Kömür yakıtlı bir termik santralin sistem modellemesi

Enerji, insan hayatının her aşamasında kullanılması zorunlu bir unsur haline gelmiştir. Nüfus artışı başta olmak üzere gelişen sanayileşme ve teknoloji çağının bir etkisi olarak enerjiye duyulan ihtiyaç artmaktadır. Bu ihtiyacı karşılama amaçlı kurulmuş enerji dönüşüm santralleri, enerji kaynaklarından elde edilen ısı, mekanik ya da potansiyel enerjiyi elektrik enerjisine çevirirler. Ülkemizde bulunan yeraltı kaynaklarının yetersizliği dolayısıyla enerji üretiminin büyük çoğunluğu dış ülkelerden temin edilen kaynaklar ile karşılanır. Ülkemizin ekonomik yönden dışa bağımlılığının azaltılması ve halihazırda yerli enerji üretim kaynağı olarak bulunan kömür rezervlerinden faydalanılması için kömür ile çalışan termik santrallerin kurulması önemlidir. Dünya enerji üretiminde en çok kullanılan enerji kaynağı kömürdür. Kömür, yapısı gereği dünyanın çoğu bölgesinde rastlanabilen bir yeraltı madenidir. Özellikle düşük ısıl değerine sahip linyit kömürü, santrallerde elektrik üretimi amaçlı kullanılmaktadır. Ülkemiz elektrik üretiminin %14'ü yerli kömür, %12,3'ü ise ithal kömür ile sağlanmaktadır. Bu bağlamda kömür yakıtlı santrallerin iyi analiz edilmesi ve verim artırma uygulamalarıyla birlikte ülkemizin sahip olduğu kömür rezervinin ihtiyatlı biçimde kullanımı elzemdir. Yapılan bu tez çalışmasında kömürün dünyada ve ülkemizdeki elektrik üretimine katkısından kısaca bahsedilmiş, kömür yakıtlı termik santrallerin çalışma prensibi ayrıntılı olarak ele alınmıştır. Bir termik santralin verim değerinin iyileştirilmesi için yapılan çalışmalar anlatılmıştır. Kömür yakıtlı bir termik santrali oluşturan elemanlar ve görevleri hakkında gerekli bilgiler verilmiştir. Çalışmada kullanılan Flownex SE modelleme programı ve programın işleyiş biçiminden bahsedilmiştir. Örnek bir termik santrali oluşturan elemanlar, belirtilen değerler doğrultusunda ayrı ayrı modellenmiştir. Oluşturulan modeller birleştirilerek santral çevrimi tamamlanmış ve santral verileri üzerinde yapılan uyarlamalar yardımı ile sistemin kütle ve enerji dengesi sağlanmıştır. Çevrimin zamandan bağımsız kararlı hal durumu için enerji analizi yapılmış, her bir komponente ait güç veya ısı değerlerinin gerçek duruma uygun olduğu gözlemlenmiştir. Program tarafından hesaplanan veriler doğrultusunda elektrik enerjisine çevrilen toplam türbin gücü 603 MW, kazanda suya aktarılan enerji 1272,6 MW, kondenserde dışarı atılan ısı miktarı 657,7 MW, toplam pompa gücü -3,5 MW, besleme suyu pompası türbini gücü 16,6 MW ve bu türbin ile tahrik edilen pompanın gücü -16,4 MW olarak bulunmuştur. Santralde kazana gitmekte olan akışkana ön ısıtma yapılmıştır. Alçak basınç ısıtıcılarında 169,4 MW ısı akışkana aktarılmıştır. Yüksek basınç ısıtıcılarında ise 192,5 MW ısı akışkana aktarılmıştır. Böylece kazana gitmekte olan suya türbinlerden çekilen ara buharlar aracılığıyla toplam 361,9 MW ön ısıtma yapılarak kazan giriş sıcaklığı 276,3 oC'ye çıkartılmış ve santral verimi artırılmıştır. Buhar kazanında harcanan yakıt enerjisi, santralde kullanılan kömürün üst ısıl değeri ve saniyede yakılan kömür miktarına bağlı olarak 1433 MW bulunmuştur. Yukarıda hesaplanan değerler doğrultusunda, kararlı hal durum analizi sonucunda toplam santral verimi %41,84 olarak hesaplanmıştır. Flownex ile kararlı hal için oluşturulmuş santral çevriminin dinamik analizi yapılmak üzere; yoğuşturucu soğutma suyu sıcaklığı, buhar kazanı çıkış sıcaklığı, yoğuşturucu pompası devir sayısı ve besleme suyu pompası devir sayısı değişken olarak belirlenmiş ve zamana bağlı davranışlarının çevrim üzerindeki etkisi incelenmiştir. Yapılan dinamik analiz sonucunda yoğuşturucu soğutma suyu sıcaklığının 5 oC artırılması ile santral veriminin %41,28'e düştüğü, aynı miktarda azaltılması durumunda ise %42,4'e çıktığı gözlemlenmiştir. Buhar kazanı çıkış sıcaklığının ultra kritik üstü kazan sıcaklık değeri olan 600 oC'ye çıkartılması durumunda santral veriminin %42,36'ya yükseldiği, ileri düzey ultra kritik üstü kazan sıcaklık değeri olan 700 oC'ye çıkartıldığında ise santral veriminin %44,12'ye ulaştığı görülmüştür. Yoğuşturucu pompası devir sayısının 100 dev/dak artırıldığı durumda santral verimi %41,66'ya düşmüş, aynı miktarda azaltılması durumunda ise santral verimi %42 olarak hesaplanmıştır. Besleme suyu pompası devir sayısının 100 dev/dak artırılması ile santral verimi %41,29'a düşmüş, aynı miktarda azaltıldığında ise santral veriminin %42,46 değerine ulaştığı gözlemlenmiştir.