері бірдей теңдеулермен өрнектелетінін белгілеген:

k = (p′′/p′)ⁿ ,                                                 (12.3)

 мұндағы: p′′ мен p′ - қанығу сызығындағы будың және судың тығыздығы;     

n – еріген затқа байланысты коэффициент.

Буда ең үлкен ерітілу қасиетіне ие болатын қосылыстар үшін n<1 (бұл конструкциялық материалдардың коррозия өнімдері Fe₃O₄, Al₂O₃, CuO және т.б.), ал ең кіші – қосылыстар үшін n>4 (тұздар CaCl₂, NaCl, Na₂SO₄, CaSO₄ және гидроксид NaOH).

Ал мынандай қосылыстар үшін n = 1÷3 (оларға кремний қышқылын H₂SiO₃ жатқызуға болады) болады және осы қосылыстар буда да, суда да айқын ериді.

Егер, металлдың тотықтануы (коррозия) газдермен (О₂ , СО₂)  байланысты болса бұны электірлі химиялық тотықтану деп атайды. Газдерменен қосылған заттар катион мен аниондарға бөлініп біраздан соң кристалл затқа айналып металл бетіне жабысады. Ал жабыспай су ішінде қалқыған кристаллдарды шлам деп атайды.

Металл бетіне қатты жабысатын қақтардың біреуі кальций силикаты болады СаSiO₃ . Бұл қақтың жылу өткізу коэффициенті өте аз болады (λ = 0,1163 Вт/мК), металлдың жылу өткізу коэффициентінен 400 рет аз, сондықтан бұл қақтың жабысқаны жүқа болсада жылу өтуіне көп әсер береді. Ал кальций сульфатының жылу өткізу коэффициенті 0,2363 – 2,363 Вт/м∙К арасында болады.

Шлам ретінде кальций карбонаты СаСО₃ мен магний силикаты MgSiO₃ пайда болады, ал шлам суда қалқып тұрған соң шайылып кетеді.

12.2  Барабанды және тура ағынды бу генераторларының сулы-химиялық жұмыс тәртібі

Бу генераторларының қоректік суының тазалығы сапа нормативтерімен белгіленеді. Бу турбиналы қондырғылардың сенімді жұмысы су сапасына байланысты. Сондықтан, бу генераторларының қоректік суының сапасын керекті деңгейде ұстау үшін біраз шаралар қолданылады.

Барабанды бу генераторларында су қоспаларын кетіруге мүмкіндік бар. Барабандағы судың сапасын бір қалыпта ұстау үшін тұзды суды үздіксіз шығарып (непрерывная продувка), орнын таза сумен толтырып тұру қажет.

Егер судағы тұздарды әдейі қосындылармен (фосфат тұздарымен Na₃PO₄) ұстап, қалқыған тұрде судан кезеңінде кетіріп отырса бұл кезеңмен кетіру тәсілі болады (периодическая продувка).

Қазіргі кезде қысымы жоғары бу генераторларында фосфатсыз жұмыс тәртібі қолданылады. Бұл үшін гидразин-аммиакты тәртіп қолданылады немесе комплексонды тәртіп. Комплексон ретінде трилон Б және NaOH қолданылады. Бұл тәсілдердің тиімділігі әсіресе бу генераторын жұмысқа қосу кезінде әлде тоқтату алдында белгілі болады.

Тура ағынды бу генераторында судағы қосындыларды кетіруге болатын барабан болмаған соң қоректік судың сапасын жоғары ұстау қажет. Сондықтан тура ағынды бу генераторы қондырылған энергоблоктарда конденсатордан соң блоктық тұзсыздандырғыш қондырғылар орнатылады.

Ал бу генераторының өзінде гидразин-аммиакты тәртіппен тоттану құбылыстарын тоқтатуға болады. Қазіргі кезде нейтралсыздандыру тәртібі де қолданылады - бұл судын сутегі көрсеткішін нейтралды ұстау рН=6,9÷7,3. Ал судағы оттегі құбырлардың қабырғасында магнетит Fe₃O₄ пайда болуына әсер етеді. Магнетит құбырлардың қабырғасын тоттанудан қорғайды.

13-дәріс. Таза бу өндіру әдістері

Дәрістің мақсаты: барабанды бу генераторындағы қыздырылған буды тазарту тәсілдері. Тура ағынды бу генераторындағы қыздырылған буды тазарту тәсілдері.

Қыздырылған будың тазалығына жоғары талап қойылады. Мәселен, аумалыдан аса жоғары қысымды будың ішіндегі тұз мөлшері 40-50 мкг/кг аспауы қажет. Будың сапасы оның ылғалдығына және қоректік судың сапасына байланысты. Сондықтан, таза бу табу әдістерінің түбі будың ылғалсыздығы мен судың тазалығында жатады. Таза бу табу әдістері бу генераторының түріне байланысты. Табиғи айналымды бу генераторларының бу тазалығы барабандағы судың тазалығына байланысты. Барабандағы судың ішіндегі қақты қоспалар көбеймеу үшін, барабаннан судың азғана бөлігін төгіп тұру қажет, бұны үздіксіз үрлеп тұзсыздандыру деп атайды.

