3
Коммерциялық емес акционерлік
қоғам
ЖЫЛУЛАНДЫРУ ЖӘНЕ ЖЫЛУЛЫҚ ЖЕЛІЛЕРІ
5В071800 – Электр энергетикасы
мамандығының студенттері үшін дәрістер жинағы
Алматы 2018
АЛМАТЫ ЭНЕРГЕТИКА ЖӘНЕ
БАЙЛАНЫС УНИВЕРСИТЕТІ
Жылуэнергетикалық қондырғылар кафедрасы
4
ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР: И.Б.Бақытжанов, С.С.Сабаншиева, Д.Т .Муканова.
Жылуландыру және жылулық желілері. 5В071800 - Электр энергетикасы мамандығының студенттері үшін дәрістер жинағы. Алматы: АЭжБУ, 2018. - 69 бет.
Дәрістер жинағында жылуландырудың энергетикалық негіздері мен жылуландырудың тиімділігі, жылу өндіретін орталықтары мен қондырғылары және олардың жылу сұлбалары, жылулық желілерінің құрылымы мен жабдықтары қарастырылған. Жылулық желілердің жылу және гидравликалық есебі, жүктемесін реттеу және техника-экономикалық көрсеткіштерін есептеу тәсілдері келтірілген.
Дәрістер жинағы 5В071800 – Электр энергетикасы мамандығының студенттеріне арналған.
Без. 39, әдеб. көрсеткіші.- 5 атау.
Пікір жазған: Абильдинова С.К.
"Алматы энергетика және байланыс университетінің" коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2008 ж. қосымша жоспары бойынша басылады.
© «Алматы энергетика және байланыс университеті»КЕАҚ, 2018 ж.
5 Мазмұны
Дәріс №1 Жылуландыру және жылулық желілерінің негіздері... 3
Дәріс№2 Жылуландырудың энергетикалық тиімділігін анықтау... 5
Дәріс№3 Бу турбиналы жылу электр орталығындағы жылуландыру арқылы жұмсалған отын шығысының нақты үнемін табу... 11
Дәріс№4 Қалалар мен өндіріс орындарының жылу тұтынуы... сипаты……… 13 Дәріс№5 Жылдық жылу жүктемелері мен жүктемелердің графигі... 15
Дәріс№6 Жылумен қамтамасыз ету жүйелері... 16
Дәріс№7 Жылу жүктеме мөлшерін ортадан реттеу... 20
Дәріс№8 Жылу желінің гидравликалық есептеуі... 22
Дәріс№9 Жылулық желілерінің гидравликалық жұмыс тәртібі... 28
Дәріс№10 Жылу электр орталықтарының жылуландыру жабдықтары... 31
Дәріс№11 Жылуландыру пункттерінің жабдықтары... 36
Дәріс№12 Жылу желілерінің қондырғылары... 40
Дәріс№13 Жылу желі құбырларын орналастыру тәсілдері.……….. 49
Дәріс№14 Жылу желілерінің жылулық есебі... 55
Дәріс№15 Жылулық желілерін пайдалану негіздері... 62
Дәріс№16 Жылумен қамтамасыз ететін жүйелерінің техника- экономикалық көрсеткіштерін есептеу... 64
Әдебиеттер тізімі... 67
6
Кіріспе
Жылуландыру арқылы бір жерден электр энергия мен жылуды өндіру тиімді болады. Жылуландыру арқылы энергияны тиімді пайдаланудың екі қағидасы орындалады: ЖЭО жылу мен электр энергиясын қатар өндіру; бір ортадан жылумен қамтамасыз ету.
Қазіргі жылу электр станцияларында электр энергиясы екі тәсілмен өндіріледі: конденсатты; регенерациямен конденсатты жылыту арқылы ішкі жылуландыру деп айтуға болады. Жылу электр станциясы (ЖЭС) мен жылу электр орталығының (ЖЭО) айырмашылығы ‒ ЖЭС-та таза конденсатты тәсілімен өндірілетін электр энергиясының мөлшері көп болғаны.
Жылу электр орталығында электр энергия жылумен бірге және жылудан бөлек өндіріледі. Электр энергия жылумен бірге өндірілген кезде отын жылуы тиімді пайдаланылады да, отын шығысы төмен болады. Егер электр энергия жылудан бөлек өндірілетін болса, отын жылуы толық пайдаланылмайды да, отын шығысы жоғары болады. Сондықтан ЖЭО жұмысының тиімділігін жоғарылату үшін электр энергияны жылумен бірге өндірген дұрыс.
Осы курста жылумен қамтамасыз ету жүйелерінің түрлері, ЖЭО-ның жылуландыру жабдықтары қарастырылады. Жылу көздерінің құрылым сұлбалары және жылу желілерінің жылулық және гидравликалық есептеу әдістемесі келтірілген, ол бойынша студенттер машықтану сабақтарында және есептеу- сызба жұмыстарды орындау кезінде дағдыланады.
7
Дәріс №1. Жылуландыру және жылулық желілерінің негіздері
Дәрістің мақсаты: жылуландыру арқылы энергияны өндірудің тиімділігі және жылу электр орталығының (ЖЭО) жылулық сұлбаларының түрлері туралы жалпы түсінік.
Жылуландыру дегеніміз – орталықтан электр энергиясымен бірге өндірілген жылумен қамтамасыз ету. Электр энергиясымен бірге жылу электр орталығында (ЖЭО) өндірілген жылу, электр қуатынан бөлек су жылытқыш қазандықтарында өндірілген жылудан тиімді болады.
