Konvansiyonel ve atık ısı kazanlarda buhar üretimi sürecinin enerji ve ekserji analizleri

Abstract

Bu çalışmada, enerji sektörünün en önemli donanımlarından biri olan gaz türbini, atık ısı kazanı, konvansiyonel kazan ve buhar türbinlerinden oluşan TÜPRAŞ İzmit Rafinerisi kuvvet santrali ünitesinin simülasyon modeli Aspen HYSYS programı kullanılarak hazırlandı. Sistemin ekserji analizi yapılarak ekserji veriminin optimizasyonu yapıldı. Simülasyon çalışmasının sonucunda elde edilen entalpi değerlerini doğrulamak amacıyla kütle, enerji ve ekserji değerleri el ile tekrar hesaplandı. Elde edilen veriler kullanılarak sistemin enerji verimi incelendi. Sonuçlar incelendiğinde kondenser hariç ekipmanların enerji verimlerinin % 95 ile % 98 arasında olduğu görüldü. Bu sonuç ekserji verimleri ile kıyaslandığında iki değer arasında korelasyon olmadığı görüldü. Sistemde bulunan atık ısı kazanının modernizasyonu sonrasında değişen ekserji verimi incelendi ve eski durumla karşılaştırıldı. Öncelikle, mevcut durumda sistemin ekserji verimi % 53 olarak hesaplandı; Sistemde toplam ekserji kaybı 126 MW olup bu kaybın % 43'ü konvansiyonel kazandan, % 31'i ise gaz türbini yanma odasından kaynaklanmaktadır. Daha sonra, sistemde iyileştirme çalışmaları kapsamında, destek yanmalı atık ısı kazanına geçiş yapılması ve parametrelerin optimize edilmesi sonucunda ekserji veriminin % 62' ye çıktığı, toplam ekserji kaybının ise 104 MW'a düştüğü görüldü. Yeni durumda da ekserji verimi açısından en verimsiz ekipmanların atık ısı kazanı ve gaz türbini yanma odası olduğu bulundu. Tezin optimizasyon çalışması bölümünde; 4 adet değişken, 2 adet kısıtlayıcı kullanılarak amaç fonksiyonu olarak belirlenen ekserji veriminin maksimizasyonu hedeflendi. Optimizasyon işlemi için Aspen PLUS paket programında mevcut Lagrange çarpanları kullanıldı.

In this work, the power plant of TÜPRAŞ İzmit Refinery is considered and the simulation study of the unit is performed. The mass and energy balances are set up and exergy losses of the system are analyzed. The simulation model of the system is set up by using Aspen HYSYS software. Mass and energy balance are calculated by hand in order to check the enthalpy results taken from the simulation software. Energy efficiency of the equipment are calculated and the results are compared with the exergy efficiency results. It is seen that the energy efficiency of the equipment are between %95-%98. The relation between energy and exergy efficiency is investigated but it is seem that there is no correlation between two terms.The heat recovery steam generator in the existing system is upgraded to supplementary firing type and the effect of this modernization is investigated by means of exergy analysis. Aspen PLUS software is used for the optimization work which is the final stage of the study. The exergetic efficiency of the system before supplementary firing boiler was evaluated as %53. Total exergy loss of the system was 126 MW %43 of this loss caused from conventional boiler and the %31 from combustion chamber of the gas turbine After modernization of the boiler and optimizing the parameters the exergetic efficiency increased to %62. With the supplementary fired heat recovery steam generator, the exergy loss of the system drop by 22 MW to 104 MW. In the optimization part of the thesis; the objective function, variables and the constraints are introduced to the program. The objective function is to maximize the exergetic efficiency of the overall system. 4 variables and 2 constraints are selected. Lagrange multiplier method is used for the optimization of the system.