Үрлеп тұзсыздандыру кезінде біршама су мен жылу шығын болады. Бұл шығындарды азайту үшін сатылы буландыру қолданылады (Э.И. Ромм әдісі).

Сатылы булану әдісін ұйымдастыру үшін барабан екі бөлікке бөлінеді, әр бөліктің өзінің су өтетін бөлек құбырлары болады (13.1, а суретті қара). Қоректік су бірінші таза бөліккі 1 қосылады. Ал екінші (тұзды) бөлікке 2 су екі бөліктің арасындағы бөгеттің тесігінен жіберіледі. Ал барабаннан бу таза бөлік арқылы шығарылады

   

                            а)                                                                    б)  

а-екі сатылы; б-үш сатылы; 1-барабан; 2, 3, 5-бірінші, екінші, үшінші булану сатылары; 4-қоректендіру су кірісі; 6-үшінші сатының су шығысы; 7-үшінші сатының буландырғыш құбырлары; 8-сыртқы үрлеп тұзсыздандыру; 9, 10-су мен бу жібергіш құбырлар; 11-бу шығысы.

13.1 сурет - Сатылы булану сұлбалары

Екі сатылы булану сұлбасы 13.1, а суретінде көрсетілген. Егер бу өнімділігі бірінші сатыда n_I = 80% , ал екіншісінде  n_II = 20%  болса, онда судағы қақтану қоспаларының мөлшері:

бірінші булану сатысында:

С^I_қаз. = ,               (13.1)

екінші булану сатысында:

   С^II_қаз. = .                                   (13.2)

Екі сатылы булануын қолданған кезде  С^I_қаз. < С^II_қаз. болатыны белгілі,

сондықтан бірінші бөлікті таза деп, ал екінші бөлікті тұзды деп атайды.

С^II_қаз. / С^I_қаз.  қатынасын шоғырлану еселігі деп атайды. Келтірілген мысалда будың 80 % таза судан буланып шығады, ал тек будың 20 %  тұзды судан пайда болады. Сондықтан, екі сатылы булану сұлбасындағы негізгі бу  бір сатылы буланудан таза болып шығады.

Судың таза бөліктен тұзды бөлікке өткені n_II ішкі үрлеп тұзсыздандыру болады. Сыртқы үрлеп тұзсыздандыруға р қарағанда мұнда су мен жылудың шығыны болмайды. Сондықтан ішкі үрлеп тұзсыздандыруының мөлшері n_II будың керекті сапасына қарап алынады. Егер n_II = 0 немесе n_II = 100 % болса, онда сатылы булануының болмағаны. Сатылы буланудың барлық жұмыс аймағындағы  0 < n_II < 100 % бу сапасы бір сатылы буланудан жоғары, ал есеп арқылы ең тиімді шығыс мөлшерін n_II^опт табуға болады.

Энергетика қондырғыларын пайдалану тәртібі бойынша үздіксіз үрлеп тұзсыздандыру мөлшері  р=(0,5–1)% аспауы қажет, егер шығын өтеуге тұзсызданған су қосылса, егер шығын өтеуге химиялық тазаланған су қосылса, мөлшері  р = 0,5 – 3% аспауы қажет.

Үш сатылы булану сұлбасы да қолданылады, үшінші булану сатысына сыртқы циклон 5 орнатылады  (13.1 б суретті қара).  Циклонға баратын су екінші саты бөлігінен алынады, ал сыртқы үздіксіз үрлеп тұзсыздандыру циклоннан алынады.

Сонымен, барабанды бу генераторларында сатылы булану сұлбаларын қолдану қоректендіру суының сапасын жоғарылатпай таза бу өндіруге мүмкіншілік туғызады. Бұл қоректендіру су дайындауын жеңілдетеді және арзандатады. Тура ағысты бу генераторларында үздіксіз үрлеп тұзсыздандыру әрекетін жасауға мүмкіншілік жоқ болады. Сондықтан, таза бу өндірі үшін, қоректендіру суының сапасын көтеру қажет. Тіке ағынды бу генераторларының бу сапасы, қоректендіру су сапасымен мөлшерленеді.

Табиғи айналымды бу генераторларының өндірген буы ылғалсыз болуы үшін, барабанының ішіне бу тазалағыш сепараторлар орнатылады (13.2 суретті қара). Сепараторлар жұмысын инерция күшімен істейтін жалюздер (13.2, а суретті қара) немесе ортадан тепкіш күш арқылы жұмыс істейтін (13.2, б суретті қара) циклондар атқарады. Қақталған қоспасы бар ылғал буды таза қоректік судың ішімен өткізсе, бу қоспалары мен ылғалынан тазаланып шығады. Бұл үшін барабан ішіне металдан жасалған тесіктері бар тақта 4 орнатады (13.2, а суретті қара). Осы тақтаның астына жіберілген бу, тесіктер арқылы су арасымен өтіп қақталған қоспаларынан ылғалдан тазаланады, бұл әдісті буды барботаж арқылы жуу деп атайды.

