Fosil Yakıtlı Kuvvet Santralleri Dünyada yayılmış olan en çok güç santralleridir. Bölüm-5

Termodinamiği Termodinamik dersinde çevrimleri,özellik Rankine çevrimini incelediniz, geçen bölümde tekrar ettik, problem de çözdük. Bu santrallerin, performans analizleri, yani, santralin gücü, yakılan yakıt miktarı,verimi, Çevreye atılan ısı miktarı, pompa kapasiteleri, kondenselerde dışarı atılan ısı, kondenseri, soğutmak için gerekli soğutma suyu hesabı….

Termodinamiği Santralin yakıt mitarı, senede üretlen kWh olarak enerji üretimi ve diğerleri, termodinamik, ısı transferi ve akışkanlar mekaniği bilgileri ile hesaplanır sonuçlar değerlendirilir. Size daha önce belirtmiştim, Rankine, Kelvin, Clausius, termodinamikte üç önemli isim!

Fosil Yakıt Santralleri-Çevre Bu santraller,CO2, SO2, NOx gibi gazları neşreden, çevreye tanecikler, cüruf saçan santrallerdir. Yakıtlarının %80 kömür kullanır. Ekonomik sebeplerden dolayı, mümkün olduğu kadar büyük güçlerde inşa edilir (500-1000MWe) ve ileri kuvvet santralleridir. Bu tip kuvvet santralleri ısı makinesi esasına göre çalışır. HEAT ENGINES!

Fosil Güç Santralleri Termodinamik de, bu santrallerin verimlerinin nasıl artırılabildiği incelediniz. Sıralayınız? Modern buhar santrallerinin verimleri artırılır, NASIL? ve %40-45 verimlere, linyit yakıtları ile de ulaşıla bilinir. Bunun manası, zararlı emisyonların azaltılması, çevrenin korunması ve üretim fiyatının azaltılmasıdır.

Giriş Bölüm 3’te görülen termodinamik prensiplerine göre çalışır, ve Rankine-buhar çevrimi kullanılır.Ortalama termik verimleri % 33-36 civarındadır. Bazı modern santrallerde % 40-45 değerine ulaşabilir. Bazı tesislerde Brayton-Rankine çevrimleri birleştirilir (Kombine güç santrali), verim % 45 -60 olabilir.

Giriş Verim neden düşük? Termodinamiğin 2. kanunu! Kondenser+ısı kayıpları+ baca kaybı+ sürtünme kayıpları.... O halde, yanan yakıt enerjisinin ancak % 30-45 miktarı elektrik enerjisi üretiminde kullanılır (neden?) Bu tip santrallerin bileşenleri ve nasıl çalıştıkları önemlidir.

Örnek problem Bir güç santralinde kazan basıncı 300 bar, buharsıcaklığı 600 C, türbinden buhar çıkış basıncı, yani kondenser basıncı 0.04 bar, buhar debisi 460 kg/s, ideal çevrim! - Isı makinesine verilen ve atılan ısı miktarını, santralin gücünü, termik verimini, pompalama gücünü ihmal ederek hesaplayınız.

Fosil Yakıt Santral Bileşenleri Esas komponentleri şunlardır: Yakıt depolama ve hazırlama Brülörler Kazan Buhar türbini Gaz türbini(kombine sistemlerde) Kondenser Soğutma kuleleri

Bileşenler Jeneratör Emisyon kontrol sistemleri. Yakıt Depolama: Su borulu bir kazanda akışan evresi: kodenserde yoğuşan buhar-pompa ile ekonomizere- kazana- buharlaştırıcı borular- doymuş buhar- kızdırıcıya (super heater)- Türbine! Aşağıdaki şemayı iyice inceleyiniz!

Buhar Kazanları Daha evvel belirtmiş olduğumuz gibi, Savery ve Newcomen buhar makinesinin icadı ile industriyal devrim başlamış ve buhar ve kazanlar, taşıma ve endüstri için güç üretiminde hızla kullanılmaya başlanmıştır. Bu gün kazanlar ve buhar elektrik enerjisi üretiminde,kimyasal işlemlerde, ısıtma ve çeşitli işlemlerde kullanılmaktadır.

Buhar Kazanları Endüstriyel ihtiyaçlar artıkça, aha yüksek basınç ve buhar debilerinde, «su borulu» kazanlar geliştirilmiş, ileri termodinamik prensipleri, ısı transferi analizleri, ileri malzemeler kullanarak deneysel ve teorik analizlerle yeni dizaynlar geliştirilmiştir. Bu gün,Yüksek verimler elde edilerek, düşük kuruluş masraflsrı ile fosil yakıt yakan kazanlar geliştirilmiştir.

