Просмотр «№ 1 (52) (2021): Вестник Алматинского университета энергетики и связи» | Вестник Ауэс

Толық мәтін

(1)

(2) РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ. Сагинтаева С.С., д-р экон. наук, канд. физ.- мат. наук, академик МАИН, ректор НАО «Алматинский Университет Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева» Гита Ревалде, доктор PhD, член-корреспондент Академии наук Латвии, директор Национального Совета науки, Рига, Латвия Главный редактор – Стояк В.В., канд. техн. наук, профессор, НАО «Алматинский Университет Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева» Заместитель главного редактора – Жауыт А., доктор PhD, НАО «Алматинский Университет Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева» Илиев И.К., д-р техн. наук, Русенский университет, Болгария Белоев Кристо, д-р техн. наук, Русенский университет, Болгария Галайко Дмитрий, доктор PhD, университет Сарбонны, Франция Такая Инамори, доктор PhD, Университет Токио, Япония Цветков В.Ю., д-р техн. наук, Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, Белоруссия. Кузнецов А.А., д-р техн. наук, ФГБОУ ВА «Омский государственный университет путей сообщения», Российская Федерация. Авезова Н.Р., д-р, техн. наук, Министерство инновационного развития Республики Узбекистан. Мунц В.А., д-р техн. наук ФГАОУ ВО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина», Российская Федерация. Мустафин М.А., д-р техн. наук, НАО «Алматинский Университет Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева» Обозов А.Д., д-р техн. наук, Кыргызский государственный технический университет им. И. Раззакова, Кыргызская Республика Орумбаев Р.К., д-р техн. наук, НАО «Алматинский Университет Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева» Потехин В.В., канд. техн. наук доцент Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация Франческо Сандоро, доктор PhD, Университет Альдо Моро, Бари, Италия Туманбаева К.Х., канд. техн. наук, НАО «Алматинский Университет Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева» Мутуле Анна, доктор PhD, Рижский Технический Университет, Латвия Махмутов С.К., канд. истор. наук, НАО «Алматинский Университет Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева» Алипбаев К.А., доктор PhD, НАО «Алматинский Университет Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева» Кабдушев Б.Ж., канд. истор. наук, НАО «Алматинский Университет Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева» Ответственный секретарь: Шуебаева Д.А. Технический редактор казахского языка Алмухаметова Г.С. Технический редактор русского языка Ефимова А.Н. Технический редактор английского языка Сергеева Л.Д. С содержанием журнала можно ознакомиться на сайте http://aues.kz , http://vestnik-aues.kz Подписаться на журнал можно в редакции журнала и по объединенному каталогу Департамента почтовой связи, подписной индекс -74108. Адрес редакции: 050013, г.Алматы, НАО «Алматинский Университет Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева», ул. Байтурсынулы, дом 126/1, офис А224 Тел.: 8 (727) 292 58 48, 708 880 77 99, e-mail: [email protected], Тираж 200 экз..

(3) МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН НЕКОММЕРЧЕСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ ИМЕНИ ГУМАРБЕКА ДАУКЕЕВА». ВЕСТНИК АЛМАТИНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ Учрежден в июне 2008 года. 1 (52). 2021 Импакт-фактор - 0.105. Научно-технический журнал Выходит 4 раза в год Алматы.

(4) Вестник Алматинского университета энергетики и связи № 1 (52) 2021. 2.

(5) Вестник Алматинского университета энергетики и связи № 1 (52) 2021. РУБРИКИ. Теплоэнергетика и Теплотехнологии  Экспериментальные и численные исследования теплоэнергетических и теплотехнологических процессов  Физико-химические процессы в теплоэнергетике и теплотехнологиях  Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии, процессы и аппараты  Автономные и распределенные системы комплексного энергоснабжения, комбинированное производство энергоносителей.. Электроэнергетика и Электротехнологии     . Телекоммуникации и Коммуникационная инженерия  Сети и системы радиовещания и телевидения  Системы и устройства связи, навигации и управления  Информационные технологии в телекоммуникациях  Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств. Электрические станции, сети и системы Электромеханика и электропривод Электрический транспорт Электроэнергетика на базе ВИЭ Интеллектуальные электрические сети. Автоматика, Информационные технологии и Кибербезопасность  Системы автоматического управления  Вычислительная техника и программное обеспечение  Информационные системы  Системы информационной безопасности. Космическая инженерия и Робототехника  Космическая навигация и связь  Космическое и специальное электронное приборостроение, малые космические аппараты  Гис-технологии и методы дистанционного зондирования земли  Мехатроника и робототехнические системы. Промышленная и Экологическая безопасность  Промышленная безопасность технологических процессов  Состояние и проблемы охраны окружающей среды и пути их решения  Экологическая безопасность объектов энергетики  Системы управления безопасности труда. Энергообеспечение сельского хозяйства  Агро инженерные проблемы, энергосбережение и энергоэффективные технологии  Энергообеспечение отдаленных населенных пунктов и объектов производства на основе возобновляемых источников энергии. Вопросы высшей школы, Инновационное развитие высшего образования  Содержание и качество высшего инженерного образования  Инновационные технологии обучения в высшем образовании  Прикладная инновационная экономика знаний  Современные коммуникативные технологии в инженерном образовании. 3.

(6) Вестник Алматинского университета энергетики и связи № 1 (52) 2021. ВЕСТНИК АЛМАТИНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ. СОДЕРЖАНИЕ. ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА И ТЕПЛОТЕХНОЛОГИИ Бөлегенова С.А., Бодықбаева М.Қ., Мессерле В.Э., Куйкабаева А.А. ПЛАЗМАЛЫҚ ГАЗДАНДЫРУ ТӘСІЛІНІҢ КӨМЕГІМЕН БКЗ-75 ҚАЗАНДЫҒЫНДАҒЫ КӨМІРДІҢ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ЖАНУ ПРОЦЕСІН МОДЕЛЬДЕУ……………………………....6. Муханов Б.К., Искакова Г.Т. ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОЙ РАБОТЫ ТЕПЛООБМЕННИКОВ ТЭС……………………....16. ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ Садибекова С.Е., Жармагамбетова М.С. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ В СЕКТОРЕ ОСВЕЩЕНИЯ ФИЛИАЛА ТЕХНИЧЕСКОГО УЗЛА СЕТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ СВЯЗЕЙ И ТЕЛЕВИДЕНИЯ - 10 АО «КАЗАКТЕЛЕКОМ»…………………………………………………………………………………..28. Бектимиров А.Т., Тохтибакиев К.К., Саухимов А.А., Рашидов Ш.У. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМНЫХ СТАБИЛИЗАТОРОВ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ ЕЭС КАЗАХСТАНА В ПАК RTDS……………………………………….38. АВТОМАТИКА, ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И КИБЕРБЕЗОПАСНОСТЬ Иманкулов Т.С., Болатов А.Б. АҚЫЛДЫ ҚАЛАЛАРДАҒЫ ЖОЛ ҚОЗҒАЛЫСЫН БАҚЫЛАУДЫҢ ЖЕЛІЛІК ТОМОГРАФИЯЛЫҚ ТӘСІЛІ...............................................................................................................48. Муханбет А.А., Нурахов Е.С., Иманкулов Т.С. FPGA КӨМЕГІМЕН САНДЫҚ СҮЗГІЛЕРДІ ҚОЛДАНА ОТЫРЫП, СУРЕТТІ ӨҢДЕУ МЕН ШЫҒАРУДЫ ЖҮЗЕГЕ АСЫРУ...........................................................................................................58. Мамырбаев Ө.Ж., Кыдырбекова А.С., Жумажанов Б.Ж., Оралбекова Д.О. РАСПОЗНАВАНИЕ ГОЛОСА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ X-ВЕКТОРОВ………………………….69. Бердіқұл Б.Н., Нурахов Е.С. МАШИНАЛЫҚ ОҚЫТУ ӘДІСТЕРІН ПАЙДАЛАНА ОТЫРЫП, ӘЛЕУМЕТТІК ЖЕЛІЛЕРДІ ПАЙДАЛАНУШЫЛАРҒА АРНАЛҒАН ҰСЫНЫМДЫҚ ЖҮЙЕНІ ӘЗІРЛЕУ..............................78. Урмашев Б.А., Мұхатов М.М., Ахметханова К.С. МАШИНАЛЫҚ ОҚЫТУДЫ ҚОЛДАНА ОТЫРЫП АҚЫЛДЫ КЛИНИКАЛЫҚ ДЕРЕКТЕРДІ БОЛЖАУ ТЕХНОЛОГИЯЛАРЫ…………………………………......................................................89. Мейрамбек Н.М., Кенжебек Е.Ғ. МҰНАЙ КЕН ОРЫНДАРЫН ИГЕРУДІ ОҢТАЙЛАНДЫРУ ҮШІН ДЕРЕКТЕРДІ ЖІКТЕУ....................................................................................................................................................98. Марат Д.Н., Мусиралиева Ш.Ж. СЕМАНТИКАЛЫҚ ТАЛДАУ ӘДІСТЕРІ АРҚЫЛЫ ВЕБ РЕСУРСТАРДЫҢ КРИМИНОГЕНДІК ДЕРЕКТЕРІН ЖІКТЕУ…………………………………………………………………….................107. 4.

(7) Вестник Алматинского университета энергетики и связи № 1 (52) 2021. ПРОМЫШЛЕННАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ G. Revalde, K. Grundsteins, A. Abola CAVITY RING-DOWN SPECTROMETRY FOR DETECTION OF VOC’S IN AIR………………120 Бегимбетова, А.С., Тусупжанова Д.Б. АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ТРАВМАТИЗМА НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ПРЕДПРИЯТИИ «АЛАТАУ ЖАРЫК КОМПАНИЯСЫ»…………………………………………129. ВОПРОСЫ ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ, ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Шомат І., Иманкулов Т. C. МАШИНАЛЫҚ ОҚЫТУ АЛГОРИТМДЕРІ НЕГІЗІНДЕ ҚЫСҚА МӘТІНДЕРДІ ТАЛДАУ ЖӘНЕ ЖІКТЕУ....................................................................................................................................138. 5.

(8) Вестник Алматинского университета энергетики и связи № 1 (52) 2021. ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА И ТЕПЛОТЕХНОЛОГИИ. УДК 533.9.004.14; 621.039.6. DOI 10.51775/1999-9801_2021_52_1_6. ПЛАЗМАЛЫҚ ГАЗДАНДЫРУ ТӘСІЛІНІҢ КӨМЕГІМЕН БКЗ-75 ҚАЗАНДЫҒЫНДАҒЫ КӨМІРДІҢ ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ЖАНУ ПРОЦЕСІН МОДЕЛЬДЕУ С.А. Бөлегенова1, М.Қ. Бодықбаева*1, В.Э. Мессерле2, А.А. Куйкабаева1 ¹’²әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті, Алматы, Қазақстан Е-mail: [email protected] Аңдатпа. Бұл мақалада бірнеше жылдар бойы жүргізілген зерттеу нәтижесінде қол жеткізілген қатты жағармайларды газдандыруда, жағуға термохимиялық дайындауда, гидрогенизацияда плазмохимиялық технологияларды пайдалану тәсілдері қолданылып дәстүрлі және ПОЖ (плазмалық отын жүйесі) БКЗ-75 қазандығындағы энергетикалық тас көмірдің жану процестеріне сандық моделдеу жүргізілді. Дәстүрлі (төрт көміртекті оттықтарды қолдана отырып ) және плазмалық белсендендіру редимдерінде жүргізілген зерттеу нәтижелері салыстырылды. Жану процестерін компьютерлік моделдеу Cinar ICE плазмалық-көмір және үш өлшемді бағдарламалардың көмегімен жүргізілді. ПОЖ пайдаланғанда 16,75 м биіктікте оттықта қалатын қалдық дәстүрліге қарағанда 1,5 есе аз болады. Жанудан шыққан кезде азот оксидінің азаюы ЖЭО-ның экологиялық және экономикалық көрсеткіштерін арттырады.. Құрамында көмірі бар шикізаттарға плазмалық технологияны пайдаланудың тиімділігі жоғары температураның пайдаланылу мүмкіндігімен, қажетті өнімді алудың жоғары термиялық түрленуімен сипатталады. Түйін сөздер: плазмохимиялық технология, жану, плазма, газдандыру, плазмалық жанармай жүйесі, көміртозаңды оттық, экология.. 1. КІРІСПЕ Құрамында көміртегі бар материалдардың арасынан қатты отын түріне жататын көмірді жаңа технологияларды пайдаланып тиімділігін арттыру жұмыстары қолға алынуда. [1, 2] Зерттеу жұмыстарында көмірдің тиімді пайдаланылуының жаңа тәсілдерін, есептеу және модельдеу жолдарын көруге болады. Бүгінгі таңда жоғары температураларды пайдалану жұмыстары мен олардың жоғары мүмкіндіктерін [3], термиялық түрлену дәрежесін жоғары мәнге жеткізудің жемісті нәтижелерімен сипаттауға болады [4]. Бүгінгі уақытта құрамында көміртегі кездесетін біршама материалдарды плазма арқылы газдандыру тәсілдерінің жаңа технологияларын жобалау, зерттеу, қолдану және жетілдіру бойынша жұмыстар әлемдегі өте маңызды мәселелердің бірі ретінде қарастырылуда [5]. Көмір энергия алынатын маңызды және көп қолданыс тауып отырған негізгі көздердің қатарында. Әлем бойынша электр энергиясының қырық пайыздан көп мөлшері көмірден алынады. Көмір пиролиздеу, сұйылту, күйдіру , газдандыру процесіне икемділігі жоғары әмбебап отын. Химия өнеркәсібінде көмірді шикізаттардың қатарына жатқызады. Көмір қайталама өңдеуден өткенде металлургияда қалдықты көмір, химиялық өнеркәсіпте шикізатты көмір түрінде, электр энергиясында булы көмір түрінде аз кездесетін элементтерді шығаруда және графит өндірісінде кеңінен қолданылады. Осындай пайдаланылу мүмкіндіктеріне қарай мемлекетімізде көмірді қайта өңдеу әдістері, жану процестеріндегі бөлінетін зиянды қалдықтарды азайту жолдары [6] жұмыста көрсетілгендей кең ауқымда зерттелуде. Көмірді белгілі пайыз бойынша газдандыру жұмыстарын зерттеу, дамыту, қолдану кезінде құрамында көміртегі бар материалдарды плазма арқылы газдандыру тәсілдерін термодинамикалық есептеулер мен тәжірибелер жасау арқылы сандық модельдеу нәтижелеріне де қол жеткізілді [7]. Көмір газдандырылу процесінде органикалық термохимиялы алмастырулармен қатар, оның минералды құрамын да қамту арқылы көмірдің органикалық құрамын және қалған күл құрамын да тиімділігі жоғары өнімге айналдыруға болады. Қолданыстағы көмір толығымен газдандыру процесінен өткенде жанатын газбен бірге құрамында аз мөлшерде көміртегі кездесетін инертті күл тәріздес қалдық алуға 6.

(9) Вестник Алматинского университета энергетики и связи № 1 (52) 2021. болады. Жану нәтижесінде қатты қалдықтарды бөлуден соң жана алатын газды ортада жағуға немесе көмір шаңынан от тұтатуда жарық қолдануға болады. Күлі бөлінген соң қол жеткізілген синтез-газ металлургияда экологиялық таза отын немесе қалпына келтіргіш газ түрінде химиялық синтезде кеңінен қолданыс табады. Әлем бойынша қатты отындарды газдандырудың үш негізгі тәсілі кең қолданыс табуда. АҚШ ғалымдары қозғалысқа түспейтін ең тығыз бетте - Лурга әдісі [8], Тайлантта қайнауға бейім келетін бетте - Винклер әдіс [9], Өзбекстанда шаң тектес отынды ағындағы - КоперсТотцек әдісі [10] кеңінен зерттеліп қолданылуда. Газдандыруды пайдалануда, газдандыру құрылысында энергияны тасымалдау тәсілін пайдалануда автоотермиялық және аллотермиялық процестерді бөліп қарастыру маңызды. Зерттеу және өңдеу нәтижелері Көмірді радиациялық-плазмалы және жиынтықты қайта өңдеу әмбебап құрылғыда жүзеге асты [1]. Күлділігі 40 %, 24 %, ұшатын ұсақ бөлшекті, ылғалдылығы 5%. Жылулық жануы 16750кДж/кг төменгі сұрыпты Екібастұз көмірін плазмохимиялық реакторда гидрогенизациялау тәжірибесінің нәтижесінде 50 кВТ қуатта көмірдің шығыны 3 кг/сағ болғанда 150 л/сағ пропан бутонды қоспадан массалық пайыздық үлесі C2H6=50, C2H2=30, C2H4 құрамды газдар алынды. Линеаризациядан кейін теңдеулер жүйесі программалауға және сандық зерттеулерге ыңғайлы түрге енгізілген. Осындай теңдеулердің ішіндегі жеке газ тәрізді заттардың шоғырлануын анықтауға арналған теңдеу: 𝐼 (𝑇). 𝑚 n ij. 0. 𝑖=1 R0. X 𝑖 = 𝑅 𝑖(𝑇 )2 𝑇 + 𝑌 + ∑ 0. S0l (T0 ). n. ∓ λj + Rli ∓ λl + ( 0. R0. −. 2Ii (T0 ) ), R0 T0. (1). T, S тердегі «0» индексі температура мен энтропия мәндері итерационды және осы шамалар аумағында теңдеу линеаризациясы болғаны жөн. Жеке конденсирленген қоспалары төмендегі теңдеумен анықталды: 𝑋𝑖 =. 𝐴𝐼𝑙 (𝑇0 ) 𝑇 (𝑇0 )2. +∑. 𝑚 𝑖=1. 𝐴𝑛𝑗𝑙 λj + (ASl0 (T0 ) −. 2AIl (T0 ) ), R0 T0. l = 1,2, … , k. (2). (1) және (2) теңдеулерді қолданып 1 кестедегі көмірқұрамды тақтатасты плазмалық қайта өңдеу тәжірибесінің нәтижесінде есептелініп табылған мәндері келтірілген. 1- кесте. Көмірқұрамды тақтатасты плазмалық қайта өңдеуден кейінгі мәндер [11] 𝐺бу Торт., Qменшікті, Тәжірибе X1, % XM0, % X3, % X C, % 𝐺тт , 𝐺бу , 𝛾= № К ⁄ ⁄ кВт сағ кг кг сағ кг⁄сағ 𝐺тт 1 5,82 0 0 2900 2,84 48,0 54,5 58,6 56,2 2 8,40 0 0 2500 1,93 25,7 34,5 41,7 54,6 3 6,60 0,60 0,09 2700 2,20 78,6 79,0 81,3 66,4 4 4,33 0,40 0,09 3150 3,04 23,6 24,3 29,0 70,4 Зерттеу Ресей Федерациясының Ғылым және білім министрлігінің қолдауымен 14 515 11 0060 гранты негізінде жүргізілген. Плазмалық газдандыру тәжірибесіне негізделіп алынған нәтижелерді пайдалану осы уақытқа дейін бірнеше зерттеу жұмыстарында келтірілді [7, 10, 15]. Соның бірі, Шахтинст ЖЭС-те орналасқан БКЗ-75 қазандығындағы энергетикалық тас көмірдің плазмалық жанармай жүйесін орнату арқылы жүргізілген тәжірибе. Шахтинст ЖЭС-те орналасқан БКЗ-75 [12] қазандығындағы энергетикалық тас көмірінің дәстүрлі және плазмалы отындық жүйе пайдаланылған жағдайындағы жану процестері есептелді. Сандық есептеулерді жүргізу үшін қазандықтардың екі түрлі жұмыс істеу режімі: дәстүрлі (төрт көміртозаңды оттық қолданылуымен) және жануды плазмалық белсенділендіру таңдалып алынды: арқылы. Есептеулер бір уақытта бір өлшемді плазма-көмір және үш өлшемді Cinar ICE екі компьютерлік программаны пайдалану арқылы жүзеге асты. әл-Фараби атындағы ҚазҰУ ғалымдары жану процесін компьютерлік модельдеуге арналған зерттеу жұмыстарын жүргізуде. Қазандықтың жану аумағын үш өлшемді сандық зерттеуде пайдаланған шығыс мәндердің [13, 14] жұмыстарда келтірілген мәндермен ұқсастығы байқалады. ПОЖ (плазмалық отын жүйесі) режіміндегі қазандықтың жану аумағын үш өлшемді сандық зерттеуде пайдаланған шығыс мәндердің сипаттамалары 2 кестеде берілді. Зерттеу аумағындағы ауаның температурасы 290 0С басталады. Әр 7.

(10) Вестник Алматинского университета энергетики и связи № 1 (52) 2021. аумақтағы температураға тоқталатын болсақ, көмірді жағуға плазмалы-химиялық дайындау кезінде температура 800-3200 К арасында, көмірді жиынтықты қайта өңдегенде минералды масса конверсиясының температурасы 2200-3100 К, көмірдің плазмалы-химиялық гидрогенезациясында температура 2800-3200 К қажет етеді. 2 кесте. Қазандықтың жану аумағын үш өлшемді сандық зерттеуде пайдалалған шығыс мәндер № Сипаттама ПОЖ (плазмалық отын жүйесі) режімі 1 Жанарғы типі мен саны 4 Екі сатылы ПОЖ 2 Жанармай бойынша бір жанарғы өнімділігі, кг/сағ 3200 3 4 5 6 7 8 9 10. Жанарғыға алғашқы ауа шығыны, кг/сағ Жанарғыға екінші ретті ауа шығыны, кг/сағ Ауа температурасы, 0С ПОЖ-дан кейінгі жанарғыдағы қорытқы көмірдің қалдық шығыны, кг/сағ ЖЭТРД (Жанармайды электртермохимиялық дайындау) Газ текті өнім шығыны, кг/сағ Бөлшекердің орташа мөлшері, мкм Көмір тығыздығы, кг/м3 Есептеуіш тор мөлшері. 0 78163 290 6610 37340 75 1450 85X69X116. Оттықтарды Cinar ICE программасын пайдаланып алынған 1 және 2 суреттерден көмірді дәстүрлі жағу және алдын ала плазмалық белсендірілген ПОЖ орнатылған жағдайдағы қазандықтардың температура өрістерінде айтарлықтай айырмашылық болатыны көрініп тұр. Дәстүрлі түрде төрт симметриялы орналасқан факель арқылы көмір жаққанда максималды 1852 0С температурада оттықтың орталық аумағында 1852 0С температурада факель ядросын тудырады.. 1- сурет. Дәстүрлі жағу режімінде оттықтың көлденең қимасының жану деңгейіндегі температура өрісі. 8.

(11) Вестник Алматинского университета энергетики и связи № 1 (52) 2021. 2-сурет. Оттықтың көлденең қимасының жану деңгейіне плазмалы отындық жүйені орналастырғандағы температура өрісі ПОЖ әсері жоғары реакциялы екі қоспалы жанармай алауы формасының өзгерісінде яғни оның ұзаруы және температураның 21020С дейін өскенінен байқалады. Жанарғы 4 м биіктікте орналасқан аумақта температуралық қисықтар жоғары мәнге жететіні 3 суретте байқалады. Дәстүрлі жану кезінде 6 м биіктіктегі жанарғыдағы орташа температура ПОЖ қолданғанға қарағанда жоғары. Температура айырмасы 75 градусқа жеткені (2 < H < 3 м) ПОЖ жағдайымен салыстырғанда жану кезінде жоғары шоғырлануға ие болатындығымен түсіндіріледі. Биіктіктің 5, 5 < H < 16,75 м аумағында плазмалық белсенділендірілген жану режіміндегі температура дәстүрлі жану температурасынан 30 градусқа жоғары. Бұл плазмалық белсенділендіру жағдайындағы жанармайдың толық жануымен сипатталады.. 1 – дәстүрлі жағу 2- екі плазмалы отын жүйесі орнатылған оттықта жағу 3 сурет. Температураның оттық биіктігі бойымен таралуы. 9.

(12) Вестник Алматинского университета энергетики и связи № 1 (52) 2021. Екі программаны бір уақытта қолдану өндірістік көміртозаңды қазандықтағы жану процесін жиынтық сандық зерттеуге мүмкіндік берді. Дәстүрлі режімдегі көмірдің толық жанбай көп қалдық қалдыруы экологиялық жағдайды нашарлатады. Плазмалы отын жүйесін пайдаланғанда 16,75 м биіктікте жанырғыда қалатын қалдық дәстүрліге қарағанда 1,5 есе аз болады. Азот оксидінің жанырғыдан шығуда азаюы ЖЭО-ның экологиялық және экономикалық көрсеткіштерін жоғарылатыды. Көміртозаңды жанғыш отындарды плазма арқылы тұтандыру процесінің нәтижелерін сандық талдау, модельдеу жүргізілді. Сандық модельдеу және талдау барысында аэро қоспасындағы отын ылғалдылығының, шаң шоғырлануының, плазма алушы құрылғы қуатының және көміртозаңды отынның құрамындағы қоспалардың ағын жылдамдықтарының ЖЭТРД пайда болған өнімдерінің құрамына және олардың температураларына қаншалықты әсер ететіндігі анықталды. Талдау, модельдеу және есептеу нәтижелерінде көмір тозаңды отынының плазма арқылы тұтануын зерттеуге бағытталып жүргізілген тәжірибе нәтижелерімен салыстыру жұмыстары жүргізілді. Плазма алынатын құрылғы қуатының энергиясын жоғарылату арқылы жанудың белсенділігі артпайтыны көрінді. Себебі, ТҚС-тан шығу кезіндегі процестердің сипаттамалары бір қалыпта өзгеріссіз жанып тұрған алау кезінде плазмотрон қуатына ешқандай тәуелділігі болмады. Н, СО, CH4 газ өнімдерінің температуралары 1002 °С, ұсақ бөлшектер C6H6, CO2, Н2О, N2 температурасы 961 °С болған кездегі тәжірибе нәтижесінде алынған ПОЖ шығысындағы ЖЭТРД өнімдерінің құрамы және шығу мөлшері 3-кестеде келтірілген. Жану қоспаларының шоғырлануы (CO, H2, H, CH4, C6H6) ПОЖ бойымен ұлғайып, жүйенің шығысында ең жоғары мәнге (41,8 %) жетеді. Жүйенің шығысындағы тотықтырғыштар шоғрлануының (CO2, H2O, O2) қосынды мәндері 7,3 % аспайды. Азоттың шоғырлануы 79 пайыздан 50,8 пайызға төмендейді. 3-кесте. ПОЖ шығысындағы ЖЭТРД өнімдерінің сипаттамасы H CO CH4 C6H6 CO2 Н2О N2 Газ 21,6 19,2 0,4 0,7 5,8 1,6 50,8 фазасының құрамы (% ) Газ шығу 14,0 174,2 2,2 18,0 82,2 9,1 462,0 мөлшері (кг/сағ) Жану құрылғысын Cinar ICE бағдарламасын пайдаланып жүргізілген зерттеу нәтижелері 3-5 суреттерде келтірілді. Көмірді жағуды плазманы пайдалану арқылы белсенділендіруді механикалық төмендету арқылы жану процесінің тиімділігін жоғарылатып, дәстүрлі қолданыстағы тұтатқыш көмірді жағудың екі түрлі тәсіліндегі температура өрістерінің айырмашылығы 3 – А, Б суреттерінде айқын көрсетіліп тұр. Дәстүрлі жағдайда ең жоғары температура мәндері симметриялы алау 1580°С және 1600°С шамаларына сәйкес келеді. Плазмалық технологиялық құрылғыны пайдаланып жағуда жанған отын алауы формасының өзгеруінен, бойының қысқарғанын және температураның ең жоғары мәнге (2015°С) дейін көтерілгенін байқаймыз. Яғни, ЖЭТРД пайдалану арқылы жылдам тұтануға, жануға және жоғары температураға қол жеткізу мүмкіндігіне ие болатынына көз жеткіздік.. 10.

(13) Вестник Алматинского университета энергетики и связи № 1 (52) 2021. А-көмірдің дәстүрлі жану режімі кезінде, Б-плазмалық белсенділендірілген көмірді жағу кезіндегі температура өрісі. технологиялық. қондырғыда. 3- сурет. Бойлық орталық қимадағы оттық температура өрісі.. 1 – көмірді дәстүрлі жағу 2 – көмірді плазмалы оттық жүйеде жағу 3, 4 – плазма арқылы және плазмасыз жағу кездеріндегі тәжірибелік мәліметтер 4-сурет. Отынның жану өнімінің максималды температураларының жану құрылғысы температурасының бойымен таралуы Сапасы төмен көмірді плазма пайдалану арқылы сапалы отын алуға болады. Тәжірибе және есептеу нәтижесіндегі температуралық байланыстар сапалы таңдаудан өтіп, оттық қақпағынан H = 0,5 м ара қашықтықта ең жоғарғы мәнге ие болатыны 4-суреттен байқалады. Дәстүрлі жану жағдайында H < 0,13 м ара қашықтықта температураның ең жоғарғы деңгейі ПОЖ жанармайы арқылы белсенділендірілген жағдаймен салыстырғанда жоғары. Температура айырмашылығы 160 градусқа жетуі (0,025 < H < 0,13 м) ПОЖ пайдалану жағдайымен салыстырғанда дәстүрлі жағу кезіндегі жоғары шоғырланған көмір бөлшектерінің интенсивті сәулеленуімен сипатталады. ПОЖ қамтамасыз етілген жағдайда оттықтың кеңістігіне ыстық газ бен қортқы көмір қалдығы бөлшектерінен тұратын, массасы көмір шығынының отыз пайызынан аспайтын екі қоспалы 11.

(14) Вестник Алматинского университета энергетики и связи № 1 (52) 2021. жанармай түседі. Бұл жағдай сәулеленуші бөлшектердің қосынды бетінің үш рет төмендеуіне әкеледі. Биіктік 0,13 < H < 0,6 м аумағында жанармай жануын плазмалық белсенділендіру жағдайында да, дәстүрлі жағдайда да температура бірдей. Биіктік H = 0,4 м болғанда температура бойынша ең жоғарғы айырмашылық байқалып, ол 260 градус болды. Бірақ температураның максимумы біраз төменге ығыстырылып оттықтың биіктігі H = 0,67 м болғанда байқалады (5-сурет).. 1 – көмірді дәстүрлі жағу 2 – көмірді плазмалы оттық жүйеде жағу 5-сурет. Орта массалы оттегі концентрациясының оттық биіктігі бойынша таралуы Осылайша, үшөлшемді есептеулерде қолданылатын Cinar ICE бағдарламасының верификациясы үшін тәжірибелік оттықтың шынайы зерттеулері [1, 2, 5, 7, 10, 15] пайдаланылды. 4суретте оттықтың бастапқы аумағында температура қисықтарының инверсиясы мен сипаттаушы температуралық максимумдардың болуы есептеулер мен тәжірибелік мәндердің сапалы сәйкестігін көрсетеді. Тәжірибелік оттықтың шығысындағы жану өнімдерінің температурасы ПОЖ қолданылу жағдайымен салыстырғанда дәстүрлі жағдайдағы есептеулерде де, тәжірибеде де жоғары. Оттықтың барлық биіктігі бойынша тәжірибелік және есептеуде алынған жану өнімдерінің температура мәндерінің ауытқуы жиырма пайыздан аспайды. Мұндай жиырма пайыздық алшақтық Cinar ICE бағдарламасында жанармай жануының жеңілдетілген кинетикалық сызбасын (fast chemistry) пайдаланумен сипатталады. Қорытынды Жұмыста бүгінгі таңдағы көмірді жағу және қайта өңдеу мәселелерінің жағдайына және оларды ЖЭО-да тиімді пайдалану әдістері, жылу өндірудің математикалық модельдеуі бойынша заманауи жағдайына шолу жасалынды. Әдеби шолу нәтижесі көмірдің пайдалану тиімділігін жоғарылату үшін әлемдік деңгейде пайдаланылып жүрген жағудың жаңа технологияларын дайындау және енгізу жұмыстарын қолға алу керектігін көрсетеді. Соңғы жылдардағы жарияланған мақалалар [1, 2, 7, 11] Қазақстандағы ЖЭО-да энергетикалық көмірді тұтату және жағу плазмалық технологиясын ендіру арқылы мемлекетімізде аз мөлшердегі газды арзан көмірмен алмастыруға болатындығы айқындалды. Шахтинск ЖЭС орналасқан БКЗ-75 қазандығындағы энергетикалық тас көмірдің дәстүрлі және ПОЖ жағдайындағы жану процестері есептелді. Сандық есептеулерді жүргізу үшін қазандықтардың екі түрлі жұмыс істеу режімі: дәстүрлі (төрт көміртозаңды оттық қолданылуымен) және жануды плазмалық белсенділендіру таңдалып алынды. Есептеулер бір уақытта бір өлшемді плазма-көмір және үш өлшемді Cinar ICE екі компьютерлік программаны пайдалану арқылы жүзеге асты. Кинетикалық модельдеу көмегімен БКЗ-75 қазандығындағы КР-200 маркалы көмірді көміртозаңды отынының ПОЖ термохимиялық алмастыру арқылы 68 пайызға жеткенін көреміз. Көмірден алынған газ құрамы СО моноксиді және Н2 сутегі болды. ПЖО шығысында 19,2 % және 21,6 % дейін жетті. Көмірді оттық кеңістігінде жағу процесін плазмалық белсендіру арқылы жағуды дәстүрлі жағумен салыстыру жану процесінің негізгі тәжірибелік және теориялық мәндердің 12.

(15) Вестник Алматинского университета энергетики и связи № 1 (52) 2021. (температура, жанбай қалған көмір концентрациясы, жанатын өніміндегі оттегі мен азот оксиді) қанағаттанарлық деңгейдегі сапалық және сандық сәйкестіктің бар екенін көрсетті. Жылулық қуаты 3 МВт тәжірибелік оттықта плазмалық технологиялық жүйемен және плазмалық белсендіру болмаған жағдайларда Cinar ICE бағдарламасын верификациялау ПОЖ қамтылған өнеркәсіптік оттықтардағы процестерді есептеуге, ПОЖ қолдануды жобалауға, сенімді шығыс мәндерді алуда қолданылуға мүмкіндік беретіндігін көрсетті. ЖЭТРД жағдайындағы Шахтинск ЖЭО-да орналасқан БКЗ-75 өнеркәсіптік қазандықтардағы отынның қалыпты жағдайдағы жануы және плазмалық технологияны енгізген кездегі отынның жануы салыстырылып, үш өлшемді модельдеу арқылы температуралық өрістерді пайдаланып зерттеу нәтижесіне өңдеу жұмыстары жүргізілді. Жұмыста Cinar ICE және Плазма-Көмір өнеркәсіптік қазандықтардағы белсенділендірілген отындардың бір өлшемді және үш өлшемді модельдері алынды. ПОЖ орнатылған қазандықтардағы көмірдің жану температурасы жоғары болатыны және қалдықтың аз қалатыны көрсетілді. ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ [1] Мессерле В.Е., Устименко А.Б. Радиационно-плазменная технология переработки угля // Вестник КазНУ. Серия химическая. - 2012. - №4 (68). – С. 107-113. [2] Мессерле В.Е., Устименко А.Б. Плазмохимические технологии переработки топлив // Известия вузов. Химия и химическая технология. - 2012. - Т. 55, Вып. 4. - С. 30-34. [3] Steinberg M. Conversion of fossil and biomass fuels to electric power and transportation fuels by high efficiency integrated plasma fuel cell energy cycle. International Journal of Hydrogen Energy, 2005, vol. 31, no. 3, pp. 405-411, doi: 10.1016/j.ijhydene.2005.08.007 [4] Oso A., Williams O., Oluwatosin G. A., Growth O. Performance, nutrient digestibility, metabolizable energy, and intestinal morphology of growing turkeys fed diet supplemented with arginine. Livestock Science, 2017, vol. 198, no.6, pp. 24-30, doi: 10.1016/j.livsci.2017.01.018 [5] Gorokhovski M., Karpenko E.I., Lockwood F.C., Messerle V.E., Trusov B.G. Plasma Technologies for Solid Fuels: Experiment and Theory. Journal of the Energy Institute, 2005, vol. 78 (4), pp. 157-171 [6] Аскарова А.С., Болегенова С.А., Бекетаева М.T. и др. Формирование вредных пылегазовых компонентов в процессе горения // Известия НАН РК. Серия физикоматематическая. – 2015. – №1(299). – C. 32-38. [7] Messerle V., Ustimenko A. Modeling of Coal lgnition in Plasma-Fuel Systems with an electric arc torch. IEEE transactions on plasma science, 2020, vol. 48, no.2, pp. 343-349, doi: 10.1109/TPS.2019.2956847 [8] Ramos A., Rouboa A. Syngas production strategies from biomass gasification: Numerical studies for operational conditions and quality indexes. Renewable Energy, 2020, vol. 155, no. 8, pp. 1211-1221, doi: 10.1016/j.renene.2020.03.158 [9] Khosasaeng T., Suntivarakorn R. The gasification efficiency improving by self-steam gasifier using RDF from municipal solid waste. IOP Conference Series-Earth and Environmental Science, 2019, vol. 257, no. 012026, p.678, doi: 10.1088/1755-1315/257/1/012026 [10] Messerle E., Ustimenko B. Plasma-Aided Coal Ignition and Combustion: Modeling and Full-Scale Trials. IEEE Transactions On Plasma Science, 2014, vol. 42, no.12, pp. 3716-3721, doi: 10.1109/TPS.2014.2345871 [11] Dai M., Chang S., Chang C., Akhatov S., Li X. Numerical study on the directly-irradiated vortex reactor for solar CO2 coal gasification. Solar Energy, 2019, vol. 188, pp. 573-585, doi: 10.1016/j.solener.2019.06.035 [12] Саматова, Ш. Ю. Изменение гидродинамики парового котла БКЗ — 75/39 и реконструкция хвостовых поверхностей нагрева // Молодой ученый. — 2017. — № 3 (137) https://moluch.ru/archive/137/38070/ (обращение 20.11.20) [13] Асқарова А.С., Болегенова С.А., Болегенова С.А., Оспанова Ш.С., Нурушева М.М. Жоғары турбуленттіліктегі сұйық отын тамшыларының дисперсиясы мен жану процестерін компьютерлік модельдеу // Вестник Алматинского университета энергетики и связи. - 2019. №1(44). - С. 5-12. [14] Аскарова А.С. , С.А. Болегенова, Максимов В.Ю., Аташева А.К. Оптимизация процессов тепломассопереноса в топочной камере Казахстанского котла методом 3D13.

