Farklı yük şartlarında kömür yakıtlı termik güç santrallerinin termodinamik analizi

ÖZEN, Erman; Cetin, Burhanettin

doi:10.17341/gazimmfd.490516

Farklı yük şartlarında kömür yakıtlı termik güç santrallerinin termodinamik analizi

Burhanettin Çetin, (Yıldız Teknik Üniversitesi, Makine Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye)

Erman Özen (Yıldız Teknik Üniversitesi, Makine Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, İstanbul, Türkiye)

Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi

6 3

Yıl: 2021 Cilt: 36 Sayı: 1 Sayfa Aralığı: 1 - 12 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.490516 İndeks Tarihi: 09-11-2022

Farklı yük şartlarında kömür yakıtlı termik güç santrallerinin termodinamik analizi

Öz:

Bu çalışmada, beş farklı termik güç santrali için buhar parametrelerinin (basınç, sıcaklık) farklı yük şartlarında santralin enerji ve ekserji verimine etkileri araştırılmıştır. Kritik-altı şartlarda çalışan tek ara kızdırmalı ve altı adet besleme suyu ön ısıtıcısına sahip olan Soma Termik Santrali referans santral olarak alınmıştır. Referans Santralin buhar basınç ve sıcaklığı sırasıyla 139,2 bar, 540°C ve ara kızdırma sıcaklığı 540°C’dir. Performans açısından en iyi sistem konfigürasyonu Uygulama 4 olarak bulunmuştur. Optimize edilmiş ultra-süperkritik termik güç santralinde (Uygulama 4) çift ara kızdırma kademesi, on adet besleme suyu ön ısıtıcısı, iki adet kızgınlık giderici ve bir adet de rejeneratif türbin bulunmaktadır. Uygulama 4’ün taze buhar şartları sırasıyla 300 bar, 600°C ve ara kızdırma sıcaklığı 620°C alınmıştır. Simülasyonlar Ebsilon Professional Programı kullanılarak yapılmıştır ve bulunan analiz sonuçları Referans Santral ile karşılaştırılmıştır. Uygulama 4 ile Referans Santralin enerji ve ekserji verimleri karşılaştırıldığında, %100 yükleme şartları altında enerji verimi %9,24 ve ekserji verimi %8,06 artmıştır. Ayrıca, %100 yükleme şartları altında $CO_2$ emisyonunda yılda 3.384.916 ton azalma olacaktır. Bu çalışmanın sonucunda, farklı yüklemeler altında taze buhar şartlarının sistemlerin enerji ve ekserji verimleri üzerinde önemli bir etkisinin olduğu gösterilmiştir.

Anahtar Kelime: Enerji verimi ekserji verimi termodinamik analiz yükleme şartları

Thermodynamic analysis of the coal-fired power plants under various load conditions

Öz:

The aim of this study is to show the effect of live steam parameters on thermal and exergy efficiencies of thermal power plants under various load condition. Soma Thermal Power Plant (Base Case) is operated under sub-critical conditions has single reheat stage and six regenerative heaters. Live steam conditions of Base Case are 139,2 bar and 540°C, and the temperature of reheat steam is 540°C. Case 4 is found the best system configuration in terms of performance. Optimized ultra-supercritical thermal power plant (Case 4) consists of double reheat, ten regenerative heaters, two depsuperheaters and a regenerative turbine. Live steam conditions of this system are taken as 300 bar, 600°C and its reheat steams are heated to 620°C. Simulations are carried out by the Ebsilon Professional software. Finally, the results of analysis are compared to that of Base Case. Thermal efficiency and exergy efficiency of ultra-supercritical power plant (Case 4) are increased 9,24% and 8,06% under 100% load condition, respectively. Furthermore, CO2 emission drops 3.384.916 tonnes/year under 100% load condition. The results of this study show that live steam parameters have a huge impact at efficiencies under various load conditions.