Buhar Kazanları Fosil yakıt santrallerinin gelişmesi o kadar geniş ki, ayrı bir sömestri ders bile yetmez. REF:Boilers, Evaporators & Condensers Sadık Kakaç JohnWiley & Sons, Inc. 1991,(827 sayfa)

Buhar Kazanları Bu gün ki fosil yakıt kullanan kazanlar, buhar basıncı, buhar debisi, buhar sıcaklığına bağlı olarak, kullanılacağı amaca göre dızayn edilmektedirler. Dızaynda şu 4 faktör dikkate alınarak dızayn edilir: 1-Verim (Kazan verimi ve çevrim verimi) 2-Güvenirlilik, 3-fiyatı 4- Çevrenin korunması

Buhar Kazanları Endüstriyel / güç santralleri kazanları için, kazandan çıkış basıncı ve sıcaklığı, istenilen çevrime, işletme verimine bağlı olarak seçilir, ve bildiğiniz gibi, yüksek basınç ve buhar sıcaklıklarında, buharı tekrar ısıtma sisteminin de kazan içerisine yerleştirilmesi, sistemin ısıl verimini artırır fakat, kuruluş masraflarını artırır, dolayısı ile, yakıt masrafları, bakım masrafları,

Buhar Kazanları İşletme masrafları, senede kullanırlık gibi faktörler dengelenmelidir.Açıktır ki, yüksek basınç ve sıcaklıkta, buhar istenirse, kazanın ilk yatırım masrafları artar. Bütün bu faktörler, Ref. Kitabın muhtelif bölümlerinde anlatılmaktadır. T-s diyagramında Rankine çevrimi?

Su Borulu Kazanlar-artistik şema! The heated water then rises into the steam drum. Here, saturated steam is drawn off the top of the drum. In some services, the steam will reenter the furnace in through a superheater in order to become superheated. Superheated steam is used in driving turbines. Since water droplets can severely damage turbine blades, steam is superheated to 730°F (390°C) or higher in order to ensure that there is no water entrained in the steam. Cool water at the bottom of the steam drum returns to the feedwater drum via large-bore 'downcomer tubes', where it helps pre-heat the feedwater supply. (In 'large utility boilers', the feedwater is supplied to the steam drum and the downcomers supply water to the bottom of the waterwalls). To increase the economy of the boiler, the exhaust gasses are also used to pre-heat the air blown into the furnace and warm the feedwater supply. Such water-tube boilers in thermal power station are also called steam generating units.

Su Borulu Büyük kazanlar Önemli bileşenleri: 1-konomizör, 2- Buharlaştırıcı borular 3- Buhar Dromu 4- Buhar kızdırıcı, 5- Buharı tekrar ısıtma 6- Buhar sıcaklık kontrolü Daha teferruatlı olarak gelen şemada, kitabınız Şekil 5.2 de verilmektedir.

Su borulu Büyük Kazanlar

Devreler -Su devresi -Hava devresi -Gaz devresi Bu develerin amacı ve bu devreler üzerindeki cihazları, ısıtıcıları, her cihazın faydası, hesabı nasıl yapılır, tam bilinmesi gerekir.

Su Borulu Kazanlar Bunlara ilave olarak yakıt ateşleme, fens, pompalar,emisyon kontrol, yakıt hazırlama, borular bağlantılar, buhar üretimi ve buhar türbinlerine bağlanarak güç üretimini, mekanik enerjinin, elektrik jeneratörleri ile elektrik enerjisi üretimini gerçekleştirir. Şimdi su borulu kazanların sıflandırılması

Buhar Kazanları Kullanılma maksadına göre: -Kuvvet santralleri için, basınçları≤ 15MPa - Isıtma ve çeşitli işlemler için, küçük kapasiteli kazanlar -Buhar-su dolaşım sistemi ( doğal- pompa) -Basınçlarına göre Yakma metodlarına, çeşitlidir!

Çeşitli Kazanlar -Alev Borulu kazanlar -Duman borulu kazanlar

Alev Borulu Kazanlar

Alev Borulu Kazanlar Çalışma Prensibi: Katı veya sıvı yakıtlar külhan yada ocak adı verilen bölümde yakılır. Oluşan kızgın gazlar yanmamış karbon partikülleri ile beraber cehennemlik veya yanma odasına gelirler. Burada karbon parçacıkları da yanar. Bu bakımdan cehennemlik külhandan sonra kazanın en sıcak yeridir. Külhan ve cehennemlik etrafı tamamen suyla çevrilidir. Isısını suya veren gazlar alev ve payanda borularından geçerek duman sandığına gelirler. Daha sonra baca yoluyla atmosfere atılırlar.

