Vedat KAHYAOGLU, Ayhan ŞENGİL

Transkript

1 8Cilt, I Sayı (Mart 24) Çiğ Nktası ve Dğal Gaz Çevrim Santralleri Atık Isı Kazanlan Açısından Önemi V Kabyağlu, AŞengil ÇİG NOKTASI VE DOGAL GAZ ÇEVRİM SANTRALLERİ ATlK ISI KAZANLARI AÇlSINDAN ÖNEMİ Vedat KAHYAOGLU, Ayhan ŞENGİL Ozet - Bu çalışma, sadece dğal gaz çevrim santralleri atık ısı kazanları için değil bütün tbermelektrik santralierin atık ısı kazanları açısından önemli güncel bir çalışmadır Bu çalışmada, NGCCPP atık ısı kazanlannda mevcut kızdırıcı bruları kullanılmış lup bunlar üzerine çiğlenme nktasnın etkileri incelenmiştir Kullanılan yakıtın karakteristiğinin ve hava kşullannın çiğlenme üzerine luşturdukları katalizör etkisi gözlemlenmiş ve zararları rtaya knmuşturkızdırıcı brulardan alınan numuneler üzerinde çalışılıp gerekli analizler yapılarak reel snuçlar rtaya knmuştur Anahtar kelimeler -Çiğlenme nktası, kızdırıcı brular, atık ısı kazanı Abstract - This study has nt updated and usefull infrmatın nly fr cmbıne cycle pwer plants (NGCCPP), but als all therm electrıc pwer plants In this study, superheater tubes wed fr Heat Recvery Generatrs (HRSG)in NGCCPP has been bserved fr the effects f dew pınt f flue gas The effects f flue gas spesıfıcatıns and ambıent cndıtıns t the dew pint f flue gas has been cvered in this article Tube samples taken frm the HRSG has been studıed and analyzed t achıve the rt cause f the defectın f the tu bes Ke)Jvrds - steam generatr Dew pınt, super heater, heat recvery I GİRİŞ Çiğ nktası flue gaz içindeki asidin yğunlaşıp bru veya baca iç çeperine yapışması sureti ile kazan için nan lması zr zarariara sebebiyet veren asit luşumunu önlemek amacı ıle kazan üreticisi fırma tarafından kazanın malzeme yapısına, gazın karakteristiğine, suyun sıcaklığına ve hava kşullarına bağlı larak dizayn edilen bir kriter ve kritik nktadır[3] Bu amaçla sistemde suyun atık ısı kazanına girdiği ilk kısım lan lw pressure eknmizer öncesinde bir lw pressure resirkilasyn pmpası bulunmaktadır Pmpanın görevi l\\ içindeki Aynı zamanda yanma snucu uzaklaşan baca gazlarınında yğunlaşmasına izin vermeyecek randa baca sıcaklığını ayarlamaktır[2,3] Yukandada ifade edildiği gibi çiğ nktası flue gaz içerisinde bulunan azatksit ve sülfür gibi kimyasaliann hava kşullarına bağlı larak luşan su mlekulleri ile reaksiyna girerek metal açısından çk zararlı nitrik asit ve sülfirik asit luşumuna sebebiyet verınesi layıdır Teknik anlamdaki tanımlaması budur fakat bilimsel anlamda çiğ nktası havanın sıcaklık ve basıncına bağlı larak gerçekleşen su mleküllerinin yğunlaşması layıdır Kazan açısından bakıldığında ise buhar mlekurerinin pressure eknmizer giriş sıcaklığını flue gaz krziv asidin çiğ nktasının üzerinde tutmaktır yğuşumunun sistem içerisinde lmasının önlendiği ve ra ayarlandığı denge nktasıdır[2,3] Fakat baca çıkışlarının atmsfere açık lması ve herhanqi bir şekilde çıkış nktasının perdelenmediği sistemlerde strat-up ve shut dvrn esnasında baca sıcaklığındaki düşme nedeni ile flue gaz içerisindeki asit luşumuna sebebiyet veren kımyasal