3. TERMİK SANTRALLER Termik Santraların Sınıflandırılması

Transkript

1 1 3. TERMİK SANTRALLER 3.1. Termik Santraların Sınıflandırılması 1. Müşterini kullanma amacına göre 2. Üretim türüne göre a. Kuvvet ve ısının akuple olmadığı santralar b. Kuvvet ve ısının akuple olduğu santralar 3. Buharın türbin içerisinde genişlemesine göre a. Karşı basınçlı santralar b. Ara buharlı, karşı basınçlı santralar c. Ara buharlı, kondensasyon santraları d. Kondensasyon santraları 4. Kuruluş şekline göre a. Çapraz beslemeli santralar b. Blok santralar 5. Çalıştırma şekline göre a. Baz yük santraları b. Orta yük santraları c. Pik yük santraları 6. Kullanılan yakıta göre 7. Soğutma suyu sistemine göre 3.2. Termik Santralın Çalışma Yöntemi Elektrik enerjisine dönüştürülecek olan termik enerjiyi üretmek için, yakıt bir buhar kazanında yakılır. Buhar kazanı, bir ocak ile bir boru demetinden oluşur; boruların içinde dolanan su, burada ısıtılır ve buhar haline geldikten sonra türbinlere gönderilir. Eğer yakıt olarak kömür kullanılıyorsa, bu kömür önce öğütülüp toz haline getirilir; sonra sıcak havayla karıştırılır ve brülörle buhar kazanının yanma odasına püskürtülür. Eğer sıvı yakıt kullanılıyorsa, bu sıvı yakıt önce akışkanlığının artması için ısıtılır, sonra kullanılır. 600MW'lik bir santralde buhar 565 derecelik bir sıcaklığa ve 174 bar düzeyinde bir basınca çıkarılır. Yüksek basınçlı türbinlere yollanan buhar kısmen genleşerek türbin çarklarını döndürür. Bu ilk aşamadan geçen buhar, enerjisinin bir bölümünü korur. Aynı buhar, ayrı bir devre aracılığıyla yeniden kazana gönderilir ve tekrar ısıtılır; sonra 34 bar düzeyinde bir

2 2 basınçla, orta basınçta çalışan türbine basılır. Düşük basınç bölümündeyse buhar tam olarak genişleşir. Bu çevrimin sonunda basıncı 300 milibara düşen buhar kondensere gönderilir. Kondenser, buharın yeniden suya dönüştürüldüğü soğuk bir kaynaktır. Buhar burada, içinde soğutma suyunun dolandığı binlerce küçük çaplı boruya temas ederek tekrar suya dönüşür. Sonra pompalarla toplanır ve yeniden ısıtma çevrimine sokulur; bu amaç için türbinin farklı noktalarında ısıtılan buhardan yararlanılır. Böylece yeni çevrim başlamış olur: su tekrar buhar kazanına girer, burada ısıtılarak buharlaştırılır ve türbinlere doğru yollanır. Türbinlerin mekanik enerjiyse jeneratör vasıtasıyla elektrik enerjisine dönüştürülür. Ve son olarak da bir transformatörde gerilimi yükseltilen elektik, genel iletim hatlarına verilir Termik Santral Çevrimi Şekilde bir buhar santralı en basit şekliyle gösterilmiştir. Kazanın buharlaştırıcı bölümünde (a) yüksek basınç altında (kazan basıncı) bulunan besleme suyu, düşük bir sıcaklıktan (kondensat sıcaklığı) buharlaşma sıcaklığına kadar izobar olarak ısıtılır ve buharlaştırılır. Doymuş buhar, daha sonra kızdırıcılarda (b) kızdırılır. Buradan çıkan kızgın buharın sıcaklığına taze buhar sıcaklığı denir. Kızgın buhar daha sonra türbinde (c) adyabatik olarak kondenser basıncına kadar genişler. Bu genişleme sırasında buhar sıcaklığı da kondensat sıcaklığına kadar düşer. Türbinden çıkan çürük buhar kondenserde (d) izobar ve izotermik olarak yoğuşturulur. Bu yoğuşmanın sağlanabilmesi için, soğutma suyu ile buharın kondensasyon ısısının alınması gerekir. Son olarak kondensat besleme suyu pompası (e) ile tekrar adyabatik olarak kazan basıncına çıkartılır. Borulardaki sürtünme ve ısı kayıplarını dikkate almazsak, bu çevrimde besleme suyu pompası çıkışından türbin girişine kadar devam eden sabit basınca kazan basıncı, türbin çıkışından besleme suyu pompası girişine kadar devam eden sabit basınca da kondenser basıncı denir. Taze buhar sıcaklığı kızdırıcı çıkışından türbin girişine kadar, kondensat sıcaklığı ise türbin çıkışından kazan girişine kadar sabit olarak devam eder. Yani yüksek basınç besleme suyu pompasında, yüksek sıcaklık ise kazanda elde edilir. Her ikisi de türbinde düşüşe uğrar. Bu çevrime Clausius-Rankine çevrimi denir. Clausius-Rankine çevriminin p,v diyagramı şekil basit de görülmektedir. Şekil 3.1 ile şekil 3.2 deki aynı harf ve sayılar aynı noktaları göstermektedir. P-v diyagramının çevrelediği alan elde edilen iş miktarını verir.

3 a b c f 2 4 e d 3 Şekil 3.1. Basit bir buhar santralı çevrimi Şekil 3.2. Çevrimin P-V diyagramı Clausius-Rankine çevrimi, buhar santrallarının gerçek su-buhar çevrimi ile karşılaştırılabilmesi yönünden önem taşır. Bu çevrim ideal bir çevrimdir. Çünkü pratikteki izobar ve adyabatik durum değişikliklerinden meydana gelen sapmalar yok sayılmıştır. Clausius-Rankine çevrimi, şekil 3.1 ve 3.2 deki sayılar kullanılarak şekil 3.3 deki T-s diyagramında yeniden gösterilmiştir. Besleme suyu pompası durum 3 teki suyu kondenser basıncından kazan basıncına kadar sıkıştırır (durum4). Bu, izentropik bir işlemdir. Durum 4 teki su kazanda, izobar olarak durum 5 e kadar ısıtılır ve bu arada suya q1 ısısı verilmiş olur. Durum 5 de kazan basıncının karşılığı olan buharlaşma sıcaklığına erişilmiştir. Daha sonra suya q2 ısısı verilerek 5-6

4 4 çizgisi boyunca buharlaştırılır ve sonunda q3 ısısının verilmesiyle 6-1 çizgisi boyunca kızdırılır. Şu halde kazana verilen toplam ısı miktarı q = q1+ q2+ q3 T1 sıcaklığına kadar kızdırılmış olan buhar, türbinde kondenser basıncına kadar eş entropide geniştirilir (durum 2ad). Türbinden çıkan buhar, kondenserde D2ad3A ısısını vererek yoğuşur. Bu ısıyı q0 ile gösterelim. Şekil 3.3. Çevrimin T-S diyagramı Termik santral verimi Şekil 3.3 deki T-s diyagramında, kazana verilen toplam q ısısı ve kondenserden alınan q0 ısısı, bu ısıların karşılığı olan alanlar ile gösterilmiştir. Bu iki değerin farkı yararlı ısı miktarını (qyar) verir. Bu yararlı ısı miktarı şekilde 1-2ad ile gösterilmiş olan çevrimin içerisinde kalan alana eşittir ve teorik olarak, türbinde yararlı işe dönüşür. qyar = q - q0