Piyasada Bulunan Örnekler

Su Borulu Kazanların Avantajları; Dezavantajlar; Buhar elde etmek için fazla zamana ihtiyaç olmaması, Yüksek basınç, sıcaklık ve yüke uygun olması Sürekli maksimum yükte çalışabilmesidir. Dezavantajlar; Bakımı, temizliği ve işletmesinin zor olması Arıtılmış, kaliteli besi suyunun kullanılmasının zorunludur çünkü kirli su boru içlerinde sert tabakalar meydana getirir, kazan verimini düşürür, boru patlamaları meydana getirir. Kömür yakan kazanlarda buhar verimi ~% 80 olmalıdır.

Yakıt Depolama . Kömürler, santral civarına, deniz veya kara yolu ile gelir.Kafi miktarda fazla depo edilir. 1000 MWe bir güç santrali, yakıtın LHV değerine bağlı olarak, yaklaşık 1E(4) metrik ton/gün de kullanabilir. Örnek çözümler göreceğiz! Bazı santraller( Elbistan gibi) yatağın yanında kurulur.

Yakıt Depolama Kömür, kullanılma cinsine, yakıt sistemine göre, santral civarında işleme tabi tutulur. Sıvı yakıt kullanan santrallerde( fuel-oil),yakıt, gemiler, tankerler veya borularla santral civarına tanklarda depo edilir. Doğal gaz santrallerinde,yüksek basınçta santrale borularla taşınır (CNG). Bazı santraller sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG) kullanır.

Yakıt Depolama Sıvı gaz, soğutulmuş büyük tankerlerle-164 C de taşınır. Yine, depolanması için soğutulmuş tank kullanılır. Yakıt enerjisinin elektrik enerjisine dönüşümü: 1-yanma odasında kimyasal enerji-Isı enerjisine, 2- Isı enerjisi, ısı makinesinde-mekanik, 3-Jeneratörde Mekanik-Elektrik enerjisine dönüşür.

Yakma Sistemleri Yakıtın yanma sistemine bağlı olarak 4 ateşleme sistemi ve kazan kapasitesine göre: 1-Stoker ateşleme, 2-Burner ateşleme 3-Siklon-kazan ateşleme 4-Sıvı yataklı kazanlar

Yakıt Yakma Sistemleri

Yanma Sistemleri Stokerler: Bölüm:8

Yanma Sistemleri Stokerler: Bölüm:8

Yanma Sistemleri-Brülörler Sıvı yakıtlar:

Brülörler-Katı yakıt

Yanma odası-Brülörler Several different furnace configurations have been developed to burn the variety of fuels used in large utility boilers( Figs.) Locations are standardized by manufacturers. Fig.b shows furnace depth(burner wall to burner wall). These arrangements depend on the fuel, and boiler type!

Yanma odası-Brülörler

Referans kitap S. Kakaç (Edit) Boilers, Evaporators and Condensers, John Wiley& Sons, New York, 1991 Bu kitabın Bölüm- 6, 7, 8 de kazanlar hakkında çok geniş bilgiler verilmektedir.

Referans Kitap

Bürülörler-Stoker Bürülörler kazan duvarlarına yerleştirilir, ve sayıları santralin gücüne bağlıdır. Eski güç santralleri ve küçük endüstri kuruluşlarında “Stoker” denilen ve belli bir hızda dönen,gözenekli ızgaralardır; kömür ızgara üzerine akar ve yanmamış parçacıklar kazan dibinde toplanır ve atılır.

Stoker Isıtılmış hava, ızgaranın altından verilirken, excess(ikinci) hava ise ızgaranın üzerine püskürtülür. Izgaranın hızı o şekilede olamalı ki, yanma odasının sonuna gelindiğinde, yanmanın tamamlanmış olması gerekir. Karbonun yanma verimi Stoker< Pülverize kömür ( neden)

Izgara Tipleri Izgara örnekleri, yukarıda bahsetmiş olduğum kitap da bulabilirsiniz.