Буды барботаж арқылы жуу әдісінің мағынасын былай түсінуге болады (13.2 суретті қара). Егер барабандағы тұзды С_қаз.  судан ылғалсыз бу пайда болса, оның құрамындағы тұз мөлшері С_б . Ал буға тұз араласу коэффициенті k₁ = C_б1 /С_қаз. . Бу қоректік судың арасымен өтіп, жаңа араласу коэффициентіне жетеді k₂=C_б2 /С_қ.с . Сондықтан, будағы тұздар жартылай суға көшеді де C_б2 /С_қ.с > k₂ , будағы тұз мөлшері азайып, судағы тұз мөлшері көбейеді. Ал бұл судың тазалану құбылысы барабанда өткесін  k₁ = k₂ , және С_қаз.  > > С_қ.с , сондықтан C_б2 << C_б1 .

Буды тазалау құбылысы сапалы өту үшін оны тақтадағы тесіктер арқылы таза қоректік судың арасынан өткізу қажет. Бұл үшін тесіктері бар тақтаның үстіңгі жағына таза су, ал астыңғы жағына бір қалыпты жылдамдылығымен ылғалды бу жібереді, сонда су тақтаның үстіңгі жағында болады да, будың тазалану құбылысы сапалы өтеді.

                             б)                                                                 

          а)   

а-инерциялы сепаратор; б-циклонды сепаратор; 1-тесігі бар тақтай; 2-бу өтетін тесігі бар тақтай; 3-жалюзы бар инерциялы сепаратор; 4-бу жуатын тақтай; 5-барабан; 6-ылғал бу жіберетін бөгет.

13.2 сурет - Барабанның ішіндегі сепараторлары

Будың жуылып тазалануы барабанның ішінде өтеді. Бу жуылуына арналған су деңгейі шеткі бөгеттерінің биіктігімен орнатылады. Бу жуатын қондырғы орнату үшін барабан диаметрі 1600-1800 мм аз болмауы қажет. Буды жуатын су экономайзерден соң шығатын қоректендіру су болады. Бу жуатын су мөлшері бу генераторының өнімділігіне байланысты. Қазіргі табиғи айналымды бу генераторларының  қоректендіру суы түгел барабандағы су қорабына жіберіледі, су тесігі бар тақтай үстіне жіберіледі, ал артығы барабандағы суға тіке қосылады.

 

14-дәріс. Энергетикалық бу генераторларының құрылысы

Дәрістің мақсаты: бу генераторларының құрылымдық түрлері. П, Г, Т- тәрізді компоновкалар, сұлбалары мен ерекшеліктері.

Бу генераторларының жылу қабылдағыш беттерінің, ошақ пен газ корабының орналасуы – компоновкасы отын түріне, оны жағу тәсіліне, бу көрсеткіштеріне, бу өнімділігіне байланысты. Бу генератордың компоновкасын таңдаған кезде бу генератордың сенімді және тиімді жұмыс істеуімен байланысты мәселелер шешу қажет. Бұл мәселелерге кіретіні: жылу қабылдағыш беттерін газдер арасына тиімді аэродинамикасымен орналастыру; жылу қабылдағыш беттерінің температурасы бірқалыпты болуы және абразивті аз желінуі; жылу қабылдағыш беттерін сенімді тазалау мүмкіндігі; қосалқы жабдықтарды оңай орналастыруы (желдеткіш, түтін сорғыш т.б.).

Бу генераторларында П-, Г-, U-, Т-ға ұқсас, мұнаралы, жартылай мұнаралы, үш жүрісті (N-ға ұқсас), төрт жүрісті және тағы басқа компановкалар қолданылады (14.1 суретті қара).

а - П-тәрізді; б - Т-тәрізді; в – мұнаралы.

14.1 сурет - Жылу қабылдағыш беттерінің компоновкасы түрлері

П-тәрізді компоновка.

Бу генераторларында негізінде П-тәрізді компоновка қолданылады. Ошақ камерасы призма пішінді, тік орнатылады. Өтпелі көлденең газ қорабында ширмалар мен конвективті бу қыздырғыштар орнатылады. Газ шахтасында конвективті бу қыздырғыш, су экономайзері, ауа қыздырғыш орнатылады.

П-компоновкасы отын мен ауаны ошақтың астыңғы жағына жіберуге мүмкіндік береді, бұл шлактың шығаруды және барлық қосалқы жабдықтарды орналастыруды женілдетеді. Қазіргі кезде П-ға ұқсас компоновкалы бу генераторларының құрылысы, заводта істеп дайындауы, пайдалануы сапалы игерілген. П-тәрізді бу генераторының бір түрі 14.2-суретінде көрсетілген.

Белгілеулері қосымшадағы Ж-суретінде.

