Selçuk Üniveritei ISSN 1/6178 Journal of Technical-Online Volue 1, Nuber:1-11 Cilt 1, Sayı:1-11 BİR BUHARLI GÜÇ SANTRALİNİN ENERJİ ve ESERJİ ANALİZİ Hili Yazıcı a,, Reşat Selbaş b a Paukkale Üniveritei, Teknik Eğiti Fakültei, Makine Eğitii Bölüü, Denizli b Süleyan Deirel Üniveritei, Teknik Eğiti Fakültei, Makine Eğitii Bölüü, Iparta Özet Bu çalışada, bazı durular dikkate alınayarak (ürtüne kayıpları, baınç kayıpları, kinetik ve potaniyel enerji vb) buharlı güç antralinin enerji ve ekerji analizi yapılıştır. 5 MW gücündeki buharlı güç antraline terodinaiğin birinci kanunu uygulanarak enerji denkleleri yazılış, buhar türbininden gerekli gücün elde edilebilei için farklı kazan ıcaklıklarında kazana verilen ıı, güç akışkanının debii, popa gücü ve yoğuşturucudan oğuta uyuna aktarılan ıı iktarları ayrı ayrı heaplanıştır. Buharlı güç antralinin ana eleanları olan kazan ve yoğuşturucuya terodinaiğin ikinci kanunu uygulanış, bu ite eleanlarının ekerji analizleri yapılıştır. Sitein topla terinezliği heaplanış ve en fazla terinezlik üreten ite eleanı belirleniştir. Anahtar elieler: Buharlı güç antrali, Rankine çevrii, Enerji analizi, Ekerji analizi ENERGY AND EXERGY ANALYSIS OF A STEAM POWER PLANT Abtract In thi tudy, ha been ade energy and exergy analyi of a tea power plant, oe cae have been neglected (friction lot, preure lot, the kinetic and potential energy etc). The firt law of therodynaic ha been applied to write the energy equation of 5 MW tea power plant. Heat given to boiler, the flow of power fluid, pup power, and tranferred heat value fro condener to cooling water have been Sorulu Yazar. Tel.: +9 58 967 Fax: 5896 6 E-ail: hyazici@pau.edu.tr 117
Selçuk Üniveritei ISSN 1/6178 Journal of Technical-Online Volue 1, Nuber:1-11 Cilt 1, Sayı:1-11 calculated eparately able to achieve to neceary power in tea turbine on different boiler teperature. The econd law of therodynaic applied for tea boiler and condener which are the ain eleent of tea power plant, irreveribility value of thee eleent have been calculated by exergy analyi. Total irreveribility of the yte ha been calculated and yte coponent which produce the ot irreveribility have been deterined. eyword: Stea power plant, Rankine cycle, Energy analyi, Exergy analyi 1. Giriş Enerji, odern yaşaın teel ihtiyaçlarından biriidir. Günlük yaşada enerjinin kullanıladığı herhangi bir alan yoktur. Günüüzde enerji kullanıı, toplular için bir gelişişlik ölçüüdür. Özellikle elektrik ve ıı enerjiinin hayatıızda öneli bir yeri vardır. Sınırlı doğal kaynaklardan elde edilen bu enerjiler, gün geçtikçe talep artışına bağlı olarak daha değerli hale gelektedir. Teknolojinin gelişeiyle birçok farklı kaynaktan elektrik enerjii elde edilebilektedir. Bu kaynaklar, foil kökenli yakıtlar, nükleer enerji, güneş, rüzgâr, jeoteral, dalga vb olarak ıralanabilir. Farklı yöntelerle bu kaynaklardan elektrik enerjii üretilebilektedir. Günüüzde elektrik enerjiinin öneli bir kıı nükleer enerji ve foil kökenli yakıtların yakılaıyla elde edilektedir. Elektrik enerjii üretiinde, foil kökenli yakıtların ağırlıklı konuunu önüüzdeki yıllarda da deva ettirei beklenektedir. Günüüzde elektrik enerjiinin %8 den fazlaı nükleer enerjiden ve foil kökenli yakıtlardan ağlanaktadır [1, ]. Enerji kaynağı olarak foil kökenli yakıtların kullanıldığı antrallere terik antraller, ato parçacıklarını ayıran veya birleştiren fizyon veya füzyon enerjiinin kullanıldığı antrallere ie nükleer antraller denir. Terik ve nükleer antrallerdeki fark, enerjinin açığa çıkarıla biçiidir. Her iki antral çeşidinde de açığa çıkan enerjinin taşıyıcı akışkana (genellikle u) aktarıı ve elektrik enerjiinin elde edile yöntei aynı preniple olaktadır. Bu prenibe göre çalışan antrallere de buharlı güç antralleri denir. Nükleer ve terik antraller buharlı güç çevriine göre çalışan antrallerdir. 118
