buharlı ve birleşik güç çevrimleri, Lecture notes of Thermodynamics

Download buharlı ve birleşik güç çevrimleri and more Lecture notes Thermodynamics in PDF only on Docsity!

1 Bölüm^10 : Buharlı ve Birleşik Güç Çevrimleri

Bölüm 10

BUHARLI VE BİRLEŞİK GÜÇ

ÇEVRİMLERİ

2 Bölüm^10 : Buharlı ve Birleşik Güç Çevrimleri

Amaçlar

• (^) İş akışkanının çevrimde dönüşümlü olarak buharlaştırıldığı ve

yoğuşturulduğu buharlı güç çevrimlerini çözümlemek.

• (^) Kojenerasyon olarak adlandırılan, bileşik ısı-güç üretim

sistemlerini çözümlemek.

• (^) Ara ısıtmalı ve ara buhar almalı buharlı güç çevrimlerini

çözümlemek.

• (^) Birleşik çevrimler ve ikili çevrimler olarak bilinen ve iki farklı

çevrimden oluşan güç çevrimlerini çözümlemek.

• (^) Çevrimin ısıl verimini artırmaya yönelik olarak temel Rankine

buharlı güç çevriminde yapılabilecek düzenlemeleri incelemek.

• (^) İkili çevrimlere ilişkin kavramları tanımak.

4 Bölüm^10 : Buharlı ve Birleşik Güç Çevrimleri RANKİNE ÇEVRİMİ: BUHARLI GÜÇ ÇEVRİMLERİ İÇİN İDEAL ÇEVRİM Carnot çevriminin uygulanmasında karşılaşılan sorunların bir çoğu, kazanda suyun kızgın buhar haline ısıtılması ve yoğuşturucuda doymuş sıvı haline soğutulmasıyla giderilebilir. Oluşan bu çevrim, buharlı güç santrallerinin ideal çevrimi olan Rankine çevrimidir. İdeal Rankine çevrimi, içten tersinmezliklerin olmadığı dört hal değişiminden oluşur: Basit ideal Rankine çevrimi

5 Bölüm^10 : Buharlı ve Birleşik Güç Çevrimleri İdeal Rankine Çevriminin Enerji Çözümlemesi ABD’deki güç santrallerinin dönüşüm verimleri genellikle, 1 kWh elektrik enerjisi üretmek için Btu cinsinden harcanan ısı olarak tanımlanan, ısı oranı ile ifade edilir. Isıl verim aynı zamanda, çevrime ısı girişini gösteren eğrinin altında kalan alana oranı şeklindede yorumlanabilir. sürekli akışlı enerji denklemi

Çözüm Güç santralinin ideal Rankine çevrimine göre çalıştığı belirtildiği için türbin ve pompanın izantropik oldukları kabul edilebilir. Ayrıca kazan ve yoğuşturucuda basıncın sabit kaldığı, buharın yoğuşturucudan, yoğuşturucu basıncında doymuş sıvı halinde çıktığı ve pompaya girdiği kabul edilmektedir.

10 Bölüm^10 : Buharlı ve Birleşik Güç Çevrimleri GERÇEK BUHARLI GÜÇ ÇEVRİMİNİN İDEAL BUHARLI GÜÇ ÇEVRİMİNDEN FARKI (a) Gerçek buharlı güç çevriminin ideal Rankine çevriminden farklılığı. (b) Pompa ve türbindeki tersinmezliklerin ideal Rankine çevrimi üzerindeki etkileri. Çeşitli tersinmezliklerden dolayı gerçek buharlı güç santrallerinin çevrimi, ideal Rankine çevriminden farklıdır. Sürtünme ve çevreye olan ısı kayıpları tersinmezliklerin başlıca iki kaynağıdır. İzantropik verimler

ÖRNEKÖRNEK

Bir buharlı güç santrali şekildeki çevrime göre

çalışmaktadır. Türbinin ve pompanın adyabatik

verimleri sırasıyla yüzde 87 ve 85'tir. (a)

Çevrimin ısıl verimini, (b) buharın kütle debisi 15

kg/s olduğuna göre santralin gücünü

hesaplayın.

