Atık ısı kazanlı gaz-buhar çevrimli güç santralinin ekserji analizi

Abstract

Dünya nüfusunun giderek artması ve hızlanan sanayileşme insanların enerjiye olan talebini artırmaktadır. Artan enerji talebi beraberinde yeni güç santrali yatırımlarını ya da mevcut güç santralleri için bazı teknolojik gelişmeleri zorunlu hale getirmiştir. Bunların yanında güç üretiminde birincil kaynaklardan olan fosil yakıtların giderek azalması ve üretim maliyetlerinin artması gibi sebepler nedeniyle güç santrallerinde verim artırma çalışmaları çok daha fazla önem kazanmıştır.Bu tez çalışmasında İstanbul'da faaliyet gösteren 410,8 MW net elektrik güç çıkışı olan doğalgaz yakıtlı kombine çevrim güç santralinde enerji ve ekserji analizi yapılmıştır. Santralde belirlenen yakıt-hava oranına bağlı yanma denklemi oluşturulmuş ve yanma ürünlerinin mol miktarları belirlenmiştir. Kütle-akış şemasının çıkarılmasının ardından her bir düğüm noktasına ait termodinamik özellikler belirlenmiştir. Sistem elemanlarına termodinamiğin birinci ve ikinci yasa eşitlikleri uygulanarak her bir sistem elemanında kaybedilen birim zamanda enerji miktarı ve tersinmezlik değeri hesaplanmıştır. Hesaplanan değerler enerji ve ekserji bilançoları yardımıyla özetlenmiştir. Bunların ardından da kombine çevrim santrali birinci ve ikinci yasa verimi hesaplanmıştır. Yapılan hesaplamalar neticesinde kombine çevrim santralinin birinci yasa verimi %55.88, ikinci yasa verimi ise %53,06 olarak belirlenmiştir. En fazla güç kaybının kondenser de gerçekleştiği bunu baca gazı ile kaybedilen gücün takip ettiği, en fazla tersinmezliğin ise yanma odasında olduğu, bunu gaz türbinin izlediği tespit edilmiştir.Tez çalışması kapsamında yapılan hesaplamalar gaz çevrimi üzerine yapılacak çalışmaların santral verimini önemli ölçüde etkileyeceğini göstermiştir. Bu nedenle sonuç kısmında kompresörde harcanan gücün azaltılmasına yönelik politropik sıkıştırma yapılması durumu incelenmiştir. Bu durumda kompresöre harcanan güçte önemli miktarda azalış olduğu ve bunun net güç değerini artırdığı dolayısıyla da birinci ve ikinci yasa verimini artırdığı tespit edilmiştir.

Increasing world population and accelerating industrialization increase people's demand for energy. Increasing energy demand has made new power plant investments or some technological developments mandatory in existing power plants. In addition, due to the fact that fossil fuels from primary sources in power generation are gradually decreasing and production costs increase, power efficiency studies in power plants have gained more importance.In this thesis, energy and exergy analysis were performed in natural gas combined cycle power plant with 410.8 MW net electricity power output in Istanbul. As a result of the knowledge of the fuel-air ratio used in the plant, the burning equation was formed and the molar amounts of the combustion products were determined. After removal of the mass-flow diagram, the thermodynamic properties of each node were determined. Applying first and second laws of thermodynamics equation system components and the amount of heat that is lost as irreversibility's value was calculated for each system element. The calculated values are summarized with the help of energy and exergy balance sheets. Then, the first and second law efficiency of the combined cycle power plant were calculated. As a result of the calculations, the first law efficiency of the combined cycle power plant is 55.88% and the second law efficiency is 53,06%. The most energy loss occurred in the condenser. The second largest energy loss was found to be the energy thrown into the atmosphere with the stack gas, the most irreversible in the combustion chamber, followed by the gas turbine.The calculations made in the thesis study showed that the studies on the gas cycle would significantly affect the plant efficiency. For this reason, in the conclusion part of the study, in order to reduce work on the compressor, the situation of the polytrophic compressing was investigated. In this case, it has been determined that there is a significant decrease in the power spent on the compressor and this increases the net power value and thus increases the efficiency of the first and second law.