Brülörler Brülörlerde hava ve yakıt karışımı yanma odasına püskürtülerek, tam yanma sağlanır. Yanma odasında kömür tanecikleri (less than 1mm), veya fuel- oil kullanılır (Fuel oil santralleri), yanmadan sonra açığa çıkan, yanmamış tanecikler, bacadan çıkarken, bir kısmı bacada, tututlur(tutucular), br kısmıda kül olarak kazan altında kül olarak toplanır.

Brülörler-Yanma Yanmanın tam olabilmesi için, fazla hava verilir ( excess air) ve yakıtın cinsine göre değişir. Pülverize edilmiş kömür % 15-20, Fuel oil ise % 5-10 fazla havaya ihtiyaç gösterir. Hava, yanma odasına gelmeden, bacaya konan hava ısıtıcısında ısıtılarak, yanma odasına basılır ve yanma verimi artar.

Buhar Kazanları Fosil yakıt santrallerinin esas en önemli bir parçası kazandır. En modern kazanlar, su borulu kazanlar olup, kazan yanma odası duvarları düşey borular ile kaplıdır. Borularda su buharlaşarak, buhar üretilir. İlk buhar kazanı, 1867 de Babcock ve Wilcox tarafından geliştirilmiştir, eğik borulu ve stokerli kazanlardır.Örnek?

Su borulu Büyük Kazanlar

Kazan Şeması

Modern Buhar Kazanı A- Ekonomizöre besleme suyu girişi-B çıkışı (bacada), B-C-D besleme suyu Doma akıyor, D-E Dom’dan kazana-aşağıya, kolektöre, F-G kazan düşey borularında buharlaşma, G-D Doma doymuş –su buhar karışımı, H-I, H-J kızdırıcıya doymuş buhar, P-R kontrol vana ve buhar türbinine akış

Dome

Dom Büyük bir silindirik basınç kabıdır; burada doymuş buhar, kazandan gelen iki fazlı akımdan ayrılır. Çapları 1 m den, birkaç metreye, boyları 30 metreye kadar olabilir, ve kalın levhalardan silindir haline getirilir, başlıkları yarım küre halindedir. İçerisinde, bulunan ayırıcılar, buhar çıkışı, ve buhar- su giriş, ve diğerleri şekilde görülmektedir.

Dom Esas fonksiyonu,buhar –su karışımından, doymuş buharı ayırarak, bunu kızdırıcılara, doymus suyu tekrar buhar kazan borularına göndermek ve bunun için,temiz buharın gönderebilmesi için, korozyonu önlemek içinkimyasal madde karışımı,doymuş suyun tekrar kazan borularına akmasını sağlamak, bunun için içinde gerekli donanımları bulundurur.

Buhar-Su Sistemi - Ekonomizörden kazana gelen suyu, istenen basınçda kazan borularında buharlaştırarak, kızdırıcı da, istenen sıcaklığa getirip, temiz olarak buhar türbinine göndermek, metal malzemelerini sıcaklıkla ilgili problemlere sebeb olmamaktır. Ayni zamanda, kazan fiyatının düşük olmasıdır. Malzeme seçimi, bileşenlerin fiyatları, istenen özellıkler v.b.

Modern kazanlar Kazan basıncı sürekli artırılmış olup, 1900 larda 2.7 Mpa (T ~224 C), şimdilerde 30 Mpa kadar çalışan “süpercritical” kazanlar (P>22.09MPa, Tc= 374C) vardır ve ısıl verimleri % 40-45 erişmiştir! Örnek: Kazan basıncı 15MPa ve 600 C ve kondenserde 10kPa da yoğuşabilir.

Su borulu Büyük Kazanlar Ekonomizer Dom Düşey borular Kızdırıcı Tekrar ısıtma Hava ısıtıcısı

Kazan Hava Isıtıcısı (250-300 C) Kompresör Brülör ve kazanın diğer teferruatı

Rankine Çevrimi

Tekrar Isıtma

Besleme Suyu Isıtıcı

Kazanlar Bir kazan için önemli faktörler: Kazanın buhar üretimi Kazan kapasitesi Yakıt miktarı Buhar basıncı Buhar sıcaklığı Besleme suyu sıcaklığı, gibi, kazanda ısı transferini, türbin verimini ve diğer hesaplar için gereklidir.

Kazan Verimi  

Kazan Verimi  

Kazan Verimi  

Kazan Kazan yanma odası çevresi düşey borular ile döşenmiştir (su duvarları). Yakıttan açığa çıkan ısı, bu su borularına radyasyon ve konveksiyon ile transfer olunur. Radyasyonla ısı transferi esastır. Bu borular kazan domuna bağlıdır. Kızdırıcılar, tekrar ısıtma ısı değiştirgeci, eknomizör, gaz bacası, hava ısıtıcı

Kazan Kazanın parçalarıdır. Dikkat edilecek olursa üç akım devresi vardır: Yanma ürünleri akımı Su-buhar devresi Hava akımı devresi Bu devrelerin iyi bilinmesi ve nasıl çalıştığı, bu devrelerde dolaşım önemlidir.