Selçuk Üniveritei ISSN 1/6178 Journal of Technical-Online Volue 1, Nuber:1-11 Cilt 1, Sayı:1-11 Buharlı güç antralini oluşturan koponentler, proje aşaaında boyutlandırılırken; antralin gücü, güç akışkanının debii, popa gücü ve verii, kazan verii, türbin verii, kondenerden atılan ıının iktarı gibi öneli değerler göz önüne alınarak boyutlandıra heapları yapılalıdır. Bir buharlı güç antralindeki enerji akışı terodinaiğin birinci ve ikinci yaalarıyla belirlenebilir. Ayrıca halihazırda işleyen antrallere de enerji ve ekerji analizi yapılarak kayıpların nerelerde olduğu tepit edilebilir. Terodinaiğin birinci kanunu enerjinin niceliğinden, ikinci kanunu ie enerjinin niteliğinden baheder. Birinci kanun analizi enerji analizi, ikinci kanun analizi ie ekerji analizi olarak adlandırılaktadır. ullanılan yakıtın enerjiinin, elde edilek itenilen enerji türüne en yükek oranda dönüştürülei itenir. Enerji dönüşüünün yüzde yüz olaı ükün değildir. Çevre faktörleri ve dönüşüü gerçekleştiren itelerin verileri düşünüldüğünde yakıtın enerjiinin taaının ekanik ya da ıı enerjiine dönüştürülei ikânızdır. Bu duruda yakıttan elde edilebilecek akiu enerji (ekerji) ınırlıdır. Bütün enerji dönüşüleri terinezliklerin ebep olduğu bu ınırlar dâhilinde gerçekleşektedir. Enerji üreti itelerinin ve bu iteleri oluşturan eleanların bu ınırlara göre değerlendirilei yapılalıdır. Bu şekilde yapılan analiz yöntei ekerji analizi olarak adlandırılıştır. Ekerji analizi ile, ite ya da koponentlerin ekerji bozunuu veya ekerji kaybından kaynaklanan terinezliklerin iktarı ve yerleri tepit edilir []. Buharlı güç antralinin enerji ve ekerji analiz ile ilgili yapılan çalışalar incelendiğinde, El-Mari (1987), ekerji analizinin buhar çevri dizayn ve optiizayonunda öneli bir yönte olduğunu belirterek, buhar türbin grubuna ekerji analizini uygulaıştır. oponentlere kütle, enerji ve bunlara bağlı ekerji denge denklelerini uygulaış ve ekerji verilerini çıkartıştır. Yana onucu ıcaklık değişiiyle net iş ve ekerji değişilerini inceleyerek her bir bileşendeki ekerji bozunularını ve kayıplarını, baınç oranı ile net iş araında da aynı ilişkiyi göteriştir []. Chin ve El-Mari [5], gaz türbin grubunun çıkışına ilave edilen çift baınçlı buhar türbin antraline ekerji analizi yapışlardır. Analiz neticeinde buhar türbini paraetrelerini gaz türbini egzoz gaz ıcaklığının fonkiyonu olarak yazıp optiu şartları tepit etişlerdir. Daha onra tek baınçlı türbin ile optiize ediliş çift baınçlı 119
Selçuk Üniveritei ISSN 1/6178 Journal of Technical-Online Volue 1, Nuber:1-11 Cilt 1, Sayı:1-11 türbini karşılaştırışlar ve güçte % lük bir artış egzoz gazından ıı tranferindeki terinezliklerde % 15 ile %8 araında azala olduğunu belirtişlerdir. Horlock [6], kapalı itelerin terik veriinin; elde edilen net işin verilen ııya oranı olduğunu, açık çevrilerde ie elde edilen net işin ideal şartlarda elde edilebilecek terinir işe oranı olduğuna vurgulaışlardır. Bu tanıdan hareketle literatürde terik antraller için üç ayrı veri ifadei olduğunu belirtişlerdir. Yapılan bu çalışalara benzer çalışalar Roen ve Dinçer [7], Sciubba [8] ve Savruk ve Yeşin [9] gibi çalışalardır. Bu çalışada, 5 MW türbin gücünde bait bir buhar güç dikkate alınıştır. azanda yakılan yakıtın güç akışkanına aktarıı ve güç akışkanı olan uyun kızgın buhar halinde türbine