maddelerin baca iç çeperine sıvanmasına ve değişen hava şartları ile birlikte baca içerisinden süpürulüp atık ısı kazanı içerisindeki kızdırıcı brular üzerine düşmesine neden lmaktadır Bu kimyasal luşum kazan için narılınası zr bir krzyna sebebıyet verınektedir Gerçekleşen krzyn snrasında kazanda aşırı ısı ve su kaybı luşmaktadır dlayısı ile kazanın verimi düşmektedir Bu ise kazanın veya sistemin durdurulması ve bakıma alınması anlamına gelmektedir Bu tip prblemlerle santrai veya kazan işletmeciliğinde çk sık karşılaşılmaktadır f2 3] Bu çalışmanın amacı kazan ömrü açısından çiğ nktasının önemini rtaya kymak sureti ile Ülke eknmisine katkıda bulunmaktır V edat Kahyağl u, lntergen Enka Ayhan Şengil, SAÜ MühFakÇevre Müh 38

2 8Cilt I Sayı (Mart 24) Çiğ Nktası ve Dğal Gaz Çevrim Santralleri Atık Isı Kazanları Açısmdan Onemi V Kahyağlu, AŞengil ll METOD Atık ısı kazanı kızdırıcı brularından değişik bölgelerden değişen ebatlarda bru numuneleri alınarak seçildi Seçilen numunelerin temasta lduğu iç ve dış yüzeydeki değişkenlerde ilave edilerek analizler yapıldı Bu değişkenler brunun iç yüzeyinde bulunan şartlandırılmış kazan suyu, dış yüzeyde ise yğuşma snucu luşan kristallenmiş birikinti luşumları ve kullanılan yakıttır Analizlerde öncelikle krzynun genel bir snucu lan demir ölçümleri yanında gazın genel yapısı içerisinde yer alan azt ve sülfiir ranı kntrl edildi Kızdırıcı brular içerisinde brunun iç yüzeyi ile temasta bulunan kazan suyu içerisinde; fsfat, çözünmüş ksijen, demir ve aluminyum analizleri yapıldı Depzİtlerden elde edilen çözeltilerde ph ve iletkenlik ölçümü yapıldı Analizler metalin yapısında meydana gelen değişiklikleri kntrl etmek amacı ile fiziksel ve kimyasal larak incelendi Fiziksel incelemelerde X-Ray ışınları ve elektrnik mikrskp, kimyasal incelemelerde Hach DR4 spektr ftmetre, WTW masa üstü ph metre ve kndüktivite metre ile birlikte Merck in hazır kimyasal reaktifleri kullanıldı Gazın genel karakteristik analizleri ise gaz krmatgrafısi yapılarak tespit edildi Analizler yapılırken aşagıda belirtilen sıra takip edildi[2,3,4] Atık ısı kazanı kızdırıcı brularından değişik ebatlarda brular alındı Brulara analiz teknikleri dğrultusunda numaralandırıldı Dış kısımda luşan (Dışbirikinti)birikintiden bruya zarar verilmeden temin edildi Müteakiben brunun üzerindekj kısım traşlandı Traşıanan bru numunesi bylamasına kesildi Kesilen bru numunesinin iç kısmındaki (İç birikinti) birikintiden bruya zarar verilmeden numune alındı Numune alma işlemi tamamlandıktan snra brunun iç yüzeyide temiztenerek deneysel çalışmalara başlandı Temizlenen numaralı bru parçaları X-Ray ışınları varlığında elektrnik mikrskp kullan ılarak i ncelemeye alı nd ı [2,3,4] Alınan iç ve dış birikinti numuneleri ise saf su ile çözündürülüp süzülerek berrak numuneler haline getirildi OluşturuJan numunelerde gerekli analizler yapılarak snuçlar rapr edildi[2] IllBULGULAR VE DEGERLENDİRİLMESİ IILI Şartlandırılmış Kazan Suyu T a bl 3 1 l X -R ay ışın an ı e yapı ı an ana r ız b utgu 1 ı an Aluminyum(AlıO>) %1 Silis(SiOı) F