Yanma Kömürler, parça haline ızgaralar üzerinde yanma odasında yandığı gibi, tanecikler halinde, pülverize kömür, hava ile yanma odasına püskürtülerek yakılır. Yanma odası sıcaklığı, ürünleri, 1000-1200 C sıcaklığında olup, yakıt ısısı, yanma odasını çeviren su borularına, büyük bir kısmı radyasyonla transfer olunur.

Yanma Sonra sırası ile, buhar kızdırıcılarından, tekrar ısıtma ısı değiştirgecinden, ekonomizör, hava ısıtıcısı gibi çeşitli ısı değiştirgeçlerinden geçerek, yanma gazları ısısını, konveksiyonla transfer eder. HAVA ISITICISINDA GAZ SICAKLIKLARI DÜŞMÜŞ OLACAKTIR (110-120 C)

Yanma Gazları Baca gazları, külleri toplayan filtrelerden geçerek, çeşitli emisyon kontrol, tane tutuculardan,geçerek dışarı atılır. Bacalar, ya tabii çekmeli, veya zorlanmış (vantilatör) çekmeli olur.

Su-Buhar Devresi Su- buhar devresinde, kondenserden gelen su besleme pompası ile ekonomizöre basılır, basınç kazan basıncına eşittir. Su ekonomizörde, kaynama sıcaklığının altına kadar ısıtılır. Bu su kazan dram’ına akar; dramdan düşey ısıtılmayan borularla aşağı drama geçer(kollektör) ve buradan yanma odası duvarlarındaki borularda

Buhar-Su Devresi Buharlaşmaya başlar. Doğal konveksiyonla, yoğunluk farklarından sirkülasyon başlar.Yukarı çıkan su ve buhar karışımı tekrar Doma dönerek, domda buhar üste, su dom altında toplanır; buradan buhar kızdırıcıya akarken, geri kalan su tekrar besleme su ile birlikte aşağı iner ve yükselen borularda kısmi buharlaşma devam eder.

Hava Akımı Devresi Dış şartlara bağlı olarak, hava bir vantilatör hava ısıtıcısına basılır ve borular içerisinden geçerek, borular etrafında geçen baca duman gazları ile ısıtılır (200-400 C) Pülvarize kömür ile çalışan yanmada, sıcak hava iki yol takip eder: primer hava yakıtı yıkamaya ve yakıt kirini brülör ile yanma odasına taşır.

Hava Akımı İkinci hava, brülör ile yanma odasına püskürtülür, pülvarize kömür yakılır. Kazanlar: kullanılma amaçlar Buhar basıncı Sirkülasyon metotları Yanma sistemi Cüruf ayırma Sistemlerine göre sınıflandırılır.

Kazan Bileşenleri  

Kazan Bileşenleri  

Kazan Bileşenleri  

Kazan Bileşenleri  

Örnek Problem  

Problem  

Kondenserler Isı değiştirgeçleri dersiniz de çeşitli kondenserleri gördünüz. Güç santrallerinde kullanılan Gövde-Boru tiplerini inceledik. Yakıt enerjinin büyük bir kısmı ısı enerjisi olarak kondenserden soğutma suyuna verilir. Bir kısmı da bacadan duman gazları ile atmosfere yayılır.

Kondenserler Problem:Bir güç santralinin gücü 1000MWe, ve verimi de %25 ise, ne kadar MWt ısıyı çevreye atar? Bir güç santralinde, buhar evvela condenser de yoğunlaşır ve Rankine çevrimine göre, ön ısıtıcılarından geçerek,bir pompa ile kazanın ekonomizörüne basılır.

Kondenserler Kitabınızda, belirtildiği gibi iki çeşit kondenser vardır. Direkt temaslı kondenserler, bunları da inceledik. Türbinden gelen buhar üzerine, soğutma suyu püskürtülür (Şekil 5.4a).

Buhar-Su Direkt Temas

Yüzey Kondenserler

Kondenser Soğutma Suyu  

Kondenser kondensere giren soğutma suyu sıcaklığı 15 C, çıkış sıcaklığı 30C, olduğnu kabul ederek, atılan ısı miktarını, QL, kondenser yüzey alanını, soğutma suyu debisini, hesaplayınız.

