Doğalgaz Kombine Çevrim Santralleri

Enerji santralleri, enerji üretmek için kullandıkları yakıta göre çeşitli isimlerle nitelendirirler. Mesela doğalgaz santrali, kömür santrali, fuel-oil gibi, yada hidroelektrik santraller bunlardan bazılarıdır. Doğalgaz yakıtlı kombine çevrim termik santralleri diğer fosil kaynaklı yakıt kullanan termik, nükleer ve hidroelektrik santrallerine göre daha düşük kurulum maliyeti ile daha kısa sürede işletmeye alınabilmektedirler. Bu yazımızda doğalgaz kombine çevrim santrallerini tanıyacağız.

A- A+

19.10.2013 tarihli yazı 64438 kez okunmuştur.

Kombine çevrim santrallerindeki asıl amaç, atık ısı gazlarından yararlanarak buhar eldesiyle elektrik üretmek ve verimi arttırmaktır. Gaz santrallerinin tek başına verimleri düşüktür ama kombine çevrim olduğunda verimleri daha da artmaktadır ve milli ekonomiye katkı sağlanmaktadır.

Doğalgaz Kombine Çevrim Santralleri Genel Yapısı

► Kombine çevrim santrallerinde gaz türbinleri ve buhar türbinleri birlikte kullanılmaktadır. Yakıt olarak doğal gaz kullanılan gaz türbinlerinden elde edilen elektrik enerjisinin yanı sıra türbin egzozundan yüksek sıcaklığa sahip egzoz gazlarının atık ısısının kazana verilmesiyle elde edilen buhar ile buhar türbinlerinden de ek elektrik üretimi sağlanmaktadır.

► Bu santrallerde gaz türbinli çevrimlerin üst sıcaklığının yüksek olması ve buhar türbinli çevrimlerin alt sıcaklıklarının düşük olması avantajları birleştirilerek tasarım koşullarında çalışmak üzere kombine çevrim verimi % 50-60 civarında gerçekleştirilebilmektedir.

Doğalgaz Kombine Çevrim Santrali Kısımları

► Bağımsız Atık Isı Kazanı (HRSG)

► Buhar Türbin Generatörü (STG)

► Kondenser

► Soğutma Kulesi

► Gaz Türbini

► Generatör

1) Bağımsız Atık Isı Kazanı(HRSG)

Bağımsız atık ısı kazanı üç basınç derecesine sahiptir;

♦ HP: Yüksek basınç, 45 bar civarındadır.(400 °C)

♦ IP: Orta basınç, 12 bar civarındadır.(224 °C)

♦ LP: Düşük basınç, 4 bar civarındadır.(120 °C)

♦ HP basıncı doğrudan buhar türbininde kullanılmaktadır. Gerektiğinde IP basıncı ile desteklenmektedir.

♦ IP basıncı ayrıca çevre fabrikalara satılmaktadır.

♦ LP tesisin ihtiyacını karşılamakta ayrıca degazör grubunu beslemektedir.

2) Buhar Türbin Generatörü (STG)

♦ STG’nin görevi, HRSG’den gelen IP ve HP buharlarının enerjisini, aynı rotorla bağlı bulunduğu generatör vasıtasıyla elektrik enerjisine çevirmektedir. Santralde kullanılan kontrol sistemi STG üzerinde sınırlı bir kontrole sahiptir.

♦ STG buhar girişinden çıkışına doğru hacmi genişleyen bir yapıya sahiptir, 16 kademesi bulunur. Rotor üzerine yerleştirilmiş kanatçıklar ve bu kanatçıklar arasında dış gövedeye sabit olarak bağlı stator kanatçıkları sistemin temelini oluşturur.

3) Kondenser

♦ STG’nin tüm kademelerinden geçen ve özellikleri büyük ölçüde değişen buhar atılmaz ve yine STG’ye bağlı olan kondensere gönderilir. Kondenserde, soğutma kulesinden gelen 24°C deki suyu sirküle eden boru demeti bulunur. Buhar bu borular arasından geçirilerek yoğuşturulur ve yeniden kullanıma hazır hâle gelir.

♦ Kondenser içindeki borularda gezdirilen su ise buhar ile ısı alış-verişine girmiş ve oldukça ısınmıştır. Soğutulmak amacıyla soğutma kulesine gönderilir.

4) Soğutma Kulesi

♦ Su üstten bırakılır, üstteki pervaneler havayı emer ve su-hava arasında ısı alış-verişi meydana gelir. Bu işlemle soğuyan su havuza düşer. Buradan da pompalarla kondensere yeniden pompalanır.

♦ Demineralize Su Üretim Yöntemleri:

a) Reçine Yöntemi

b) Ters Osmos Yöntemi

a) Reçine Yöntemi

• Su kuyularından alınan su önce kum filtrelerinden geçirilir. Burda askıdaki katı partiküller ve kum filtresinde bulunan antrasit tarafından Fe tutulur.

• Kum filtresinden çıkan su kuvvetli katyon reçinesiyle dolu olan kolona gelir. Bu kolonda suyun sertliğine neden olan Ca+, Mg+ gibi iyonlar reçinelere tutunmuş olan H+ ile yer değiştirir.

• Katyon reçinelerinden geçirilip (+) iyonlarından kurtulmuş olan su degazöre gelir. Degazörde üstten yağmurlama şeklinde verilip alttan da havayla temas ettirilerek (mekanik çarpıştırma) uçucu gazlardan ayrıştrılır. (CO₂ gibi)

• Degazörden çıkan su kuvvetli iyonik reçinesiyle dolu anyon kolonlarına gider. Sudaki (-) yüklü iyonlar (CO₃, SiO₂, Cl vb.) reçinelere tutunmuş olan OH- ile yer değiştirir.

