Bug’ va gaz qurilmalari

2. Utilizator qozonli (UQ) BGQlarning issiqlik sxemalari va asosiy ko'rsatkichlari.

UQli BGQlar energetikada keng tarqalgan va istiqbolli bug'-gaz qurilmalaridan biri sanaladi va boshqa turdagi qurilmalardan sodda tuzilishi hamda elektr energiyasi (EE) ishlab chiqarishdagi yuqori samaradorligi bilan ajralib turadi. Bu turdagi BGQlar – kondensasion rejimda ishlaganda iste'molchilarga EE uzatish bo'yicha foydali ish koeffisienti (FIK) 55 – 60 % bo'lgan jahonda yagona energetik qurilma hisoblanadi.

Katta quvvatli zamonaviy BGQlarning ekspluatasion xarajatlari qattiq yoqilg'ida ishlaydigan bug' turbinali IESlar xarajati bilan taqqoslaganda ikki marotaba kamdir. Bosqichma-bosqich ekspluatasiyaga kiritilish xususiyatiga ko'ra UQli BGQlarning qurilish muddati boshqa turdagi barcha katta quvvatli IESlar bilan taqqoslaganda anchagina qisqa vaqt talab qiladi.

BGQlarning istiqbolliligini belgilaydigan asosiy sabablardan biri yoqilg'i sifatida dunyoda zahirasi eng ko'p deb hisoblanayotgan tabiiy gazdan foydalanilganligidadir. Qurilmaning asosiy elementi sanaladigan energetik gaz turbinali qurilmalari (GTQ) uchun tabiiy gaz eng maqbul deb topilgan yoqilg'i turi sanaladi. Tabiiy gazni magistral gaz quvur yo'llari orqali uzoq masofalarga yaxshi trasportirovka qilinadi. Uni siqilgan ko'rinishda suyuq holatda ham etkazib berish mumkin (LNG). Bunday gazda Yaponiya va Janubiy Koreyadagi BGQlarda keng foydalaniladi.

BGQlarning GTQ lari uchun og'ir uglevodorodli neft yoqilg'ilaridan, neft xom-ashyosidan, neftni qayta ishlash mahsulotlaridan, ko'mirni gazifikasiyalashda olinadigan sintetik gazlardan ham yoqilg'i sifatida foydalanish mumkin.

Oddiy BGQlarning issiqlik sxemalari Brayton-Renkin termodinamik sikliga ko'ra ishlaydi. Energetik GTQlarning chiqish gazlari asosiy issiqligini boshqa ish jismiga berish uchun bug'-suv sikli joylashgan UQga kiradi. UQda ishlab chiqarilgan bug' bug' turbinali qurilmaga (BTQ) uzatiladi va qo'shimcha elektr energiyasi ishlab chiqariladi. BTQda ishlatib bo'lingan bug' qurilma kondensatorida kondensasiyalanadi va kondensat nasoslari yordamida yana UQga haydaladi.

GTQning chiqish gazlari issiqligi potensialidan foydalaniladigan UQnining bug' ishlab chiqarish issiqlik sxemasi va gazlardan bug'-suvli ish jismiga issiqlik uzatilishining Q, T – diagrammasi quyidagi 50 – rasmda keltirilgan. UQ uchun qabul qilingan harorat naporining minimal ko'rsatkichi Θ (pinch point) sifatida bug'latgichning sovuq uchidagi tashqi tomonlari qovurg'ali tarzda tayyorlangan quvurlardan iborat qizdirish yuzalaridagi haroratdan foydalaniladi. Bu yerda GTQdan chiqish gazlari 80-130 °S gacha sovitilishi natijasida BGQning samaradorlik ko'rsatkichini oshirishga erishiladi.

UQ iga ega BGQning issiqlik oqimlari sxemasi 51 – rasmda tasvirlangan va alohida elementlar o'rtasidagi texnologik bog'lanishlar ajratib ko'rsatilgan.

50 – rasm. Utilizator qozonida ish jismiga issiqlik uzatilishining Q, T – diagrammasi.

51 – rasm. UQli BGQning issiqlik oqimlari sxemasi.

Q_g^с – GTQda yoqilgan yoqilg'ining issiqligi; Q_UQ – UQning foydali issiqlik yuklamasi; Q_g^в.g – GTQdan chiqish gazlarining issiqligi; Q^g_pot, Q^UQ_pot, Q^b_pot – GTQ, UQ va BTQlardagi issiqlik isroflari.