Kondenserler Fakat, güç santrallerinde, genel olarak,yüzey kondenserleri kullanır. Yani, deniz, göl, ırmak veya soğutma kulesinden gelen soğuk su, kondenser içerisindeki borulardan geçerek, üzerlerine akan buharı yoğunlaştırır. Güçler fazla olduğu için, buhar hacmi ve dolayısı ile, bu tip kondenserlerin yüzey alanları çok yüksektir.

Kondenserler Örneğin, 1000 MWe, gücündeki bir santralin yüzey alanı 100.000 m2 olabilir. Şekil 5.4b’de şematik olarak bir yüzey kondenseri görülmektedir. Deniz, göl, nehirlerden uzak bölgelerde, kurulan güç santralin soğutma suyu, soğutma kulelerinden gelir.

Soğutma Kuleleri Bazı kulelerde, kondenserden gelen su, kulenin üst kısmından yağmur şeklinde aşağıya akarken, doğal çekim veya zorlanmış hava akımı aşağıdan gelerek, su tanecikleri temas ederek, soğuyan su, kulenin altında toplanır, buradan tekrar kondensere gider.Bunlar ıslak, yaş soğutma kuleleri olarak adlandırılır. ( Şekil 5.5)

Soğutma Kuleleri

Soğutma Kuleleri Kuru soğutma kulelerinde ise, kondenserden gelen soğutma suyu, soğutma kulesinde borular içerisinden akar. Boruların dışı, kanatlıdır ve hava, bu kanatlı borulardan geçerken, kondenser den gelen soğutma suyunu soğutur. Su kaybı yoktur. İnşaatı pahalıdır, Şekil 5.4a

Jeneratör Güç santralinin önemli bir bileşeni, parçası jeneratördür. Çalışma prensibini elektrik dersinde görmüş olmalısınız.Türbin şaftı, manyetik alan içerisinde, iletken demetini döndürür, ve iletken demetinde elektrik akımı doğurur. Pek güç kaybı olmaz, fakat sürtünme kayıpları, ufak direnç kayıpları ile birlikte, verim %95 olarak düşünülebilinir.

Jeneratör Jeneratör, AC akımı üretir,ve belli bir frekansta üretilir; bunun için, jeneratör dönme hızı tam, belirli hızda olmalıdır. Ülkemizde frekans 50 Hz’dir. ABD ve kanada da 60 Hz. Daha evvel incelediğimiz gibi, yüksek voltajda (neden?), inter-konnette, şebeke sistemine verilir.

Performans Analizi Bir kuvvet santralinin performansı, Chapter 3 de, Rankine çevrimi ile çalışan bir kuvvet santralini analiz ettik. Bir yakıt seçip, yukarıda belirtildiği gibi analizine devam edebilirim, NASIL? Neler istersin? Yakıt miktarı, kondenser soğutma suyu giriş sıcaklığı….

Emisyon Kontrol Fosil yakıt yakan santrallerin emisyonlarından hep söz ettik: Kül, cüruf Sülfür dioksit Nitrojen oksitler Karbon dioksit Karbon oksit

Emisyon Kontrol Güç santrali gücüne ve kullanılan yakıt cinsine bağlı olarak sülfür dioxide SO2, nitrogen oxide NO2, Carbon monoxide CO, ve yanmamış tanecikler bacadan atmosfere yayılır. Bunlar insan sağlığı için büyük riskler taşır, ve çevreyi kirletir.

Emisyon Kontrol Bir çok ülkede, bu emisyonlar korumak için, yaptırımlar mevcuttur ve yönetmelik ve kanunlar ile tespit edilmiştir. Dolayısı ile, bu gün güç santrallerine, gerekli emisyon kontrol cihazlarının konması zorunlu kılınmıştır. Bunlar: Yatırım masraflarını artırır ($/kWe) Elektrik fiyatı artar (cent/kWh) veya (krş/kWh), ısıl verim biraz azalır?

Tam Yanmamış Ürünlerin ve Karbon Monoksitin Kontrolü Modern kazanlarda, yakıt ve hava geliştirilmiş brülörlerde tam karışır ve gerekli hava miktarından fazla hava (excess hava) tam yanmayı sağlar. Fakat, sistemin durdurulup, tekrar devreye sokulması durumlarında, başlangıçta, bu ürünlerin varlığı bacalardan çıkan koyu dumandan anlaşılır.

Yanmamış Tanecik Emisyon Kontrolü Karbon monoksit (CO) kontrolü Tanecik kontrol Sülfür kontrol Nitrojen oksit kontrol

CO kontrol Eğer yakıt ve hava karışımı mükemmel ise, ve yakıt fazla hava ile yakılıyorsa, duman gazları çok az, CO ve yanmamış tanecikleri ihtiva eder, ve tam yanma santralin termik verimini de artırır.

Sülfür Kontrol Kömür ve fuel oil sülfür ihtiva eder. İyi kaliteli kömür ise, sülfür miktarı azdır. Kömürler % 0.7-3, fuel oil % 0.7-2 oranında sülfür olabilir. Sülfür kontrol cihazları yoksa SO2, az miktarda SO3 ve Sülfürik asit H2SO4, bacadan atmosfere yayılır.

Sülfür Kontrol Kömür yıkama Kömürün gazlaştırılması, sentetik gaz! Rafinelerde fuel oil de sülfür miktarı istenilen seviyeye, kimyasal reaksiyonlar ile indirilebilir.

Sülfür Kontrol Yanma esnasında, sıvı yataklı yanma ile kontrol edilerek, sülfür kontrolü yapılır. Burada, kömür kireç taşı ile karıştırılarak yanma odasına gönderilir. Kırılmış kömür 6-20 mm, kireç taşı ile ( CaCO2) hava basıncı ile ızgara üzerine püskürtülür. Yanma havası, ızgaranın altından verilir.

Sıvı Yataklı Yanma

Sıvı Yataklı Kazanlar Her türlü yakıtın da yakılabilmesi için tasarlanır., kömür, wast, wood... Tanecikler halinde kömür, kalsiyum karbonat ile otomatik olarask ızgara üzerine sürülür, yanma gazı ızgara atından püskürtülür. Yanmadan sonra, bu karişim, gelen hava ile adeta akışkan gibi hareket eder.

Sıvı Yataklı Kazanlar Kömür ve CaCO3, karışımı sanki bir sıvı gibi , ızgara üzerinde yanar. Kazan boruları, bu sıvı yatagın içerisinde, direk ısı transferi ile su buharlaşır. Yukarıda da, su boruları olup, ışıma ve konveksiyonla ısı suya transfer edilir.

Sıvı Yataklı Kazan Sülfir , Caslsium ile birleşerek CaSO3(kalsiyum sülfit) ve CaSO4 dönüşür, ve bu tanecikler,yanmamış karbon ile birlikte, yanma gazları ile siklona taşınır, ve yanmamış büyük kömür parçaları tekrar, yanma odasına gönderilir, geri kalanlar atılır.

Sıvı Yataklı Yanma Faydalar ve dezavantajlarını inceleyiniz. Yanan karışım bir sıvı gibi hareket eder.Kazan boruları akışkan yatak içerisinde, yataktan borulara ısı transferi ile buhar elde edilir. Isı transferi, convection ve ısıl radyasyon iledir.

Isı Transfer Sıvı yakıtlı kazanlarda, hava ve tanecikler yüksek hızlarda karışmış olması dolayısı ile, su boruları arasında ısı transferi artar: Gazlar ile konveksiyonla ısı transferi, Katı tanecikler ile konveksiyonla ısı transferi Radyasyonla ısı transferi,dolayısı ile 3 adet ısı transferi katsayısından bahsederiz!

Sıvı Yataklı Kazanlar Düşük kaliteli kömürler daha verimli yakılabilir, verimleri de su borulu kazanlara yakındır, zira, yanma odası sıcaklığı daha düşüktür (800-900 C) linyit yakıtlarımız için çok uygundur. Sülfir yakalama verimler %40-50, yeterli değil, kapasiteler, 10-100 MWe, Borularda korozyon problemi vardir! See reaksiyonlar ( 5.5 ve 5.6)

Nitrojen Oksit Kontrolü Yanma esnasında ve yanmadan sonra! N2+O2  2 NO 4 NO + 4 NH3 + O2  4 N2 + 6 H2O

Toksit Emisyonları Kömür ve Fuel Oil mineraller ihtiva eder, ve yanma esnasında toksin emisyonları açığa çıkar. 1-2 mikron çapında olanlar, emisyon kontrol sistemlerinde tutulabilir. Fakat daha ufak tanecikler, ve buharlaşan maddeler bacadan kurtulur. Özellikle, cıva, selenyum,kadmiyum ve arsenik

Toksitler Yarı buharlaşan bu maddeler, bacadan, buhar halinde çevreye yayılır. Özellikle cıva gayet tehlikelidir! Cıva, güç santralleri civarında göl ve denizlerde rastlanır,ve balık ve yiyeceklerle insan vücuduna geçer; dolayısı ile güç santralleri bacasında çıkacak olan cıva kontrolü çok önem taşır.

