Қазіргі электр станциясы - өте күрделі әрі көптеген қондырғылардан (жылу, күш, электрлі, электронды, т.б.), құрылыс ғимараттарынан тұратын кешенді кәсіпорын. ЖЭС негізгі қондырғыларына қазандық және бу турбинасы жатады [9].

Қазандық белгілі қысымдағы бу немесе су ысытуға арналған. Бу генераторларында ысытылған бу турбинаға жіберіліп, жылу энергиясы механикалық энергияға айналып, турбина білігін айналдырады. Білік электр генераторымен байланысқан, мұнда механикалық энергия электр энергиясына айналады. Өңделген бу турбинадан конденсаторға барып, суытылады, конденсат пайда болады. Конденсат сорғы арқылы деаэраторға жіберіледі. Шығындалған бу мен су толықтырылады. Деаэратордан сорғы арқылы жіберілген конденсат бу генераторына барады да, қайта ысытылады.

Бу өндірісінің технологиялық сүлбесі. Аса қызған бу өндірісі келесі үрдістерден түзіледі:

- қоректік судың температурасы қанығу температурасына дейін жеткізіледі;

- будың пайда болуы арнайы буландырғыштарда жүреді, пайда болған буды қажетті температураға жеткізеді.

Ысытатын құбырлар қабырғасы арнайы металдан жасалған, пішіні П-тәрізді болып келеді. Онда 3 газ жүргізгіш бар. Біріншісінде газ өткен сәтте жанады, екіншісіне 1100 пен 1200°С температурада жанған материал өнімі барады, содан соң үшіншісіне - конвективті шахтаға барады (мұнда газ 800-9000Стемпературасынан 120-1600С дейін төмендейді).

Бу генераторының классификациясы. Қазандық қондырғылары, жанатын отын бойынша бөлінеді: газ, сұйық, қатты.

Газды ауалы пеш астындағы ауа сорғышы бойынша табиғи және тұрақталған, үрлемелі қазандықтар болады. Табиғи ауа сорғысына ауа қысымдар айырмына байланысты сорылады (атмосфералық ауа мен түтін мұржасындағы газ қысымдары). Егер ауа үрленіп берілсе, ол жасанды, яғни үрлемелі қазандық болады.

Булы су жүретін жолы бойынша барабанды (2.5, а - сурет) және тік ағынды (2.5, б - сурет) қазандықтар болып бөлінеді. Барлық қазандықтарда су мен бу 1 экономайзер және ысытқыштан бірнеше рет өтеді. Барабанды қазандықтар сулы-бу қоспасы 5 буландырғыштан бірнеше рет айналып отырады.

а – барабанды еркін айналмалы; б - барабанды еріксіз айналмалы; в – тік ағынды; г – тік ағынды, еріксіз айналмалы

2.5 сурет. Қазандықтың булы-су жүретін жол сүлбесі

Бу генераторының балансы. Қазандықта отынның тиімді жағылуы екі факторға байланысты:

- отынның толығымен жануы;

- жанған өнімдердің салқындау деңгейі.

Жанған отынның жылу энергиясы тасымалдағышқа беріледі, яғни су қайнау температурасына жетіп, буланып, бу қатты қызады. Бу генераторының балансы пайдалы жылу мен жылу шығындарынан құралады. Тұрақталған тәртіп жұмысында, бу генераторының жылу балансы келесі теңдеумен анықталады:

(2.1)

мұндағы

Q_p - 1 кг қатты отын, сұйық отыннан немесе 1 м3 құрғақ газды отыннан алынатын жылу, ккал/кг немесе ккал/м3;

Q₁– пайдалы жанған отын, ккал/кг;

Q₂ – газдармен пайдасыз кеткен жылу, ккал/кг;

Q₃ – химиялық толық жанбаған отын жылуы, ккал/кг;

Q₄ – механикалық толық жанбаған отын жылуы, ккал/кг;

Q₅ – қазандық қондырғысының сыртын суытуына жұмсалған жылу, ккал/кг;

Q₆ — қожбен кеткен физикалық жылу, ккал/кг.

Егер 2.1 теңдеудегі барлық мүшелерін жанатын отынның күтілген жылу мөлшеріне бөліп, 100 - ге көбейтсе, ал мүшелерін арқылы индекспен белгілесек, пайызбен есептелген жылу балансы теңдеуін аламыз:

= 100%. (2.2)

Пайдалы қолданған жылу мен күтілген жылу қатынастарын қондырғының пайдалы әсер коэффициенті (П.Ә.К.) деп атайды.

(2.3)

П.Ә.К. күтілген жылу қаншалықты толығымен тиімді пайдаланатынын көрсетеді. Казіргі қазандық қондырғыларының П.Ә.К. шамамен 88-92% құрайды. Ал төмен қуатты қазандықтарды ол төмендеу болады. П.Ә.К. қазандық қондырғыларының өзіне жұмсалатын жылуды (сорғышқа, желдеткіштерге, түтін сорғышқа, қатты отын ұсақтауға, үрлеуге т.б.) есепке алмайды. Сондықтан оны қазандық қондырғысының брутто П.Ә.К. – і деп, ал барлық жылуларды есепке алған жағдайда нетто П.Ә.К. - і деп айтады.