girerek güç elde edilişi heaplanıştır. Önce çevrie terodinaiğin birinci kanunu, daha onra terodinaiğin ikinci kanunu uygulanarak ekerjiler ve terinezlikler heaplanıştır. Birinci kanun analizinde popa gücü, türbin gücü heaplanış, değişik ıcaklıklarda ve akışkan debilerinde kazana verilen ıı ve yoğuşturucudan atılan iktarları bulunuştur. İkinci kanun analizinde ie farklı kazan ıcaklıklarında ve akışkan debilerinde, kazan terinezliği, türbin terinezliği ve farklı oğuta uyu debilerinde yoğuşturucu terinezliği heaplanıştır.. Buharlı Güç Santrali Bait bir buharlı güç antrali popa, kazan, türbin ve yoğuşturucudan oluşur. Buharlı güç antralinde güç akışkanı olarak u kullanılaktadır. Suyun baıncı popa vaıtaıyla arttırılır ve u baınçlandırılış bir şekilde kazana gönderilir. Foil kökenli yakıtlar (köür, otorin ve doğalgaz) buhar kazanında yakılır. Buhar kazanı bir ocak ile boru deetlerinden oluşaktadır. Yana onucu açığa çıkan ıı enerjii kazandaki boruların içinde dolaşan uya aktarılır ve uyun kızgın buhar haline gelei ağlanır. azanda elde edilen yükek baınçlı kızgın buhar türbine gönderilir. Yükek baınca ahip kızgın buharın buhar türbini kanatlarına çarpaı onucu buhar türbininden ekanik enerji elde edilir. Türbinin ekanik hareketi onucu buhar türbini iline bağlı olan jeneratörden elektrik üretii ağlanır. Buhar türbininden düşük baınçta çıkan çürük buhar yoğuşturucuda yoğuşturularak ıcaklığı düşürülür ve tekrar ıvı hale getirilir. Yoğuşturucudan çıkan düşük ıcaklık ve düşük baınçtaki u popalanak 1
Selçuk Üniveritei ISSN 1/6178 Journal of Technical-Online Volue 1, Nuber:1-11 Cilt 1, Sayı:1-11 üzere tekrar popaya gelir. Suyun popadan çıkıp bu aşaalardan geçip, tekrar popaya döneiyle buharlı güç çevrii taalanış olur. Bu çevrie göre çalışan antrale ie buharlı güç antrali denir. Şekil 1 de bir buhar güç çevrii göteriliştir. Santralde kullanılan yakıt iter köür iter doğalgaz veya nükleer enerji olun, yalnızca yakıtın enerjiinin açığa çıkarıla yöntei farklı olup, teiin genel çevrii ve çalışa prenipleri aynıdır [1]. Buharlı güç antralleri, kullanılan yakıta ve ıı kaynağına bağlı olarak terik antral, doğal gaz antrali, nükleer antral gibi adlarla bilinirler. Fakat tüünde u buharı aynı teel çevride iki ıcaklık ınırı araında çalışır. Bu nedenle tüü için aynı çözülee geçerlidir [11]. İki ıcaklık ınırı araında çalışan en yükek verili çevri Carnot çevriidir. Bu nedenle, buharlı güç antralleri için ideal bir çevri araştırılırken önce Carnot çevriinin akla gelei doğaldır. Eğer uygulanabilire Carnot çevriinin ideal buharlı güç çevrii olarak eçilei gerekir. Fakat Carnot çevrii buharlı güç çevrileri için uygun bir odel değildir. Bundan dolayı buharlı güç çevrileri için ideal olan Rankine çevriidir. Şekil 1 de göterilen ideal Rankine çevriinde içten terinezliğin oladığı dört hal değişii vardır [1]. 1 Popayla izantropik ıkıştıra azanda, itee abit baınçta (P=abit)ıı geçişi Türbinde izantropik genişlee 1 Yoğuşturucuda, iteden abit baınçta (P = abit) ıı atılaı Q azan, g azan W Popa, g Türbin W Türbin, ç 1 Popa ondener Soğuta uyu çıkışı Soğuta uyu girişi Şekil 1. İdeal Rankine çevrii 11