14.2 сурет - П-тәрізді копоновкалы бу генератор Е-420-13,8-560 БТ (БКЗ)

Бу генераторларының П-ға ұқсас компоновкасының негізгі кемшілігі газдардың бұрылыстары болуы. Бұрылыстар жылу қабылдайтын беттерден газ бір қалыпты өтуіне кедергі жасайды, сондықтан ошақ шығысында артқы қабырғадағы экрандарда аэродинамикалық шығыңқы жер жасайды. Ошақтың шығысының өлшемдері өскен кезде, газдер температурасы бір қалыпты болмайды, газдер температурасының айырмашылығы 100 ^оС дейін жетеді.

Ошақтың шығысының өлшемдері өскенінен және алау узындығы кішірейген соң, отынның ошақта болу уақыты азаяды да, механикалық жанбау себебінен жылу шығыны q₄ өседі. Сондықтан ошақтың биіктігін үлкейту қажет болады.

Конвективті шахтадағы жылу қабылдайтын беттердің температуралық жұмыс тәртібіне газдардың бұрылуы әсер етеді. Бұрылыс шахтаның тереңдігі бойымен газдар жылдамдылығының қалыптылығын өзгертеді, сондықтан газдағы күл ұсақтарының мөлшері де қалыпсыз болады. Үлкен ұсақтар шахтаның артқы қабырғасына жақындап, жылу қабылдау беттері құбырларының абразивті жейілуінің ұлғайуына себеп болады.

Конвективті шахтадағы жылу қабылдау беттері құбырларының күл ұсақтарымен жейілуін азайту үшін газ жылдамдылығын азайту немесе құбырларды ошақ еніне параллель етіп орнату қажет. Бұл кезде тек шеткі құбырлар желінеді, ал жөндеу кезінде оларды тез ауыстыруға болады.

Күл мөлшері көп көмірлерді пайдаланған кезде, ошақтан шыққан газдар жылдамдылығы абразивті жейілу себебімен 6-7 м/с аспауы қажет. Сондықтан конвективті шахтаның өлшемдері өседі, бұл қосалқы жабдықтарының, су мен бу құбырларының орналасуына кедергі жасайды.

Г-тәрізді компоновка.

Г- тәрізді компоновка П- тәрізді компоновканың бір түрі, тек негізгі конвективті жылу қабылдағыш беттері жатық конвективті құбырда орнатылған (14.3 суретті қара).

Г- тәрізді компоновкада ошақ камерасы призма пішінді, тік орнатылады. Өтпелі жатық газ қорабында ширмалар, конвективті бу қыздырғыштар мен экономайзер орнатылады. Бұл жылу қабылдау беттерін төбеге іліп орнатуға жеңіл болады.

Бірінші газтығызды бу генераторлар Г-тәрізді компоновкалы жасалған, өткені құбырлар шығатын жерлері төбе жағында болғасын тығыздауы жеңіл болады. Г-тәрізді компоновкада оттықтардың ошақта орнатуы жақсыланады, тіпті оттықтарды ошақтың артқы қабырғасынада орнатуға болады. Г- тәрізді компоновканың негізгі артықтығы - газтығызды қабырғаларының құбырлар өтетін жерін оңай тығыздату мүмкіншілігі.

П- және Г- тәрізді компоновкаларын әр түрлі отын (көмір, газ, мазут) жағатын бу генераторларына қолдануға болады.

Т- тәрізді компоновка.

Т- тәрізді компоновканың ерекшілігі, бу генераторында ошақтың екі шетіне орнатылған,  екі  жатық  газ  қорабы  мен  екі конвективті шахтасының

20-буландыру экраны; 21-қабырғаға орналасқан радиациялық бу қыздырғыш; 22-барабан; 23-бытырамен тазалау қондырғы; 24-ілгіш құбырлар; басқа белгілері Ж-суретінде.

14.3 сурет - Г-тәрізді копоновкалы бу генератор ТГМЕ-206 (ТКЗ)

болуы (қосымшада). Екі конвективті шахтасының болуы газдар жылдамдығы бойынша бу генераторының енін кішірейтуге мүмкіндік береді. Сондықтан Т- тәрізді компоновкалы бу генераторлары күл мөлшері көп Екібастүз көмірлерін жағуға арналады.

Бу генераторларының екі жатық газ қораптарында ширмалы және конвективті бу қыздырғыштар орнатылады. П-тәрізді компоновкаға қарағанда, Т-компановкасында жатық газ қораптарының биіктігі кішірек болады.

Ал жылу қабылдағыш бетерінің, қосалқы жабдықтарының, шлак шығару қондырғының орналасуы Т- мен П-компоновкаларында бірдей болады.

Т-компоновкасының артықшылығы: бу генераторының енін, ошақтың биіктігін кішірейту және қыздырылған будың температурасын газдар арқылы реттеу мүмкіншіліктерінің болуы; ошақтың ені кішірейген соң бірге қосылған құбырлар санының азайуы; жылу беттерінің биіктігі кішірейгеннен соң гидравликалық кедергінің азаюы; диаметрі кіші құбырлар мен коллекторларға көшу мүмкіншілігі.

