Жұмыс бағдарламасы «Жылуэнергетикада және жылутехнологияда энергияны үнемдеу»

Дәріс 8

2. Гидрокедергісі бар конденсат

3. Конденсат әкеткіштер

4. Болашағы бар екінші ретті энергоқордың көздері

5. Екінші энергетикалық ресурстардың типтері.

Конденсатты жинау жүйелері кәсіпорындарды жылумен қамту жүйесінің функционалды элементтері болып табылады. Конденсатта «ұшқын» будың болуы себенінен утилизациялық жылуалмастырғыштарда, бу – сорғалау компрессорларда және т.с.с. бу – конденсат қоспасының артық энергетикалық потенциалын қолдануға болады. Конденсатты жинау және қолдану жүйесіне конденсат әкеткіштер, конденсат өткізгіштер, конденсат бактары, насостар, утилизациялық жылуалмастырғыштар, тиекті (запорная) және өлшегіш арматура, жылуды бақылау приборлары жатады. Конденсатты жинау жүйелері оның толық қайтып келуін қамтамасыз етуі керек, себебі ол қазандарды қоректендіруде ең жақсы су болып табылады. Барлық рекуперативті бу тұтынатын аппараттардағы конденсатты жинайды. Орталықтанған жылу көздерінен буды алатын кәсіпорындар екіжақты келісіммен анықталатые мөлшердегі конденсатты қайтарып беруге міндетті. Басқа мекемелерге буды жіберетін кәсіпорындар келісім жағдайларына байланысты олардан конденсат қабылдап алулары керек. Энергоүнемдеу мақсатында конденсат жинаудың ашық жүйелерін эксплуатациялауға жол берілмейді, себебі «ұшқын» бумен және екінші ретті қайнау буымен жылу жоғалады. Бу – конденсат қоспасының _Д қатысты жылу шығындары мына формуламен анықталады:

С_В – судың меншікті жылусыйымдылығы (4,19 кДж/кг*град).

«Ұшқын» және екінші ретті қайнау буымен конденсат массасы жоғалады, оның қатысты шығындары мына формуладан табылады:
_Т 
мұндағы 2500 кДж/кг – атмосфералық қысымдағы бу пайда болуының жылуы.

Конденсат жинаудың ашық жүйелерін қолдану бу – конденсат қоспасының 40 % жылуын және конденсат массасының 10 % болатын шығындарына әкеледі. Барлық бу тұтынатын реауперативті аппараттардан кейін будың өтіп кетуінен сақтайтын конденсат әкеткіштер орналастырылуы керек. Конденсат әкеткіштер конденсаттың есептік шығыны мен қысымы бойынша таңдалады. Конденсаттың есептік шығыны будың орташа сағаттық шығынның төртеселенген мәніне тең деп алынады.

Бу тұтынатын аппараттардың будың тұрақты параметрлерінде және жұмыс режимдерінде және жоғары емес бу қысымында (3 ата дейін) гидроқақпағы және гидрокедергісі (бағаналы шайбалар) бар конденсат әкеткіштерді қолдану жөн.

Гидроқақпақ биіктігі (h) конденсат әкеткішке дейінгі (Р') және кейінгі (Р") қысымдар айырымына пропорционал:

h  10(Р' – Р"), м,

мұндағы Р', Р" – конденсат әкеткішке дейінгі және кейінгі қысымдар, ата.

Гидрокедергісі бар конденсат әкеткіштер бағаналы шайбаның саңылау диаметріне сай таңдалады, ол мына формуламен анықталады:
d  ()^0,25, м,
мұндағы m_р – конденсаттың есептік шығыны, кг/сағ.

Шайба саңылауының диаметрін сонымен қатар номограмма бойынша табуға болады (5.3 – сурет, қысым айырымы (Р' – Р") және конденсаттың есептік шығыны бойынша)

Сурет-7. Гидрокедергісі бар конденсат әкеткіштің шайба саңылауының диаметрін анықтауға арналған номограмма

К_V , мм,

мұндағы _ПКС – бу – конденсат қоспасының тығыздығы, кг/м³:

_ПКС  '(1 – х) + "х,

Q_Л  Д_А(h_ПКС - С_Вt_ХВ)10^-6, ГДж/сағ,

t_ХВ – суық судың температурасы, ⁰С;