Selçuk Üniveritei ISSN 1/6178 Journal of Technical-Online Volue 1, Nuber:1-11 Cilt 1, Sayı:1-11. Materyal ve Metot Site eleanlarının birinci kanun analizi ve ikinci kanun (ekerji) analizi için kullanılacak dizayn paraetreleri ve çalışa değerleri Tablo 1 de unuluştur. Paraetreler Tablo 1. Dizayn paraetreleri ve çalışa değerleri. Buharlı güç antrali gücü azan uyu çıkış ıcaklığı, T Değerler 5 MW 1 o C Popa verii, η P %75 - %8 Popa baıncı, P P Yoğuşturucu baıncı, P Yoğ Soğuta uyu giriş ıcaklığı, T,g Soğuta uyu çıkış ıcaklığı, T,ç Çevre ıcaklığı, T o 1,5 MPa,5 1 kpa 15 o C 5 o C o C Buhar antralinin çalışaı enaında aşağıda belirtilen kabuller yapılıştır: Popa ve boru hatlarındaki baınç kayıpları ihal ediliştir. Popadaki ıkıştıra adyabatik olarak gerçekleşektedir. Buhar güç antralinde dolaşan güç akışkanının debii abittir. Site eleanlarından dış ortaa ıı tranferi oladığı kabul edilektedir. azana yoğuşturucudan çıkan u haricinde başka bir kaynaktan u verileektedir. Yoğuşturucudan dış ortaa ıı tranferi olayıp ıının taaı oğuta uyuna verilektedir. Dış ortadan kazana ıı tranferi olayıp ıının taaı yakılan yakıttan alınaktadır. Türbinden dış ortaa ıı tranferi yoktur. Türbindeki baınç kayıpları ihal ediliştir. Türbindeki hal değişii izantropiktir. azan ve yoğuşturucuda iş etkileşii yoktur. Birinci ve ikinci kanun analizi bu değerlere ve kabullere bağlı kalınarak yapılıştır. 1
Selçuk Üniveritei ISSN 1/6178 Journal of Technical-Online Volue 1, Nuber:1-11 Cilt 1, Sayı:1-11.1. Buharlı Güç Çevriinin Birinci anun Analizi İdeal Rankine çevriinin birinci kanun analizinin yapılaındaki aaç, kazana verilen ııyı, yoğuşturucudan atılan ııyı, türbin verii ve popa verii gibi ite perforanını etkileyen değişkenler ile ııl veriin bulunaıdır. Bu nedenle çevriin her bir eleanına terodinaiğin birinci kanunu uygulanıştır. Terodinaiğin birinci kanunu, enerjinin bir şekilden diğerine dönüşebileceğini, bir iteden diğer itee tranfer edilebileceğini fakat bu dönüşüler ve tranferler ıraında toplaın abit kalacağını ifade eder. Enerjinin dönüştürülebileceğini aa yok olayacağını belirten bu kanun deneyel gözlelere dayanır ve enerjinin korunuu diye adlandırılır. En genel haliyle itele çevrenin etkileşii ıraında, ite tarafından kazanılan enerji, çevre tarafından kaybedilen enerjiye eşit olak zorundadır şeklinde tanılanır [1]..1.1. Popa Birinci anun Analizi a) ütlenin orunuu: 1 (1) b) Enerjinin orunuu: 1h1 h Wpηp () W p h η p h 1 ().1. azanın Birinci anun Analizi a) ütlenin orunuu: () b) Enerjinin orunuu: Q g h h (5) Q h h (6).1. Türbinin Birinci anun Analizi a) ütlenin orunuu: (7) b) Enerjinin orunuu: 1
Selçuk Üniveritei ISSN 1/6178 Journal of Technical-Online Volue 1, Nuber:1-11 Cilt 1, Sayı:1-11 h h WT ηt (8) W T η T h h.1. Yoğuşturucunun Birinci anun Analizi a) ütlenin orunuu : (9) 1 (1) 1 (11) b) Enerjinin orunuu : h 1h 1 h1 h (1) (h h ) (h h ) (1) 1 1. Buharlı Güç Çevriinin İkinci anun Analizi Birinci kanun enerjinin niceliği üzerinde durup, enerjinin bir biçiden diğerine dönüşüü ıraındaki değişileri ayıal değerlerle ifade eder. Sayıal değer olarak eşit fakat biçi ve kaynak açıından farklı enerjiler araında ayrı gözetez. İkinci kanun ie enerjinin niteliğini ve bir hal değişii ıraında bu niteliğin naıl azaldığını heaplaak için out yönteler ortaya koyar [1]. Belirli bir ortada, bütün diğer enerji türlerine dönüştürülebilen enerjiye kullanılabilir enerji veya ekerji adı verilir. Diğer enerji türlerine dönüştürülei olanak dışı olan enerji ie kullanılaz enerji ya da anerji adını alır. Sınırlı olarak dönüştürülebilen enerji, ekerji ile anerjinin toplaından oluşaktadır [1]. Birbiri ile etkileşi halindeki farklı iki iteden her zaan yararlı iş elde etek ükündür. Prenip olarak, bu iki ite kendi aralarında denge konuuna kadar iş üretirler. Siteden bir tanei çevre diye adlandırılan ideal ite, diğeri de bununla etkileşi halinde bir ite olura, iteler dengeye gelinceye kadar elde edilebilecek teorik akiu yararlı işe ekerji denilir. Bir başka deyişle, çevre şartlarından belirli bir şarta itei getirebilek için gerekli iniu yararlı işe ekerji denilektedir [15]. Enerji korunuu kavraının ön plana çıkaıyla birinci kanunu teel alan analiz teknikleri geliştiriliştir. Özellikle de ekerji kavraı belirginlik kazanıştır. Enerji ile ekerji araında bazı teel farklılıklar vardır. Enerji, kütle akışına bağlı ve çevreden bağıızken, ekerji çevre şartlarına da bağlıdır. Enerji, hareket ya da hareket eydana 1