Toksitler Kömür yakan güç santralinde diğer bir problem Radon emisyonudur. Radon kömürde bulunabilen Uranyum parçalanmasında açığa çıkar ve radyoaktiftir, alpha tanecikler neşreder.

Geliştirilmiş İleri Çevrimler Bir güç santralinden, üretilen kWh başına emisyonlar, santralin termik verimi ile ters orantılıdır (neden?) dolayısı ile, termik verim düştükçe, karbon dioksit emisyonları ve diğer emisyonlar artar. Bu sebepten, termik verimin artırılması için yeni çevrimler geliştirilmiştir.

Emissions Tablo ektedir!

Kombine Çevrim

Kombine Çevrim Şekil 5.14 inceleyiniz. Yanan gaz ve hava karışımı, Brayton çevrimine göre genişleyerek iş üretir. Türbin eksoz gazları bir ısı değiştirgecinden geçer, ısısı suya transfer olunur; buhar buhar türbinine akar. Gaz atmosfere atılır.

Kombine çevrim Kömür de yakıt olarak kullanılabilir; fakat kömürün gazlaştırılması gerekir. Kombine çevrim yanında, gazlaştırma tesisi de varsa, Kombine çevrim gazlaştırma ile birleştirilmiş olur ve “ integrated gasification combined cycle plant” IGCC olarak adlandırılır.

Gazlaştırma 3 C + O2 +H2O  3 CO + H2 3 H2 + CO  CH4 + H2O

Kojenerasyon Bu sistemler hem elektrik enerjisi üretir, hem de, bir yerde kullanılacak faydalı ısı; Kullanma faktörü: Ė =We(net)+Qh/ {m(y)LHV} m(y)= kg yakıt

Kojenerasyon Çevrim Bu ısı, bir fabrikada başka bir işlem, ısıtma,bölge,şehir ısıtma, kurutma, tekstil fabrikalarında kurutma vb için kullanılır. Yakıttan tasarruf sağlanır. Çünkü termik verim, tek elektrik santraline göre daha fazladır. Emisyon kontrolü daha iyi sağlanmış olur.

Kojenerasyon See eq (3.44) eqs.( 5.13 ,5.14, 5.15)

Kojenerasyon HWs: Solve problems 5.1 and 5.11

Kombine Çevrim Toplam elektrik enerjisi üretimi, termodinamik dersinizde gördüğünüz gibi, gaz türbininden elde edilen Wg, ve buhar türbininden elde edile Wb toplami We(net) olarak hesap edilir. Termik verim: Ė =We(net)/[m(y)LHV] m(y) kg yakıt

Gazlaştırılmış kömür-Kombine Kömürden sentetik gaz üretimi ile çalışan kombine çevrim. Elde edilen ve yüksek ısıl değeri olan CH4, Gaz türbinin de kullanılır. 5.3.2 kısmını okuyunuz ve kimyasal reaksiyonlara bakınız

Kuvvet Santralleri-Çevre Tablo!

Sonuçlar Fosil yakıt santralleri en çok kullanılan santrallerdir. Çevre sorunları fazladır. Emisyonları temiz hale getirmek için kullanılan cihazlarla maliyet fiyatı artar, termik verim de azalır(neden?) En büyük problem CO2 dır. Yenilenebilir kaynakları artırmak, nükleer, yakıt pilleri sisteme eklemek…

Sonuçlar Dünyada elektrik enerjisinin yaklaşık 2/3 si fosil yakıt santralleri olup, % 80 kömür santralleridir, verimleri de % 30-40 arasında değişir. Emisyonların kontrolü, çevre kirliliği bakımından sınırlandırılmıştır. Emisyon kontrol cihazları için enerji kullanımı, santral verimini azaltır. Yer kürenin ısınmasına sebeb olan gazların, sera gazlarının kaynağıdır.

Sonuçlar Bu santraller, Isı Makinesidir. Termodinamik prensiplerine göre çalışır. Santral analizinde Rankine çevrimi-T-s diagramları önemlidir, yani tek yoldur! Güzel bir daha önceki bölümde verdim. Bütün mühendislik termodinamiği bilgileri ile Ancak analiz yapılabilir. Önemli bir Bölümü etüt etmiş oluyoruz!