Бу турбинасында ЖЭС-ның негізгі жылу қондырғылары - бу қазандығы мен бу турбинасы. Қуатты бу қазандарында қатты отын (көмір) ұнтақталып тозаң түрінде, ал сұйық отын (мазут) шашыратылып тамшы түрінде жағылады [9]. Отын жанғанда бөлінген жылу қазанға үздіксіз келіп тұратын қорек суына беріліп бу өндіріледі (2.6, 2.7-суреттер). Жану өнімдері қыздыру беттерінен кейін салыстырмалы төмен температурада бу қазанынан түтін мұржасы арқылы атмосфераға (ауаға) шығарылады. Қуатты электр станцияларда ауаны ластайтын заттардың жергілікті концентрациясын азайту үшін түтін мұржаларының биіктігі 200-300 м болады. Қатты отын жаққаңда күл мен қалдық қалады, олар қондырғыдан шығарылады. 1 қазандығынан алынған аса қызған бу 2 турбинаға келеді, онда оның жылулық энергиясы турбина білігіне берілетін механикалық энергияға айналады. Онымен механикалық энергияны электр энергиясына айналдыратын 3 электр өндіргіш жалғанған. Пайдаланған бу турбинадан 4 конденсаторға жіберіледі, онда ол табиғи (өзен, көл, теңіз) немесе жасанды (градирня) су көздерінен келген сумен салқындатылып конденсацияланады.

Қондырғыларының бірлік қуаттары 200 МВт. Қазіргі ЖЭС-ның пайдалы әсер коэффициентін (П.Ә.К.) өсіру үшін аралық қыздыру қондырғысы (әдетте бір сатылы) қолданылады (2.6-сурет).

1 - бу қазаны; 2 – бу турбинасы; 3 - электр генератор; 4 – конденсатор; 5 - конденсаттық сорғысы; 6 - қоректік сорғы; 7 - төмен қысымды қыздырғыш; 8 - жоғары қысымды қыздырғыш; 9 - деаэратор; 10- трансформатор; 11- ажыратқыш; 12 - су дайындау қондырғысы; 13 - трансформатор; 14 - станцияның жинақтаушы шинасы

2.6 - сурет. КЭС-ның принциптік сүлбесі

5 конденсаттық сорғы төмен қысымды қыздырғыш (ТҚҚ) арқылы конденсатты 9 деаэраторға айдайды. Онда конденсат қайнауға дейін жеткізілгенде, металдарды коррозияға ұшырататын оттегі мен көміртегі тотығын (СО ₂) тазартады. Одан кейін су қорек сорғысымен 8 жоғары қысымды қыздырғыш (ЖҚҚ) арқылы қайтадан бу қазанына беріледі. Конденсат ТҚҚ -да және қоректік су ЖҚҚ-да турбинадан алынатын бумен қыздырылады, бұл - регенеративтік қыздыру қондырғысының П.Ә.К-ін жоғарлатады.

Сонымен КЭС-да бу қазаны өзі өндірген будың конденсатымен қоректенеді. Бұл конденсаттың бір бөлігі электр станция жүйесінде жоғалады да, оның кемуін құрайды.

Егер ЖЭО-ның сүлбесін қарастырсақ (2.7-сурет), оның КЭС-дан айырмашылығы мынада: будың бір бөлігі өнеркәсіп кәсіпорындарына технологиялық қажеттікке 11 немесе тұрмыстық тұтынуға жіберіледі. КЭС-да конденсаттың кемуі 0,5-1%, оны толықтыру үшін су дайындау қондырғыда 12 алдын-ала өнделген су қосылу керек. ЖЭО-да қосымша су 30-50% және одан да артық болуы мүмкін.

Бу қазанының жұмысын қамтамасыз ететін келесідей кұрылғылар мен тетіктер (механизмдер) бар: отын дайындау кұрылғылары; қазан қорек суын беретін қорек сорғылары; жану үшін ауа беретін үрлегіштер [10].

1- бу қазаны; 2 – бу турбинасы; 3 - электр генераторы; 4 - конденсатор; 5 - конденсат сорғы; 6 - қоректік сорғы; 7 - төмен қысымды қыздырғыш; 8 - жоғары қысымды қыздырғыш; 9 - деаэратор; 10 - жүйе суының (тұтыну суының) қыздырғышы; 11 - өнеркәсіпке бу алу; 12 - суды дайындау қондырғысы

2.7 - сурет. ЖЭО-ның принциптік сүлбесі

Бу қазандығы мен жану өнімдерін ауаға (атмосфераға) шығаратын түтін сорғысы және басқа көмекші жабдықтар кешені қазандық қондырғысын құрайды.