Anahtar Kelime: Energy efficiency exergy efficiency thermodynamic analysis load condition

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

1. Erdem H.H., Akkaya A.V., Çetin B., Dağdaş A., Sevilgen S.H., Şahin B., Teke İ., Güngör C., Ataş S., Comparative energetic and exergetic performance analyses for coal-fired thermal power plants in Turkey, International Journal of Thermal Sciences, 48 (11), 2179-2186, 2009.
2. International Energy Agency, World Energy Outlook, 2014.
3. Çetin B., Avcı H., Technical and economic analysis of the conversion on an existing coal-fired thermal power plant to solar-aided hybrid power plant, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 35 (2), 1027-1046, 2020.
4. Elektrik Üretim Anonim Şirketi, EUAŞ Yıllık rapor 2019. https://www. euas.gov .tr/tr-TR /yillik- raporlar. Yayın tarihi Haziran, 2020. Erişim tarihi 15 Haziran, 2020.
5. Türkiye Elektrik İletim A.Ş., 2019 Yılı Elektrik Üretim- Tüketim Raporları, https://www.teias.gov.tr/tr- TR/aylik-elektrik-uretim-tuketim-raporlari. Yayın tarihi Haziran, 2020. Erişim tarihi 15 Haziran, 2020.
6. Oktay Z., Investigation of coal-fired power plants in Turkey and a case study: Can plant, Applied Thermal Engineering, 29 (2-3), 550-557, 2009.
7. Altınkaynak M., Güneş S., Yakut A.K., Bir termik santralin enerji analizi, Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi Uluslararası Teknolojik Bilimler Dergisi, 10(3), 20-26, 2018.
8. Zhang D., Ultra-supercritical Coal Power Plants, Woodhead Publishing: Philadelphia, 2013.
9. Xu G., Xu C., Yang Y., Fang Y., Zhou L., Yang Z., Thermodynamic and economic analysis of a partially- underground tower-type boiler design for advanced double reheat power plants, Applied Thermal Engineering, 78, 565-575, 2015.
10. Xu G., Zhou L., Zhao S., Liang F., Xu C., Yang Y., Optimum superheat utilization of extraction steam in double reheat ultra-supercritical power plants, Applied Energy, 160, 863-872, 2015.
11. Adibhatla S., Kaushik S.C., Energy and exergy analysis of a super critical thermal power plant at various load conditions under constant and pure sliding pressure operation, Applied Thermal Engineering, 73, 51-65, 2014.
12. Espatolero S., Romeo L.M., Cortes C., Efficiency improvement strategies for the feedwater heaters network designing in supercritical coal-fired power plants, Applied Thermal Engineering 73, 449-460, 2014.
13. Regulagadda P., Dinçer İ., Naterer G.F., Exergy analysis of a thermal power plant with measure boiler and turbine losses, Applied Thermal Engineering, 30, 970-976, 2010.
14. Kaşka Ö., Bor O., Tokgöz N., Energy and exergy analysis of an organic Rankine-Brayton combined cycle, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 33 (4), 1201-1213, 2018.
15. Gonzalez-Salazar M.A., Kirsten T., Prchlik L., Review of the operational flexibility and emissions of gas- and coal-fired power plants in a future with growing renewables, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 82, 1497-1513, 2018.
16. Uysal C., Kurt H., Kwak H.Y., Exergetic and thermoeconomic analyses of a coal-fired power plant, International Journal of Thermal Sciences, 117, 106- 120, 2017.
17. Liu Y., Li Q., Duan X., Zhang Y., Yang Z., Che D., Thermodynamic analysis of a modified system for a 1000 MW single reheat ultra-supercritical thermal power plant, Energy, 145, 25-37, 2018.
18. Çengel Y.A., Boles M.A., Thermodynamics an Engineering Approach, 8th ed. McGraw-Hill: New York, 2015.
19. Tekel E., Termik santrallerin enerji ve ekserji analizi, Pamukkale Üniversitesi Yüksek Lisans Tezi, 2006.
20. Vardar N., Yumurtacı Z., Emissions estimation for lignite-fired power plants in Turkey, Energy Policy, 38, 243-252, 2010.
21. STEAG Energy Services Gmbh. Ebsilon Professional. https: //www.steag- systemtechnologies .com / en /products /ebsilon-professional, 2017.
22. Li Y., Zhou L., Xu G., Fang Y., Zhao S., Yang Y., Thermodynamic analysis and optimization of a double reheat system in an ultra-supercritical power plant, Energy, 1-13, 2014.
23. Drbal L.F., Boston P.G., Westra K.L, Erickson R.B., Power Plant Engineering by Black&Veatch, 6th ed. Kluwer Academic Publishers: Massachusetts, 2003.
24. Zhou L., Xu G., Zhao S., Xu C., Yang Y., Parametric analysis and process optimization of steam cycle in double reheat ultra-supercritical power plants, Applied Thermal Engineering, 99, 652-660, 2016.
25. Zhu S., Zhang M., Huang Y., Wu Y., