BUHAR SANTRALLARI PLANLAMASI

Buhar santradan plânlaması

Yazan: Herbert MELAN O. Prof. Dlpl tng Dr. tchn

özetliyen: Hüseyin PEKİN Y. Müh E.1 E.

KONDANSASYONLU SANTRAL TESİSLERİ NİN GERÇEKLEŞTİRİLMESİNDE GÖZÖNÜNE

ALINAN BAŞLICA ESASLAR

Genel: Şehirlerin elektrik enerjisi ihti yaçlarını temin eden santrallann kaideten çok büyük tâkatta yapılması iktiza ettiğin den ve buhar türbinlerinin takat sınırlan sair termik makinelerle mukayese edüemiye cek kadar yüksek olduğundan, büyük termik santrallar buhar santralı olarak yapılırlar.

Kaide olarak yeni santrallar baz takat santralı olarak eski santrallar da pik takat santralı olarak çalıştırılırlar. Bundan dolayı yeni santrallar da yüksek randıman temini ne çalışılır.

Avrupa ve Amerika'da inşa olunan yeni büyük buhar santraüan arasında önemli fark'ar göze çarpmaz. Amerika'da bir san tralda şimdiye kadar erişilen azamî toplam takat 1,4 milyon kW'dır. En büyük ünite tâ katı 200 MW olup halen 340 MWlık ünite de inça halindedir. Bu büyük üniteler kaideten blok olarak tertip olunmuştur. Kazan türbin ve generatörler için büyük ünite tâkatların dan başka randımanın yükselmesinde etkili olan,

Yüksek tazyik ve sıcaklıklar Birkaç kademeli ara kızdırma Besleme suyunun büyük mikyasta ısıtıl ması

Asgarî hava boşluğundan istifade gibi hususlarda da Amerika'da 'Avrupa'dan daha büyük ölçüde ilerleme kaydedilmiştir. Amerika'da kullanılan azamî buhar basıncı 350 atü ve buhar sıcaklığı da 650 C° dir.

Amerikada 170 atü, ye kadar tabii sirkü lasyonlu dik borulu, daha yüksek tazyikler için ise cebri sirkülâsyonlu kazanlar kullanı lır. Zira bu ha'de tabii sirkülasyon kifayet edemez. Mümkün .olduğu nisbette iyi kazan randımanına erişmek için baca gazları sıcak lığı 93 C°, a indirilir. Kritik basınçların aşıl ması ve dolayısiyle ferritik çelikler için kri tik sıcaklık olan 565 C°, in aşılması sebebiy

le Amerikada büyük kazan inşaatında oste nitik çelikler kullanılır.

Avrupada halen işletmeye alınmış olan en büyük ünite 150 MW, dır. 200 MW, lık üni te inşa halindedir. İngilterede herbiri 200 MW, lık beş üniteden müteşekkil 1000 MW, kurulu gücünde bir santralın inşası plânlan mıştır.

Avrupa santrallannın kullanma faktör leri Amenkadakılerden düşük olduğundan, halen Avrupada 530 C° ı, aşarak ferritik çe likler kul anmama yolunda herhangi bir te mayül mevcut değildir.

Bununla beraber Avrupada kullanma faktörleri yüksek olan bazı özel endüstri san tralîannda 600 C°, in üzerinde buhar sıcaklı ğı kullanılmıştır.

Bu santrallardan iyi netice alındığı için, istıkba'de şehir santrallannın da bu yoldaki inkişaflara muvazi olarak inşa olunmaları beklenebilir.

Termik Randıman :

Bu asrın başlangıcında 1 Kwh, lık enerji istihsâli için 10000 Kcal, lik ısı sarfe dılmekteydi Termik santralların termik ran dımanı da sadece % 8 6 idi. Halen bu değer % 40, a yaklaşmaktadır. 1950 yılında santral l a n n genel azami randımanı % 35,5 civann da idi. Şu ha'de o zamandan beri % 19 nis betinde bir yükselme mevcuttur. Bu da hu susiyetle 1 uhar çevriminin ıslâhı yani çok yüksek tazyik ve sühunetlerde taze buhar is tihsâli, müteaddit ara kızdırmalar ve besle me suyunun geniş ölçüde ön ısıtılmasıyla sağlanmıştır. Kazan, türbin ve generator randımanlarının yükseltilmesi genel randı manın artmasına pek az tesir etmiştir.

Şimdi Genel Randımana Tesir Eden Bu Faktörleri İnceleyelim :

o

1 — Giriş Tazyik ve Sıcaklıklarını Yük selterek randıman yükseltilmesi:

Büyük takatli ünitelerde giriş buharlannın 80 atü ve 500 C° olan şartlarını 140 atü ve

600 C°, a değiştirmekle ısı ihtiyacı 2700 Kcal: Kwh, tan 2500 Kcal: Kwh, a indirilebilir (ara kızdırıcı kullanılmaksızın). Bu esnada alçak basınç türbininin çıkışında, çıkıştaki rutubet derecesinin % 14, ü altında olması temin o lunur. Yüksek basınçların kullanılabilmesi için buhar verdilerinin büyük olmaları icap eder.

2 — Ara Kızdırma ile Randımanın Yük seltilmesi :

Çıkıştaki rutubet derecesi ile tâyin edilen basınç ve sıcaklıkları arasındaki münasebet ara kızdırma tatbiki ile değiştirilebilir. Çıkış taki rutubet derecesi % 14 civarında tutulsa bile su damlacıklarının fena tesirleri tama men izale edilmiş olamaz. Bu.rutubet derece si 50 MW, lık bir ünitede, 15 C° soğutma su yuna tekabül eden vakum derecesinde, 100 atü 550 C° veya 140 a t u 600 C° lık buharın genişlemesine tekabül eder. Termik randı manlar (kazan randımanı dahil) % 33 ve % 34, e yükselir. Sıcaklığı yükseltmeden taz yik'in arttırılması çıkış rutubetinin kabili tecviz olmıyan bir değere yükselmesine se bep olur. Bu değeri % 14, ün altında tutabil mek için devreye basit veya çift olarak yapıl mış ara kızdırıcı ithal olunur.

Ara Kızdırıcının iki çeşit tesiri vardır:

a) Bir entalpi düşümünün iki veya daha fazla bölümlere bölünmesiyle (izobarların di verjansı ile), hafif bir düşü yükselmesi ve dolayısiyle takat yükselmesi elde olunur.

b) Çıkış rutubetinin azami değerin al tına indirilmesıyle türbinde genişlemenin termodinamik randımanı iyileşir. Buna kar şılık ara kızdırma için verilen enerji istihlâk "olunur. Toplam kazanç, ara kızdırıcının doğ ru seçimine bağlı olarak % 2 ilâ % 4 arasın da değişir. Pratik olarak, izoterm bir geniş leme temin olunan birçok ara kızdırmalarla randıman yükseltilebilir.

3 — Besleme Suyunun ön Isıtılmasıyla

Randıman Yükseltilmesi:

Türbinden alınan ara buharla besleme suyunun ısıtılmasıyla, buhar türbinin Ran kin çevrimi Karno prensibine yaklaşır. Bu usulün tatbiki ara kızdırmaya nazaran daha müsait olduğundan bugün hemen hemen her santralda ku'lanılır. ön ısıtılmış besleme su yunun sıcaklığının kazan suyunun kaynama sıcaklığına nisbeti 0,6 ilâ 0,7 e yükselir.

Muhtelif kademelerin yapılmasıyla top lam randıman yükselir ve fakat kademe ba

şına randıman düşer. Rantabiliteden dolayı 7 ilâ 9 dan fazla kademe yapılmaz. Bu sebep le kondansasyon suyunun miktarı taze buhar miktarının % 75, ine iner. Böylece türbinin alçak tarafının imali kolaylaşır. Tam yükte ara buhar alınmadan herhangi bir çalışma yapılmıyacağından bu emniyetlidir.

4 — Kritik Üstü SantraJlann Randımanı:

Ara kızdırma sayısı iki olarak tesbit olu nursa, 600 C°, in üstündeki giriş sıcaklıkları için en uygun giriş basınçları kritik üstü ba sınçlardır. Amerikada halen kritik üstü ba sınçlarda çalışan veya inşa halinde olan üç santral mevcuttur. Bu santrallann karakte ristikleri şöyledir :

Takat

• MW

325 125 250

Giriş basıncı Giriş sıcaklığı

atü

Ara kızdırıcı aayısı

2 2 2

325 MW, lık santral için termik sarfiyat Kwh başına 2140 Kcal, dir.

Bu da % 40 termik randımana tekabül eder. Şu halde bugün su buhar çevrimi bü yük takatlarla sınırlanan limite erişmiştir. Termik randımanın istikbalde daha da arttı rılabilmesi ilk plânda ısıya çok mukavim çe liklerin yapılması ile kabildir, özgül ısı sar fiyatının hissedilir derecede azaltılması an cak giriş sıcaklığını yükseltmekle kabildir.

Bununla beraber bu maksada erişmek için başka bir imkân daha gösterebiliriz. Bu çevrimin yukarı kademede toplam Karnoti zasyonda gerçekleştirilmesiyle, yani türbinde çok izotermik olan genişlemenin arttırılma sıyla e'de olunabilir. Diğer taraftan halen yapılmakta olan alt kademeden besleme su yunu ısıtmak için ara buhar alınması usulü nün geniş ölçüde kullanılmasıyla da ayni ga yeye erişilebilir.

KONDANSASYONLU BUHAR SANTRALLARI NIN DIŞ YAPILARININ GERÇEKLEŞTİRİL

MESİ

Buhar satrallarının inşa masraflarını azaltmak için, münferit tesis parçalarını mümkün olduğu kadar sıkışık ve bölmeler halinde yerleştirmelidir.

Şunu da işaret edelimki, tesis masrafı nın tâyini için başlıca faktör olan, kazan ge nişliğinin metresi başına isabet eden buhar laşma takati bugün 40 tona, yükselmiştir. Av rupada yapılan santrallarda kazan ve türbin

dayiresinin m2i si başına özgül yüzey gücü 50 Kw: m2, ye yükselmiştir. (Amerikan sant ralları için bir değer yoktur).

Su Buhar Devresi :

Bugün büyük santrallarda bir veya iki kazanın bir turbo alternatörle blok bağlan ması kaide haline gelmiştir, (zayıf yükte ça lışma saatlerinin nisbetine göre iki kazan bağlanır.)

Aksine toplama baralı sistem, çapraz bağlantılar yapılması ve boruların ring siste mi ile (Su ve Buhar cihetinde) yüksek dere cede işletme emniyeti sağlar. Bununla bera ber tesis masraflarının düşüklüğü sebebiyle blok montaj tercih olunur. Bundan başka bu gün santrallarda mekanik teçhizat ve buhar kazanları arızaları çok az olduğundan yedek meselesi kolayca halledilmiştir. Kazan ve türbin arasında çapraz bağlamalara müsaa de eden enterkoneksiyonla, ilâve masrafları arttırmadan, bir blok montajda da emniyeti arttırmak kabildir.

Yüksek buhar şartlarında aktarma organ ları ve ventillerde ki arıza durumları da bü yük santrallarda blok montaj yapılmasının bir başka sebebidir. Tek veya çift kademeli ara kızdırma yapılan sahtrallar için kuman da tekniği yönünden de blok montaj yapıl ması ıyı sonuçlar vermektedir.

Mevcut santral1 arda, santralın tevsii es nasında sık sık çok yüksek basınçlara geçme problemi ile karşılaşılır. Yahutta, bu tarzla, "özgül ısı sarfiyatını azaltarak, nisbeten dü şük masraflarla düşük rantabiliteli santral lar modern santrallara tebdil olunabilir.

Makinelerin Yatay Düzlemde Tertiplen mesi :

Kondansasyonlu türbinli modern santral lann yatay düzlemde tertiplenmesi, kaideten kazan ve türbin dairelerinin her ikisi için de uzunluğuna yapılır. Orta büyüklükte santral larda türbinler, türbin dayiresinin eksenine dik olarak monte edilir. Büyük üniteli santral larda ise uzunluğuna montaj yapılır. Kazan eksenlerinin türbin tlayiresi eksenine dik olarak tertiplendiği T montajı hali, bugün ar tık terkolunmuş bulunmaktadır.

Bugün blok montaj İl kömür yakan ka zanlarla teçhiz olunan santrallarda dispozis yon plânı bunkerlerle birlikte tâyin olunur. Bunlar kazan ve türbin <,dayiresinin ekseni boyunca tertiplenir ve bacalarla birlikte müşterek temeller üzerine oturtulurlar. Yeni

E. M M. 14

tertiplerde bunkerlerle birlikte kazanların kapladığı yatay saha küçültülmektedir.

Halen serviste bulunan tesislerde göste rildiği gibi kömür karışımı ayarının nakil te sisatında başlatılmasıyla, bunkerlerin küçül tülmesi kabil olmuştur. Bu tekâmülün neti cesi kazan bloklarıyla bağlı olan yuvarlak bunkerler yapılmasıdır. Bu tertip kazan da yireleri, yan açık hava inşaatına tekabül eder.

Turbo Alternatörler:

Bugün AmeriJkada büyük santrallarda ek

seriya aşağıdaki turboalternatörler kullanı

lır.

Bir milli turbo alternatörler 40 250 MW 3600 d: dak

İki' »

»

» 165 325 MW3600 1800 d ' d a k

Buhar tse Durumlara Göre :

102 atü 535 C° (ara kızdırmasız) 168 atü 565: 565 ilâ 593: 565 C° (ara kız dırmalı) olur.Avrupada ise halen esas itiba riyle bir milli, guruplar kullanılır. Bu nev'iden 200 MW, 300 d: dak üniteler yapılmıştır.

İngilterede yapılan gurupların karakte ristikleri aşağıda verilmiştir:

Ara kızdırmasız

Taze buhar Blok bağlı

Ünite durumu tesisin top

takatı

lam termik

Tazyik Sıcaklık randımanı

MW atü

'%

60,100 105

31,5 32,0

Ara kızdırmak

100 105 525 : 515 33,0 120 105 550 : 550 33,5 200 165 575 550 35,5

• Binaların Yapılması:

Ekseriya beton veya tuğla temel üzerine çelik konstrüksiyon yapılır. Hususiyetle yo ğuşmuş suya karşı koruma tedbirleri 'alınır. Umumiyetle türbin dayiresi izole edilmez.

Açık hava tesisatı fena iklim şartların dan dolayı Avrupada hemen hemen hiç kul lanamaz. Şurada burada kısmen açık kazan tesislerine rastlanır. Buna mukabil Birleşik Amerikanın cenup bölgesinde ekonomik olan açık hava tesislerine sık sık rastlanır. Bu halde bina bakım masrafları azalmakla bera ber tabiatıyla makine bakım masrafları ar tar.

Kazan bacalarının gitgide daha çok saç olarak yapılmasına rağmen beton baca ya

pumasına da devam olunmaktadır, ingilte re'deki 360 MW, lık enerji santralında 150 m. yüksekliğinde ve duman gazlarının sür"ati 15 ilâ 21 m: sn olan baca mevcuttur.

Fena hava şartlarında kurum yağmama sı için baca yüksekliğinin en az kazan yük sekliğinin 2,5 katı olması tavsiye olunur.

Baca Gazı Temizleyicilerin Tertiplenmesi:

Duman gazlarının toz ihtiva etmemesi şartı bilhassa meskûn mahallerdeki santralar için önemlidir. Bu maksatla mekanik ve elek trik filtreler kullanılır. Böylece % 99,5 a kadar müessiriyet temin olunabilir. Filtreler ya baca girişine veya bacanın üst kesitine konu lur.

Artan kazan büyüklükleriyle ve bilhassa linyit kazanlarında baca gazlanndaki kül ve uçucu kül problemi ehemmiyetini muhafaza etmekte olup henüz kat'î bir çözüm tarzı bu lunamamıştır.