Жылумен орталықтан қамтамасыз ету жүйелер түрін таңдаған кезде аймақтың жылу жүктемесін ескеру қажет. Егер, жылулық жүктеме мөлшері төмен болса, ЖЭО салу тиімді болмауы мүмкін, сондықтан бұл жүктемені қамтамасыз ету үшін су жылытқыш қазандықтар қолданылады.
Жылуландыру арқылы энергияны тиімді пайдалануының екі қағидасы орындалады: ЖЭО жылу мен электр энергиясын қатар өндіру; бір ортадан жылумен қамтамасыз ету.
Жылу мен электр энергия қатар өндіру кезінде, барлық жұмсалған жылу мөлшері, жылу мен электр энергия бөлек өндірілген кезіндегіден төмен болады, сондықтан жылу және отын шығысы азаяды.
Жылу электр орталығында жоғары көрсеткішті бу, электр энергиясын өндірген соң жылуландыруға жіберіледі, сондықтан электр энергиясын өндіруге жұмсалған меншікті жылу мөлшері төмендейді.
Жылу мен электр энергиясы бөлек өндірілген кезде жылу электр станциясында (ЖЭС) жоғары көрсеткішті бу тек электр энергиясын өндіруге жұмсалады, ал жылу су жылытқыш қазандықтарында өндіріледі. Сонымен отын екі жерден - электр энергияны өндіруге ЖЭС-да және жылуды өндіруіне су жылытқыш қазандықтарында жұмсалады. Сондықтан, жылуландыру арқылы бір жерден электр энергия мен жылуды өндіру тиімді болады.
Жылу электр орталықтарының жылу сұлбаларының төрт түрі болады:
1) Турбинадан өткен бу жылуландыру жүйесіне баратын суды
жылытады‚ сонымен бу электр қуатын өндіруіне және жылуландыруға жұмсалады, бұл бу турбинасы нашар вакуумды ЖЭО.
2) Бу турбинасы қарсы қысымды, өндіріске бу жіберетін ЖЭО.
3) Бу турбинасы конденсатты, бу алымы арқылы өндіріске бу жіберетін ЖЭО.
4) Бу турбинасы конденсатты, бу алымы бар, су жылытқыш арқылы жылуландыруға ыстық су жіберетін ЖЭО [1].
1.1 суретінде, Тs-диаграммасында Карно циклдары көрсетілген. 1.1 а- суретінде конденсатты, тек электр энергия өндіру циклы, ал 1.1 б-суретінде жылуландыру, электр энергиясымен бірге жылу өндіру циклы.
Екі циклдағы жылу кірісі бірдей:
qө = Тк·∆s . Өндірілген жұмыс мөлшері:
8 Конденсатты циклындағы:
ℓжк
= (Тк – Тқ.о)·∆s ; Жылуландыру циклында:
ℓжж = (Тк – Тш)·∆s ;
мұнда Тк – циклдағы жылу кірісінің температурасы, К; Тқ.о – қоршаған ортаның температурасы, К; Тжт – циклдан жылуландыруға жіберілетін жылутасығыш температурасы, К.
Жылуландыруға жіберілген пайдалы жылу мөлшері: конденсатты циклындағы:
qжк = 0 ; жылуландыру циклындағы:
qжж = Тш·∆s .
1.1 сурет - Карно циклдарының Тs-диаграммасындағы көрінісі Жұмыс өндіруге жіберілген меншікті жылу мөлшері:
-конденсатты циклындағы
s T
T Т s q q
кo к
к к
ж к п
р
( . ) >1‚ (1.1) -жылуландыру циклындағы
qрж
= 1
) (
)
(
s T T
s Т T
q q
ш к
ш к Т
р Т Т п
. (1.2) Конденсатты және жылуландыру циклдарындағы жұмыс өндіруге жіберілген меншікті жылуларының айырмашылығы:
к жр
р q
q q
. (1.3) Осы (1.3) формула конденсатты циклына қарағанда жылуландыру циклындағы жұмыс өндіруге жұмсалған меншікті жылу мөлшерінің азайғанын көрсетеді.
Жылу мен электр энергиясын қатар өндіру қазіргі кездегі жылу энергетикасындағы негізгі ең тиімді жол болады.
ЖЭО-ның өнімділігін жылу пайдалану коэффициенті (п) арқылы бағалайды.
Бұл коэффициент циклдағы пайдалы жұмыс (э) пен тұтынушыларға берілген
9
жылу (q2) мөлшерлерінің жағылған отынның жылуына (q1) қатынасы болып табылады
1 2
q
э q
п
, әлде
тж
п т
Q B
Q N
,
мұнда N – бу турбиналы қондырғының электрлік қуаты;
В – отын шығысы;
Т
Qж–отынның жану жылулығы;
Qт – тұтынушыларға берілген жылу.
Жылуландырудың энергетикалық тиімділігі аудандық қазандықтарына қарағанда жылу электр орталығындағы отын шығысының кемуімен байланысты.
Сонымен, жылу мен электр энергиясын бөлек өндіргеніне қарағанда, ЖЭО-да бірге өндіргенде отын шығысы азаяды
∆В = Вб – Вж , (1.4) мұнда Вб – жылу мен электр энергиясын бөлек өндірген кезіндегі отын шығысы; Вж – жылу мен электр энергиясын бірге өндірген (жылуландыру) кезіндегі отын шығысы.
Жылуландырудың энергетикалық тиімділігін тағы бір көрсеткішпен бағалауға болады, бұл отын жылуын қолдану коэффициенті ηқ. Отын жылуын қолдану коэффициенті жылу электр орталығынан жіберілген жылу мен электр энергиясының және жағылған отынның жылу эквиваленттерінің қатынасы болады
ηқ = (Q + Э)/ (В·Qтж)‚ (1.5) мұнда Q – жылу электр орталығынан жіберілген жылу мөлшері;
Э – жылу электр орталығынан жіберілген электр энергия мөлшері;
В – отын шығысы; Qтж – отынның жану жылулығы.
Бірақ отын жылуын қолдану коэффициенті ηқ жылуландырудың энергетикалық тиімділігін көрсетпейді.
Электр энергиясы жылуға қарағанда жетілген энергия түрі, ал (1.5) формуласында электр энергия жылумен бірге қосылған, бұл термодинамиканың бірінші заңына қарсы болмағанмен, дәлдігі дұрыс келмейді. ЖЭО жылу өндіруін электр энергия өндіруінің азайтуына байланысты көбейтсе, отын жылуын қолдану коэффициенті ηқ мөлшері жоғарылайды, ал жылуландырудың энергетика жүйесіндегі толық тиімділігі азаяды. Егер жылу мен бірге шығарылатын электр энергия мөлшері көбейсе, отын жылуын қолдану коэффициентінің ηқ мөлшері төмендегенмен, жылуландырудың энергетика жүйесіндегі толық тиімділігі жоғарылайды.
Электр энергия мен жылу өндіруіне бу турбиналы ЖЭО жұмсалған отын шығысын келесі формуламен табуға болады:
10
Вт = Вт.э + Вт.т ‚ (1.6) мұнда Вт.э –электр энергиясын өндіруіне жұмсалған отын шығысы;
Втж – жылу өндіруіне жұмсалған отын шығысы.
Дәріс №2. Жылуландырудың энергетикалық тиімділігін анықтау Дәрістің мақсаты: ЖЭО-ның қарапайым жылулық сұлбасы бойынша, ішкі және сыртқы жылуландыру арқылы өндірілген электр энергия мөлшерін анықтау әдістемесі туралы маңызды мәліметтерді алу.
ЖЭО орнатылатын жылуландыру бу турбиналарының өндіретін электр энергиясы жылуландыру арқылы және конденсатты өндіруге бөлінеді.
Сондықтан, толық өндірілетін электр энергиясының мөлшері, келесі формуламен табылады
Э = Эж + Эт.к ‚ (2.1) мұнда Эт – жылуландыру арқылы өндірілген электр энергия;
Эт.к – конденсатты түрмен өндірілген электр энергия.
ЖЭО жылуландыру арқылы өндірілген электр энергия мөлшері келесі формуламен табылады:
Эж = эж·Qт ‚ (2.2) мұнда эж –жылуландыру арқылы өндірілген меншікті электр энергия мөлшері;
Qт – сыртқы жылу тұтынушыларға жіберілген жылу мөлшері.
Жылуландыру арқылы өндірілген меншікті электр энергия мөлшерін Карно циклы (1.2 сурет) арқылы табуға болады
эж = 1
ш к ш
ш к
Т Т Т
Т
Т ‚ (2.3) мұнда Тк және Тш – жылудың кірісі мен шығысының температурасы, К.
Егер жылуландыру арқылы өндірілген меншікті электр энергия мөлшерін, өндірілген электр энергиясын кВт·сағ, ал жылуды ГДж әлде Гкал деп алсақ, (2.3) формуласын келесі түрде жазуға болады:
эж = 278·
1
ш к
Т
Т , кВт·сағ/ГДж; (2.4) әлде
эж=1163·
1
ш к
Т
Т ,кВт·сағ/Гкал. (2.5) Негізінде 1 ГДж = 1/ 4,187 Гкал = 278 кВт·сағ, сондықтан (2.4) – (2.5) формулалар бір-біріне тең болады, 278 кВт·сағ/ГДж = 1163 кВт·сағ/Гкал = 1 ГДж/ГДж. Жылуландыру арқылы өндірілген меншікті электр энергия мөлшері (2.3) циклдағы жылудың кіріс температурасы Тк өскенде, ал жылудың шығыс температурасы Тш төмендегенде өседі. Жылудың шығыс температурасын төмендету үшін екі әлде үш рет жылыту пайдаланылады. Бұл кезде жылудың
11
бір бөлегі төмен температурасымен Тш беріледі, сондықтан меншікті жылуландыру арқылы өндірілген электр энергия мөлшері азаяды.
Қазіргі бу турбиналы ЖЭО-да регенеративті су жылыту жүйесі қолданылады, бұл ішкі жылуландыру болып саналады. Сондықтан, негізінде электр энергия сыртқы және ішкі жылуландыру арқылы өндіріледі. Қуаты жоғары ЖЭО-да ішкі жылуландыру арқылы өндірілетін электр энергия бөлшегі 15 – 20 % дейін жетеді. Бұл қосымша өндірілетін энергия бөлшегін есепке алмауға болмайды. Жылу электр орталығындағы жылуландыру арқылы өндірілген толық меншікті электр энергия мөлшерін келесі формуламен өрнектеуге болады:
эж = эо + эі.ж = эо·(1 + ет), (2.6) мұнда эо – сыртқы жылуландыру арқылы өндірілген меншікті электр энергия мөлшері;
эі.ж – ішкі жылуландыру арқылы өндірілген меншікті электр энергия мөлшері;
еж = эі.тж /эо – ішкі жылуландыру арқылы өндірілген электр энергияның келтірілген мөлшері.