Т-компоновкасының кемшіліктері: екі 180^о–қа бұрылуының болуы; каркасына металл шығысы көбеюі; жылу қабылдау беттерінің, балқып қосу жерлерінің сандары көбеюі; су мен бу құбырларын орнатудың қиындығы.

Т- тәрізді копоновкалы П-67 ЗИО бу генераторы мен қуаты 500 МВт энергоблоктың Екібастұз көмірін жағатын Т-тәрізді П-57 бу генераторының көріністері «Ж, И» Қосымшаларында келтірілген .

15-дәріс. Қазіргі бу генераторларының ерекшеліктері

Дәрістің мақсаты: бугенераторларының даму бағыттары. Қазіргі бу генераторларының ерекшеліктері, кейбір сұлбалары.

Қазіргі салынып әлде жаңартылып жатқан жылу электр станцияларының қондырғыларының қуаты 300, 500 және 800 МВт, ал бу көрсеткіштері аса жоғары болады. Экономикалық сараптау бойынша, арзан отыны бар аудандарында (мысалы, Екібастұз мен Канско-Ачинск көмір бассейндерінде) салынатын жылу электр станцияларының қондырғыларының бу температурасы 545 ^оС аспауы қажет. Сондықтан бұл қондырғыларының бу генераторларында және бу турбиналарында қымбат аустенитті болат қолданылмайды. Энергоблок

қуатын көтеру оның бу генераторының өлшемдерін үлкетуімен байланысты, мысалы    П-67 (Пп-2650-255) бу генераторының биіктігі 106 метрге дейін өседі (15.1 суретті қара).

Бу генераторының ошағының ені мен ұзындығы да өседі. Бу генераторларының өлшемдерінің өсуі олардың өнімділігін көтеруіне кедергі болады. Сондықтан бу генераторларының өнімділігін өсіруінің бір тәсілі ошақ көлеміндегі жылу берісін қарқындандырып тиімді өткізу. Бу генераторларының

ошақтағы жану процестерін қарқындандырып тиімді өткізу өте күрделі.

Үлгі ретінде, аз өлшемді бу генераторларының бір түрін келтіруге болады, бұл аз габаритты ТГМ-444 табиғи айналымды бу генераторы, өнімділігі 500 т/сағ,  ошағы екі камералы, ауа қысымды, газ тығызды, газ бен мазут жағуға арналған (15.2 суретті қара). Барлық ошақтың жылу алғыш құбыр беттері табиғи айналым жүйесіне қосылған.  Ошақтың  алдыңғы  қабырғасында  алты  оттық орнатылған. Ошақтың көлемдік жылу кернеуі q^m_v ≈ 0,7 МВт/м³. Ошақтан соң екі газ өтетін шахта орналасқан. Бірінші шахтасында бу қыздырғыштар, ал екіншісінде су экономайзері орналасқан. ТГМ-444 бу генераторының бірінші жетістілігі басқаларына қарағанда 30-40 % өлшемдері кішірейгені  және  25-30 % құрамындағы металл пайдалануының азайтылғаны.

Үлгі ретінде Канско-Ачинск көмірін жағуға арналған, аса жоғары қысымды, 800 МВт блогына арналған П-67 бу генераторын келтіруге болады (15.1 суретті қара).

1-ошақ экрандары; 2-оттықтар; 3-газдарды қайта жіберу кірісі; 4-араластыру орыны; 5-ширмалы бу қыздырғыш, ШПП I ; 6-ширмалы бу қыздырғыш, ШПП II; 7-фестон; 8-ШПП III; 9- аралықтағы бу қыздырғыш; 10-ошақ төбесіндегі құбырлар; 11-жылы жәшік; 12-арқалы балка; 13-бу жылытқыш; 14-бас корпусының тіреуіштері; 15-конвек-тивті шахтаның экран-дары; 16-конвективті бу қыздырғыш; 17-буды қайта қыздырудың бірін-ші бөлшегі; 18-су экономайзері; 19-газ шығаратын қорабы; 20-ілгіш құбырлар; 21-көмір диірменіне құрғатқыш газ жіберетін қорап; 22-ошақтың қабырғасын қатайтатын белдік балкалары.

15.1 сурет - Қөмір жағатын, аса жоғары қысымды П-67 бу генераторы

  П-67 бу генераторының өнімділігі D = 2650 т/сағ, бу қысымы Р_п = 25,5 МПа, температурасы t_пе = 545 ^оС, қайта қыздырылған бу қысымы Р_пп = 3,7 МПа, температурасы t_пп = 545 ^оС. Бу генераторы  Т-компоновкалы, газтығызды, теңестірілген газ тартуымен істейтін түрде құрастырылған. Ошақ кесіндісінде квадратты, ашық түрде, оттықтары тангенциалды орнатылады. Қож қатты түрінде шығарылады.