Alt havalı ve çekmeli tesislerde uçucu kül miktarı fazladır, uçucu külü azaltmak için er gime ocaklı kazanlar kullanılır.

Santralın Zati İhtiyacı:

Artan basınçlarla yükselen santral zati ih tiyacı umumiyetle elektriki aksamın sarfiyatı dır (300 atü, de yuvarlak olarak faydalı taka tin % 8 ilâ 10, u).

Buharla tahrik sadece besleme pompalan için müstakil ikinci tahrik şekli olarak kulla nfır.

Bugün buhar devresi ana devreye merbut dahili ihtiyaç generatorleri kullanmak çok en der vuku bulur. Fazla duman gazları hasıl eden (Linyit kömürü, toz kömürü yakılması hali) mahrukat kullanılması halinde zati ihtiyaç yükselir. Zati ihtiyaç için lüzumlu takat ek seriya santralın kendisinde bulunur, nadiren de hariçten temin olunur. S a n t r a l boş ça lışması için elzem olan takati (yardımcı ma kinelerin tahriki için) temin etmek zati ihti yaç tesisatının en önemli vazifesidir. Santral dururken bir veya birkaç zatı ihtiyaç genera törü, umumi aydınlatma ile birlikte, yardım cı tesislerin hareketi için elzem olan takati sağlar.

Zati ihtiyaçlar için lüzumlu manüplas yonlar, ekseriya termik ve elektriki ölçü ci hazı ile birleştirilmiş özel bir dahili sarfiyat panosunda intaç olunur. Bu pano ekseriya kazan ve türbin dayireleri arasına yerleştiri lir veya ana kumanda panolarına birleştiri lir.

Santralın Terinin Tayini:

Bir ruhar santralının yerinin seçilmesi meselesi hususiyetile aşağıdaki faktörlere göre tâyin o unur.

a) Santral İhtiyacın Ağırlık Merkez) Ol malıdır :

Bir enerji santralının yeri müşterilerine uzaklık ve nakil geriliminin yüksekliği ile belli olur.

b) Yakıtın Bulunduğu Ter:

Düşük kalite kömür kullanıldığında sant ral muhakkak kömür mahallinde kurulmalı dır. Taş kömürü santralarında ise santral yeri nakil masraflannın taş kömürü masraf larına nlsbeti ile tâyin olunur. Ayni şey pet rol yakan santrallar için de söylenebilir.

c) Santral Soğutma Suyu : < .

Bilhassa baz yük santrallarını su akıntı sı civarında kurmalıdır. Aksi halde su kifa yetsizliği proje üzerine tesir eder. Yâni so ğutma suyu kulelerinin yapılması icabeder. Soğutma havasına cebri dolaşım verilir ve aerodinamik esaslara göre inşa edilen soğut ma kuleleri yapılır. Soğutma suyunun soğu tulması zati ihtiyacı, arttırır.

d) İnşaatın. Yapılacağı Zeminin Cinsi:

Ekseriya zemin santral durumuna tesir eder. Yer seçimi için umumi kaideler verile mez. Her özel hal için ekonomik hesaplar ya pılmalı ve bunlar arasında maksada en elve nşli olanı seçilmelidir.

Buhar Santrallarının Müstakbel Durumu:

Buhar santraları konusunda istikbalde de şu üç vazife mevcuttur:

Ünite takatinin arttırılması, Isı sarfiyatının azaltılması. Masrafların azaltılması.

Buhar santrallan inşaatının halihazır durumu bu maksada erişmek için takip edi lecek yolları ve çareleri göstermektedir.

Bunlardan başka alternatörlerin soğu tulmasının da mükemmelleştirilmesi için gayret sarfedrmelidir. Bilhassa dört kutup lu alternatörler üzerine dikkat çekilmelidir.

Masrafları azaltmak yönünden ilk plân da yapılacak iş kazan masraflarını azaltmak tır.

Bugün hâlâ oldukça nadir kullanılan taz yikli yanma, birim satıh başına takati arttır mak için bir çaredir.