1 3. TERMİK SANTRALLER 3.1. Termik Santraların

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
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.
3.3. 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
1
b
6
f
c
a
5
2
d
4
e
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
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
3.3.1. 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-3-4-5-6-1 ile gösterilmiş olan
çevrimin içerisinde kalan alana eşittir ve teorik olarak, türbinde yararlı işe dönüşür.
qyar = q - q0
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
4-5-6-1 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
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
h1-h4
veya
η = h1-h2ad
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-h4
3.3.2. Çevrim Verimini Artırma Yolları
3.3.2.1. 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
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.
3
1
8
6
A.B.
Y.B.
7
4
2
5
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
şekil 3.7’de
görülmektedir. Böyle bir buhar çevrimi için gerçek ısıl verimi aşağıdaki gibidir.
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
Şekil 3.6. Ara kızdırmalı bir buhar santralının H-S diyagramı
3.3.2.2. 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
1
T
6
2
5
a
c
b
3
4
A
B
d
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 1-2-4-5-6-7-1 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
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.
4.1. Dolaşımlı Akışkan Yatak Teknolojisi
Çizelge 1. Dolaşımlı akışkan yatak teknolojisine ait işletme parametreleri
Parametre
Değer
Yatak sıcaklığı ( 0C )
840-900
Hız ( m/s )
4,5-9
Kömür besleme parçacık büyüklüğü ( mm )
1,6-10
Emici parçacık büyüklüğü (µm )
1.000
Ca/S oranı
1,5-4
SO2 arıtımı ( % )
90-95
Yanma verimi ( % )
98-99
NOX emisyonu ( ppm )
10-100
4.2. Kabarcıklı Akışkan Yatak Teknolojisi
Çizelge 2. Kabarcıklı akışkan yatak teknolojisine ait işletme parametreleri
Parametre
Değer
Yatak sıcaklığı ( 0C )
840-900
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
SO2 arıtımı ( % )
90
Yanma verimi ( % )
90-98
NOX emisyonu ( ppm )
150-350
Yatak yüksekliği ( m)
0,6-1,8
Freeboard yüksekliği ( m )
2,4-6
11
Kömür besleme parçacık büyüklüğü ( mm )
Yatak üstü besleme
32
Yatak altı besleme
13
Fazla hava ( % )
20-35
4.3. 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 NOX 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 SO2 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 SO2 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/M2 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/M2 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
4.4. Akışkan Yatakta Yakma Teknolojisini Sorunları ve Dezavantajları
1. Akışkan yatakta yakma teknolojisi SO2 (kükürt dioksit) ve NOX (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.
4.5. Pülverize Kömür Yakma Teknolojisi
Pülverize kömür kazanlarında yanma % 70’1 200 mesh’den az olan kömür parçacıkların
oksidasyonu sonucu oluşur. Kazanın içindeki en sıcak bölge yakıcının etraftaki hacim olup ,
sıcaklık 1.200-1.50000C’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
önlenmektedir. Bu nedenle , akışkan yataklı kazan dizaynı yakıtın kül özelliğine bağlı
değildir.
Akışkan yatak içerisine kireçtaşı enjeksiyonu ile SO2 kazan içinde bertaraf edilmekte ve
ilave SO2 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 S02 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 CO2 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 CO2 emisyonuna yol açar. Dolaşımlı akışkan yakma teknolojisinde ise
işletme sıcaklığı ( 800-9000C ) kül ergime noktasının altında olduğundan kazan verimi
düşmemekte ve dolayısıyla zamanla CO2 emisyonunu arttıran bir etken ortaya çıkmaktadır.
4.6. 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 SO2 tutulması düşünülüyorsa günlük kömür bunkeri gibi günlük kireçtaşı silosu
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 250-750 W/M0K 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
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)
4.6.1. 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
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
Baca gazı
Kızdırıcı
Ön ısıtıcı
hava
Kazan
Çürük buhar
türbini
Kompresör
Yol verme metodu
Yakıt
Şekil 4.2 Kazan ve ön ısıtıcıların akış şeması
4.6.2. 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
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
ta z e h a v a
R e k ü p e r a tiv ö n ıs ıtıc ıs ı
R e g e n e r a tiv ö n ıs ıtıc ıs ı
Şekil 4.3 Reküperatif ve regeneratif tip hava ön ısıtıcıları
4.6.3. 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
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
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.
4.7. 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
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
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.
4.7.1. 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.(v2/2g+h)
Buhar konik bir lüleden basınç düşüşü altında akarsa genişler. Bu sırada toplam enerji
sabit kalır, hız artar. Entalpi ise düşer.
M(v12/2g+h1)= m.(v22/2g+h2)
V2 hızını V1 hızına oranla çok küçük olduğunu düşünerek denklemi şöyle yazabiliriz.
V2=(2g.(h1-h2) )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
v=k.v2
Hız katsayısı deneylere dayanan bir değerdir ve buhar santrallerinde 0.93 ile 0.97
arasında değişir.
4.7.2. 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
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
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.
4.9. 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.
4.10. 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
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 :
U1.I1=U2.I2
Buradan
U1/U2=I2/I1
Öte yandan transformatörlerin giriş ve çıkış taraflarındaki gerilimlerin oranları aynı
tarafların sarım oranlarına eşittir.
U1/U2=n1/n2
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.
5.1. 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
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.
5.2. 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
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
5.3.1. 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.
5.4. 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 0.03-0.04 atü’dür. Soğutma suyu pompaları, soğutma suyunu kondensere
basarlar. Kondensere basılan soğutma suyu, burada türbinden gelen buharı yoğuştururken 810C ısınır. Isınmış olan soğutma suyu alındığı nehir, göl yada denize geri verilir. Soğutma
suyu miktarı, yoğuşturulan buharın ortalama 50-70 katıdır.
Şekil 5.2 Açık devre ile soğutma
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 2227C arasında değişir. Bu değerlerin karşılığı olan kondenser basıncı (vakumu) 0.05-0.06
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
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 SO2
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
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 10-70 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.