Selçuk Üniveritei ISSN 1/6178 Journal of Technical-Online Volue 1, Nuber:1-11 Cilt 1, Sayı:1-11 getire kabiliyeti olarak tanılanabilirken, ekerji iş ya da iş yapabile kabiliyeti olarak tanılanaktadır. Enerji iktarla ölçülen nicel bir kavraken, ekerji he iktara he de niteliğe bağlı bir kavradır. Enerjinin değeri hiçbir şartta ıfır olazken ekerjinin değeri çevre şartlarında ıfırdır. Enerji birinci kanun gereği korunur ve yok olaaz, hâlbuki ekerji adece terinir proelerde korunur, terinez proelerde kullanılır yani azalır [16,17]. Sürekli akışlı açık itein ekerji analizi yapılırken, tü ünitelerde aşağıdaki teel denkleler kullanılır: T TT E Q Q (1) E W W (15) Ekerji denkliği: E Q E W çikan ε giren ε T S üreti (16) Burada Q ve E W ıraıyla ıı tranferi ve ekanik enerjiye karşılık gelen biri E zaandaki ekerjileri,, özgül ekerjiyi, T, çevre ıcaklığını ve S üreti, entropi üretiini teil etektedir. Çıkan alt indii çıkışı, giren alt indii ie girişi göterektedir. Sitedeki her bir bileşenin terinezlik değerleri belirlendikten onra itein topla terinezliği aşağıdaki denklele heaplanır: I T S üreti (17) Burada I, biri zaanda kaybolan ekerjiyi, yani terinezliği ifade etektedir. Ekerji genellikle teroekanikel ve kiyaal ekerjilerin toplaı olarak değerlendirilir. Teroekanikel ekerji, herhangi bir duru (T, P) ile çevrenin adece ıcaklığı (T ) ve baıncı (P ) ile dengede olan bir duru araındaki ekerjidir. Teroekanikel ekerji, kiyaal ekerji terileri ihal edilerek aşağıdaki şekilde belirlenir [15]: E ε (18) ε 1 h T v gz h T (19) Denkle (19) daki potaniyel ve kinetik enerji terileri ihal edilire fizikel özgül ekerji aşağıdaki gibi olur; 15
Selçuk Üniveritei ISSN 1/6178 Journal of Technical-Online Volue 1, Nuber:1-11 Cilt 1, Sayı:1-11 h T h T ε () Buharlı güç çevriinde belirtilen eleanlarının terinezliklerinin heaplanabilei için, her bir elean için giren ve çıkan ekerji iktarlarının heaplanaı gerekir. Bunun için denkle (16) düzenlenire; W E Q giren ε çikan ε I (1) Buharlı güç antralindeki tü elaanların terinezliklerinin heaplanaında denkle (1) kullanılıştır. Bu bölüde Şekil de ekerji akışı verilen buharlı güç antrali eleanlarından kazan ve yoğuşturucunun ekerji analizleri yapılarak terinezlikleri belirleniştir. Buharlı güç antralinin ekerji akışında öneli rol oynayan kazan ve yoğuşturucu terinezliklerine ek olarak itein topla terinezliği heaplanarak değişken ite paraetreleriyle topla terinezliğin naıl değiştiği inceleniştir. E azan Yoğuşturucu Türbin E W T E SS E Popa E 1 E SS1 W P Şekil. Buharlı güç çevriinde ekerji akışının şeatik göterii..1. azan Ekerji Analizi azanda yana ürünlerinden, kızdırıcıdan, ekonoizerden ve terinezliklerden kaynaklanan birçok ekerji foru oluşaktadır. Her özel duru için kazanda topla terinezliğin hangi oranda olduğunu belirleek prenip olarak ükün değildir. Çünkü çok ayıda yana ürünü vardır. Ancak proe adyabatik olarak dikkate alınıra ekerji durularını ve şartlarını belirleek ükün olur. azanda gerçekleşen yana onucu oluşan ürünlerin ekerjilerini belirleek ayrı bir 16