(a) Çevrimin ısıl verimi, net işin çevrime verilen ısıya oranıdır. Net işi bulmak için pompa ve türbin işlerinin hesaplanması gerekir:

14 Bölüm^10 : Buharlı ve Birleşik Güç Çevrimleri RANKİNE ÇEVRİMİNİN VERİMİ NASIL ARTIRILABİLİR? Yoğuşturucu basıncının düşürülmesinin ideal Rankine çevrimi üzerindeki etkisi. Bir güç çevriminin ısıl verimini artırmaya yönelik bütün değişikliklerin arkasında yatan temel düşünce aynıdır: kazanda iş akışkanına ısı geçişinin sağlandığı ortalama sıcaklığın yükseltilmesi veya yoğuşturucuda iş akışkanından ısının atıldığı ortalama sıcaklığın düşürülmesi” şeklinde özetlenebilir. Yoğuşturucu Basıncının Düşürülmesi (TL,ort ’yı düşürür) Düşük basınç sonucu ısıl verimdeki artıştan yararlanmaya yönelik olarak buharlı güç santrallerindeki yoğuşturucular genellikle atmosfer basıncının oldukça altında çalıştırılırlar. Fakat yoğuşturucu basıncının düşürülebileceği bir alt sınır vardır. Yan etkisi: Türbinin son kademelerinde kuruluk derecesinin azalmasıdır. Buharın içinde sıvı zerreciklerinin bulunması hem türbin veriminin azalmasına, hem de türbin kanatlarının aşınmasına yol açar.

16 Bölüm^10 : Buharlı ve Birleşik Güç Çevrimleri Kazan Basıncının Yükseltilmesi (T H , ort ’yı yükseltir) Kazan basıncının yükseltilmesinin ideal Rankine çevrimi üzerindeki etkisi. Kritik basınç üzerinde çalışan bir Rankine çevrimi. Günümüzde bir çok modern buharlı güç santralleri kritik basıncın üzerindeki basınçlarda ( P > 22.09 MPa); fosil yakıtlı santrallerde yaklaşık yüzde 40 ısıl verimle, nükleer santrallerde ise yüzde 34 ısıl verimle çalışmaktadır. Türbin giriş sıcaklığının sabit tutulması durumunda çevrimin sola doğru kaydığına ve türbin çıkışında buharın kuruluk derecesinin azaldığına dikkat edilmelidir.

ÖRNEKÖRNEK

ideal Rankine çevrimine göre çalışan buharlı bir güç

çevriminde, su buharı türbine 3 MPa basınç ve 350 °C

sıcaklıkta girmekte ve 10 kPa yoğuşturucu basıncına

genişlemektedir,

(a) Santralin ısıl verimini hesaplayın,

(b) Bu buharının kazanda 350 °C yerine 600 °C sıcaklığa

ısıtılması durumunda ısıl verimin ne olacağını hesaplayın,

(c) Kazan basıncının 15 MPa'e yükseltilip, türbin giriş

sıcaklığının 600 °C'de kalması durumunda ısıl verimin ne

olacağını hesaplayın.

(b) 1 ve 2 halleri aynı kalmaktadır. 3 halinde (3 MPa ve 600 °C) ve 4 halinde (10 kPa ve s 4 = s 3 ) entalpiler benzer bir biçimde bulunabilir:

(c) 1 hali aynı kalmakta, diğer haller değişmektedir. 2 halinde (15 Mpa ve s 2 =s 1 ), 3 halinde (15 Mpa ve 600 °C), 4 halinde (10 kPa ve s 4 =s 3 ) entalpiler yukarıdakine benzer bir biçimde hesaplanabilir: Türbin giriş sıcaklığı 600 "C'ta kalırken, kazan basıncını 3 MPa'den 15 MPa'e yükseltmek ısıl verimi yüzde 37.3'ten 43.0'e yükseltmektedir. Aynı zamanda, türbin çıkışında buharın kuruluk derecesi de 0.914'ten 0.804'e azalmaktadır. Başka bir deyişle, doymuş sıvı buhar karışımındaki sıvının miktarı artmaktadır.