Brayton-Renkin termodinamik siklini tahlil qilish natijasida UQli BGQning ichki FIK uchun tenglama olinadi:

(1)

Bu yerda N_PGU – BGQning ichki quvvati; Q^с_g – GTQ yonish kamerasida yoqilayotgan yoqilg'i issiqligi; Q_UQ – BTQga kirayotgan UQ bug'ining issiqligi; ΣQ_pot, Σq_pot – BGQdagi absolyut va nisbiy yig'indi issiqlik isroflari.

Η_BGQ = η_g + η_b – η_g η_b – η_h Σq_pot. (2)

bu yerda N_B, N_G – bug' va gaz qurilmalarining ichki quvvati; η_g, η_b – BGQning bug' va gaz pog'onalarining ichki FIKlari.

2 tenglama turli izlanishlar mualliflari tomonidan har xil o'zgartirishlar bilan qabul qilingan [5, 8, 9, 11]. Bu UQli BGQlarida kechadigan texnologik jarayonlar to'g'risida umumiy tasavvur uyg'otishga xizmat qiladi.

Agar Q_UQ = Q_BTQ deb qabul qilinsa, ya'ni UQda hosil qilingan issiqlik to'liq BTQga kirayotgan bo'lsa quyidagi tenglik kelib chiqadi:

(3)

bu yerda: G_g, D_b – GTQdan chiqayotgan gazlarning va UQ da ishlab chiqarilayotgan bug'ning sarfi, kg/s; q_g, q_b – GTQ gazlarining va ishlab chiqarilayotgan bug'ning solishtirma sarflari, kJ/kg; T_g, T_b.s. – mos ravishda gaz va bug' suv trakti ish jismlarining harorati.

GTQdan chiqish gazlarining issiqligi kam ekanligi sababli UQda ishlab chiqarilgan bug'ning nisbiy sarfi uncha katta bo'lmaydi:

d_b = D_b/G_g (4)

To'g'ri balans tenglamalariga ko'ra UQning FIK i bug' ishlab chiqarish uchun foydalanilgan UQdan chiqish gazlarining issiqligini Т_s = T_min = T_н.в. holatdagi maksimal ko'rsatkichiga nisbatidan aniqlanadi:

η_UQ = Q_UQ/Q^max_UQ. (5)

UQli BGQlar uchun “binarlik darajasi” tushunchasidan ham foydalanish mumkin. GTQdan chiqish gazlarining issiqligini qurilmaning bug' turbinali pog'onasida bug' ishlab chiqarish uchun to'liq foydalanilganda binarlik darajasi birga yaqinlashadi. Binar BGQda issiqlik isrofi Σq_pot = 0 va qurilmaning FIKi η^b_BGQ = η_g + η_b – η_g η_b. Haqiqiy BGQlarda issiqlik isroflari har doim bo'ladi va shuning uchun η_BGQ < η^b_BGQ, binarlik darajasi esa:

β = η_BGQ/η^b_BGQ (6)

Haqiqatda ham bir konturli UQli BGQning binarlik darajasi 0,9 ga teng bo'ladi, shuningdek bu qurilmalarda GTQdan chiqish gazlarining haroratini 150 °S dan past haroratgacha sovitib bo'lmaydi. Shu sababli bu qurilmalarda ishlab chiqarilgan bug' va BTQsida ishlab chiqarilgan EE miqdori sezilarli darajada kichik bo'ladi.

Bir konturli UQli BGQning issiqlik sxemasiga ko'ra, gazli kondensat qizdirgichi BTQ sxemasidagi past bosimli qizdirgich o'rnini egallaydi. Bu yerda asosiy kondensatni qizdirish natijasida chiqish gazlarining haroratini oxirgi qiymatgacha θ­ux pasaytiriladi, ya'ni sovitiladi. Sxemada turbinadagi bug' olinmasidan ta'minlanadigan ta'minot suvi deaeratori ko'rsatilgan. Bir xil bosimli bug' ishlab chiqaruvchi kontur ekonomayzer, bug'latgich va bug' o'ta qizdirgichidan tarkib topgan. Bug'latgich yuzasining oxirida harorat napori minimal ko'rsatkichga ega bo'ladi: Θ=θ₅ – Т_to’y = 8 – 10 °S, bug' qizdirgichining qaynoq uchidagi haroratlar farqi esa bu paytda Θ_BQ = θ₁ – Т_BQ = 20 – 40 °S ni tashkil qiladi. Korroziyali emirilishdan saqlanish maqsadida UQga kirishdagi kondensat harorati tabiiy gaz yoqilganda 50 – 60 °S darajasida, GTQda suyuq gaz turbinasi uchun mo'ljallangan yoqilg'i yoqilganda esa 110 °S dan past bo'lmagan harorat darajasida saqlab turiladi.