Канско-Ачинск көмірлері жарылыспен қауіпті және отын шығыны көп болғасын, бу генераторы ірі ұсатылған көмір тозаңын жағуы қажет, сондықтан тозаңды газбен құрғататын тіке үрлеу тозаң дайындау жүйесімен қамтамасыздандырған.

Ошақтағы экрандары қожбен басылып қалмау үшін, Канско-Ачинск көмірлерін төмен температурамен (< 1260 ^оС)  жағуын және экрандардың төмен жылу кернеуімен істеуіне амал жасалған. Осы үшін де (20 % дейін) оттықтарға газ қайтару (рециркуляция) жасалған.

Газ қайтаруы бұрылыс камерадан (670 ^оС ) алынады. Оттықтардың тангенциалды орнатылғаны ошақтың ортасында тік құйынды, экрандарға тіке әсер етпейтін алаулы от пайда болуына қажет.

Ошақтан соң орнатылған ширмаларды қож баспау үшін газ температурасы 1025 ^оС аспауы керек, сондықтан экономайзерден соң алынған газдар үрленеді. Осы газ қайтаруының мөлшері 10% дейін, температурасы 350 ^оС.

Қуатты, газ бен мазут жағатын, 1200 МВт энергоблогына арналған               ТГМП-1202 (Пп-3950-255ГМ) бу генераторы, ТГМП-204 бу генераторының құрылысы бойынша жасалған, айырмашылығы тек алдыңғы қабырғасының енінің ұзындығы. ТГМП-1202 бу генераторы (15.3 суретті қара) П-компоновкалы, газтығызды және ауа қысымды жұмыс істеуге арналған. Бу генератордың ошағы мембранды экрандармен қапталған, ошағының өлшемдері 31280×10420 мм.

Ошақтың оттықтары алдыңғы қабырғада үш деңгейде орнатылған. Ошақтың жоғарғы жағына және астына экономайзерден соң алынған газ қайтарылады. Бу генераторы мазут жағатын оттықтармен қыздырылып жұмысқа қосылады.

Бу генератордың бірдей екі конвективті шахталары (23085×8685 мм) бар. Конвективті шахталардың ортаңғы жағынан газ алуға бос коридор жасалған, алынған газ (800 ^оС) диірмен сорғышына жіберіледі. Ауа жылытқыштар бу генераторынан бөлек орнатылады.

Қыздырылып жұмысқа қосу алдындағы бу өнімділігін азайту үшін су айналымы ұйымдастырылған. Аса қысымды бу қыздырғыштар ширма мен екі конвективті бу қыздырғыштан тұрады. Қайта қыздырылған бу тракты (15.3 суретті қара) үш пакеттен тұрады: соңғы (17); ортаңғы (20) және реттеу (21). Қайта қыздыруға жіберілетін будың тек 30 % реттеу пакетінен өтеді, ал қалғаны ортаңғы пакетке тіке жіберіледі. Барлық қайта қыздыруға жіберілген бу қосылып ортаңғы және соңғы пакеттерден өтіп қыздырылады.

Су жылытқыш экономайзер екі пакеттен тұрады. Төрт регенеративті, диаметрі 12,9 м, ауа жылытқыш орнатылған.

Қазіргі кездегі электр қуатын пайдалану графигінің біркелкі еместігінен жұмысқа тез қосып-тоқтатуға ыңғайлы бу генераторлары қажет. Сондықтан, 500 МВт блогымен істейтін тура ағынды ТМП-501 бу генераторы құрастырып шығарылдған (15.4 суретті қара). П-компоновкалы, бу өнімділігі 1800 т/сағ, қысыма 14 МПа, бу екі рет қыздырылады – температурасы 515/515 ^оС.

 

1-алғашқы құйынды ошақ; 2-оттық; 3-суықтату ошақ камерасы; 4-ошақтағы ширмалы бу қыздырғыш; 5-барабан; 6-сыртқы циклондар; 7-су экономайзеры; 8-ширмалы бу қыздырғыш; 9-жылу алғыш қисайтылған құбыр беттері; 10-конвективті жылу алғыш пакеттер; 11-жоғары газ жібергіш газқұбыры; 12-регенеравті ауа жылытқышка кететін газқұбыры.

15.2 сурет - Аз габаритті ТГМ-444 табиғи айналымды бу генераторының көрінісі

ТМП-501 (Пп-1800-140МН) бу генераторы газтығызды, ошағының түрі ашық, призмалы, барлық экрандары перлитті болаттан жасалған. Бу генератор бас корпусының арқалы балкасына ілініп құрастырылады. Бу генераторға жіберілетін ауа калориферлерде жылынып, екі регенеративті ауа жылытқыштарға жіберіледі. Ауа жылытқыштар тозбау үшін, олардың ішкі жағы фарформен жабылған.

