3.3.Мемлекеттік ауданаралық электр станциялары

Мемлекеттік ауданаралық электр станцияларында (МАЭС) органикалық отынның жылу энергиясы алдымен механикалық энергияға, соңынан электр энергиясына түрленеді. Бу мен газ молекулаларының ретсіз қозғалысы жылу қозғалтқыштарының көмегімен біліктің айналмалы механикалық энергиясына түрленеді.

Жылу қозғалтқыштары пайдаланылатын жұмыс денесінің түріне қарай — бу немесе газ және жылу энергиясының механикалық энергияға түрленуіне қарай — поршеньді немесе роторлы болып белінеді (3.4 кесте).

3.4 к е с т е

Поршеньді тәсілде механикалық энергия алу үшін қыздыру кезінде алынатын жұмыс денесінің энергиясы пайдаланылады, ал роторлы тәсілде жоғарғы жылдамдықта қозғалатын жұмыс денесінің кинетикалык энергиясы қолданылады.

XVIII және XIX ғасырларда бу машинасы өндірісте колданылатын бірден-бір қозғалтқыш болған болса, қазіргі уақытта ол мүлде колданылмайды. Ал іштен жану қозғалтқыштары автомобиль транспортында кең қолданыс табуда. Энергетика саласында оның колданылуы шектеулі.

Қазіргі уақытта жылу электр станциясында бу турбиналары қолданылады. Ал жылу қозғалтқыштары ретінде сонымен бірге газ турбиналары да колданыс табуда.

Жылу қозғалтқыштарының жұмыс жасау тиімділігін арттыру үшін жұмыс денесінің температурасы мен қысымын тетіктер материалдарының механикалык төзімділігіне сәйкес деңгейге дейін көтеру шаралары іске асырылады.

Энергетиканың негізі болып табылатын бу қондырғыларында температурасы 600°С, ал кысымы 30 МПа болатын бу қолданылады. Жұмыс денесін (буды) салқындату үшін пайдаланылатын салқын су оның температурасын 30—40°С-ка дейін төмендетеді. Бұл уақытта бу қысымы шұғыл төмендейді. Сонымен, бу қондырғыларының жылу циклінің негізгі процестері былай жүреді: бу генераторында — жылу жеткізіледі, турбинада —бу көлемі ұлғаяды, конденсаторда — жылу алынады, салқындатылады, ал жоғарғы қысымды сорғылардың көмегімен конденсат бу генераторына беріледі.

МАЭС-ныц п.ә.к-і 25—40% шамасында болады. Оларда отын жағу кезінде алынатын жылу энергиясының көп мөлшері пайдаланылмай қалады. Аса көп жылу мөлшері турбинада жұмыс жасап шыққан буды салқындатып, қайта суға айналдыру кезінде, яғни буды конденсациялау кезінде жоғалады. ЖЭС-ның жалпы пайдалы әсер коэффициенті (п.ә.к.), яғни өндірілген энергияның отын жанғанда алынған жылуға катынасы өндірілген будың температурасына байланысты болады.

Бу қазанында су температурасы 550°С-қа дейін көтерілген буға айналады. Будың температурасын бұдан да жоғары шамаға көтеруге болады, бірақ оны техникалық жағынан қамтамасыз ету өте қиын.

М ысалға, егер де бу температурасы 550°С-тан артса, бу турбинасының тетіктеріне жоғары температурамен бірге будың кысымына байланысты пайда болатын механикалық күш қатты әсер етеді. Оларды жасау үшін жоғары сапалы болат металын пайдалану қажет. Бұл жағдайда п.ә.к-ін көтеру арқылы алынған қосымша қаржыға қарағанда, сапалы метал алуға артық қаржы жұмсалады. Осы себепті қазіргі уақытта бу температурасының шамасы 550°С-тан артпай, кей жағдайларда 540°С шамасында сақталады.

Бу қазанынан шыққан су буы жылу энергиясын механикалық энергияға айналдыратын бу турбинасына беріледі (3.3 сурет). Турбинаның барлық қозғалыста болатын тетіктері оның білігіне бекітілген, ал турбина білігі мен электр генераторының білігі — ротор бірге қосылған.

Аса жоғары жылдамдықтағы, көпшілік жағдайда дыбыс жылдамдығынан да жоғары бу ағыны турбинаның білігімен біріктірілген жұмыс қалақшаларына беріледі. Бірге айналатын білік, диск және жұмыс қалақшалары турбинаның жасалуына байланысты минутына 3000 немесе 1500 айналым жасайды.

Бу қысымының әсерінен өзара қосылған жұмыс қалақшалары, диск, білік — ротор бірге айналады. Бу ағынының қозғалу энергиясы электр генераторы роторының қозғалу энергиясына, анығырақ айтқанда, турбиналы генератор роторының козғалу энергиясына ауысады. Ротордың айналуына байланысты электр генераторында электр энергиясы өндіріледі.