Selçuk Üniveritei ISSN 1/6178 Journal of Technical-Online Volue 1, Nuber:1-11 Cilt 1, Sayı:1-11 çalışa konuudur. Bu nedenle yana ürünlerinden, ekonoizerden, kızdırıcıdan kaynaklanan ekerjiler bu çalışaya dâhil edileiştir. Yalnızca yakıtın yakılaı onucu açığa çıkan ıı enerjiinin uya aktarıldığı kabul ediliştir. azana giren ve kazandan çıkan güç akışkanının kütle iktarlarının değişediği kabul edilerek, ürekli şartlarda çalışan buhar kazanının ekerji dengei Eşitlik -9 da unuluştur, E ε E Q E I () h T h T (), f, () f,, f, (5) f, ε h T h T (6), f, (7) f, T E Q Q 1 (8) T 1 I T Q (9) T... Yoğuşturucu Ekerji Analizi Yoğuşturucuya giren oğuta uyunun kütlei abittir. Bunu göz önünde bulundurarak yoğuşturucunun ekerji dengei, Eşitlik 9-5 te göteriliştir, E ε ε E 1 E1 E I Yoğ () h1 T1 h T (1) 1 h T h T () 1 h 1 T 1 h T ε () h T h T ε () (h h 1) T ( 1) I (5) Yo ğ (h 1 h ) T ( 1 ) 17
Selçuk Üniveritei ISSN 1/6178 Journal of Technical-Online Volue 1, Nuber:1-11 Cilt 1, Sayı:1-11... Buharlı Güç Çevriinin Topla Terinezliği ve Topla Verii Buharlı güç antralinin, kazan ve yoğuşturucu terinezlik değerleri belirlendikten onra itein topla terinezliği denkle 6-9 ile heaplanır. I (6) I Top I Site Eleanları Top I I Yoğ h h T h h1 T 1 I Top T h 1 h T 1 Q 1 T (8) Q I Top T 1 T (9) (7). Bulgular Şekil te farklı akışkan debilerine bağlı olarak η P =,75, P P =1,5 MPa ve farklı yoğuşturucu baınçları ile popa gücü heaplanıştır. 5 MW güç elde etek için akışkan debii kg/ alınarak popa gücü inceleniştir. kg/ akışkan debii ve,5 kpa yoğuşturucu baıncında popa gücü, MW, 5 kpa da, MW 1 kpa da ie,6 MW bulunuştur. 5 kg/ debi 5 kpa yoğuşturucu baıncında,17 MW, 1 kpa da ie, MW bulunuştur. Bulunan onuçlara göre, akışkan debii arttıkça popa için gerekli gücün de arttığı tepit ediliştir. azanda güç akışkanına verilen ıı heaplanış P P =1,5 MPa, o C ıcaklık ve kg/ debide 587,6, 5 kg/ de 7,5 ve kg/ de ie 881, MW bulunuştur. 9 o C ıcaklık kg/ debide 85,, 5 kg/ de 16,8 ve kg/ de ie 175, MW, 1 o C ıcaklık 5 kg/ debide 1 MW olarak heaplanış ve Şekil te göteriliştir. 18
Selçuk Üniveritei ISSN 1/6178 Journal of Technical-Online Volue 1, Nuber:1-11 Cilt 1, Sayı:1-11 6 5 Popa Gücü (MW) 1 = kg/ =5 kg/ =5 kg/ =75 kg/ = kg/,5 5 7,5 1 ondener Baıncı (kpa) Şekil. Popa gücünün farklı akışkan debilerine bağlı olarak yoğuşturucu baıncı ile 16 değişii. azana Verilen Iı ( MW )) 1 1 1 8 6 5 6 7 8 9 1 11 1 1 azan Sıcaklığı ( C ) = kg/ =5 kg/ =5 kg/ =75 kg/ = kg/ Şekil. Suya kazanda aktarılan ıının farklı akışkan debilerine göre kazan ıcaklıkları ile değişii. Türbin gücünün farklı akışkan debilerine bağlı olarak kazan ıcaklıkları ile değişii Şekil 5 te.unuluştur. Türbin gücü ıcaklığa, türbin veriine ve yoğuşturucu baıncına göre heaplanış ve aşağıdaki onuçlar tepit ediliştir: P P =1,5 MPa, η T =,9, P Yoğ =5 kpa, o C ıcaklık ve kg/ debide 69, MW, 5 kg/ debide 6,8 MW ve kg/ de ie. MW bulunuştur. 9 o C ıcaklık 5 kg/ de 57,6 MW ve 1 o C ıcaklık 5 kg/ debide 785 MW bulunuştur. Yapılan heaplaalarda türbin verii arttıkça türbin gücünün azaldığı görülüştür. 19
Selçuk Üniveritei ISSN 1/6178 Journal of Technical-Online Volue 1, Nuber:1-11 Cilt 1, Sayı:1-11 1 Türbin Gücü ( MW )) 1 8 6 5 6 7 8 9 1 11 1 1 azan Sıcaklığı ( C ) = kg/ =5 kg/ =5 kg/ =75 kg/ = kg/ Şekil 5. Türbin gücünün farklı akışkan debilerine bağlı olarak kazan ıcaklıkları ile değişii Sabit kazan baınç ve ıcaklığında yoğuşturucudan atılan ıının debiye bağlı olduğu görülüştür. Yoğuşturucudan atılan ıının farklı akışkan debilerine bağlı olarak kazan ıcaklıkları ile değişii Şekil 6 da göteriliştir. P P =1,5 MPa, η T =,9 ve 5 kpa yoğuşturucu baıncında akışkan debii arttıkça yoğuşturucudan atılan ıının da arttığı, abit kazan ıcaklığında da akışkan debii arttıkça atılan ıının arttığı aptanıştır. 