TERMODİNAMİK II BUHARLI GÜÇ ÇEVRİMLERİ. Dr. Nezaket PARLAK. Sakarya Üniversitesi Makine Müh. Böl. D Esentepe Kampüsü Serdivan-SAKARYA

Transkript

1 TERMODİNAMİK II BUHARLI GÜÇ ÇEVRİMLERİ Dr. Nezaket PARLAK Sakarya Üniversitesi Makine Müh. Böl. D Esentepe Kampüsü Serdivan-SAKARYA BUHARLI GÜÇ ÇEVRİMLERİ Güç elde etmek amacıyla : iş akışkanı (su) çevrimde dönüşümlü olarak buharlaştırılır ve yoğuşturulur. 1

2 CARNOT BUHAR ÇEVRİMİ Carnot çevrimi iki ısıl enerji deposu arasında elde edilebilecek maksimum verimi veren teorik bir çevrimdir. Gerçekte uygulanması mümkün değildir. ÇÜNKÜ: 1) DÜŞÜK VERİM: Isı geçişleri çift fazlı akışkan üzerinden gerçekleşir. Çıkılabilecek en yüksek sıcaklık kritik nokta (Tsu-kr=374 C) ile sınırlıdır. 2) KURULUK DERECESİ: 3-4 aralığında izentropik genişleme işlemi gerçekleşirken kuruluk derecesi azalır ve sıvı tanecikleri türbin kanatlarına zarar verir. 3) Yine 1-2 izetropik sıkıştırma işleminde sıvı-buhar karışımının sıkıştırılması gerekmektedir. İki fazlı akışkanı sıkıştıran bir kompresöre ihtiyaç duyulur. Uygulaması zordur. CARNOT BUHAR ÇEVRİMİ Yandaki T-s diyagramında olduğu gibi uygulamadaki bazı sıkıntılar giderilebilir. FAKAT, doymuş sıvı akışkanın çok yüksek basınçlara sıkıştırılması ve de değişen basınç altında ısı geçişini sağlamak gibi diğer problemler ortaya çıkar. 2

3 RANKİNE BUHAR ÇEVRİMİ 1-2 Pompada izentropik sıkıştırma 2-3 kazanda sabit basınçta ısı girişi 3-4 Türbinde izentropik genişleme 4-1 Yoğuşturucuda sabit basınçta ısı atılması RANKİNE BUHAR ÇEVRİMİ HESAPLAMALAR Isı girişi: Çevrimden atılan ısı: Isıl verim: Pompa işi: Türbin işi: Net iş: 3

4 RANKİNE BUHAR ÇEVRİMİ Soru(10-15): 210 MW gücünde bir buharlı güç santrali basit Rankine çevrimine göre çalışmaktadır. Buhar türbine 10 MPa basınç ve 500 C sıcaklıkta girmekte ve yoğuşturucuda 10 kpa basınçta soğutulmaktadır. Çerimi T-s diyagramında göstererek; a) türbin çıkışında buharın kuruluk derecesini, b) çevrimin ısıl verimini, c) buharın kütlesel debisini hesaplayınız. Çözüm: Tablo A-4, A-5 ve A-6 RANKİNE BUHAR ÇEVRİMİ 4

5 RANKİNE BUHAR ÇEVRİMİ GERÇEK BUHARLI GÜÇ ÇEVRİMİNİN İDEAL BUHARLI GÜÇ ÇEVRİMİNDEN FARKI GERÇEK RANKİNE BUHAR ÇEVRİMİ Soru (10-22): Basit ideal Rankine çevrimine göre çalışan bir buharlı güç santralinin net gücü 45 MW tır. Su buharı türbine 7 Mpa basınç ve 500 C sıcaklıkta girmekte, yoğuşturucuda 10 kpa basınçta soğutulmaktadır. Yoğuşturucuda suyu soğutmak için kullanılan göl suyunun debisi 2000 kg/s dir. Türbin ve pompanın izentropik verimlerini %87 alarak; a) Çevrimin ısıl verimini, b) Buharın debisini, c) Soğutma suyunun sıcaklığındaki yükselmeyi hesaplayınız. d) Çevrimin T-s diyagramında gösteriniz. Çözüm: 5

6 GERÇEK RANKİNE BUHAR ÇEVRİMİ RANKİNE BUHAR ÇEVRİMİNİN VERİMİNİN ARTIRILMASI Yoğuşturucu Basıncının Düşürülmesi 6

7 RANKİNE BUHAR ÇEVRİMİNİN VERİMİNİN ARTIRILMASI Buharın Kızdırılması RANKİNE BUHAR ÇEVRİMİNİN VERİMİNİN ARTIRILMASI Kazan Basıncının Yükseltilmesi ve ara kızdırma 7