Турбинада жұмыс жасап шыққан кысымы 0,04*10⁵ Па, температурасы 250°С бу конденсаторға жіберіледі. Конденсатордың ішінде орналасқан салқындатқыш кұбырлармен үнемі ағып тұратын суық судың әсерінен, ыстық бу қайтадан суға айналып, арнайы орнатылған тұтыну насосы мен қайтадан қазанға жіберіледі. Жұмыс циклы қайтадан басталады.

Е нді Жылу электрстанцияларының негізгі кондырғыларының құрылысымен танысайық.

3.4 сурет - Барабанды бу генераторының жұмыс схемасы

Бу генераторы. Бу генераторы құрылысы жағынан барабанды және тура ағынды болып екіге бөлінеді. Барабанды бу генераторының (3.4 сур.) төменгі жағында су, ал жоғарғы жағында бу болатын болаттан жасалғaн барабаны (3) болады. Айналып қосылатын құбыр (2) арқылы су экран кұбырына (1) беріледі. Экран құбыры (сыртқы диаметрі 40 мм, ал ішкі диаметрі 32 мм) да будың жоғары қысымына төзімді болуы үшін болаттан жасалады. Көлемді бу генераторларында сағат сайын жүздеген тонна бу суға айналып жатады және осыған байланысты олардағы кұбырлардың ұзындығы 50 км-ге жетеді.

Бу генераторының жұмыс тиімділігін арттыру үшін барабанға берілетін су алдын ала экономайзерде (5), ал ауа оттыққа жіберілердің алдында ыстық газ жылуымен ауа қыздырғышта (6) қыздырылады. Барабаннан алынған бу бу қыздырғышта (4) қосымша қыздырылады.

Барабанды бу қыздырғышта су мен су-бу қоспасының қозғалысы тығыздықтарының әрқилы болуына байланысты өздігінен жүріп жатады. Будың температурасы мен қысымының өсуіне байланысты су мен будың тығыздықтарының айырмашылығы азайып, олардың айналысы нашарлайды.

Тура ағынды бу генераторында барабан болмайды. Су мен бу айналысы сорғымен атқарылады (3.5 сурет). Су су қыздырғыш (3) арқылы өтіп, қазанда орналасқан құбырға (1) келеді. Мұнда су буға айналып, бу қыздырғыш (2) арқылы өтіп, турбинаға беріледі. Ауа кыздырғышта (4) оттыққа берілетін ауа кыздырылады. Тура ағынды бу генераторы судың сапалы реттеліп жіберілуін қажет етеді. Сонымен бірге мұндай бу генераторында қолданылатын судың химиялық тазалығына өте жоғары талап қойылады.

Тура ағынды қазандар барабанды қазандарға карағанда арзан болуына байланысты кең қолданылады. Барабанды бу генераторларында бу қысымы 20 МПа-дан асқан уақытта өздігінен журетін су мен бу айналымы б ұзылады.

Тура ағынды бу генераторлары Тәуелсіз Мемлекеттерде қазандардың бірнеше ерекше түрлерін жасап шығарған Л.К. Рамзиннің еңбегімен 30-шы жылдардан бастап қолданыла бастады.

Турбиналар. Бу генераторында алынған температурасы шамамен 600°С және қысымы 30 МПа-дан аса қыздырылған бу бу өткізгіштер арқылы бағыттағышқа беріледі. Бағыттағыш будың ішкі энергиясын молекулалар қозғалысының бағытталған кинетикалық энергиясына түрлендіруге арналған.

Егер де бағыттағышқа кірер алдында будың алғашқы с₀ жылдамдығы және р₁ қысымы болған болса (3.6 сурет), бағыттағыштан шыққан бу өз көлемін ұлғайтуы негізінде оның жылдамдығы c_1-гe дейін артады да, қысымы р₂-ге дейін кемиді. Бу температурасы да бұл жағдайда әжептәуір төмендейді.

Бағыттағыштан шыққан бу турбинаның жұмыс қалақшаларына беріледі. Егер де турбина активті болатын болса, онда оның жұмыс қалақшаларының арасында будың көлемі ұлғаймайды, яғни будың қысымы да өзгермейді. Турбинаның v жылдамдығымен айналуына байланысты будың абсолют жылдамдығы с_1-ден с₂-ге дейін төмендейді.

Р еактивті турбинада бу көлемі жұмыс қалақшалары каналдары арқылы өткенде ұлғаяды. Бу көлемінің ұлғаюына байланысты турбина реактивтік сатылармен сипатталады. Қазіргі уақытта турбиналар көп сатылы болып жасалады және бір турбинаның өзінде активті де, реактивті де (әр түрлі реактивтік сатылармен) сатылар болуы мүмкін. Бу өлшемдерінің турбинаның реактивті сатысында өзгеруі 3.7 суретте көрсетілген. Турбинаның бағыттағыштарында будың қысымы белгілі бір р₁ шамаға дейін көтеріліп, көлемі ұлғаяды. Бу көлемінің одан әрі ұлғайып қысымының р₂-ге жетуі калақшалардың арасындағы каналдарда жүреді. Будың абсолют жылдамдығы бағыттағышта с₁¹ -ге дейін өседі, ал қалақшалар арасындағы каналдарда қалақшалардың айналуына байланысты будың жылдамдығы с₂-ге дейін төмендейді.