sfr(pıos) %1 Manganez(MnO) Demir(Feı3) Tplam Oxit(925 C kayıp) <>!l </l /96 %1 T a bl S kt fl t t ı ı r b 1 i p e r me re ı e yapı an ana ız u ı gtı_ arı Demir(Feı3) ISppm Fsfr(PıOs) 1,6ppm Çözünmüş Oksijen 5ppb PH 9,4 İletkenlik ı,6 Tabl 313 Uretici fınna ve ASTM limit Değerleri Demir(Feı3) Fsfr(PıOs) Çözünmüş Oksijen <SO ppm <4ppm <2ppb PH 9,2-9,6 lletkenlik <3ııs/cm Analiz snuçlarından da görüldüğü üzere bulunan değerler belirtilen I im it değer aralığında yer almaktadır Dlayısı ile brularda meydana gelebilecek krzif etki bru içerisinde bruyla tenıas halinde bulunan suyun etkisi ile luşmaınaktadır[ 4] III2 Iç Depzit Brunun iç kısmında luşan birikinti numunesi üzerinde yapılan analizler snucu aşagıdaki bulgular elde edilmiştir Ta bl 3 2 l B runun ıç k Element 5Ö C kayıp 925\)C kayıp Aluminyum(Alı3) Demir(Feı3) Manganez( Mn O) Silis(SiOı) Fsfr(PıOs) ısının d a ı uşan ırı ın ının ana r ız b uıgu ı ı an /Ağırlık X-Ray ışınları i]e yapılan analiz neticesinde kmpzitte tespit edilen elementler ve ağırlıkları aşağıda verilmiştir ı 2 ı 96 <1 <1 ı Il kısımda dıştan içe dğru izlediğimiz sırayı bu kısımda ise içten dışa dğru değerlendirilmek sureti ile bulgular verilecektir Bru içerisinde brunun iç yüzeyi ile temasta bulunan su numunesi ile yapılan analizierin snucunda elde edilen bulgular aşağıda verilmektedir 39

3 8Cilt, lsayı (Mart 24) Çiğ Nktasi ve Dğal Gaz Çevrim Santralleri Atık Isı KazanJan Açısandan Önemi V Kahyağlu, _t\şengil Tabl 322 X-Ray ışınlan ile yapılan analiz bulguları Element c <YAğırlık yk Si,1 Mn,5 p <,1 s <,1 Cr O, 1 M,16 Ni,7 V <,1 Diğerleri Fe yk Cu,15 Şekil 31de kanatlı bir kızdırıcı bru ve iç kısmında luşan birikinti tabakası Değerlerden de görüldüğü üzere bru numunesinde bir krzyn layının lduğu fakat luşum sebebi hakkında bir önceki incelemede kullanılan kazan suyundan kaynaklandığını söylemek mümkün lmadığı gibi imkansızdırda incelenen birikintide bulunan veriler bunu dğrular nitelikte bulgulardır Bu tip bir krzyn iç yapı içerisinde bul un an kimyasalların etkisi ile rtaya çıkabilecek bir krzyn tipi lmayıp diğer numuneler incelenmeye devam edilecektir[3,4] Şekil 3 lde kanatlı bir kızdırıcı bru ve iç kısmında luşan birikinti tabakası görülmektedir Bu kesıt bylamasına larak kesilen bru numunesinin alt kısmıdır Söz knusu birikinti su içerisinde çözünen ağır mettallerin çökelmesi ile luşmuştur[2,3] ID3 Dış Depzit Brunun dış yüzeyinde çiğlenmenin etkisi ile içe dğru yğuntaşmadan kaynaklanan ve brunun dış yüzeyinde bulunan birikinti üzerinde yapılan analizler snucu elde edilen bulgular aşağıdadır T a bl B runun d ış yuzeyın d e b u ı unan b ulgu ı 1 ar Element %Ağırlık 5 C kayıp ı ı 925 C kayıp 4 Demir(FeıOJ) 36 Sülfur(S3) 24 Bulgulardan da görüldüğü gibi hiç istenınediği halde bru üzerindeki birikintide sülfiir elementi tespit edilıniştir Bu element yğunlaşan su buharı ile birlikte baca içerisinden süprülüp gelen bir elementtir Su buharı ile reaksiynu snucu rtaya çıkan asit ise yüksek krziv etkisi lan Sülfiirük asittir Asitin etkisi ile rtaya çıkan krzyn Hidrjen