Егер ЖЭО-ғы барлық шығындарын ескерген кезде сыртқы жылуландыру арқылы өндірілген нақты меншікті электр энергия мөлшерін келесімен өрнектеуге болады:
эо = Нт·ηоі·ηэм /(іж – ік.т)‚ (2.7) егер эо мөлшерін кВт·сағ/ГДж әлде кВт·сағ/Гкал алсақ
эо = 278·Нт·ηоі·ηэм /(іж – ік.т) , (2.8) эо = 1163·Нж·ηоі·ηэм /(іж – ік.т) ‚ (2.8.1) бұл жерде Нт – будың турбинаға кірісінен жылуландыруға жіберілуіне дейінгі изоэнтропты жылу құламасы;
ηоі – турбинаның ішкі келтірілген пайдалы әсер коэффициенті (ПӘК);
ηэм – электрмеханикалық ПӘК;
іж – жылуландыруға алынған бу энтальпиясы, іж = іо – Нт·ηоі ; іо – турбинаның кірісіндегі бу энтальпиясы;
ік.т – жылуландыруға алынған бу конденсатының энтальпиясы.
Ішкі жылуландыру арқылы өндірілген меншікті электр энергия мөлшерін эв.т есептеп табу өте қиын және тек жылу сұлбасы (схемасы) белгілі ЖЭО-на есептеуге болады. Профессор Е.Я.Соколов бұл есептің жеңілдетілген әдістемесін тапқан. Әдістеме бойынша ЖЭО-ның қарапайым жылу сұлбасы алынады, 2.1 суреттен сұлба бойынша жылуландыру жылытқыштан соң бір регенеративті араластырғыш су жылытқыш орналасқан.
12
1 - бу генератор; 2 - бу турбина; 3 - жылуландыру жылытқыш; 4 - регенеративті жылытқыш; 5 - насос.
2.1 сурет - ЖЭО-ның қарапайым жылу сұлбасы (схемасы)
Регенеративті жылытқышқа жылуландыру жылытқыштан шыққан конденсат кіріп, tк.т (Tк.т) температурасынан tқ.с (Tқ.с) температурасына дейін жылытылады. Бұл температуралар, жылуландыру және регенерацияға алынған булардың қанығу (қайнау) температураларына тең.
Осы қарапайым жылу сұлба бойынша ішкі жылуландыру арқылы өндірілген меншікті электр энергия мөлшері:
эі.ж =
р кс
т к к с т
к т
эм оі р
і і
і і і
і Н
. . .
.
‚ (2.9) мұнда Нр – турбинадан регенеративті жылытқышқа алынатын будың адиабатты жылуқұламасы;
ір – регенеративті жылытқышқа алынатын будың энтальпиясы (ір = іо - Нр·ηоі).
Ішкі жылуландыру арқылы өндірілген келтірілген меншікті электр энергия мөлшерін (2.8) және (2.9) теңдеулерін бірге шығарып табамыз:
еі.ж =
р кс
т к с к Т
р
і і
і і Н Н
. . .
. (2.10) Ішкі жылуландыру арқылы өндірілген келтірілген меншікті электр энергия мөлшері, қыздырылған бу көрсеткіштері мен қоректендіру судың температурасы өскен сайын, ал жылуландыруға арналған будың қысымы төмендеген сайын өседі. Жылу электр орталығындағы электр энергиясын өндіруге жұмсалған отын шығысы:
Вт.э = bэт·Эж + bэт.к·Эт.к ‚ (2.11)
13
мұнда bэт – сыртқы жылуландыру арқылы өндірілген электр қуатының меншікті отын шығысы; bэт.к – ішкі жылуландыру арқылы өндірілген электр қуатының меншікті отын шығысы.
Сыртқы жылуландыру арқылы өндірілген электр қуатының меншікті отын шығысы:
bэт = 1/(ηбг·ηэм)‚ (2.12) мұнда ηбг – бу генератордың ПӘК-ті.
Ішкі жылуландыру арқылы өндірілген электр қуатының меншікті отын шығысы:
bэт.к = 1/(ηбг·ηэм·ηріт)‚ (2.12.1) мұнда ηріт – ЖЭО-ның конденсатты, регенерация арқылы электр қуатын өндіруінің ішкі абсолютты ПӘК-ті.
ЖЭО-ның конденсатты, регенерация арқылы электр қуатын өндіруінің ішкі абсолютты ПӘК-ті:
ηріт = ηіт·
к iт т
к т
е е
. .
1
1 . (2.13) ЖЭО-ның конденсатты, регенерациясыз электр қуатын өндіруінің ішкі абсолютты ПӘК-ті:
ηіт = Нт.к·ηоі /(іо – іт.к) . (2.14) Конденсатты өндірілген келтірілген меншікті электр энергия мөлшері:
ет.к =
р кс
к т с к к т
р
і і
і і Н
Н
. . .
.
. (2.15) Жылу өндіруге жұмсалған отын мөлшері:
Вт.т = bтт·Q ; (2.16) мұнда bтт – жылу өндіруге жұмсалған меншікті отын шығысы:
bтт = 1/ηбг ; (2.17) Жылу өндіруге жұмсалған меншікті отын шығысын кг/ГДж әлде кг/Гкал мен көрсету үшін 0,029 ГДж/кг әлде 0,007 Гкал/кг бөлу қажет, сонда:
bтт = 34,1/ηбг ‚ (2.18) әлде
bтт = 143/ηбг . (2.19) Жылу мен электр энергиясын бөлек өндірген кезіндегі отын шығысы екі қосынды арқылы табуға болады:
Вр = Вр.э + Вр.т , (2.20) мұнда Вр.э – электр энергиясын конденсатты жылу электр станциясында өндіруге жұмсалған отын мөлшері; Вр.т – аудандық қазандықтарындағы жылу өндіруге жұмсалған отын мөлшері.