8 Yoğuşturucudan Atılan Iı ( MW ) 7 6 5 1 5 6 7 8 9 1 11 1 1 azan S ıcaklığı ( C ) = kg/ =5 kg/ =5 kg/ =75 kg/ = kg/ Şekil 6. Yoğuşturucudan atılan ıının farklı akışkan debilerine bağlı olarak kazan ıcaklıkları ile değişii azan terinir işi ve kazan terinezliği yoğuşturucu baıncı ve akışkan debilerine bağlı olarak kazan ıcaklıkları ile değişii inceleniş ve Şekil 7 de unuluştur. Sabit kazan ıcaklığında akışkan debii arttıkça, kazan terinir işinin ve kazan terinezliğinin arttığı görülüştür. Sabit kazan ıcaklığı ve abit akışkan 1
Selçuk Üniveritei ISSN 1/6178 Journal of Technical-Online Volue 1, Nuber:1-11 Cilt 1, Sayı:1-11 debiinde yoğuşturucu baıncı arttıkça, kazan terinir işi ve kazan terinezliği azaldığı tepit ediliştir. azan Terinezliği (MW) 5 5 5 15 1 5 = kg/ =5 kg/ =5 kg/ =75 kg/ = kg/ 5 6 7 8 9 1 11 1 1 azan Sıcaklığı ( C) Şekil 7. azan terinezliğinin farklı akışkan debilerine bağlı olarak kazan ıcaklıkları ile değişii Şekil 8 de yoğuşturucu terinezliğinin P =1,5 MPa, T = o C, P =,1 MPa, =5 kg/, T,ç = o C, P Yoğ =5 kpa ve farklı oğuta uyu çıkış ıcaklıklarına bağlı olarak kazan ıcaklıkları ile değişii görülektedir. Soğuta uyu çıkış ıcaklığı arttıkça, yoğuşturucu terinezliğinin azaldığı görülüştür. Soğuta uyunun debii, giriş ıcaklığı ve çıkış ıcaklığı, yoğuşturucu terinezliğini öneli derecede etkilediği tepit ediliştir. Yoğuşturucu Terinezliği (MW) 5 15 1 5 T,ç=5 T,ç=6 T,ç=7 T,ç=8 T,ç=9 T,ç= T,ç=1 T,ç= 5 6 7 8 9 1 11 1 1 azan Sıcaklığı ( C) Şekil 8. Yoğuşturucu terinezliğinin farklı oğuta uyu çıkış ıcaklıklarına bağlı olarak kazan ıcaklıkları ile değişii 11
Selçuk Üniveritei ISSN 1/6178 Journal of Technical-Online Volue 1, Nuber:1-11 Cilt 1, Sayı:1-11 Akışkan debiine bağlı olarak, itein topla terinezliği inceleniş, akışkan debii ve kazan ıcaklığı arttıkça itein topla terinezliğinin arttığı görülüştür. Şekil 9 da itein topla terinezliğinin farklı akışkan debilerine göre kazan ıcaklıkları ile değişii veriliştir. 6 Sitein Topla Terinezliği (MW) 5 1 = kg/ =5 kg/ =5 kg/ =75 kg/ = kg/ 5 6 7 8 9 1 11 1 1 azan ıcaklığı ( C) Şekil 9. Sitein topla terinezliğinin farklı akışkan debilerine göre kazan ıcaklıkları ile değişii P =1,5 MPa, T = o C, P =,1 MPa, T,ç = o C, =5 kg/, P Yoğ =5 kpa çalışa değerlerinde oğuta uyu giriş ıcaklıklarına göre itein topla terinezliği heaplanış ve Şekil 1 da itein topla terinezliğinin farklı oğuta uyu giriş ıcaklıklarına göre kazan ıcaklıkları ile değişii veriliştir. Soğuta uyu giriş ıcaklığı azaldıkça, itein topla terinezliğinin arttığı görülüştür. Sitein Topla Terinezliği (MW) 5 5 15 1 5 T,g=15 T,g=16 T,g=17 T,g=18 T,g=19 T,g= 5 6 7 8 9 1 11 1 1 azan S ıcaklığı ( C) Şekil 1. Sitein topla terinezliğinin farklı oğuta uyu giriş ıcaklıklarına göre kazan ıcaklıkları ile değişii 1
Selçuk Üniveritei ISSN 1/6178 Journal of Technical-Online Volue 1, Nuber:1-11 Cilt 1, Sayı:1-11 5. Sonuçlar ve Tartışa 5 MW lık türbin gücü elde etek için farklı kazan ıcaklıkları için değişik debiler için heaplaalar yapılıştır. Öncelikle, kazan belee uyu popaının gücü bulunuştur. azan belee uyu popaının gücü; 5 kpa yoğuşturucu baıncı, 1,5 MPa popa baıncında ve,75 popa veriinde baınç kayıpları ve diğer kayıplar ihal edilerek 5 kg/ akışkan debiinde,17 MW, kg/ akışkan debiinde ie 5.8 MW bulunuştur. Sonra, farklı ıcaklıklarda, güç akışkanına aktarılan ıı heaplanış, 1,5 MPa popa baıncı ve kg/ akışkan debiinde o C 587,65 MW, 9 o C de 85,9 MW ve 1 o C de ie 156,7 MW bulunuştur. 