8 ARA ISITMALI RANKİNE ÇEVRİMİ ARA ISITMALI RANKİNE ÇEVRİMİ Soru (10-33): Ara ısıtmalı Rankine çevrimine göre çalışan buharlı bir güç santralinin net gücü 80 MW tır. Buhar, yüksek basınç türbinine 10 MPa basınç ve 500 C sıcaklıkta, alçak basınç türbinine ise 1 MPa ve 500 C de girmekte; yoğuşturucudan 10 basınçta doymuş sıvı olarak çıkmaktadır. Türbinin ve pompanın izentropik verimleri sırasıyla &80 ve 95 tir. Çevrimi T-s diyagramında göstererek; a) türbin çıkışında kuruluk derecesini yada sıcaklığını, b) çevrimin ısıl verimini, c) Buharın kütlesel debisini hesaplayınız. Çözüm: 8

9 ARA ISITMALI RANKİNE ÇEVRİMİ ARA ISITMALI RANKİNE ÇEVRİMİ 9

10 ARA BUHAR ALMALI (REJENERASYON) RANKİNE ÇEVRİMİ Açık besleme suyu ısıtıcılı (Karışım odalı): ARA BUHAR ALMALI (REJENERASYON) RANKİNE ÇEVRİMİ Kapalı besleme suyu ısıtıcılı: 10

11 ARA BUHAR ALMALI (REJENERASYON) RANKİNE ÇEVRİMİ Soru (10-43) : Buharlı bir güç santrali, ideal ara buhar almalı Rankine çevrimine göre çalışmaktadır. Buhar türbine 6 MPa basınç ve 450 C sıcaklıkta girmekte, yoğuşturucuda 20 kpa basınçta yoğuşmaktadır. Türbinden 0.4 MPa basınçta ayrılan buhar, açık besleme suyu ısıtıcısında kazan besleme suyunu ısıtmak için kullanılmaktadır. Su besleme suyu ısıtıcısından doymuş sıvı halinde çıkmaktadır. Çevrimi T-s diyagramında göstererek, a) kazandan geçen birim akışkan kütlesi için çevrimin net işini, b) çevrimin ısıl verimini hesaplayınız. Çözüm: ARA BUHAR ALMALI (REJENERASYON) RANKİNE ÇEVRİMİ 11

12 ARA BUHAR ALMALI (REJENERASYON) RANKİNE ÇEVRİMİ BİRLEŞİK ISI-GÜÇ (KOJENERASYON) ÜRETİMİ Hem güç hem de proses için gerekli olan ısı enerjisini üreten çevrimlerdir. Enerjiden yararlanma oranı 12

13 BİRLEŞİK ISI-GÜÇ (KOJENERASYON) ÜRETİMİ Soru (10-66): Su buharı bir birleşik ısı-güç santralinin türbinine 7 MPa ve 500 C de girmektedir. 30 kg/s olan buhar debisinin dörtte biri, 600 kpa basınçta türbinden ayrılarak ısıl işlemlerde kullanılmaktadır. Buharın geri kalanı, 10 kpa basınca genişlemektedir. Türbinde ayrılarak ısıl işlemlerde kullanılan buhar yoğuşturulduktan sonra sabit basınçta kazan besleme suyu ile karıştırılmakta ve karışım 7 Mpa kazan basıncına pompalanmaktadır. Borulardaki basınç düşüşü ve ısı kayıplarını göz ardı ederek ve türbinle pompanın izentropik olduğunu varsayarak; santralin net gücünü, ve enerjiden yararlanma oranını belirleyiniz. BİRLEŞİK ISI-GÜÇ (KOJENERASYON) ÜRETİMİ 13

14 BİRLEŞİK ISI-GÜÇ (KOJENERASYON) ÜRETİMİ BİRLEŞİK GAZ-BUHAR GÜÇ ÇEVRİMİ Brayton çevrimi (gaz türbini çevrimi ) ile Rankine çevriminin oluşturduğu bileşik bir çevrimdir. 14

15 BİRLEŞİK GAZ-BUHAR GÜÇ ÇEVRİMİ Soru (10-74): Bir birleşik gaz-buhar çevriminde, Brayton çevriminin basınç oranı 16 olup, Hava kompresöre 300 K sıcaklıkta 14 kg/s debi ile girmektedir. Yanma odasından 1500 K sıcaklıkta çıkan gazlar türbinde genişledikten sonra, bir ısı değiştiricisinde 10 MPa basınç ve 400 C sıcaklıkta buhar üretiminde kullanılmaktadır. Yanma gazları ısı değiştiricisinden 420 K sıcaklıkta çıkmaktadır. Üretilen buhar türbinde 15 kpa yoğuşturucu basıncına kadar genişlemektedir. Tüm sıkıştırma ve genişleme işlemlerinin izentropik olduğunu varsayarak; çevrimin ısıl verimini hesaplayınız. BİRLEŞİK GAZ-BUHAR GÜÇ ÇEVRİMİ Çözüm: 15

16 BİRLEŞİK GAZ-BUHAR GÜÇ ÇEVRİMİ Çözüm: BİRLEŞİK GAZ-BUHAR GÜÇ ÇEVRİMİ Çözüm: 16