5 5 Yararlı işin, kazana verilen toplam ısıya olan oranı bize Clausius-Rankine çevriminin termik (ısıl) verimi hakkında bir fikir verebilir: η = qyar /q = q - q0 / q Termodinamik hesaplarda h-s diyagramı T-s diyagramına oranla çok daha kullanışlıdır. Çünkü bu diyagramlardan elde edilen entalpi düşüşleri, basit formüller yardımı ile bizi sonuca ulaştırır. Şekil 3.4. Çevrimin H-S diyagramı çizgisi boyunca meydana gelen izobar buharlaşma sırasında verilen ısı miktarı: 1 1 q = dq = dh = h1- h4 4 4 Aynı şekilde 2ad-3 eğrisi boyunca meydana gelen izobar yoğuşma sırasında sistemden alınan (sistemin dışarı verdiği) ısı miktarı: q0 = h2ad - h3 Bulduğumuz denklemler yerine konulursa ısıl verimi kolayca bulunabilir. ηter = h1-h4-h2ad+h3

6 6 h1-h4 Buna Basit buhar çevriminin ısıl verimi de denilebilir. Besleme pompasının işi türbin işi yanında yok sayılırsa denklem basitleşerek şu hale dönüşür. ηter = h1-h2ad veya η = h1-h2ad h1-h4 h1-h4 Isıl verim, bu çevrimin belirli basınç ve sıcaklık şartlarında teorik olarak erişebileceği en yüksek değeri vermektedir. Clausius-Rankine çevriminde izobar ve adyabatik olarak kabul edilen durum değişiklikleri, gerçekte elde edilmeyecek ideal değişikliklerdir. Bu nedenle, pratikte teorik değerlerden sapmalar meydana gelir. Örneğin türbinde adyabatik olarak genişleğini kabul ettiğimiz buhar, gerçekte ısısının bir bölümünü çevreye geçirir. Dolayısı ile buharın kondenser basıncına kadar genişlemesi 1-2ad çizgisi yerine 1-2 kesikli çizgisi boyunca meydana gelir. Bu ise teorik olarak elde edilebilecek maksimum entalpi düşümüne oranla daha küçük bir entalpi düşümü sağlar. Yani bu nedenle bir miktar termodinamik kayıp meydana gelir. Bu kayıp türbinin iç verimi ile dikkate alınır. Türbinin iç verimi, türbindeki gerçek işin teorik türbin işine olan oranıdır. ηiç = h1-h2 h1-h2ad O halde termik verim ile iç verim bize gerçek termik verimi (ısıl verim) verecektir. ηger = ηter. ηiç = h1-h2 h1-h Çevrim Verimini Artırma Yolları Ara Kızdırma Buhar çevriminde başlangıç basıncı artırılıp, kondenser basıncı sabit tutulursa entalpi düşüş miktarı artar. Ancak basınç arttırılırken aynı anda sıcaklık da arttırılmazsa ıslak buhar bölgesine girilmiş olur. Termik ve mekanik nedenlerle, türbin çıkışındaki buhar ıslaklığı %10 dan büyük olmamalıdır (1-X < 0,10). Aksi halde su damlacıkları türbin kanatlarında erozyona sebep olur. Buharın ıslaklık derecesi, buhar basıncı arttırıldığında, buhar sıcaklığının da arttırılması ile gerekli limitlerin altında tutulabilirse de bu çok zordur ve büyük harcamaları gerektirir.

7 7 Bu nedenle türbin tek bir gövde yerine, yüksek basınç, orta basınç ve alçak basınç gövdelerinden meydana getirilir. Taze buhar önce yüksek basınç basamaklarından geçerek sınır eğrisi yakınlarına kadar genişler Y.B. A.B Y.B. = Yüksek basınç A.B. = Alçak basınç Şekil 3.5. Ara kızdırmalı bir buhar santralı Daha sonra türbinden çıkan buhar, ara kızdırıcıda izobar olarak (2-3) yeniden ve mümkünse başlangıç sıcaklığına kadar kızdırılır. Buradan çıkan buhar türbinin orta basınç ve alçak basınç basamaklarından geçerek kondenser basıncına kadar genişler. Bu yolla buharın ıslaklık derecesi istenilen limitler içerisinde tutulmuş olur. Şekil 3.6 de ki ara kızdırmadaki buhar santralının h-s diyagramı görülmektedir. Böyle bir buhar çevrimi için gerçek ısıl verimi aşağıdaki gibidir. şekil 3.7 de η = (h1-h2) + (h3-h4) (h1-h6) + (h3-h2) Ara kızdırma, buhar çevrimi veriminde % 3-5 oranında bir artma sağlar. Ancak bununda bazı dezavantajları yok değildir. Türbinler çok gövdeli ve uzundur, yol vermesi daha zordur, gerekli boru miktarı çok fazladır ve ara kızdırıcının eklenmesi sonucu kazan maliyeti daha yüksektir.

8 8 Şekil 3.6. Ara kızdırmalı bir buhar santralının H-S diyagramı Ara Buhar Alma Buhar çevrimini yükseltmek için uygulanabilecek bir başka metot da türbin kademelerinden alınan ara buhar ile besleme suyuna ön ısıtma uygulanmasıdır. Bu metoda rejeneratif metot da denilmektedir. İdeal bir çevrimde ısının tümü, Carnot çevriminde olduğu gibi, mümkün olan en yüksek sıcaklıkta türbine verilmeli ve en düşük sıcaklıkta çekilmelidir. Ara buhar alma ile bu şart yaklaşık olarak sağlanabilir. Şekil 3.7 de böyle bir çevrimin T-s diyagramı ve bu çevrime göre çalışan düzenin çalışma şeması görülmektedir.

9 9 T a b 4 c d 3 A B C D S Şekil 3.7. Ara buharlı bir santralın çalışma şeması ve T-S diyagramı Türbin içerisinde genişlemekte olan buharın bir bölümü genişlemesini tamamlayamadan türbinin kimi basamaklarından alınır ve besleme suyunun ön ısıtılmasında kullanılır. Geri kalan bölüm Clausius-Rankine çevriminde olduğu gibi türbinde, kondenser basıncına kadar genişler. Çok sayıda ara buhar alınması halinde genişleme yaklaşık olarak 2-4 eğrisini takip eder ve yararlı iş alanı dir. A56B alanı ara buhardan sağlanan ısıyı, B6712D alanı da kazana verilen toplam ısıyı göstermektedir. Bu ideal çevrimin verimi besleme pompasının işi yok sayılarak şöyle yazılabilir. η = 1 - (h4-h5) / (h1-h6) Ara buhar alma, çevrim verimini %10 kadar arttırır. Buhar santrallarında ara buhar alma ve ara kızdırma çoğunlukla beraberce yapılır.

10 10 4. AKIŞKAN YATAKLI YAKMA TEKNOLOJİLERİ Akışkan yatakta yakma teknolojileri atmosfer basıncında ve basınç altında çalışan olmak üzere iki ana grupta sınıflandırılır. Bu teknolojiler, akışkanlaştırma koşullarına bağlı olarak da kabarcıklı ve dolaşımlı olmak üzere ikiye ayrılır. Bu teknolojilerin avantaj ve dezavantajları genel bilgilerle birlikte aşağıda sunulmuştur. Çan termal sistemde dolaşımlı akışkan yatak yanma teknolojisinin uygulanması öngörülmüştür Dolaşımlı Akışkan Yatak Teknolojisi Çizelge 1. Dolaşımlı akışkan yatak teknolojisine ait işletme parametreleri Parametre Değer Yatak sıcaklığı ( 0 C ) Hız ( m/s ) 4,5-9 Kömür besleme parçacık büyüklüğü ( mm ) 1,6-10 Emici parçacık büyüklüğü (µm ) Ca/S oranı 1,5-4 SO 2 arıtımı ( % ) Yanma verimi ( % ) NO X emisyonu ( ppm ) Kabarcıklı Akışkan Yatak Teknolojisi Çizelge 2. Kabarcıklı akışkan yatak teknolojisine ait işletme parametreleri Parametre Değer Yatak sıcaklığı ( 0 C ) Hız ( m/s ) 0,9-3 Kömür besleme parçacık büyüklüğü ( mm ) 0,6-1,8 Emici parçacık büyüklüğü (µm ) 3 Ca/S oranı 2,5-4 SO 2 arıtımı ( % ) 90 Yanma verimi ( % ) NO X emisyonu ( ppm ) Yatak yüksekliği ( m) 0,6-1,8 Freeboard yüksekliği ( m ) 2,4-6