Ірі электр станцияларда қуатты бу қазаны мен бу турбинасы энергетикалық қондырғыларының құрама бөліктерін құрайды. Әрбір құрама бөлік (2.8-сурет) қазандық, турбина, электр генераторы және трансформатордан тұрады.

1 - бу турбинасы мен электр генераторы; 2 - бу қазандығы; 3 - газдан тазартқыш сатылары; 4 - өңделмеген отын жеткізгіштер мен таспалы тасығыштар бөлмесі; 5 - құбырлық ауа қыздырғыш; б - электр сүзгілер; 7 құрамалық басқару калпаны; 8 - түтін мұржасы

2.8-сурет. Екібастұз МАЭС-l бас ғимаратының көлденең қимасы

Станциядағы құрамалардың саны станцияның жалпы куатына байланысты. Құрамалар арасында бу және су құбырларымен байланыс болмайды, ол будың аралық қыздырылуы болғанда барлық жүйені күрделендіріп сенімділігін төмендетіп жібереді. Қазіргі кезде ТМД елдерінде куаттары 300, 500, 800 және 1200МВт құрамалар істейді. Қазақстанда ең куатты құрама 500МВт Екібастұз МАЭС-да орналасқан, оның бу қазаны Екібастұз көмірімен істейді, өнімділігі 1650т бу/сағ, аса қызған будың қысымы 25МПа, температурасы 54500С, қазанның биіктігі 60м, ені - 36м, тереңдігі - 24м, қазанның үйлестіруі (компоновка) Т - тәрізді, зауыттық белгісі П-57-3М, ал ГОСТ 3619-82 (МЕМУЛ) бойынша ПП-1650- 25-545кТ. 2.9-суретте Екібастұз МАЭС-l бас ғимаратының көлденең қимасы берілген.

Қуатты конденсациалық электр станциялар (КЭС) мамлекеттік аудандық электр станциялары (МАЭС) деп аталынып кеткен, олардың таза (нетто) П.Ә.К. 32- 40% шамасында болады.

Жылу электр орталығы (ЖЭО) тұтынушыларға жақын салынады, олар МАЭС- ға қарағанда тиімді істейді және П.Ә.К-і 60-70%-ке жетеді.

Бу қазандары еріксіз (2.9-сурет) және тура ағынды (2.10-сурет) деп бөлінеді. Еріксіз қозғалысты қазандарында булану жолы бойынша судың айналуы табиғи мәжбүрлі болады. Жұмыстық дененің мәжбүрлі айналуын қамтамасыз ету үшін арнайы сорғы қойылады. Тура ағынды қазанда еріксіз қозғалыс болмайды жұмыстық дене бу түзу құбырлары арқылы бір рет өтеді. Жұмыстық денені қоректік сорғы мәжбүрлі қозғайды.

1 - ошақ құтысы; 2 - ошақ қалқандары (экран); 3 - oттықтap; 4 - түсіру қубырлары; 5 – еріксіз ағын; 6 - сәулелік бу қыздырғыш; 7 - ағындық бу қыздырғыш; 8 - аралық бу кыздырғыш; 9 - экономайзер; 10 - ағындық газ жолы; 11 - ауа қыздырғыш

2.9-сурет. Табиғи айналымды қазанның сүлбесі

Бу қазанының үйлестіруі деп газжолдарының өзара орналасуын және олардағы жану өнімдерінің қозғалыс бағытын айтады. Іс жүзінде П, Т, N, U - тәрізді және басқа да түрлері кездеседі. ТМД елдерінде П - және Т - тәрізді түрлері қолданылады және олар жағылатын отынның қасиетіне байланысты болады.

1 - үнемдегіш (экономайзер); 2 - кыздырылмайтын жіберу құбырлары; 3 - төменгі су таратқыш; 4 - қалқандық (экрандык) құбырлар; 5 - жоғарғы қоспа жuнауыш; 6 – турбинадағы өтпелі аймақ; 7 - аса қыздырғыштың қабырғалық бөлігі; 8 - аса қыздырғыштың ағындық бөлігі; 9 - ауа қыздырғыш; 10 - оттық (горелка)

2.10-сурет. Тура ағынды қазанның сүлбесі (Рамзин бойынша)

Аса қыздырылған бу құбыр бойымен турбинаға келеді, ол буды жаңа бу деп те атайды. Бу турбинада будың жылулық энергиясы механикалық энергияға айналады, ол турбина білігiне беріледі. Турбина білігінде жұмыстық доңғалақтар орнатылған. Жұмыстық доңғалақта арнайы иілген қалақшалар бар, оңайлату үшін тек бір саптама (сопло) көрсетілген. Жұмыстық доңғалақтар арасында қозғалмайтын бағыттайтын қалақшалар немесе саптамалар болады. Бағыттайтын қалақшалар саптамалық тор, ал жұмыстық қалақшалар жұмыстық тор түзеді. Бағыттайтын торда бу кеңейгенде оның жылдамдығы өседі.