1-газ мазут оттықтары; 2-ауа қорабы; 3-экрандар; 4-араластыру орыны; 5-газ қайтару соплосы; 6- ошақтың қабырғасын қатайтатын белдік балкалары; 7-ферма; 8-ілгіш құбырлар; 9- төбедегі экрандар; 10-жылы жәшік; 11- арқалы балка; 12-тарату текше; 13-ширмалар; 14-фестон; 15-бу қыздырғыш КПП I; 16-КПП II; 17-буды қайта қыздырғышының соңғы пакеті; 18-бас корпусының тіректері; 19-конвективті шахтаның газтығызды панельдері; 20-буды қайта қыздырғышының ортаңғы пакеті; 21- буды қайта қыздырғышының реттеу пакеті; 22-байпас клапаны; 23-экономайзер; 24-ауа жылытқышқа баратын газ қорабының шығысы.

15.3 сурет -1200 МВт энергоблокқа арналған ТГМП-1202 бу генераторы

1-оттықтар; 2-астыңғы экрандар НРЧ; 3-үстіңгі экрандар ВРЧ; 4-ширмалы бу қыздырғыш; 5-төбедегі бу қыздырғыш; 6-жылы жәшік; 7-конвективті бу қыздырғыш; 8-буды қайта қыздырғыш; 9-экономайзер; 10- ауа жылытқышқа баратын газ қорабының шығысы.

15.4 сурет - ТМП-501 (Пп-1800-140МН) бу генераторының көрінісі

А  қосымшасы

1-отын жiберетiн керней; 2-сепаратор; 3-ыстық ауа қорабы; 4, 5-төменгi және жоғарғы ұнтақтағыш шығыршықтар; 6-ұнтақтағыш шарлар; 7-бiлiк; 8,9-айналдырғыш тiстi дөңгелек; 10-серiппе; 11-ұнтақтағыш стол; 12-металл қалдықтарын ұстап жинағыш.

А.1 сурет - Орташа айналымды шарлы диiрмен

  Ә қосымшасы

1-ұнтақтағыш стол; 2-ұнтақтағыш білік; 3-серiппе; 4-шығыршық;

5-ауа қорабы; 6-қалдық жинайтын қалта; 7-редуктор; 8-жырашық;

 9-айналма сепаратор; 10-сепаратордың электр қозғалтқышы.

Ә.1 сурет - Орташа айналымды дестелi диiрмен

 Б қосымшасы

1-алдыңғы экран; 2-түсіргіш құбырлар; 3-төбе экраны; 4-бу құбырлары; 5-фестон; 6-артқы экран; 7-іргелік экрандар; 8-жанарғы қасындағы құбырлар; 9-салқын шұқыр; 10-қаңқа; 11-фестон коллекторы.

Б.1 сурет - Ошақ экрандарының орналасуы

             

 а-тегіс құбырлы; б-газ өтпейтін қанаты бар құбырлардан жиналған; в-газ өтпейтін, арасы қалың қаңылтырмен (мембранамен) қосылған тегіс құбырлардан жиналған; г- газ өтпейтін, арасы балқытылған темірмен қосылған тегіс құбырлардан жиналған.

Б.2 сурет - Ошақтағы экран түрлері

 В қосымшасы

1-каналдар; 2-тазалағыш сүзгi; 3-қабылдау резервуары; 4-мазут сорғылары; 5-мазут қыздырғыштары; 6-дренаж судың сорғылары; 7-дренаж суының ойығы; 8-қойма резервуарлары; 9-бiрiншi мазут сорғылары; 10-негiзгi мазут қыздырғыштары; 11-мазут тазалағыш фильтрлер; 12-екiншi мазут сорғылары; 13-рециркуляция сорғылары; 14-рециркуляциялық мазут қыздырғыштары; 15-мазут резервуарларды тазалауға арналған фильтрлер.

В.1 сурет -Мазут шаруашылығының технологиялық сұлбасы

 Г қосымшасы

1-газ жапқыш кран; 2-электрленген газ жапқыш кран; 3-газ қысымын реттегiш; 4-сақтандырғыш клапан; 5-газ шығымын реттегiш; 6-тез жапқыш клапан; 7-манометр; 8-шығым өлшегiш; 9-қысым мөлшерiнiң тапсырма бергiшi; 10-фильтр; 11-ауаға жiбергiш; 12-от алдырушы оттыққа жiберiлген газ; 13-дренаж; 14-анализге алынған газ.

Г.1 сурет - ЖЭС-ны газбен қамтамасыздандыру сұлбасы

 Д қосымшасы

Д.1 сурет - Газмазутты сужылытқыш қазан ПТВМ-30-М (КВ-ГМ-30-150)

Е қосымшасы

 а – Е-25-14-Р бу қазаны; б – ДЕ-25ГМ.

Е.1 сурет - Төмен қысымды қазандар

Ж қосымшасы

1-диірмен; 2-көмір өткізгіш; 3-көмір бункеры; 4-оттықтар; 5-астыңғы радиациялы экрандары; 6-газ қорабы; 7-газ алатын шығыс; 8-үстіңгі радиациялы экрандары; 9-жоғары қысымды ширмалар; 10-кіші қысымды ширмалар; 11-жоғары қысымды конвективті бу қыздырғыш;          12-кіші қысымды конвективті бу қыздырғыш; 13-ілгіш құбырлар; 14-қабырғадағы экрандар;    15-экономайзер; 16-ауа жылытқыш; 17-урлуші желдеткіш; 18-шлак шығаратын қондырғы;       19-бу генераторының каркасы.