Қазіргі жылу электр станцияларында электр энергиясы екі тәсілмен өндіріледі: конденсатты; регенерациямен конденсатты жылыту арқылы ішкі жылуландыру деп айтуға болады. Жылу электр станциясы (ЖЭС) мен жылу электр орталығының (ЖЭО) айырмашылығы, ЖЭС-та таза конденсатты тәсілімен өндірілетін электр энергиясының мөлшері көп болғаны. Ал ішкі жылуландыру дегеніміз – конденсатордан шыққан конденсатты tк
14
температурасынан tқс температурасына дейін регенеративті жылытқыштарда жылыту арқылы электр қуатын өндіру. Сондықтан, (2.10) формуласына келтіріп, ЖЭС-қа келтірілген меншікті ішкі жылуландыру арқылы өндірілген электр энергия мөлшерін келесімен өрнектеуге болады:
ек =
р кс
к к с к к р
і і
і і Н Н
. . .
‚ (2.21) мұнда ек – ішкі жылуландыру арқылы өндірілген электр энергия мөлшерінің таза конденсатты өндірілген электр энергия мөлшерімен қатынасы;
Нк – турбинадағы изоэнтропиялық жылу құламасы;
ік.к – конденсатордан шыққан конденсат энтальпиясы.
ЖЭС-та өндірілген электр қуатына жұмсалған меншікті отын шығысы:
bэк = 1/(ηбг·ηэм·ηрік)‚ (2.22) мұнда ηрік – ЖЭС-тың конденсатты, регенерация арқылы электр қуатын өндіруінің ішкі абсолютты ПӘК-ті.
Ал ЖЭС-тың конденсатты, регенерациясыз электр қуатын өндіруінің ішкі абсолютты ПӘК-ті:
ηік = Hк·ηоі / (іо – ік.к)‚ (2.23) мұнда іо – турбина алдындағы қыздырылған бу энтальпиясы;
ηоі – турбинаның ішкі келтірілген ПӘК-ті.
ЖЭС-тың конденсатты, регенерация арқылы электр қуатын өндіруінің ішкі нақты ПӘК-ті:
ηрік = ηік·
к iк к
е е
1
1 . (2.24) ЖЭС-тағы электр қуатын өндіруге жұмсалған отын мөлшері:
Вр.э = bэк·Э‚ (2.25) мұнда bэк – электр энергиясын өндіруге жұмсалған (2.22) меншікті отын шығысы.
Электр қуатынан бөлек жылу өндіруге жұмсалған отын мөлшері:
Вр.т = bтқ·Qа.қ/ηс.қ‚ (2.26) мұнда bтқ – қазандықтарда жылу өндіруге жұмсалған меншікті отын шығысы;
ηс.қ – қазандықтардан шығатын жылуландыру жүйесінің ПӘК-ті.
Қазандықтардағы жылу өндіруге жұмсалған меншікті отын шығысы bтқ = 1/ηа.қ; (2.27) әлде
bтқ = 34,1/ηа.қ; (2.28) bтқ = 143/ηа.қ. (2.29)
15
Дәріс №3. Бу турбиналы жылу электр орталығындағы жылуландыру арқылы жұмсалған отын шығысының нақты үнемін табу
Дәрістің мақсаты: бу турбиналы ЖЭО-ғы жылуландыру арқылы жұмсалған отын шығысының нақты үнемін табу формуласы, жылу электр орталығы жұмысының тиімділік көрсеткіштерін анықтау бойынша білімін тереңдету.
ЖЭО-ғы жылуландыру арқылы және ЖЭС-ы мен аудандық қазандықтарындағы электр және жылу энергия өндірген кездегі отынның нақты үнемі екі қосындыдан тұрады:
∆В = ∆Вэ + ∆Вт , (3.1) мұнда ∆Вэ – ЖЭС-ы мен ЖЭО-ғы электр қуатын өндіруге жұмсалған отын мөлшерінің айырмашылығы;
∆Вт – аудандық қазандықтарындағы және ЖЭО-ғы жылу өндіруге жұмсалған отын мөлшерінің айырмашылығы.
Қазіргі жылуландырудың жетілген кезінде маңызды болатын бірінші қосынды ∆Вэ , жылуландыру арқылы электр қуатын өндіру кезіндегі отынның үнемі. Осы отын үнемін академик Л.А. Мелентьев формуласымен табуға болады:
∆Вэ = Эт·( bэк – bэт) – Эт.к·( bэт.к – bэк) . (3.2) Осы (3.2) формуласындағы бірінші қосынды ЖЭО-ғы жылуландыру арқылы электр қуатын өндірген кездегі отын үнемі. Екінші қосынды ЖЭС-ға қарағандағы ЖЭО-ғы конденсатты тәсілмен электр қуатын өндірген кездегі отынның артық шығыны. Л.А. Мелентьев формуласымен жылу электр станцияларын жобалаған кезде пайдалану дұрыс.
Ал жұмыс кезінде келесі формуламен пайдаланған жөн:
∆Вэ = Э·( bэк.ср – bэт.ср) , (3.3) мұнда Э– өндірілген электр энергия мөлшері;
bэк.ср және bэт.ср – электр энергиясын өндіруге жұмсалған негізгі меншікті отын шығысы.
Аудандық қазандықтар мен ЖЭО-ғы жылу өндіруге жұмсалған отын шығысының айырмашылығы:
∆Вт = Qа ·[( bтк / ηс.қ ) – (bтт / ηс.т)] , (3.4) мұнда Qа – абоненттерге (тұтынушыларға) берілген жылу;
bтк және bтт – аудандық қазандықтарда және ЖЭО-ғы жылу өндіруге жұмсалған негізгі меншікті отын шығысы;
ηс.қ , ηс.т – аудандық қазандықтары мен ЖЭО-ғы жылу жүйелерінің ПӘК-і.