11 11 Kömür besleme parçacık büyüklüğü ( mm ) Yatak üstü besleme 32 Yatak altı besleme 13 Fazla hava ( % ) Dolaşımlı ve Kabarcıklı Akışkan Yatak Teknolojilerinin Karşılaştırılması 1. Dolaşımlı akışkan yatak da yüksek yanma hızından dolayı birim kesit alana düşen yakıt miktarı fazladır. 2. Dolaşımlı akışkan yatak da bekleme ve temas süresinin uzun ve karışımın iyi olması sebebiyle ısı ve kütle transferi artmakta ; böylece yüksek kazan ve yanma verimi elde edilmektedir. 3. Kademeli yanmadan ve iyi karışmadan dolayı NO X emisyonu Dolaşımlı akışkan yatak da daha düşüktür. 4. Dolaşımlı akışkan yatak teknolojisinin yakıt besleme sistemi daha basittir. 5. Dolaşımlı akışkan yatak yakma sistemlerinde kullanılan kireçtaşının partikül boyutu daha küçük olduğundan istenilen SO 2 giderme veriminin elde edilmesi için gereken kireçtaşı miktarı daha azdır. Dolaşımlı akışkan yatak yakma sistemlerinde kullanılan kömürün kükürt içeriğine ve kireçtaşının reaktivitesine bağlı olarak 2-2,5 Ca/S mol oranı ile tipik olarak % 90 lara varan SO 2 giderme verimi elde edilirken kabarcıklı akışkan yatak yakma Sistemlerinde bu verime ulaşabilmesi için Ca/S mol oranının biraz daha arttırılması gerekir 6. Kabarcıklı akışkan yatak yakma sistemlerinde birim alandan elde edilen güç 1,3 MW/M 2 civarındadır. Dolaşımlı akışkan yatak yakma sistemlerinde ise, partikül boyutunun küçük olması nedeniyle, ısı transfer katsayıları kabarcıklı akışkan yatak yakma sistemlerinden yüksek olup, birim yatak alanından elde edilen güç 4,5MW/M 2 civarındadır. bu durumda ısı transfer sisteminin boyutunu ve maliyetini Dolaşımlı akışkan yatak da daha azdır. 7. Kabarcıklı akışkan yatak sistemlerinin tasarımı basit olup, yatırım maliyeti daha düşüktür. Ancak yakıt ve emici madde gereksinimin fazla olması nedeniyle katı atık miktarı daha fazladır. Dolaşımlı akışkan yatak sistemlerinin yatırım maliyeti daha yüksektir. Bununla birlikte performansı ve yakıt esnekliği daha fazladır. Bu nedenle kabarcıklı akışkan yatak yakma sistemlerinin ve Dolaşımlı akışkan yatak yakma sistemlerinin seçimi, kullanılması düşünülen yakıtın karakteristiklerine ve fiyatına, çevre koruma kriterlerine tesisin kurulacağı yer ilgili kısıtlamalara bağlıdır.

12 Akışkan Yatakta Yakma Teknolojisini Sorunları ve Dezavantajları 1. Akışkan yatakta yakma teknolojisi SO 2 (kükürt dioksit) ve NO X (azot oksit türevleri) emisyonlarını düşürmesi acısından üstün bir teknoloji olmasına rağmen pratikte aşağıda bahsedilen bazı sorun ve dezavantajlarla karşılaşabilmektedir. 2. Söz konusu yakma teknolojinde akışkanlaştırma için belli bir güce ihtiyaç duyulduğundan, üretilen enerjinin küçük de olsa bir kısmı bu amaçla kullanılacaktır. Tanecikler sıcak ortamda toz oluşumuna sebep olmaktadır. Bu da yatak içerisindeki ortalama tanecik çapının değişmesine yol açtığından, yanma verimi bu tür aşınımdan etkilenmektedir. Bu nedenle yüksek verimli siklonlara ihtiyaç duymaktadır. 3. Başlangıç aşamasında işletme güçlükleri bulunmaktadır. 4. Yatak kütlesinin akışkanlaşmasının kesildiği durumlarda topaklaşarak sistemin sürekliliğini bozması denetim ve donatımda karşılaşılan başlıca güçlüktür. Dolaşımlı akışkan yatakta yakma teknolojisi kazana beslene kömür ve kireçtaşı taneciklerine gerek yanma ve gerekse kükürt tutma reaksiyonları için kazanda daha fazla kalış süresi sağladığından, yüksek yanma ve özellikle kükürt tutma verimi sağlar. Bunun yanı sıra güç santrallerinin gerektirdiği kapasitelerde ( 50MW ) sirkülasyonlu sistemler bakım masrafları açısından daha uygun sistemlerdir. Düşük işletme sıcaklığı nedeniyle ısı transfer yüzeylerine kül yapışmaması sayesinde sık bakım gerektirmez ve kabarcıklı akışkan yataklı yakıcılarda olduğu gibi yatak iç ısıtma yüzeylerinin bulunmaması ve ayrıca yatağa homojen bir şekilde yaktı beslemenin kabarcıklı akışkan yataklara kıyasla kolay olması nedeniyle dolaşımlı akışkan yataklı yakıcılar işletme açısından daha sorunsuz tesislerdir. Nitekim çalışmakta ola tesislerdeki ortalama %98 emre amadelik işletme kolaylığının bir göstergesidir Pülverize Kömür Yakma Teknolojisi Pülverize kömür kazanlarında yanma % mesh den az olan kömür parçacıkların oksidasyonu sonucu oluşur. Kazanın içindeki en sıcak bölge yakıcının etraftaki hacim olup, sıcaklık C ye kadar çıkmaktadır. Akışkan yataklı teknolojisinin pülverize kömür yakma teknolojisi üzerindeki avantajları aşağıda anlatılmaktadır. Akışkan yataklı yakma teknolojisinde yanma odası sıcaklığın düşük olması ve dolayısıyla bir çok yakıtın özellikle düşük kül erime sıcaklığına sahip linyitin kül erime sıcaklığına sahip linyitin kül erime sıcaklığının altında kalması nedeniyle, pülverize tip santralarda karşılaşılan cüruflaşma ve ısı transfer yüzeylerinde oluşacak kirlenmeler