Ж.1 сурет - П- тәрізді копоновкалы бу генератор Пп-1000-20,65-535/533 (VKW)

И қосымшасы

1-бу жылытқыштар; 2-ширмалық бу қыздырғыштар; 3-конвективті бу қыздырғыштар;

4-арадағы буды қайта қыздырғыштың бірінші бөлімі; 5-арадағы буды қайта қыздырғыштың екінші бөлімі; 6-өтпелі аймақ; 7-экономайзер; 8-көмір тартатын диірмендері.

И.1 сурет - 500 МВт энергоблогының Екібастұз көмірін жағатын

Т-тәрізді П-57 бу генераторының көрінісі

Әдебиеттер тізімі

1.  Ерғарин М., Бақытжанов И. Бу генераторларын пайдалануды ұйымдастыру және жөндеу: Оқулық. –Астана: Фолиант, 2010.-168б.

2.  Нұрекен Е. Жылу электр стансалардың қазандық қондырғылары: Оқу құралы.-Алматы: АЭжБИ, 2007.-270 б.

3.  Нұрекен Е. Бу қазандарының сұйыққозғалымы, бу өндіруі және айнымалы тәртіптері.- Алматы: АЭжБИ, 2003.-84б.

4.  Липов Ю.М., Третьяков Ю.М. Котельные установки и парогенераторы. – Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2003,-592с.

5.  Бадагуев Б.Т. Паровые и водогрейные котлы: производственно-техническая документация ответственного за исправное состояние и безопасную эксплуатацию. - М.: «Альфа-Пресс», 2013.-488с.

6.  Либерман Н.Б. Справочник по проектированию котельных установок систем централизованного теплоснабжения. Общие  вопросы проектирования и основное оборудование. Справочник.- М.: «Эколит», 2011.-224с.

7.  Серіков Э. Ә., Әбілдинова С. Қ. Жылуэнергетиканың теориялық негіздері. Дәрістер конспектісі.- Алматы: АЭжБИ, 2005.-92б.

8.  Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий. – М.: Энергоатомиздат, 1988.-528с.

9.  Ковалев А.П. и др. Парогенераторы. –М.:Энергоатомиздат, 1985.-376с.

10.  Мұсабеков Р. А. Сығымдағыштар мен бу турбиналары: Оқу құралы. – Алматы: АЭЖБИ. 2005.-84б.

М а з м ұ н ы
1-дәріс.	Кіріспе. Бу қазандарының түрлері, жіктелуі	3
2-дәріс.	Бу генераторлары мен ошақ құрылғыларының түрлері	9
3-дәріс.	Бу генераторы ошағындағы жану құбылысын ұйымдастыру	16
4-дәріс.	Отынды тиiмдi пайдалану	20
5-дәріс.	Жылу электр станциясында отынды жағуға дайындау	27
6-дәріс.	Көмiр ұнтақтауға арналған диiрмендер	32
7-дәріс.	Көмір тозаңын дайындау жүйелері	36
8-дәріс.	Бу генераторындағы жылу алмасу құбылыстары	39
9-дәріс.	Бу генераторы газ жолының қыздыру беттеріндегі   жылуалмасу	46
10-дәріс.	Буландырғыш беттеріндегі жылу және сұйыққозғалым құбылыстары	50
11-дәріс.	Бу қыздырғыштар. Бу температурасын реттеу тәсілдері	57
12-дәріс.	Бу генераторларының сулы-химиялық тәртібі	66
13-дәріс.	Таза бу өндіру әдістері	70
14-дәріс.	Энергетикалық бу генераторларының құрылысы	73
15-дәріс.	Энергетикалық бу генераторларының құрылысы	77
Қосымшалар Әдебиеттер тізімі		83 92

2013ж. жиынтық жоспары, реті  252

Мұсабеков Расулбек Ақылбекұлы

ҚАЗАНДЫҚ ҚОНДЫРҒЫЛАР МЕН БУ ГЕНЕРАТОРЛАРЫ
Дәрістер жинағы
(5В071700 – Жылуэнергетикасы мамандығына арналған)

Редактор  Б. С. Қасымжанова
Стандарттау маманы  Н. К. Молдабекова

___.___.___. басуға қол қойылды
Қалпы 60х84 1/16
Тираж 60 дана.
№1 типографиялық қағаз
Көлемі 5,9 оқу  баспа табақ.
Тапсырыс _____. Бағасы 2950т.

«Алматы энергетика және байланыс университеті»
Коммерциялық емес акционерлік қоғамының
көшірмелі-көбейткіш бюросы
050013 Алматы, А. Байтұрсынұлы көшесі, 126