Л.А. Мелентьев формуласымен жылу электр орталықтарын жобалаған кезде пайдаланамыз, ал ЖЭО-ның тиімділігін жұмыс атқарып тұрған кезде де табу қажет. Бу турбиналы жылу электр орталығының (ЖЭО) пайдалану кезіндегі тиімділігін табу үшін энергияның екі түрін де (жылу мен электр энергиясын) есепке алу қажет.
16
Жылу электр орталығында электр энергия жылумен бірге және жылудан бөлек өндіріледі. Электр энергия жылумен бірге өндірілген кезде отын жылуы тиімді пайдаланылады да, отын шығысы төмен болады. Егер электр энергия жылудан бөлек өндірілетін болса, отын жылуы толық пайдаланылмайды да, отын шығысы жоғары болады. Сондықтан ЖЭО жұмысының тиімділігін жоғарылату үшін электр энергияны жылумен бірге өндірген дұрыс.
ЖЭО жұмысының тиімділігін тексеріп отыру үшін отын жылуын қолдану коэффициенті ηқ , электр энергия және жылуды өндіру пайдалы әсер коэффициенттері ηэжэо , ηтжэо . Отын жылуын қолдану коэффициенті ηқ ЖЭО жұмысының тиімділігін толық көрсетпейді. Электр энергиясы жылуға қарағанда жетілген энергия түрі, ал отын жылуын қолдану коэффициентін табу кезінде ηи = (Q + Э)/ (В·Qрн) электр энергия жылумен бірге қосылған, бұл термодинамиканың бірінші заңына қарсы болмағанмен, дәлдігі дұрыс келмейді. Электр энергия ηэжэо және жылуды ηтжэо өндіру пайдалы әсер коэффициенттері (ПӘК) және олардың кері мөлшерлері меншікті отын шығыстары bэжэо = 1/ ηэжэо , bтжэо = 1/ηтжэо жылу электр орталығының тиімді жұмыс тәртібін таңдауға толық пайдасы тимейді. Жылу электр орталығының тиімділігін турбинаның бу алымының жылуы арқылы өндірілген меншікті электр энергия мөлшерімен де көрсетуге болады:
этэ = Эт/Qт , (3.5) мұнда Эт – турбинаның бу алымы арқылы өндірілген электр энергия;
Qт – турбинаның бу алымынан жылуландыруға берілген жылу.
Турбинаның бу алымының жылуы арқылы өндірілген меншікті электр энергия мөлшері ЖЭО тиімді жұмыс тәртібін толық көрсетпейді.
Жылу электр орталығын күтіп пайдаланатын және жұмысын тексеретін қызметкерлеріне керекті тиімділік көрсеткіші болатын отынның тиімділіктен жағылмаған негізгі ∆Вэкжэо және ең жоғары ∆Вэкмакс мөлшерлерінің қатынасы:
ηээжэо = ∆Вэкжэо / ∆Вэкмакс
= (Вб – Вжэо)/(Вр – Вжэомин
), (3.6) мұнда Вр – жылу мен электр энергиясын бөлек өндірген кезіндегі отын шығысы Вр = Вр.э + Вр.т , (2.20) арқылы табуға болады;
Вжэо – жылу электр орталығындағы отын шығысы Вжэо = Вт.э + Вт.т , (2.11) және (2.16) арқылы табылады.
Жылу электр орталығындағы ең төмен отын шығысы:
Вжэомин
= [Q·(эмаксэ + 1)]/Qрн . (3.7) Өндірілген жылу энергияның толық шығысы:
Q = Qал + Qсв + Qп.к , (3.8) мұнда Qал – турбина бу алымынан берілген жылу мөлшері;
Qсв – бу қазаннан РОУ арқылы берілген жылу мөлшері;
Qп.к – су жылытқыш қазан арқылыберілген жылу мөлшері.
Бу алымының жылуы арқылы өндірілген меншікті электр энергияның ең жоғарғы мөлшері:
эмаксэ = Эмакст/Qмакст . (3.9)
17
Дәріс №4. Қалалар мен өндіріс орындарының жылу тұтынуы
Дәрістің мақсаты: тұтынушыларға жылу энергиясының жеткізілуі, жүктемелер мөлшерінің өзгеруі туралы жалпы түсінік.
Жылу жүйелерімен әртүрлі тұтынушыларға жылу энергиясы жеткізіледі. Біраз жылу жүктемесі болғанымен, оларды пайдалану мерзімі бойынша екі түрге бөлуге болады:
- маусымдық жылу жүктемесі (МЖЖ);
- жылдық жылу жүктемесі (ЖЖЖ).
МЖЖ өзгеруі сол аймақтың ауа-райымен байланысты: сыртқы ауаның температурасы; желдің бағыты мен жылдамдылығы; күн сәулесінің жылуы;
ауа ылғалдылығы мен т.б. Осылардың ішіндегі ең маңыздысы сыртқы ауаның температурасы. МЖЖ-ің жыл бойында өзгергенмен, тәуліктік өзгерісі негізінде болмайды. МЖЖ-іне кіретіндер: жылыту, желдету және ауаны кондиционерлеу. Жылыту мен желдету қысқы, ал ауа кондиционерлеуі жазғы жүктемелерге жатады.
ЖЖЖ-ге кіретін өндіріс орындарының тәсілдемелік бу мен ыстық су жүктемесі және тұрмыстық ыстық су жүктемесі. Бұл жұктемелер мөлшерінің өзгеруі өндіріс пен тұрмыстық орындарының жұмыс тәртібіне байланысты.
Ыстық су мен өндірістік бу жүктемелері сыртқы ауаның температурасымен байланысы өте аз болады. ЖЖЖ-ің тәуелдік өзгеруі тұрақсыз болғанымен, жыл бойы мөлшері тұрақты болады.