13 13 önlenmektedir. Bu nedenle, akışkan yataklı kazan dizaynı yakıtın kül özelliğine bağlı değildir. Akışkan yatak içerisine kireçtaşı enjeksiyonu ile SO 2 kazan içinde bertaraf edilmekte ve ilave SO 2 arıtma tesisine ihtiyaç duyulmaktadır. Akışkan yatak içerisinde katı maddelerin hızı, gazın hızından daha düşük olduğundan, iyi bir karışım sağlanmaktadır. Dolayısıyla ısı ve kütle transferi çok yüksektir. Akışkan yataklı termik santrallerde S0 2 emisyonları düşük olduğunda, bu teknoloji ile pülverize kömürlü termik santraller karşılaştırılmıştır. Akışkan yataklı teknoloji ısı sarfiyatı ve yatırım maliyeti pülverize kömür termik santrallerine oranla daha uygun olduğu görülmektedir. Dolaşımlı akışkan yatak tesislerinde CO 2 emisyonları baca gazı desülfürizastonlu pülverize kömür tesislerine göre %1,1 daha azdır. Pülverize kömür teknolojisinde işletme sıcaklığının linyit kül ergime sıcaklığının üzerinde olmasından dolayı bu teknolojinin Türk linyitlerine uyarlanabilmesi ancak işletme sıcaklığının tasarım değerlerinin altına düşürülmesiyle mümkün olmaktadır. Ülkemizdeki pülverize kömür kazanları hedefledikleri verimin altında çalıştırılmalarına rağmen heterojen bir yapıya sahip olan kül zaman içinde su duvarlarında eriyerek birikmektedir. Bu nedenlerden dolayı kazan ısıl verimi büyük ölçüde düşmektedir. Sabit elektrik üretimini karşılamak için düşen ısıl verimin gerektirdiği kadar ekstra ısıl yükleme yapılması gerekir. Bu da yakıt sarfiyatının artmasına ve tasarım değerlerinin üzerinde CO 2 emisyonuna yol açar. Dolaşımlı akışkan yakma teknolojisinde ise işletme sıcaklığı ( C ) kül ergime noktasının altında olduğundan kazan verimi düşmemekte ve dolayısıyla zamanla CO 2 emisyonunu arttıran bir etken ortaya çıkmaktadır Akışkan Yataklı Kazanlar Akışkan yataklı yanma sistemlerinin alışılmış yakma sistemlerden farklı elemanlarının bir kısmına yukarıda değinilmişti. Yatağa kömür beslenebilmesi için yatak sıcaklığının tutuşma sıcaklığının üzerinde olması gerekir. Akışkan yatağı bu sıcaklığa ulaştırmak için aktif yatak üzerinde ve akışkanlaşma havasını besleyen hatta brülörler yerleştirilir. Yalnız dağıtıcı eleğin ve karışım odasının maruz kalacağı termal etki göz önüne alınmalıdır. Eğer kireçtaşı ile SO 2 tutulması düşünülüyorsa günlük kömür bunkeri gibi günlük kireçtaşı silosu

14 14 da bulunmalıdır. Kömürün aktif yatak yüzeyinin hemen üzerinde beslemek yeterlidir. Akışkan yataklı yanmada farklı olan bir diğer husus ısı transferi borularının yerleşimidir. Aktif yatak içinden yatay geçiş yapan borularla W/M 0 K aralığındaki katsayılarla ısı transferini gerçekleştirmek mümkündür. Bu borular doğal sirkülasyonun sağlanması,erozyonu azaltılması amaçlarıyla yatayla 10/15 0 lik açı yapacak şekilde de yerleştirilebilir. Isı geçiş yüzeyleri akışkan yatakta yanmanın duvarında veya tepeden daldırmalı biçimde de yererleştirilebilir. Akışkan yataklı yanan sistemlerde kullanılacak siklon tasarımında, yüksek gaz hızı ve tanecik yükü nedeniyle yanma verimini arttırıcı değişikler özelliklede göz önüne de tutulmalıdır. Akışkan yataklı yanma sistemleri çeşitli yönlerden sınıflandırmak mümkündür. Sistemin çalışma basıncına göre ; Atmosferik basınçlı ve Basınçlı akışkan yataklı yanma olmak üzere ikiye ayrılır. Atmosferik basınçlı akışkan yataklı yanmalarda yatak malzemesinin sirkülasyonuna bağlı olarak kabarcıklı ve dolaşımlı yataklı olmak üzere ikiye ayrılır. Kabarcıklı olanlar üzerinde en yoğun çalışma yapılmış akışkan yataklı yanma tipidir. Dolaşımlıların avantajı ise kireçtaşı tüketimin büyük ölçüde azaltmış olmalarıdır. Basınçlı tiplerde reaktör hacmi daha da küçülmekte ve kombine çevrim kullanılabilmektedir. Ancak gerek dolaşımlılar gerekse basınçlı akışkan yataklı yanmalar büyük sistemlerde ve termik santrallerde uygulama alanı görmektedir. Endüstriyel boyutlarda yaygın olarak kullanılan kabarcıklı akışkan yataklı yanmalar yatay, düşey ve kompozit tip olmak üzere üç ana gruba ayrılırlar. Yatay tip kabarcıklı akışkan yataklı yanmalar: Mevcut kazan tasarımlarının ve kazanların kullanılabilmesi fikrinden kaynaklanmıştır. Aktif yatağın içine ekstra ısı transferi borusu yerleştirilebilir. Ancak kazan üstünde yapılan beslemede kullanılan kömürün fazla uçucu madde içermemesi arzulanır. Düşey Tipli Akışkan Yataklı Yakıcılar : akışkan yatak operasyonuna daha uygundur. Yük kontrolü ve yatağın devreye alınması daha kolaydır. Ancak büyük sistemlere geçerken, kesiti ve yüksekliği çok artmış akışkan yataklı yakıcı yerine modüler yaklaşım tercih edilmektedir. Kompozit Akışkan Yataklı Yakıcılar : Düşey akışkan yataklı yakıcı çıkışına duman borulu bir sistem eklenmiştir. Böylece, kullanılan yakıtın uçucu madde içeriği artsa bile

15 15 uçucu madde ve taşınan tanecikler yanmasını duman borulu kazanda da sürdürmektedir. Duman borulu sistem aynı zaman da siklon görevini de üstlenmektedir. Akışkan Yataklı Yakıcılar doğal veya zorlamalı sirkülasyonlu, birden fazla aktif yataklı, konkav elekli olmak üzerede gruplara da ayrılırlar. Firmaların tasarım farklılıklarına göre değişik tipte akışkan yataklı yakıcılar mevcuttur. Bir yatağı diğeriyle karşılaştırırken mutlaka işletme koşulları ve kullanılan yakıt göz önüne alınmalıdır. Şekil 4.1 Bir kazanın şeması (Benson tipi) Besleme Suyu Ön Isıtıcıları Besleme suyu, baca gazları yada buhar ile ısıtılabilir. Baca gazları ile ısıtılan besleme suyu ön ısıtıcılarına ekonomizör de denir. Ekonomizörler kazanda, kızdırıcılardan gelecek şekilde imal edilirler ve içlerinden su akan bir boru sisteminden oluşurlar. Ara buhar ile ısıtılan ön ısıtıcılar ise kazandan önce ve besleme suyu devresi üzerine imal edilirler. Bu devredeki konumu yönünden besleme suyu pompasından önce gelen ön ısıtıcılara alçak basınç ön ısıtıcıları, besleme suyu pompasından gelen ön ısıtıcılara da yüksek basınç ön ısıtıcıları denir. Bunlar genellikle yüzeyli tip ön ısıtıcılar ya da karışmalı tip ön ısıtıcılardır.

16 16 Yüzeyli tip ön ısıtıcılar içerisinden besleme suyu geçen borular ile bu boruların içerisinde bulunduğu bir gövdeden oluşurlar. Boruların üzerinden geçen ara buhar, ısısını suya vererek yoğuşur. Yoğuşan su, bir yan kondensat pompası ile su-buhar devresine yeniden katılır. Karışmalı ön ısıtıcılarda ise ara buhar, ön ısıtıcısının içerisine girerek besleme suyu ile karışır ve kondensasyon ısısını besleme suyuna verir. Taze buhar Kızdırıcı Baca gazı Ön ısıtıcı hava Kazan Çürük buhar türbini Kompresör Yol verme metodu Yakıt Şekil 4.2 Kazan ve ön ısıtıcıların akış şeması Hava ön ısıtıcıları(luvo) Besleme suyu ön ısıtıcılarından çıkan baca gazları oldukça sıcaktır. Bu nedenle, baca gazlarının artan enerjisinden hava ön ısıtıcılarında (Luvo) da yararlanılabilir. İki değişik tip hava ön ısıtıcısı bulunmaktadır. Bunlardan bir tanesi reküperatif ön ısıtıcısı, öteki ise rejeneratif ön ısıtıcısıdır. Reküperatif ön ısıtıcılarda ısıtma yüzeylerinin bir tarafından sürekli olarak baca gazları, öteki tarafından ise ters yönde taze hava geçmektedir. Baca gazları ile taze hava arasındaki ısı transferi, ısıtma yüzeyleri aracılığı ile gerçekleşir.