С_В – судың меншікті жылусыйымдылығы, кДж/кг*град
Кәсіпорын бойынша немесе өндіріс цехінде бу конденсат қоспасының потенциалдық сағаттық жылу шығуы мына формуламен анықталады:
Q_Ц ,
мұндағы z_i – орналастырылған бір типті, технологиялық аппараттар саны;

j – бір типті технологиялық аппараттардың бір мезгілдік қосылу коэффициенті;

Сурет-8. Ыстық суды қамту қажеттері үшін бу – конденсат қоспасының жылуын қолдану сұлбасы:

Технологиялық пештердің және қазандық қондырғыларының түтін газдарының жылуы кәсіпорын саласының маңызы бойынша екінші ретті энергоқордың екінші түрі болып табылады. Табиғи газдың күкіртті қосылыстары жоқ жану өнімдерінің жылуын техникалық және экономикалық жағынан қолдану тиімді. Күкіртті қосылыстары бар көмір және мазуттардың жану өнімдерінің жылуын екінші ретті энергоқор ретінде қолдану жоғары коррозиялық қабілетіне байланысты техникалық жағынан қиын. Қолдануында болашағы бар екінші ретті энергоқордың көздері болып табиғи газда жұмыс істейтін:

кететін түтін газдар температурасы 120 – дан 200 ⁰С болатын ДКВр және ДЕ – ГМ типті бу қазандықтары;

кететін түтін газдар температурасы 300 ⁰С жуық болатын Е – 1/9 – Г типті бу қазандықтары;

кететін түтін газдар температурасы 400 ⁰С жоғары болатын шошқа етіне, жүн субөнімдерге, кептіргіштерге, күнжараға (шрот) арналған үйтетін пештер және тағы басқа технологиялық пештер.

Түріне және параметріне байланысты екінші ретті энергоқорлар жылу энергиясында және суықта (жылулық) қажеттілікті қамту үшін қазандық – пеш отыны (отынды бағыт) ретінде қолданады; электр энергиясын алу үшін (электроэнергетикалық); электр және жылу энергиясын бір уақытта өндіру үшін (құрама бағыт).

Екінші ретті энергоқорлардың негізгі мөлшері энергосыйымды салаларда шоғырланған: қара және түсті металлургия, химия, мұнай қазып алу, мұнай – химия, қағаз – целлюлоза, газ өнеркәсібі, машина құрылысы және құрылыс материалдар өнеркәсібінде.

Қара метеллургияда екінші ретті энергоқорлардың қайнар көздері – домен, мартен, ферробалқыту, қыздыру және күйдіру пештері, оттекті конвертерлер, коксты батареялар және т.б. Шойын өндіруде екінші ретті энергоқорларға жататындар: химия энергиясы, домен газының физикалық жылуы және артық қысымы, домен пешінің суыту жылуы, шлак және шойын жылуы, домен үрлнгішінің (кауперлер) ауа қыздырғышының суыту жылуы және кететін газдардың физикалық жылуы.

Кететін түтін газдарымен жылу шығындарын азайту үшін қолданылатын ең прогрессивті жабдық болып Батыс Еуропа елдерінде шығарылған газ – жаңарғы құрылғылары саналады, олар рекуперативті жылуалмастырғыштармен қатар қолданылып, рекуперативті жаңарғылар деп аталады. Олар орталықтанған рекуператорлармен салыстырғанда монтаждауда және эксплуатацияда әлдеқайда ыңғайлы. Бір корпуста жаңарғыны, түтін жолын және рекуператорды біріктіру пайдалы ауданның елеулі үнемдеуін және кладка мен ауа өткізгіштен өтетін шығындарды азайтуға мүмкіндік береді. Бірнеше зонадар және жаңарғылардың саны көп болғанда орталықтанған рекуператорды орналастыруда ауаның таралуына және газ қоспасының реттелуіне қажет саңылауларды ескеру керек, ол агрегаттың жұмысын қиындатады және қосымша қаржы салуды қажет етеді.