МЖЖ-не кіретін жылыту және желдету жүктемелері. Жылыту жүктемесінің ең бірінші міндеті тұрғын үйлер мен қоғамдық ғимараттар ішіндегі ауаның температурасын керекті деңгейінде ұстап тұру. Бұл үшін жылудың шығыны мен кірісінің теңдігін сақтау қажет. Жылудың шығыны мен кірісінің теңдігін келесі формуламен көрсетуге болады:
Q = Qт + Qи = Qо + Qтв , (4.1) мұнда Q – тұрғын үйлер мен қоғамдық ғимараттардың толық жылу шығыны;
Qж – үйлер мен ғимараттардың қабырғасы арқылы жылу шығыны;
Qи – инфильтрация арқылы жылу шығыны бұл әртүрлі саңылаулар арқылы сырттан кірген ауаны жылытуға шығын болған жылу;
Qо – жылуландыру жүйелер арқылы үйлер мен ғимараттарға кірген жылу;
Qіж – ішкі жылу мөлшері.
Негізінде жылу шығыны қабырғалар арқылы болғаннан Qт , толық жылу шығынын келесі формуламен өрнектейміз:
Q = Qж·(1 + μ) , (4.2) мұнда μ = Qи / Qж – инфильтрация (саңылаулық) коэффициенті.
Жылуландыру жүйелерін жобалаған кезде ішкі жылу мөлшерін есепке алмайды Qіж = 0, сонымен толық жылу шығыны мен жылуландыру жүйелер жылуы тең болуы қажет Q= Qо .
18
Үйлер мен ғимараттардың қабырғалары арқылы кететін жылу шығынын профессор Н.С. Ермолаев формуласымен табуға болады:
Qж = qо·V·(tв – tн) , (4.3) Ал толық жылу шығынын, әлде жылуландыру жүйелер жылуын инфильтрация коэффициентімен ескереміз:
Q= Qо = (1 – μ)·qо·V·(tі – tс) , (4.4) мұнда μ – инфильтрация (саңылаулық) коэффициенті, (тұрғын үйлерге 0,03-0,06; ал өндіріс ғимараттарына 0,25-0,30 аралығында болады);
qо – үйлер мен ғимараттардың меншікті жылу шығыны, Вт/(м3·К);
V – үйлер мен ғимараттардың сыртқы қабырға бойымен алынған көлемі, м2;
tі, tс – жылытылатын үйлер мен ғимараттардың ішкі және сыртқы ауа температурасы, К (оС).
Жылуландыру жүйенің жылу қуатын есептеген кезде (4.3) формуласын қолданады, ал инфильтрация коэффициентін (μ) есепке алу үшін меншікті жылу шығынының (qо) мөлшерін шамамен жоғарылатып алады. Тұрғын үйлердің меншікті жылу шығыны 4.1 кестеде көрсетілген.
4.1 к е с т е
Үйлер қабаттығы 1 2 – 3 4 – 5 6 және жоғары Меншікті жылу
шығыны, Вт/(м3·К)
0,7 – 0,8 0,47 – 0,58 0,42 – 0,47 0,35 – 0,4
Үйлердің ішіндегі ауаның температурасын санитарлық норма бойынша алу қажет tі = 18 оС. Сыртқы ауа температурасы tс жылытуды жобалауға арналған, 50 жылдағы ең салқын сегіз қыс кезіндегі, ең салқын бес күндіктің орташа температурасы алынады tсо . Бұл температура жергілікті ауа-райына байланысты.
Желдетуге шығынданған жылу мөлшері келесі формуламен табылады:
Qж = жV·(tі – tс) , (4.5) мұнда qж – ғимараттарды желдетуге шығынданған меншікті жылу, Вт/(м3·К);
V – үйлер мен ғимараттардың сыртқы қабырға бойымен алынған көлемі, м3;
tі, tс – желдететін ғимараттардың ішкі және сыртқы ауа температурасы, К (оС).
Сыртқы ауа температурасы tс желдету жүйелерін жобалауға арналған температураға tнж тең алынады. Ғимараттарды желдетуге шығынданған меншікті жылу мөлшері құрылыс нормалары мен ережелерінде берілген, шамамен qж = 0,235 Вт/(м3·К);
19
Дәріс №5. Жылдық жылу жүктемелері мен жүктемелердің графигі Дәрістің мақсаты: жылдық жылу жүктемелер графигін тұрғызу бойынша дағдылану, өндіріс орталығын жобалау кезінде маңызды мәліметтерді алу.
Жылдық жылу жүктемелеріне кіретін өндіріс орындарының тәсілдемелік жылу жүктемесі өндіріс қуатымен байланысты, сондықтан өндіріс орталығының жобасымен бірге есептеледі.
Ал ыстық су жүктемесін, жылу жүйелерін жобалаған кезде есептеу қажет. Ыстық су жүктемесі халық санына байланысты есептеледі. Тұрғын үйлердің ыстық су жүктемесі:
Qорыс =
c с ы
n t с t
м
а
, (5.1) мұнда а – тұрғын үйдегі бір адамға ыстық су шығыны, кг/тәулік;
м – тұрғындар саны;
с – судың жылу сыйымдылығы, кДж/(кг·К);
tы , tс – ыстық және суық су температуралары (tы = 65 оС; tс = 5 ; 15 оС);
nс = 24 сағ. – тәуліктегі сағат саны.
Егер тұрғын үйлер мен қоғамдық ғимараттардың толық ыстық су жүктемесін алсақ:
Qорыск =
c
с ы
n
t с t
м
аb
, (5.2) мұнда (а + b) – тұрғын үйдегі бір адамға ыстық судың шығыны, кг/тәулік, (а = 110 кг/тәулік; b= 20 кг/тәулік).