kırılması larak ifade edilen krzyndur[1,4] Şekil 32 Bylamasına kesilen kızdırıcı bru numunesinın üst kısmına aittir bru iç çeperinde pitting türünde krıyn başlangıcı gözlemlenmektedir [1,3] 1114 Brunun Iç Ve Dış Yüzeyinde Yapılan Görsel Çalışmalar Bu kısımdaki çalışmalar daha önceki çalışmalara ışı k tutacak nitelikte bulgular içerınektedir Bu bulgular şekil larak verilmektedir Şekiller incelendiğinde rtaya çıkan snuç krzynun kaynaklandığı nktayı netleştirecek ve çiğ nktasının önemini rtaya kyacaktır[l,3] Şekil 33 Bylamasına kesilen brunun üst kısmı 4

4 8Cilt, lsayı (Mart 24) Çiğ Nktası ve Dğal Gaz Çevrim Santralleri Atık Isı Kazanları Açısından Önemi V Kahyağlu, AŞengil ( Şekil 33 Bylamasına kesilen brunun üst kısmına aittir Fakat şekil 32 den farklı larak brunun iç yüzeyi traşlanıp temizlenmiştir Temizlenen yüzeyde krzyn varlığı daha net bir biçimde görülmektediroluşan krzyn hakkında net bilgiler snraki şekillerde verilecektir [2,3] dıştan içe dğru lduğu gözlemlenmektedirkırılmanın tek nktada lmayıp devam ettiğide gösterilmektedir [1,2,3] Şekil 34Bylamasma kesilen brunun alt kısmın finler tıraşlandıktan snra dıştan görünüşü Şekil 34Bylamasına kesilen brunun alt kısmın kanatlar traşlandıktan snra dıştan görünüşüdür Şekil x Ray ışınları varlığında elektrnik mikrskp)a alınmıştır Brunun dış yüzeyinde kırılma şeklindeki krzyn belirgin larak gözükmektedir Bu tip bir krzynun iç kısımda akış halinde bulunan şartlandırılmış sudan kaynaklanması mümkün gözükmemektedir [2,3] Şekil 36Bylamasına kesilen brunun üst kısmın kanatlar tıraşlandıktan snra dıştan görünüşü Şekil 36Bylarnasına kesilen brunun üst kısmın kanatlar tıraşlandıktan snra dıştan görünüşüdür Şekil X-Ray ışınlan varlığında elektrnik mikrskp la alınmıştır Brunun dış yüzeyinde kırılma şeklindeki krzyn belirgin larak gözükınektedir Bu tip bir krzynun iç kısımda akış halinde bulunan şartlandırılmış sudan kaynaklanması mümkün gözükınemektedir [ 1,3],, - Şekil 37 Bylamasına kesilen numune üst kısmının içten görüntüso Sekii35Bylamasına kesilen numunenin alt kısmının içten görüntüsü Şekil 35Bylamasına kesilen numunenin alt kısmının içten sörüntüsüdürşekil 34ü dğrular nitelikte lup kırılmanın Şekil 37 Bylamasına kesilen numunenin üst kısmının içten görüntüsüdür Şekil 36 ı dğrular nitelikte lup kırılmanın dıştan içe dğru lduğu gözlemjenmektedir 41

5 8Cilt, 1 Sayı (Mart 24) Çiğ Nktası ve Dğal Gaz Çevrim Santralleri Atık Isı Kazanlan AçısındaDönemi V Kabyağlu, AŞengil Kırılmanın tek nktada lmayıp devam, ettıgı de içerisindeki pzisynunu ve kınğın byutunu belirleme, ve gösteri Im ektedir [2,3] iç kısımdaki kimyasaldan etkileşimini rtaya kymak amacı ile görüntütenmiştir [2,3] Şekil 38 Bylamasına kesilen bru numwıesmın kanatların kaynak nktasında stres etkisini göstennektedir Şekil 38 Bylamasına kesilen bru numunesinin kanatların kaynak nktasında stres etkisi veya brunun rjinalinden kaynaklanan kırılmaların 1 5 kat büyütülerek alınan görüntüsüdür Kırılmaların luştuğu nktalarda yapılan çalışmalarda kırılmaya bağlı krzyn luşumuna rastlanmıştır