(16) Вестник Алматинского университета энергетики и связи № 1 (52) 2021. моделирования // Вестник Алматинского университета энергетики и связи. - 2019. - №1(44). - С. 12-19. [15] Messerle, V.E., Askarova, A.S., Bolegenova, S.A., Bolegenova, S.A., Nugymanova, A.O. Processes of heat and mass transfer in furnace chambers with combustion of thermochemically activated fuel. Thermophysics and Aeromechanics, 2019, no.26(6), pp. 925- 937 REFERENCES [1] Messerle V.E., Ustimenko A.B. Radiatsionnoplazmennaya tekhnologiya pererabotki uglya [Radiation-plasma technology of coal processing] Vestnik KazNU -Seriya khimicheskaya, 2012, No 4 (68). pp.107-113. [2] Messerle V.E., Ustimenko A.B. Plazmokhimicheskietekhnologii pererabotki topliv [Plasmachemical technologies for fuel processing] Izvestiya vuzov-Khimiya i khimicheskaya tekhnologiya, 2012, T. 55, Vyp.4. pp. 30-34. [3] Steinberg M. Conversion of fossil and biomass fuels to electric power and transportation fuels by high efficiency integrated plasma fuel cell energy cycle. International Journal of Hydrogen Energy, 2005, vol. 31, no. 3, pp. 405-411, doi: 10.1016/j.ijhydene.2005.08.007 [4] Oso A., Williams O., Oluwatosin G. A., Growth O. Performance, nutrient digestibility, metabolizable energy, and intestinal morphology of growing turkeys fed diet supplemented with arginine. Livestock Science, 2017, vol. 198, no.6, pp. 24-30, doi: 10.1016/j.livsci.2017.01.018 [5] M. Gorokhovski, E.I. Karpenko, F.C. Lockwood, V.E. Messerle, B.G. Trusov and A.B. Ustimenko. Plasma Technologies for Solid Fuels: Experiment and Theory. Jour nal of the Energy Institute, 2005, 78 (4), pp. 157-171 [6] Askarova A.S., Bolegenova S.A., Beketaeva M.T. Formırovanıe vrednyh pylegazovyh komponentov v protsesse gorenııa [Formation of harmful dust and gas components in the combustion process] Izvestııa NAN RK -Serııa fızıko-matematıcheskaıa, 2015. no1(299), pp. 32-38. [7] Messerle V., Ystımenko A. Modeling of Coal lgnition in Plasma-Fuel Systems with an electric arc torch. IEEE transactions on plasma science, 2020. vol. 48, no.2, pp. 343-349, doi: 10.1109/TPS.2019.2956847. [8] Ramos A., Rouboa A. Syngas production strategies from biomass gasification: Numerical studies for operational conditions and quality indexes. Renewable Energy, 2020, vol. 155, no. 8, pp. 1211-1221, doi: 10.1016/j.renene.2020.03.158 [9] Khosasaeng T., Suntivarakorn R. The gasification efficiency improving by self-steam gasifier using RDF from municipal solid waste. IOP Conference Series-Earth and Environmental Science, 2019, vol. 257, no. 012026, p.678, doi: 10.1088/1755-1315/257/1/012026 [10] Messerle E., Ustimenko B. Plasma-Aided Coal Ignition and Combustion: Modeling and Full-Scale Trials. IEEE Transactions On Plasma Science, 2014, vol. 42, no.12, pp. 3716-3721, doi: 10.1109/TPS.2014.2345871 [11] Dai M., Chang S., Chang C., Akhatov S., Li X. Numerical study on the directly-irradiated vortex reactor for solar CO2 coal gasification. Solar Energy, 2019, vol. 188, pp. 573-585, doi: 10.1016/j.solener.2019.06.035 [12] Samatova, Sh. Izmenenıe gıdrodınamıkı parovogo kotla BKZ — 75/39 ı rekonstrýktsııa hvostovyh poverhnosteı nagreva [Changes in the hydrodynamics of the steam boiler BKZ - 75/39 and reconstruction of tail heating surfaces] Molodoı uchenyı, 2017, no.3 (137). https://moluch.ru/archive/137/38070/ (оbrashenie 20.11.20) [13] Asqarova A.S., Bolegenova S.A., Bolegenova S.A., Ospanova Sh.S., Nurusheva M.M. Jogary turbulenttіlіktegі suıyq otyn tamshylarynyn ıspersııasy men janu protsesterіn kompıuterlіk modeldeu [Computer modeling of dispersion and combustion processes of liquid fuel droplets with high turbulence] Vestnık Almatınskogo unıversıteta energetıkı ı svıazı, 2019. –no.№1(44). pp. 5-12. [14] Askarova A.S. , Bolegenova S.A., Maksımov V., Atasheva A.K. Optımızatsııa protsessov teplomassoperenosa v topochnoı kamere Kazahstanskogo kotla metodom 3D- modelırovanııa [Optimization of heat and mass transfer processes in the combustion chamber of a Kazakhstan boiler using 3D modeling] Vestnık Almatınskogo universıteta energetıkı ı svıazı, 2019. no.1(44). pp. 12-19. [15] Messerle, V.E., Askarova, A.S., Bolegenova, S.A., Bolegenova, S.A., Nugymanova, A.O. Processes of heat and mass transfer in furnace chambers with combustion of thermochemically activated fuel. Thermophysics and Aeromechanics, 2019, 26(6), с. 925- 937 14.

(17) Вестник Алматинского университета энергетики и связи № 1 (52) 2021. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ УГЛЯ В КОТЛЕ БКЗ-75 С ПЛАЗМЕННОЙ ГАЗИФИКАЦИЕЙ С.А. Болегенова1, М.К. Бодыкбаева*1, В.Э. Мессерле2, А.А. Куйкабаева1 ¹’²Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Алматы, Казахстан Е-mail: [email protected] Аннотация. В данной статье проведено численное моделирование процессов горения энергетического каменного угля в котле БКЗ-75, в традиционных и ПТС (плазменная топливная система), с применением плазмохимических технологий в газификации твердых смазочных материалов, термохимической подготовке к сжиганию, гидрогенизации, достигнутых в результате многолетних исследований. Были сопоставлены результаты исследований, проведенных на традиционных (с использованием четырехуглеродных горелок) и режимах плазменной активации. Компьютерное моделирование процессов горения проводилось с помощью плазменно-угольных и трехмерных программ Cinar ICE. При использовании ППР остаток, остающийся на горелке на высоте 16,75 м, в 1,5 раза меньше, чем при традиционном. Уменьшение оксида азота на выходе из горения повысило эколого-экономические показатели ТЭЦ. Эффективность использования плазменной технологии в углеосодержащем сырье характеризуется возможностью использования высоких температур, с высокой степенью термического превращения получения необходимого продукта. Ключевые слова: плазмохимическая технология, горение, плазма, газификация, плазменная топливная система, угольная горелка, экология.. MODELING OF ENGINEERING COAL COLLECTION PROCESS IN BOILER BKZ-75 WITH PLASMA GASIFICATION S.A. Bolegenova1, M.K. Bodykbaeva*1, V.E. Messerle2, A.A. Kuykabaeva1 ¹’² al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan Е-mail: [email protected] Anstarct. In this article, numerical modeling of the combustion processes of power-generating coal in the BKZ75 boiler in traditional and PFS (plasma fuel system) using plasma-chemical technologies in the gasification of solid lubricants, thermochemical preparation for combustion, hydrogenation, achieved as a result of many years of research, was carried out. The results of studies carried out on traditional (using four-carbon burners) and plasma activation modes were compared. Computer simulation of combustion processes was carried out using plasma-coal and threedimensional programs Cinar ICE. When using plasma fuel systems, the residue remaining on the burner at a height of 16.75 m is 1.5 times less than with the traditional one. The reduction of nitrogen oxide at the exit from the combustion increased the environmental and economic indicators of the combined heat and power plant. The efficiency of using plasma technology in coal-containing raw materials is characterized by the possibility of using high temperatures, a high degree of thermal conversion to obtain the required product. Key words: plasma chemical technology, combustion, plasma, gasification, plasma fuel system, coal burner, ecology.. 15.