• Daha sonra su MIX-BED’e (karışık yatak) gelir. Burda katyon ve anyon reçineleri karışık olarak bulunur. Daha önceki işlemlerde kurtulmuş olabilecek iyonları bu kolon tutar.

Reçine Yönteminde Rejenerasyon:

• Katyon reçineleri işlevini yitirdiğinde yani reçinelere tutunmuş olan H+ iyonları azaldığında reçineler H+ yüklemesi için HCl ile yıkanır. Anyon reçineleri için de aynı şekilde NaOH ile yıkanarak OH- yüklemesi yapılır.

• Rejenerasyon sonucu açığa çıkan atık su nötralizasyon havuzuna gelir. Burda 6 – 9 arası pH ayarlaması yapılarak doğaya verilir.

• Santralde kullanılan suyun saf olmaması buhar üretim sistemlerinde malzemenin ömrünün kısalmasına, tıkanmaya, bakım maliyetlerinde artışa sebep olur.

• Ca, Mg gibi metaller kireç yapıcı olduklarından suda istenmez. Anyon reçinelerinde tutulan SiO₂ ise çok sert olduğundan buhar türbininin kanatçıklarına zarar verir. Bu nedenle sudaki miktarı en aza indirilir.

b) Ters Osmos Yöntemi

• Kuyulardan çekilen suya NaOCl dozajlanır. Bunun sebebi filtreler için zararlı olan baktrei oluşumunu önlemektir. Daha sonra su kum filtresine gelir, burdan çıkışta verilen NaOCl’yi elemine etmek için SMBS (Sodyum MetaBisülfat) verilir.

• Ayrıca sudaki kireç yapıcı iyonları askıda tutmak için antiskalat verilir. Burdan su RO-1’e gelir, iyonlar ters osmos ile tutulur.

• Arkasından RO-2’ye gelen suyun tabaka oluşturmasını engellemek için yani iyonlaşmanın kolay olması için ikinci kademelere kostik verilip pH yükseltilerek CO2 elimine edilir.(Mg+2 ve Ca+2 ayrıştırıldığı için pH’ın yükselmesi sorun olmaz.)

• Verilen suyun % 75’i ürün olarak alınır, % 25’i atılır. (iletkenliği çok yüksektir.)

Ters Osmos Yönteminde Elektrodiyaliz:

RO-3’ten çıkan su buraya gelir. Suyun iyonlarını alma işleminde membranlar ya anyonların ya da katyonların geçmesine izin verecek şekilde elektrodların arasına sırayla yerleştirilirler. Elektrodlar yüklendikçe anyonlar ana akımdan ayrılırlar ve anyon seçici membran içinden geçerek konsantre hücrede birikirler. Bitişik hücre duvarı katyon seçici olduğundan anyonlar buradan geçemezler. Benzer şekilde katyonlar da aynı yolu izler.

Elektrodiyaliz:

5) Gaz Türbini

• Bu motorlar uçak motorlarının bir türevi olup radyan çalışan motorlardır. Birbirinin içinden geçen iki şaft mevcuttur. Şaftların birine düşük basınç kompresörü (LPC) diğerine yüksek basınç kompresörü (HPC) bağlıdır.

• Soğuyan havanın hacmi azalır prensibinden hareketle hava gaz türbinine alınmadan önce soğutulur. Hava filtresinden geçerek kompresöre gelir. Burada yüksek basınçlar-da sıkıştırılır. Sıkışan havaya doğal gaz verilip yanma odalarında ateşlenir.

• Yanma sonucu genleşen karışım türbin kısmını çevirerek güç elde edilir ve bu güç de generatörü çevirir. Elde edilen güç 40 MW civarındadır.

6) Generatör

• Generatör türbin şaftının dönmesiyle oluşan mekanik gücü elektriksel güce çeviren makinedir.

• N – S kutupları arasında dairesel olarak hareket ettirilen bir bobinde alternatif gerilim indüklenir. Elektrik enerjisi genellikle alternatif gerilim olarak üretilmektedir. AC generatörler bobin gruplarından oluşan temel iki ana parçadan oluşur;

→ Stator: Üzerinde elektrik enerjisinin indüklendiği sargının bulunduğu bölümdür.

→ Rotor: N – S kutuplarını meydana getiren sargıların bulunduğu bölümdür.

Teorik Bilgi

Kombine güç çevrimleri gaz ve buhar türbinlerinin birlikte kullanıldığı çevrimlerdir. Kombine çevrim fikri basit Brayton çevriminin verimini, yüksek sıcaklıklarda çalışmanın sağladığı ka-zançlardan yararlanmak ve egzoz gazlarıyla atılan ısı enerjisini geri kazanarak bu enerjiyi buharlı güç çevrimi gibi bir alt çevrimde ısı kaynağı olarak değerlendirmek fikrinden hareket-le ortaya çıkmıştır. Kombine güç çevrimleri geçen yüzyılın başından beri tasarlanan sistemler olmasına rağmen ilk kombine çevrim santrali 1950'de kurulmuş olup, daha sonra ise hızla artan uygulamaları ile günden güne gelişim göstermektedir.

► İdeal Brayton çevrimi kullanılarak yapılan hesaplamada denklemler aşağıda gösterildiği şekildedir. Gaz çevrim verimini bulmak için;

► Burada; Wt ve Q, türbin net işi ve gaz çevrimine giren ısıdır. Aynı denklemi kullanarak çevrimin net gücü hesaplanabilir. Bu nedenle, gaz çevriminin enerji balansı yazılarak, buhar çevriminde serbest ısı miktarı bulunur;