Рекуперативті жаңарғыларды қолдану нақты шығындарды төмендетуге (қымбат рекуператорларды құрастыруды қажет етпейді), отын жануының температурасын жоғарылатуға, пештегі газ қозғалысы аэродинамикасын оңтайландыруға және факелдің жылу беруін интенсификациялауға мүмкіндік береді. Мұндай жаңарғыларда ауаны қыздыру температурасы 60 ⁰С жеткізілуі мүмкін. Оларды қолданғанда отын 15 – тен 50 % дейін үнемделеді. Рекуперативті жаңарғылары бар пештердің ПӘК – і 50 – 65 % жетеді, бұл кедергі электр пешімен салыстырғанда 2 есе жоғары. Рекуперативті жаңарғы конструктивті корпустан құралған, оның ішінде центрлес металл құбырлар орнатылған. Ауа және жану өнімдері көршілес сақиналы саңылауларда бір – біріне бағыттала қозғалады. Сонда ауа желдеткішпен беріледі, ал жану өнімдері жаңағыда орналасқан эжектормен сорылады немесе пештегі артық қысым есебінен жойылады.

Біздің елде отандық рекуперативті жаңарғыларды құрастыру жұмыстары жүруде.

Жану өнімдерінің физикалық жылуын утилизациялау үшін басқа болашағы бар құрылғылар рекуперативті жылуалмастырғыштар – радиациялық, конвективті, радиациялық – конвективті болып табылады.

Соңғы жылдары түтін газдардың жылуын утилизациялау үшін қолда бар құрылғылар жетілдіріліп, жаңарғылары құрастырылуда. Жылу беруді интенсификациялауға, құрылғының габариттік мөлшерін, гидравликалық кедергісін азайтуға, жұмыс істеу мерзімін ұзартуға, сенімділігін жоғарылатып, тапшы материалдарды қарапайымдармен алмастыруға мүмкіндік беретін орталықтанған қондырғы сұлбасы бар металл рекуператорлар құрастырылуда. Рекуператордың тиімді типі болып радиациялық саналады. Олар ұзақ уақыт бойы жану өнімінің жоғарғы температурасында эксплуатациялық қасиеттерін сақтауға қабілетті, жану өнімдері жолының төмен гидравликалық кедергісіне ие, жану өнімдері жағынан қыздыру беттерінің шамалы бітеліп қалу мен ластануы бар.

ВНИПИ жылу жоба институты құрастырған радиациялық – саңылаулы рекуператорлар қыздырғыш темір соғатын және термиялық пештерді жабдықтауға арналған. Олар қалыңдығы 6 – 10 мм болатын ыстыққа төзімді пісірілген болат беттерден тұратын екі центрлес цилиндрлардан тұрады. Ішкі цилиндрден түтін газдары өтеді, ал ішкі және сыртқы цилиндрлар арасындағы сақиналы саңылаудан (оның ені 8 – 60 мм) қыздыратын ауа өтеді. Рекуператор өнімділігіне байланысты ішкі цилиндр (түтін каналы) диаметрі 3,5 м дейін болуы мүмкін. Сыртқы кеңістікте жылу шығынын азайту үшін сыртқы цилиндрді жылу оқшаулағышпен қаптайды. Рекуператордың ішкі цилиндрі сыртқысымен салыстырғанда тез қызғандықтан ол көбірек кеңейеді, яғни оның еркін ұзаруын қамтамасыз ету үшін сыртқы цилиндрді компенсаторлармен жабдықтайды.

Ауаның екі еселенген циркуляциясы бар екіжақты қыздырылатын радиациялық рекуператорлар Барнаул көлік машина құрылысы зауытында енгізілген. Олардың біреуі өнімділігі 15 т/сағ болатын методикалық пеште орналасқан, кіретін жану өнімдерінің температурасы 900 ⁰С болғанда рекуператорда бір сағатта 3000 м³ ауаны 350 ⁰С дейін қыздыру жүреді, ауа жолы бойынша кедергі 1,0 кПа құрайды. Батыс – Сібір металлургиялық зауытының термиялық темір соғатын цехінде 7 радиациялық – саңылаулы рекуператорлар эксплуатацияланады. Осының негізінде 25 % аса шығындалатын газ үнемделген.

Машина құрылысы зауыттарында РКТ – 2 және РКТ – 3 радиациялық – конвекторлы рекуператорлар өз қолданысын табуда, оларды ВНИПИ жылу жоба институты құрастырды. Алайда олар конструкциясы жағынан күрделі және оларды ауаны 700 – 900 ⁰С қыздыру қажет жағдайда үлкен өнімді пештерде орнату ұсынылады.