17 17 Rejeneratif ön ısıtıcılarda, enerji akümülatörü olarak çalışan yüzeyler, bir rotor üzerine ve radyal yönde monte edilmiştir. Rotorun devri genellikle 2-5 dev/dak dır. Bu dönme sırasında yüzeyler sürekli olarak bir baca gazı akışıyla karşılaşırlar. Bu şekilde, enerji akümülatörü olarak çalışan yüzeyler, önce baca gazı ile ısınır ve daha sonra da aldıkları bu enerjiyi taze havaya verirler. Bu yüzeylerin et kalınlıkları genellikle 0,5 mm dolaylarındadır. Bu tip hava ön ısıtıcılarına Ljungström ön ısıtıcıları da denir. Bu ön ısıtıcıların avantajı çok geniş yüzeylerin, küçük bir hacime sığdırılabilmesidir. Bununla beraber, her iki gaz yolu arasındaki sızdırmazlığın sağlanabilmesi önemli olduğu kadar da zordur. Çünkü, taze hava basınç altında, baca gazları ise vakum altında bulunmaktadır. Pülverize kömür ocaklarında yanma havasına ortalama 400 ºC a kadar ön ısıtma uygulanabilir. Izgaralı ocaklarda ise ancak düşük ön ısıtma sıcaklıklarına izin verilebilir. Baca gazları 120 ºC sıcaklığa kadar soğutulabilir. Bu sıcaklığın altına inildiğinde gazların içindeki su buharı ve kükürt yüzeylerde korozyona sebep olur. baca gazı taze hava Reküperativ ön ıs ıtıc ısı Regenerativ ön ısıtıc ısı Şekil 4.3 Reküperatif ve regeneratif tip hava ön ısıtıcıları Besleme suyu pompası Kazanlara sürekli olarak ve yeterli miktarda besleme suyu sağlanabilmesini garanti altına alabilmek amacıyla çeşitli ülkelerdeki yetkili kuruluşlar tarafından bazı kurallar ortaya konulmuştur. Bu kurallara göre her kazanın en az iki besleme suyu pompası olması ve bu

18 18 pompaların birbirlerinden farklı birer enerji kaynağı tarafından çalıştırılması gerekmektedir. Amaç, herhangi bir pompa yada enerji kaynağında meydana gelebilecek arızanın kazan çalışmasını etkilememesidir. Kullanılan iki değişik tip enerji kaynağı genellikle buhar ve elektriktir. Bununla beraber, birbirinden tümüyle bağımsız iki ayrı elektrik enerjisi kaynağı bulunmakta ise, her iki besleme suyu pompası da elektrik gücü ile çalıştırılabilir. Aynı şekilde, çapraz beslemeli santrallarda olabileceği gibi, buhar enerjisinin tümünün kesilmesinin söz konusu olmayacağı santrallarda her iki pompa için de buhar gücünden yararlanılabilir. Din normlarına göre, standart kazan basınçları şöyledir: 13, 16, 20, 25, 32, 40, 64, 80, 125, 160 kgf/cm² Kazanların standart buhar tonajları ise: 20, 25, 32, 40, 50, 66, 80, 100, 125, 160, 200, 250 t/h Kazan kapasitesi yönünden gerekli olan min. Besleme suyu miktarı, kazanın max. Devamlı gücüne eşittir. Bu değer ise kazan nominal gücünün 1,25 katıdır. Besleme suyu basıncı aşağıda verilecek olan kuralların 4. maddesine göre saptanmalıdır. Borular, flanşlar, dirsekler ve diğer fittings elemanlarındaki basınç kayıpları kazan nominal basıncının %5 i kadar alınmalıdır. Besleme suyu pompalarının seçimi ve kullanılması konusunda aşağıda belirtilen kurallara uyulmalıdır. a) Her buhar santralında en az iki besleme suyu donanımı bulunmalıdır. b) Eğer yalnızca iki ayrı besleme suyu donanımı bulunmakta ise bunlardan her biri aşağıdaki koşulları sağlayabilmelidir. - Eğer o donanımdan beslenen tüm kazanların otomatik besleme suyu kontrol mekanizması yoksa yada kazanların toplam buhar tonajı 30ton/h in altında

19 19 ise her besleme suyu pompasının kapasitesi, kazanların maksimum buhar güçleri toplamının en az 1,6 katı olmalıdır. - Eğer o donanımdan beslenen bütün kazanların otomatik besleme suyu kontrol mekanizması varsa ve kazanların toplam buhar tonajı 30ton/h ın üzerinde ise,her besleme suyu pompasının kapasitesi, kazanların maksimum devamlı buhar güçleri toplamının en az 1,25 katı olmalıdır. c) Eğer ikiden fazla besleme suyu pompası bulunmakta ise, aynı anda devre dışı olabilme olanağı bulunan pompalardan geriye kalan pompa yada pompaların toplam kapasitesi, kazanların maksimum devamlı buhar güçleri toplamının en az 1,25 katı olmalıdır. d) Besleme suyu pompaları, yukarıda açıklanan besleme suyu miktarlarını maksimum kazan buhar basıncı değeri ile pompa ve kazan arasındaki basınç kayıplarının toplamından bulunacak basınç değerinin %10 fazlası olan bir basınçta bile sirküle edebilmelidir. e) Besleme suyu pompalarının çalıştırılmasında, birbirinden bağımsız en az iki enerji kaynağı bulunmalıdır. Besleme suyu pompalarının tiplerini belirleyecek hiçbir norm yada kural bulunmamaktadır. Prensip yönünden hem santrifüj pompalar ve hem de deplasman pompaları kullanılabilir. Bununla beraber deplasman pompaları küçük güçler ve yüksek basınçlar için tercih edilirler. Çünkü bu pompaların verimi oldukça yüksektir. Büyük güçler için santrifüj pompalar daha caziptir. Bu pompaların fiyatları daha ekonomik, kapladıkları hacim daha küçük ve reglajları daha basittir Buhar Türbinleri Bir buhar türbini genel olarak yatay ekseni etrafında dönebilen bir türbin rotoru bu rotor üzerine monte edilmiş olan ve rotorla beraber dönen hareketli kanatlar türbin gövdesi bu gövde içerisinde bulunan iç gövde sabit kanat taşıyıcıları ve sabit kanatlardan meydana gelir.

20 20 Rotor her iki taraftan radyal yataklarla yataklanmışlardır. Eksenel yatak rotoru eksenel yönde sabitleştirir. Buharın türbinden dışarı kaçmasından söz konusu olduğu yerler labirentlerle donatılmıştır. Kazandan gelen taze buhar ani kapama ventilinde, giriş kasasından, ayar ventilinden geçerek lülelere ve buradan da genellikle Curtis yada Laval çarkına gelir. Bu çarktan çıkan buhar gövde içerisine girerek türbinin tüm kanat basamaklarından akar. Buhar,türbinin içerisinde ilerlerken iş meydana getirir ve hacmi genişler. Bu nedenledir ki türbin sabit ve hareketli kanatları basamaklar ilerledikçe daha uzun imal edilir. Buhar,yaralı enerjisini kanatlar yardımıyla rotora verdikten sonra, çürük buhar gövdesinden geçerek kondensere dökülür. Çeşitli basınç basamaklarından alınan ara buhar borularla gövdeden ayrılarak kullanılacağı yere gönderilir. Ön yatak gövdesinde bulunan ana yağ pompası, rotora bağlanmıştır. Bu pompa yatakları yağlanması türbin reglajı gerekli olan basınçlı yağı sağlar. Yine ön yatak gövdesinde bulunan hız güven mekanizması ve hız regülatörü türbin rotoru tarafından döndürülür. Hız güven mekanizması, rotor ile hareketli kanatlar aşırı hıza karşı ve ani Kapama ventilini harekete geçirerek korur. Hız regülatörü, ayar ventili ile birlikte sabit bir hız ve güç temin edilmesini sağlar. Türbin çıkış tarafında bulunan jeneratörün indüktörü (yani jeneratör rotoru) türbin rotoruyla kaplinlenmiştir. Türbinlerde genellikle birde döndürme dişlisi (virör düzeni) bulunmaktadır. Santralin devre dışı olmasından sonra rotoru, virör aracılığıyla düşük bir hızda döndürmeye devam edilmektedir. Bunun nedeni, soğuma sırasında rotorun bel vermesi ve özellikle ağır rotorların radyal yatakları zedelenmemesidir. Görüldüğü gibi buhar türbini bir akım makinesidir. Buharın entalpisi bu makine da önce kinetik enerjiyi ve daha sonrada mekanik işe dönüşür.