Kinlma beraberinde artan krzynu getirmiştir [2,3] - Şekil 3 ı O Bylamasına kesilen tıraştanan brunun dış yüzeyinin 2 kat büyütülerek alınan görüntüsü Şekil 3 ı O Bylamasına kesilen tıraşianan brunun dış yüzeyi nin 2 kat büyütülerek alınan görüntüsüdür Kırılmanın izlediği ylu takip etmek ve luşan kınlmanın neden kaynaklandığını rtaya kymak amacı ile görüntütenmiştir [2,3] " " -,, * t ( / -t,, ", i t ", ; d -," """",,< - ;,1 ; ; L r ;, - "( -, t 1 ; J < ; ; " -"V"W ; >< ;i _= ; ; ;,, ; - ", ; ; ; J #, N-H # N 4 4t - * - # Şekil 3 ı ı şekil 3 loun 5 kat büyütülerek alınmış görüntüsü Şekil 3 9 Bylamasına kesilmiş lan 38 şeklinin 5 kat büyütülerek al mm ış görüntüsü Şekil 39 Bylamasına kesilmiş lan 38 şeklinin 5 kat büyütülerek alınmış görüntüsüdür Kırılmanın bru Şekil 31 I şekil 31un SOO kat büyütülerek alınıngörüntüsüdürşekil ile kınğın veya kınlmaların görüntülenmesi hedeflenmiştir Amacı ise kınğın lineer bir 42

6 8Cilt, lsayı (Mart 24) Çiğ Nktası ve Dğal Gaz Çevrim Santralleri Atık Isı Kazanları Açısından Önemi V Kahya lu, AŞcngil dğrultumu izlediği veya hidrjen kırılması şeklinde dalgalı bir dğrultumu izlediğini belirlemektir Şekil snucu net larak rtaya kymaktadır [2,3] IVSONUÇLAR VE ÖNERiLER Şe il 312 Bylamasına kesilen bru numunesinin tıraşianan iç yüzeyinin 2 kat büyutülerek alınmış görüntüsü Şekil 31 2 Bylamasına kesilen bru nun1unesinin tıraşianan iç yüzeyinin 2 kat büyütülerek alınınış görüntüsüdür Kınğın granüller arası luşturduğu etkileşim ile bru iç çeperinde akış halinde bulunan kazan suyu ile etkileşimi rtaya kymak amacı ile görüntülenmiştir [2,3] Çevre ve hava kşullarının dğal bir getirisi lan çiğin atık ısı kazanları açısından etkileri deneysel veriler ve şekiller ile rtaya knmuştur Kullanılan yakıttan kaynaklanabilecek kirli yanmanın yalnızca çevre açısından değil sistem açısından da zararlı lduğu ve sistemde narılınası zr hasariara sebebiyet verdiği tespit edilmiştir Kazan ömrü açısından çevre ve hava kşullarının etkisi ve önemi rtaya knmuştur[l,2,3] Santral işletmeciliği veya atık ıs1 kazan işletn1eciliğinde atık ısı kazanının atmsfere açılan kapıları lan bacaların hava ile temas nktasının fıltrelenmesi veya kep ile kapatıln1ası gerektiği, kurulum aşamas1nda çevre ve hava kşullarının dikkate alınması gerektiği tespit edilmiştir Bütün bu kşullar altında uygun malzemenin belirlenebileceği tespit edilmiştir[3] Bu çalışma kurulum aşamasındaki çevrinı santralleri için yl gösterici, atık ısı kazanjannın ömrü ve verimi aç-ısından önemlidir KAYNAKLAR (1] ŞENGİL,İA "Krzyn çeşitleri ve tespiti"itü [2] ONDEO NALCO Cmpany"Chemical handbk and Bıler faılure system bk wwwnalccm [3] CMI Cmpany"Bıler peratın and steam purıty system and crrsın cntrl" wwwcmıcın [4] HACH Cmpany udr 4 spectrphtmeter handbk and analys prcedure" wwwhachcm Şekil 313 şekil312nin 5 kat büyütülmüş görüntüsü Şekil 313 şekil 312nin 5 kat büyütülmüş görüntüsüdür Kınğın çevresi ve temasta lduğu kimyasal kmpzisyn ile etkileşimi daha net larak rtaya knmuş ve kırık kenarlarında luşan ksitlenme görüntütenmiştir [2,3] 43