5 kg/ debide ie 1 o C, 115,69 MW bulunuştur. Soğuta uyu giriş ıcaklığına bağlı olarak terinezlik inceleniştir. Soğuta uyu giriş ıcaklığı arttıkça, yoğuşturucu terinezliği artaktadır. Soğuta uyu debiine bağlı olarak incelendiğinde ie, oğuta uyu debii arttıkça yoğuşturucu terinezliğinin arttığı görülüştür. Soğuta uyu çıkış ıcaklığı arttıkça, yoğuşturucu terinezliğinin arttığı görülüştür. Yoğuşturucu baıncı ile terinezliğin değişii incelendiğinde ie yoğuşturucu baıncı arttıkça, terinezlik azaldığı tepit ediliştir. Bağılı değişkenlerden, yoğuşturucu terinezliğine en fazla etki edenler, kazan ıcaklığı, güç akışkanı debii ve oğuta uyu debiidir. Soğuta uyunun debii, giriş ıcaklığı ve çıkış ıcaklığı, yoğuşturucu terinezliğini öneli derecede etkileektedir. Sitede en fazla terinezliğin yoğuşturucuda, eydana geldiği görülüştür. Bunun nedeni, türbinden atılan çürük buharı yeniden itee verilei için yoğuşturulaıdır. Yoğuştucuda eydana gelen terinezlik değerleri azaltılarak, itein topla terinezliği azaltılabilir. Bulunan bu onuçlar bir buhar güç antralinin kazan ve yoğuşturucuunda, eydana gelen terinezlikleri aptaıştır. Bu çalışada bulunan değerler buhar güç antralinin teroekonoik optiizayonu için kullanılabilir. Seboller E Ekerji (kj) Akışkan debii (kg/) ε Özgül ekerji (kj/kg) h I Özgül entalpi (kj/kg) Terinezlik (kj) Q Iı (kw) 1
Selçuk Üniveritei ISSN 1/6178 Journal of Technical-Online Volue 1, Nuber:1-11 Cilt 1, Sayı:1-11 S Entropi (kj/kg.) P Baınç (Pa) T Sıcaklık ( o C) t Zaan () W İş (kw) v Akış hızı (/) Z Referan eviyeden yükeklik () ΔT Sıcaklık farkı ( o C) η Veri Alt İndiler ç Çıkış g Giriş azan Yoğ Yoğuşturucu P Popa ç Çıkış g Giriş azan Yoğ Yoğuşturucu P Popa Güç akışkanı i Site Soğuta uyu T Türbin Çevre şartları aynaklar [1] Elektrik üretii ektör raporu, Ankara, 8 [] arababa AO. öürle Çalışan Terik Santraller ve Sağlık etkileri. Çevre ve Mühendi, ayı:1, 9 [] Lenti F, Maardo A, Satta A. Theroeconoic Optiization of Siple Theral Power Plant Uing Matheatical Miniization Algorith, CH781-/89/- 175, IEEE, Ua, 1989. [] El-Mari MA. Exergy analyi of cobined cycle: Part 1 Air cooled Brayton cycle ga turbine, ASME J. Eng. Ga Turbine Power 19 (1987) 8 6. [5] Chin WW,. El-Mari MA. Exergy analyi of cobined cycle: Part Analyi and optiization of two-preure tea bottoing cycle, ASME J. Eng. Ga Turbine Power 19 (1987) 7 [6] Harlock JH. Cobined power plant-pat, preent and future. J. Eng. Ga Turbine Power, 117:68, 1995 [7] Roen M. A., Dinçer, İ. Theroeconoic Analyi Of Power Plant: An Aplication To Coal Fired Electrical Generating Station. Elevier Sicience Ltd., Canada, 1
Selçuk Üniveritei ISSN 1/6178 Journal of Technical-Online Volue 1, Nuber:1-11 Cilt 1, Sayı:1-11 [8] Sciubba E. Beyond Theroeconoic? The Concept of Extended Exergy Accounting and It Application to the Analyi and Deign of Theral Syte. Exergy, An International Journal, 1(), 68-8, 1 [9] Savruk N. Yeşin T. Gaz/Buhar obine Çevri Enerji Santrallerinin Perforan Analizi. Iı Bilii Ve Tekniği Dergii, 1 [1] Derbentli T. Iıl Sitelerin Teroekonoik Çözüleei. 1. Ulual Iı Bilii ve Tekniği ongrei, Iparta, [11] ocaan, A., Terik Santraller, [1] Çengel AY. Bole AM. Therodynaic: An Engineering Approach. McGraw- Hill, New York, 199. [1] Çengel AY. Bole AM. Therodynaic: An Engineering Approach.McGraw- Hill. New York, [1] Büyüktür AR. Terodinaik Cilt 1,, Uludağ Üniveritei Baıevi, Bura, 1986 [15] Bejan A. Advanced Engineering Therodynaic. John Wiley and Son, New York, 1997 [16] Valero FPJ. Conant, W.C., Meywerk, J., Obervation Veru Model. J. Cliate, 1, 187-188, 1997 [17] Roen MA. Dinçer, İ., Theroeconoic Analyi Of Power Plant: An Aplication To Coal Fired Electrical Generating Station. Elevier Sicience Ltd., Canada, 15