Орталықтан жылу өндіретін көздерін жобалаған кезде олардың жылу қуатын табу үшін халық санын алып, бір адамға шығынданатын жылуға көбейтеді. Қазақстанның солтүстік аймақтарында: q1 = 1,71 кВт/адам; q2 = 0,8 кВт/адам; егер қаладағы халық саны М = 500000 адам болса, жылуландыруға керекті жылу қуаты:
Q = Qж + Qыск = (q1 + q2)·М =(1,71 + 0,8)·500000 = 1255000 кВт = 1255 МВт.
Толық жылу жүктемелері табылған соң жүктемелердің жылдық сызбағы салынады. Жылу жүктемелері сыртқы ауа температурасымен байланысты. Бұл жыл ішіндегі жылу шығысын табуға кедергі болады. Сондықтан жыл ішіндегі жылу шығысын жылу жүктемелерінің жылдық сызбағымен тапқан дұрыс.
Жылу жүктемелерінің жылдық сызбағы екі сызбағынан тұрады. Сол жағында сыртқы ауа температурасына байланысты жылу жүктеменің өзгеруі, оң жағында уақытқа байланысты жылу жүктеменің өзгеруі. Егер, оң жағындағы жылу өзгеріс сызық астындағы ауданды тапсақ, бұл жылдық жылу жүктемесінің мөлшері болады. Сол жақтағы сызбағын салу үшін жергілікті сыртқы ауаның есептеулік температураларын білу қажет. Бұл температуралар:
а) tсе – жылуландыру жүйелерін жобалауға арналған сыртқы ауа температурасы;
20
б) tсж – желдету жүйелерін жобалауға арналған сыртқы ауа температурасы;
в) tсор – жылуландыру жүйелерін жобалаған аймағының сыртқы ауасының орташа температурасы;
г) tсса – жылуландыру жүйелерін жобалаған аймағының ең салқын айындағы сыртқы ауасының орташа температурасы. Оң жақтағы графикті салу үшін жергілікті сыртқы ауаның есептеулік температураларының жыл бойы тұратын уақытын білу қажет.
Мысалы Алматы қаласына:
tес= -25 оС; tсж = -10 оС; tсор = - 2,1 оС; tсса = -7,4 оС.
Жергілікті сыртқы ауаның температураларының жыл бойы тұратын уақыты 5.1 кестеде көрсетілген.
5.1 к е с т е
tс, оС -25 -20 -15 -10 -5 0 +8
, сағ 122 300 622 1102 1810 2820 4000
5.1 сурет - Жылу жүктемелерінің жылдық сызбағы Дәріс №6. Жылумен қамтамасыз ету жүйелері
Дәрістің мақсаты: жылумен қамтамасыз ету жүйелерінің түрлері, жылу электр орталықтарының жылу сұлбалары, жылутасығыш және жылумен қамтамасыз ету жүйелері туралы жалпы түсінік.
6.1. Жылумен қамтамасыз ету жүйелерінің түрлері
Жылумен қамтамасыз ету жүйелерінің міндеті тұтынушыларды керекті жылу мөлшерімен қамтамасыз ету. Жылумен қамтамасыз ету жүйелерінің екі түрі болады: орталықтандырылған және жекешелендірілген.
21
Жекешелендірілген жылумен қамтамасыз ету жүйелері жылумен тек бір тұтынушыны қамтамасыз етеді. Орталықтандырылған жылумен қамтамасыз ету жүйелері жылумен бірнеше тұтынушыларын қамтамасыз етеді.
Орталықтандырылған жылумен қамтамасыз ету жүйелері тұтынушыларға байланысты төрт түрге бөлінеді:
- бір топ тұтынушыларды (бірнеше үйлерді) қамтамасыз етуге арналған;
- аудандық – бір ауданды жылумен қамтамасыз етуге арналған;
- қалалық – бір қаланы жылумен қамтамасыз етуге арналған;
- қала аралық – бірнеше қаланы жылумен қамтамасыз етуге арналған.
Орталықтандырылған жылумен қамтамасыз ету жүйелеріне кіретін:
- жылу мен жылутасығыш дайындау;
- жылу тасығышты (жылуды) тұтынушыға жеткізу; жылуды пайдалану.
Жылу мен жылутасығыш дайындауы жылу электр орталықтарында, аудандық әлде қалалық қазандықтарында (жылу көздерінде) өтеді. Жылу тасығышты (жылуды) тұтынушыға жеткізуі жылулық желілер арқылы өтеді.
Жылуды пайдалану жылу қабылдағыш қондырғыларында өтеді.
6.2 Жылу көздерінің құрылым сұлбалалары
Жылу көздерінде жылу мен жылу тасығыш дайындалады. Жылуды көбінесе ЖЭО-да өндіреді. ЖЭО-ның екі түрінің жылу сұлбалары 6.1 суретте көрсетілген. Бу мен ыстық су өндіретін ЖЭО жылу сұлбасының түрі ПТ бу турбинада орналасады. Түрі ПТ бу турбинасында өндірістік және жылуландыруға арналған бу алымдары болады. Бу қазаннан қыздырылған бу турбинаға жіберіледі. Турбинада жұмыс атқарған бу шықтағышқа (конденсаторға) жіберіледі. Шықтағышта бу суға айналып сорғы (насос) арқылы төмен қысымды су қыздырғыштардан өтіп, деаэраторға жіберіледі.
а) б)
а–бу мен ыстық су өндіру (ПТ-турбиналы); б–ыстық су өндіру (Т-турбиналы).
1-бу генератор; 2-турбина; 3-электр генератор; 4-конденсатор; 5, 6-желілік су жылытқыштары; 7-су жылытқыш қазан; 8, 9-желілік су сорғы; 10-химиялық су дай