21 21 Türbin girişindeki buharın, basınç ve sıcaklığına bağlı olarak bir entalpisi vardır. Buhar türbin içerisinde genişleyerek akarken basınç enerjisi, türbin gövdesine yerleştirilmiş olan bir sabit kanat diskinden kinetik enerjiye dönüşür. Bu kinetik enerji, buharın türbin rotoru üzerinde bulunan bir hareketli kanat diskinde yön değiştirmesi sırasında ise mekanik işi meydana getirir. Birbiri ardına sıralanmış olan öteki sabit ve hareketli kanat disklerinde aynı işlemi tekrarlanması ile, buharın türbin giriş ve türbin çıkış entalpileri arasındaki fark mekanik işe dönüşmüş ve bu iş rotora verilmiş olur. Bir sabit kanat diski ile bir hareketli kanat diski bir türbin basamağını meydana getirir. Buhar türbinleri genellikle birçok basamaklardan meydana gelirler Buharın ısı enerjisinin kinetik enerjiye dönüşümü Bu dönüşüm ya tümüyle türbinin sabit kanatlarında meydana gelişir yada hem sabit hem de hareketli kanatlarda oluşur. Böylelikle buhar, bir miktar basınç kaybederek belirli bir hıza erişir. Bir boru kesitinden geçen maddenin, örneğin su buharının toplam enerji birim zamanda geçen buhar miktarına, buharın kinetik enerjisine ve entalpisine bağlıdır. E= m.(v 2 /2g+h) Buhar konik bir lüleden basınç düşüşü altında akarsa genişler. Bu sırada toplam enerji sabit kalır, hız artar. Entalpi ise düşer. M(v 1 2 /2g+h 1 )= m.(v 2 2 /2g+h 2 ) V 2 hızını V 1 hızına oranla çok küçük olduğunu düşünerek denklemi şöyle yazabiliriz. V 2 =(2g.(h 1 -h 2 ) ) 1/2 Görüldüğü gibi lüle çıkış hızı yalnızca entalpi düşüşüne bağlıdır. Ancak, denklem ile verilmiş olan hızın teorik çıkış hızı olduğunu unutmamak gerekir. Gerçek çıkış hızı ise sürtünme kayıpları ve diğer kayıplar nedeniyle daha azdır. Bu kayıplar hız katsayısı ( k) ile dikkate alınır

22 22 v=k.v 2 Hız katsayısı deneylere dayanan bir değerdir ve buhar santrallerinde 0.93 ile 0.97 arasında değişir Buharın kinetik enerjisinin mekanik enerjiye dönüşümü Buhar basıncının ve dolayısıyla da entalpi düşüşünün yalnızca sabit kanallarda yada hem sabit hem de hareketli kanatlarda meydana gelmesine bağlı olarak iki değişik tip türbin ortaya çıkmaktadır. Bunlardan birisi aksiyon türbini (sabit basınçlı türbin ), öteki ise reaksiyon türbinidir. Aksiyon türbininde tüm düşüş sabit kanatlarda meydana gelir. Hareketli kanatlarda hiç bir basınç düşüşü söz konusu değildir. Reaksiyon türbinlerinde basınç ve entalpi düşüşünün ancak bir bölümü sabit kanatlarda meydana gelir. Geri kalan basınç düşüş miktarı ise hareketli kanatlarda tamamlanır. Bu nedenle buhar akışının meydana getirdiği kuvvete ek olarak, buharın genişlemeye devam etmesinin sonucu, sabit kanatlar üzerinde bir reaksiyon kuvveti oluşur. Bu türbinlere reaksiyon türbinleri denilmesinin sebebi budur. Aksiyon türbinlerinde buhar, sabit kanat diskinde meydana gelen belirli bir entalpi düşüşüne bağlı olarak hız kazanır. Mutlak hızın yalnızca çevre yönündeki bileşkesi rotor üzerinde bir döndürme kuvveti meydana getirebilir. Eksenel bileşkesi ise yataklarda bir itme kuvvetinin doğmasına neden olur. Birim zamanda akan kütle miktarı cevre hızının yardımıyla bu basamaktan rotora geçiren güç miktarı kolayca yazılabilir. Bu güç, türbine giren buharın gücünden daha azdır. Reaksiyon türbinlerinin hareketli kanatlarında entalpi düşüşü meydana gelmektedir.

23 23 Yakıttaki Potansiyel Enerji Kazan Isı Enerjisi Buharın Kinetik Enerjisi Döndürücü Makinada Mekanik Enerji Jeneratörde Elektrik Enerjisi Şekil 4.4. Buharın türbinde enerji dönüşümü 4.8. Kondenser Buhar santrallarında kullanılmakta olan kondenserler yüzeyli tiptir. Bu sistemlerde yoğuşan buhar ile soğutma suyu birbirlerine karışmazlar. Türbinden çıkan çürük buhar, kondenserin üzerindeki geniş bir ağızdan gövdenin içerisine dolar ve soğutma borularını yalayarak yoğuşur. Daha sonra kondenserin altında bulunan ve hotwell adı verilen bir haznede toplanır. Buradan alınan kondensat, kondensat pompası ile alçak basınç ön ısıtıcılarına gönderilir. Soğutma suyu boruları genellikle bakır borulardır. Kullanılan bakır boruların kalınlıkları 1mm dir. Bununla birlikte vakum elde edilebilmesi için havanın emildiği yere yakın olan boruların et kalınlıkları daha fazla olabilir ya da boru malzemesi bakır-nikele dönüştürülür. Bu boruların akma sınırı 30-38kgf/mm² dolaylarındadır. Soğutma suyu borularının giriş tarafları hidrolik dirençlerin azaltılabilmesi için lüle şeklinde genişletilir. Bu boruları taşıyan boru aynaları kondenser gövdesine, özel olarak imal edilmiş cıvatalarla ya da kaynakla tutturulur. Ayna et kalınlıkları genellikle 25-30mm dolaylarındadır. Aynaların birbirlerine olan uzaklıkları farklıdır. Bunun sebebi, boruların periyodik vibrasyonlara uğramalarını ve bu nedenle de boru kırılmalarını önleyebilmektir. Kondenserde buhar ile su arasındaki sızdırmazlık çok önemlidir. Bu sızdırmazlık tam olarak temin edilemezse hem kondenser vakumu bozulur ve hem de soğutma suyu ile birlikte çeşitli tuzlar ve sertlik maddeleri kondensata karışır. Bu nedenle boruların aynalara