Кететін газдардың температурасы 1000 ⁰С аспағанда конвекторлы типті рекуператорлар қолданылуы мүмкін. Блокта жиналған шойын қырлы (ребристый) құбырлардан және тегіс болат құбырлардан құралған конвекторлы рекуператорлар кең қолданысын тапты.

Сериялы түрде шығарылатын конвекторлы рекуператорлар арасындағы ең танымалысы инелі болып табылады, яғни олардың ішіндегі түрі – қырлы рекуператорлар.

Өнеркәсіптің энергосыйымды салаларында энерготұтынуды қамтамасыз етуде екінші ретті энергоқорлар үлкен рөл атқарады. Мысалы, қара металлургияда өнеркәсіптік жылу тұтыну 34% - ға екінші ретті энергоқорлар есебінен қамтамасыз етіледі, екінші ретті энергоқорлар пайда болатын және қолданылатын жалпы зауыттар бойынша – 48 % - дан артық, газ өнеркәсібінде – 35 % - ға, минералды тыңайтқыш өнеркәсібінде – 27 % - дан артық, мұнай өндіру және мұнай – химия өнеркәсібінде – 14 % жуық.

Технологиялық агрегаттарды – екінші ретті энергоқорлардың қайнар көзі утилизациялық қондырғылармен жабдықтау негізігі жылу генерирлеу қондырғыларының тұтыну қуатын төмендетеді және жылу энергиясын өндіруде энергетикалық жылу генерирлеу қондырғыларына нақтылы қаржы салуды азайтады. Екінші ретті энергоқорларды қолдану шараларына меншікті капитал салымдары, үнемдеген 1 т отынға жатқызылған, отынды қазып алуға және тасымалдауға кететін меншікті капитал салымдарынан 2 – 3 есе төмен. Негізгі энергетикалық қондырғылармен салыстырғанда утилизациялық қондырғылардағы энергия бірлігін өндірудегі ағымдағы шығындар дәл осылайша елеулі төмен болады. Утилизациялық қондырғыларға капитал салымдары отынды үнемдеу есебінен екі – үш жылда ақталады.

Екінші ретті энергия қорларды утилизацияла атмосфераға зиянды заттардың бөлінуін қысқарту есебінен қоршаған ортаға келтірілетін экономикалық нұқсанды елеулі азайтуға мүмкіндік береді. Кей жағдайларда екінші ретті энерго қорларды қолдану технологиялық және тағы сол сияқты қондырғылардың өнімділігінің артуына немесе жұмыс уақытының ұзаруына өз септігін тигізеді.

Екінші ретті энергетикалық қорлардың экономикалық эффектісі екінші ретті энергоқорларды қолдану бағыты мен түрінен және утилизациялық қондырғыларды қолдану уақытынан тәуелді.

Өскемен қорғасын – цинк комбинатындағы вельцпеш артында ПО Уралэнергоцветмет құрастырған КУЦМ – В – 8/13 типті утилизатор – қазандығы орнатылған, ол вельцпеш газдарын 850 ⁰С – тан 450 ⁰С дейін суытады.

Құрылыс материалдар өнеркәсібінде қазіргі уақытта екінші ретті энергоқорлар 6,7 % - ға қолданады. 9 млн Гкал энергияны өндіру мүмкін болғанда шындығында екінші ретті энергоқорлар есебінен 0,6 млн Гкал ғана өндіріледі. Бұл салада айналмалы цемент пештерінің корпустарының сәулелену жылуын және шыны шығаратын (стекловаренный) пештердін кететін газдарының жылуын қолдануы жайлы ұсыныстар бар.

9 – суретте автономды КГЭ – сы бар қазандықтардың кететін түтін газдарының жылуын утилизациялауға арналған қондырғының жылулық сұлбасы көрсетілген.

(шыққан жері – Ашхабад газ аппараты зауыты)

Табиғи газ сығылатын технологиялық пештердің жану өнімдерінің жылуын қолдану үшін 5.12 – сретте жылулық сұлба көрсетілген.

Сурет-10. Ыстық сумен қамтамасыз ету қажеттіліктері үшін технологиялық пештердің кететін газдар жылуының қолдану сұлбасы