(18) Вестник Алматинского университета энергетики и связи № 1 (52) 2021. ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА И ТЕПЛОТЕХНОЛОГИИ. МРНТИ 44.31.31. DOI 10.51775/1999-9801_2021_52_1_16. ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОЙ РАБОТЫ ТЕПЛООБМЕННИКОВ ТЭС Б.К. Муханов, Г.Т. Искакова* НАО «Алматинский университет энергетики и связи имени Гумарбека Даукеева», Алматы, Казахстан E-mail: [email protected] Аннотация. Статья посвящена проблеме повышения эффективности работы ТЭС в общем. Тема статьи является актуальной, так как без электро- и теплоэнергии невозможно представить современное общество. В этой связи возникает вопрос улучшения качества работы ТЭС за счет оптимизации работы отдельных составляющих ТЭС. Важной частью ТЭС являются теплообменники. В статье рассматриваются теплообменники, приводится описание их принципа работы. Приводится тепловой баланс теплообменников, а также приводятся показатели эффективности работы теплообменников. Каждый показатель эффективности работы теплообменника зависит от множества параметров, связанных между собой математическими зависимостями. В статье приводится математическое описание каждого показателя эффективности работы теплообменника, и с помощью программы Matlab Simulink моделируются, приводятся скрины собранных моделей. Дается заключение. Ключевые слова: теплообменник, показатель эффективности, эффективная работа теплообменника, математическое описание, моделирование.. Введение Несмотря на новые методы производства электроэнергии, основную часть вырабатывает теплоэлектростанция (ТЭС). Выработка электроэнергии при помощи ТЭС берет свое начало еще в XIX веке, проблемы по улучшению качества работы и экономии ресурсов остаются актуальными. Одну из основных частей ТЭС составляет ряд теплообменных аппаратов (теплообменников) (ТО), являющихся их неотъемлемой частью. Улучшение качества работы теплообменников приведет к решению проблемы экономии топлива. Работа теплообменников определяется протеканием большого комплекса сложных процессов: - передача выделившегося тепла из топки поверхностям нагрева посредством излучения и конвекции. - передача тепла от поверхностей нагрева рабочему телу: воде, пароводяной смеси, перегреваемому пару, воздуху. Эффективная работа теплообменника зависит от многих факторов. В данной статье эффективность работы теплообменников будет связываться с параметрами (термодинамическими показателями), которые будут группироваться по определенным показателям качества работы ТО. Показатели эффективной работы теплообменников Теплообменник – связующее звено, которое передает тепло от одного тела другому за счет процесса теплообмена. Греющая жидкость на входе подается с определенной температурой в теплообменник, также на вход подается и нагреваемой жидкость с температурой ниже чем первая. В результате теплообмена, понижается температура греющей жидкости и повышается температура нагреваемой жидкости. (рисунок 1). 16.

(19) Вестник Алматинского университета энергетики и связи № 1 (52) 2021. Рисунок 1. Принцип работы теплообменного аппарата Греющий теплоноситель (НТ) подается на вход (вх) теплообменника с определенной температурой (t) и расходом (G) для нагревания жидкости (НЖ). За счет процесса теплообмена получаем греющий теплоноситель на выходе с отличной от входной температурой и расходом, температура греющей жидкости понижается, а нагреваемой жидкости повышается. Оценка эффективности теплообменных аппаратов тесно связано с понятием эффективности теплообменника. ε  q qmax. где 𝑞 – фактически переданное количество теплоты; qmax – максимально возможное количество переданной теплоты. В случае, если эффективность теплообменника неудовлетворительна, необходимо искать причины потерь тепла. В этом случае показатель эффективности работы теплообменников можно описать с помощью теплового баланса, который можно представить на рисунке 2.. Рисунок 2. Тепловой баланс работы теплообменников В случае, когда на вход теплообменника подаются два тепловых потока различной температуры, а на выходе получается три тепловых потока (двое из них, это входные тепловые потоки с измененной температурой за счет теплоотдачи, и один поток характеризуется как потеря теплоты) [1]. В соответствии с этим, уравнение теплового баланса для теплообменного аппарата будет иметь вид: 𝑄1вх + 𝑄2вх = 𝑄1вых + 𝑄2вых + 𝑄П 𝑄1 = 𝑄1вх + 𝑄1вых 𝑄2 = 𝑄2вх + 𝑄2вых 𝑄1 = 𝑄2 + 𝑄П 17.

(20) Вестник Алматинского университета энергетики и связи № 1 (52) 2021. Тепловую эффективность теплообменного аппарата достаточно полно отражают показатели, такие как величина коэффициента теплопередачи, величина нагрева воды, а также эксергетические показатели [2]. Каждый из этих показателей является сложным параметром и зависит от многих факторов.. Рисунок 3. Показатели эффективности работы теплообменников Как видно из рисунка 3, эффективность работы теплообменника зависит от многих факторов. Контролировать и управлять этими факторами одновременно очень трудно или невозможно. Но если эти факторы объединить в определенные показатели качества, контроль над процессом упрощается. На рисунке выделены четыре показателя качества: коэффициент теплопередачи, величина недогрева воды, величина давления пара, эксергетические показатели. Коэффициент теплоотдачи зависит от таких, параметров как коэффициент теплоотдачи, толщина стенки поверхности теплообмена, наружный и внутренний диаметры трубы, коэффициент теплопроводности. Величина недогрева воды зависит от таких параметров, как температура воды на входе и выходе агрегата, расход воды, теплоемкость воды, коэффициент теплопередачи в аппарате, поверхность теплообмена. Величина давления пара зависит от величины недогрева воды, а также нагрева воды и температуры охлаждения воды на входе. Эксергетические показатели применяются тогда, когда использование аналитических методов невозможно или нецелесообразно из-за сложности происходящих в аппаратах процессов. Эксергетические показатели зависят от изменения энтальпии и энтропии рабочего тела, температуры окружающей среды, переданного количества теплоты, средней температуры и суммы эксергий потоков теплоносителей на входе и выходе аппарата. Группировка параметров по показателям качества дает возможность исследовать процесс точнее и рассматривать некоторые параметры в качестве переменных, что позволит исследовать процесс в динамике. Динамические процессы лучше отражают качество системы. Дают возможность прогнозировать поведение системы, выявлять уязвимые стороны и на основе этого улучшать качество системы в целом. 18.