24 24 tutturulması da oldukça önemlidir. Borular aynaya yukarı yönde hafifçe eğik olarak birleştirilirler. Kondenser gövdelerinde bir güven membranı da bulunabilir. Bu membranın görevi türbin ve kondenseri atmosfer üstü basınca karşı korumaktır Jeneratörler Elektrik enerjisini mekanik enerjiye, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren yada belirli büyüklükteki elektrik enerjisini başka büyüklükte bir elektrik enerjisine çevirebilen makinelere elektrik makineleri denir. Elektrik makineleri dinamik makineler ve statik makineler iki ana grupta toplanırlar. Jeneratör ve motorlar dinamik elektrik makineleri, transformatörler ise statik elektrik makineleridir. Bunlardan jeneratörler mekanik enerjiyi elektrik enerjisine, motorlarda elektrik enerjisini mekanik enerjiye çevirirler. Transformatörler de elektrik enerjisini yine elektrik enerjisine çevirirler. Jeneratörler, alternatif akım jeneratörleri ve doğru akım jeneratörleri olarak iki çeşittir. Bunlardan alternatif akım jeneratörlerine senkron jeneratörler de denir. Buhar santrallerinde kullanılan jeneratörler senkron jeneratörlerin yuvarlak kutuplu tipleridir Transformatörler: Transformatörlerin, belirli büyüklükteki bir elektrik enerjisinin başka büyüklükteki bir elektrik enerjisine çeviren statik elektrik makineleridir. Buhar santrallerinde transformatörler özellikle jeneratör çıkış gerilimi150 kv, 380 kv gibi yüksek gerilimlere dönüştürmekte yada santralin iç ihtiyacını karşılayabilmek için jeneratör ve şebeke gerilimlerini 600, 500, 380 volt gibi değerlere düşürmekte kullanılır. Transformatörler basit olarak alaşımlı demir saç paket bir nüve üzerine iki sargıdan oluşurlar. Primer sargı elektrik enerjisiyle beslenir. Demir nüve giriş sargısından akan alternatif akım nedeniyle mıknatıslanır. Oluşan bu manyetik alan nedeniyle sekonder yani çıkış sargısından yine bir alternatif gerilim endüklenmiş olur. Bu çıkış sargısının kapalı bir devre oluşturması halinde sargıdan alternatif akım alınabilir.

25 25 Transformatörlerin verimleri çok yüksektir. İdeal olarak bu verim1 kabul edersek giriş sargısı ile çıkış sargısı güçleri birbirine eşit olur. O halde giriş tarafı 1, çıkış tarafını da 2 kabul edersek : Buradan U 1.I 1 =U 2.I 2 U 1 /U 2 =I 2 /I 1 Öte yandan transformatörlerin giriş ve çıkış taraflarındaki gerilimlerin oranları aynı tarafların sarım oranlarına eşittir. U 1 /U 2 =n 1 /n 2 Görüldüğü gibi sarım sayısı çok olan tarafın gerilimi yüksek, az olan tarafın ise gerilimi düşüktür. 5. BUHAR SANTRALLERİNDE SOĞUTMA SUYU SİSTEMİ, SOĞUTMA SUYU VE SU HAZIRLAMA TESİSLERİ Buhar santrallerinde su iki ayrı bölümde incelenmektedir Su-Buhar Çevrimi Suyu Su- buhar çevrimindeki su, yüksek basınçlı santrallerde çok yüksek arlıkta olan sudur. Bu su doğal suların santral karakteristiğine göre çeşitli işlemlerden geçmesi ile elde edilir. Doğal suları genellikle ham su olarak adlandırıyoruz. Ham suyun arı su haline geçmesine de suyun arıtılması diyoruz arıtıldıktan sonra elde edilen su katma suyu adı altında su- buhar çevrimine karıştırılır. Su buhar çevriminde çeşitli yerler de sular çeşitli isimler alırlar. Bu suları beş bölüme ayırmak mümkündür. a) Kondenser suyu: Türbinde iş gören buhar kondenserde yoğuşarak kondenser suyu adını alır. Bu su gaz alıcıya kadar kondenser suyu olarak kalır.

26 26 b) Besleme suyu : Gaz alıcıdan sonra aynı su besleme suyu adını alır. c) Kazan suyu: Kazana giren su artık kazan suyu olmuştur. d) Doymuş buhar : Kazanda buharlaşan yaş buhara doymuş buhar denilir. e) Kızgın buhar : Doymuş buhar kızdırıcılarda kızgın buhar haline gelerek türbine girer Soğutma Suyu Santralın çeşitli yerlerinde soğutma suları kullanılır. Bunlarda başlıca iki bölümde incelenebilir. a) Kondenser besleme suyu : Türbinde iş görmüş olan buharın soğutmak için kullanılır. b) Donanım soğutma suyu : Bu su, santralin çeşitli yerlerinde ( yağ soğutucuları, pompa vb ) kullanılan soğutma suyudur. Genellikle bu iş için arıtılmış su kullanılır. Sistem tümüyle kapalıdır. Soğutma işlemini tamamlayan donanım soğutma suyu özel ısı değiştirgeçlerinde kondenser soğutma suyuyla soğutularak tekrar iş görebilir hale getirilir. Santral için arı suyun elde edilmesi çeşitli basamaklar da olur. Su hazırlama sisteminin, santralın basınç ve sıcaklığına uygun olarak seçilmesi ve güvenle çalışması iyi bir santral işletmeciliği için ilk koşuldur. Üretilen su ne kadar izlenir iyi kalite olursa, doğabilecek problemlerinde o kadar çok önüne geçilmiş olur 5.3. Kazan suyunun hazırlanması Buhar santrallarında kullanılan suyun içinde yabancı maddeler bulunması istenmez. Sularda bulunan kalsiyum, magnezyum ve silisyum gibi maddeler kazanda ve borularda taşlaşma oluşturarak boruları daraltır. Bu durum kazan veriminin azalmasına neden olur. Kazan taşı, ocak ile su arasında bir izole oluşturduğu için, ocaktaki ısının kazan suyuna geçişini engeller. Bunun için suların sertlik derecelerinin azaltılması veya sıfıra düşürülmesi gerekir. Bunu gerçekleştirmek için birkaç metot geliştirilmiştir. Bunlar 1)Sodyum-Zeolit metodu 2)Hidrojen-Zeolit metodu 3)Kireç-Soda metodu 4)Sıcak metot veya fosfatlı metot 5)Demineralizasyon metodu gibi metotlardır.

27 27 Bu metotların ortak özelliği, sularda bulunan ve kazan yüzeyi veya hacmi il, boru çaplarını daraltan bileşikleri etkisiz duruma getirmektedir. Sertliği giderilen su, bir gaz alıcıdan geçirilerek içindeki gazlar alınır. Suda bulunan gazlar, örneğin oksijen oksitlenmeye sebep olacağı için zararlıdır. Bazı kimyasal maddeler ise korozyona neden olarak, parçaları kısa durumda kullanılamaz duruma getirir. Kazan besleme suyunun arıtılmasında bu durum için de gerekenler yapılmalı. Ayrıca iç kristalleşme ve biriken yabancı maddelerin de düşünülerek bu arıtmanın buna göre düzenlenmesi gerekir. Ham su girişi Şekil 5.1 Bir buhar kazanı devresinde ki üniteler Rakamların belirttiği ünitelerin adları şöyledir. 1-Su sertliğini giderme ünitesi 2-Düzenleyici valf 3-Toplayıcı 4-Hava ayırıcı 5-Kazan besleme suyu deposu 6-Buharla çalışan besleme suyu pompası 7-Elektrikle çalışan besleme suyu pompası 8-Ön ısıtıcı(ekonomizör) 9-Kazan 10-Su ayırıcı 11-Buhar makinesi 12-Kondenser 13-Valf 14-Jeneratör

28 Sistemin çalışma durumu Ham su bir pompa ile bir su kaynağından alınır. Alınan su, sertlik giderme ünitesinde(1) yumuşatılır. Valf(2), Kollektör(3) ve hava ayırıcıdan(4) geçen su, kazan besleme suyu deposuna(5) boşaltılır. Bu depodan pompalarla (6) ve(7) alınan su, ön ısıtıcı(8) yani Ekonomizöre gönderilir. Ön ısıtıcıda ısınan su kazana(9) verilir. Kazandan yüksek sıcaklık ve basınçta çıkan buhar, su ayrıcıdan (10) geçer ve buhar makinesine (11) gelir. Buhar makinesi de jeneratörü döndürerek elektrik enerjisi elde edilir. Buhar makinesinden çıkan çürük buhar, Kondenserde (12) sıvılaşıp yeniden kazan suyu besleme devresine katılır Soğutma Suyu Yolu Buharın kondenserde yoğuşturulabilmesi için büyük miktarda soğutma suyuna ihtiyaç vardır. Soğutma suyunun tamamı nehir, göl yada denizden alınıyorsa buna açık devre ile soğutma denir. Bu halde su, açılan bir kanala dolarak taraklara ve süzgeçlere gelir. Taraklarda iri pislikler ayrılır. Süzgeçlerde ise su mekaniksel olarak temizlenir. Soğutma sıcaklığının yıllık ortalaması ideal şartlarda 10-15C olmalıdır. Bu değerlerin karşılığı olan kondenser basıncı atü dür. Soğutma suyu pompaları, soğutma suyunu kondensere basarlar. Kondensere basılan soğutma suyu, burada türbinden gelen buharı yoğuştururken 8-10C ısınır. Isınmış olan soğutma suyu alındığı nehir, göl yada denize geri verilir. Soğutma suyu miktarı, yoğuşturulan buharın ortalama katıdır. Şekil 5.2 Açık devre ile soğutma

29 29 Suyun bol miktarda bulunmadığı yörelerde, kondenserde ısınmış olan soğutma suyu kulelerinde soğutulur. Eğer, kulelerden suyun yukarıdan aşağıya doğru dökülmesi sırasında meydana gelen buharlaşma kayıplarını karşılayabilecek kadarda su yoksa o halde havalı soğutma donanımları kullanılır. Soğutma kulelerinde soğutulmuş olan suyun sıcaklığı 22-27C arasında değişir. Bu değerlerin karşılığı olan kondenser basıncı (vakumu) atü dür. Soğutma kulelerinde soğutulan su, soğutma suyu olarak kullanılmak üzere tekrar kondensere gönderilir. Buna kapalı devre ile soğutma denir. Şekil 5.3 Kapalı devre ile soğutma 5.5. Kül Atma Ünitesi Kül atma donanımının amacı yanma sonucu meydana gelen külü baca gazından ayırtmaktır. Bu amaç için çok çeşitli metotlar geliştirilmiştir. Hidrolik kül tutucularında sudan yaralanılır. Bunların bazılarında su sadece külü ıslatarak çökeltme, bazılarında ise aynı zamanda külü taşımakta kullanılır. İstenildiğinde su çökelme havuzlarında külden ayrılarak yeniden kullanılabilir. Havalı kül tutucularda kullanılan taşıma aracı havadır. Külün havadan ayrılması bunkerlerde gerçekleştirilir. Külün ayrılması için kullanılacak metodun seçiminde, külün tane iriliği, sertliği, herhangi bir amaç için kullanılıp kullanılmayacağı gibi faktörler rol oynar.

30 30 Izgaralı ocaklardan elde edilen küller yol inşasında kullanılır. Pülverize kömür ocaklarından çıkan kültende inşaat malzemesi olarak yaralanılabilir. Santral küllerinin tutulma ve atılma problemine özellikle eğilmek gerekir. Pülverize kömür ocakta kazanların baca gazlarında çok miktarda kül bulunmaktadır. Bu durum ise çevre sağlığı yönünden oldukça büyük önem taşımaktadır. Özellikle yerleşme merkezleri yakınlarında bulunan santrallere yüksek bacalar kurmak problemin çözümüne yeterli değildir. Bu santrallerde luvo ile cebri çekme vantilatörü (baca gazını bacaya basan vantilatör) arasına her halde bir kül tutucu yerleştirmek gerekir. Baca gazı temizlenmesinde kullanılabilecek en pratik yöntemlerden biri baca gazı yoluna bir çökeltme hücresinin yerleştirilmesidir. Çökeltme hücresinden baca gazı hızı 1-2 m/s ye düşürülür ve böylece kül zerrecikleri kendi ağırlıkları ile aşağıya düşer. Bu metot da çekiş kayıpları oldukça azdır. Ancak büyük bir hacme ihtiyaç baş göstermektedir. Tutulabilen kül oranı ise % 70 dolayların dadır. Islak kül tutucularda tutulabilen kül oranı oldukça yüksektir. Bu metot da baca gazları ya bir su perdesinde oldukça sık yerleştirilmiş olan ve üzerindeki deliklerden su fışkıran plakaların arasından geçer. Islak kül tutuculardan kül ile birlikte baca gazında bulunan SO 2 gazanın da bir bölümünde sıvı ile yıkanarak alınır. Bununla beraber bu tip kül tutucular da çekiş kayıpları oldukça yüksek ve su harcaması da epey fazladır. Öte yandan nemin fazla olması nedeni ile gerek kül tutucularda ve gerekse baca gazının daha sonra kat ettiği yerler de korozyona karşı dirençli olan malzemelerim kullanılması zorunludur. Bu dezavantajlarından ötürü ıslak kül tutucular günümüzdeki santrallerde kullanılmaktadır. Siklonlu kül tutucular merkez kaç kuvvetinden yararlanarak çalışır. Baca gazları dikey konumda bulunan silindirik bir ayırtıcıya teğetsel olarak girer ve oldukça büyük bir açısal hız kazanır. Bu açısal hızın etkisi ile dış yönden harekete geçen kül zerrecikleri silindirin yan yüzeylerinden çıkarak alt bölümdeki bir siklona girerler. Burada alınan küller ya tekrar ocağa basılarak yakılır yada kömür curufuna karıştırılır. Siklonlu kül tutucularda tutulabilen kül oranı %90 a kadar çıkabilir bununla beraber çekiş kayıpları ise oldukça yüksektir.

31 31 Günümüzdeki santrallerde bu konuda hemen sadece eletrofiltrelerden yararlanılmaktadır. Elektrofiltrelerde çökeltme elektrotları ile püskürtme elektrotları elektriksel alan meydana getirirler. Baca gazları bu elektrotların arasından geçerken kül zerrecikleri elektrostatik olarak yüklenirler püskürtme elektrotları kv luk bir kaynaktan beslenirler bir redresör burada kullanılacak olan alternatif akımı doğru akıma çevirir. Çökeltme elektrotları topraklanmıştır. Yüklenmiş olan kül zerrecikleri püskürtme elektrolarında uzaklaşarak çökeltme elektrotlarına doğru hareket derler. Burada elektrik yüklerini bırakan küller fitrenin altındaki siklona dökülürler. Elektrofiltrelerde ki her çökeltme elektrotuna bir silkme düzeni bağlanmıştır. Bu düzen, belirli zaman aralıklarında otomatik olarak harekete geçer ve elektrot üzerine toplanmış olan külleri silker. Bu filtrelere kısaca E-filtre denilmektedir. Elektrofiltrelerde tutulabilen kül oranı baca gazı oranı ile orantılıdır. Bu hız 1-3 m/s dolaylarında olmalıdır. E- filtredeki çekiş kayıpları yalnızca 2-4 mmss dir. ayrıca bu metotla tutulabilen kül oranı %99 un üzerine bile çıkabilmektedir. Elektrofiltrelerin enerji harcaması her 1000m3 baca gazı için 0,15 0,5 kwh arasındadır. Ayrılmış olan küllerin alt ısıl değeri kimi zaman hala 2000 kcal/kg kadar olabilmektedir. Bu nedenle küller özel bir donanımla tekrar kazana sevk edilebilir.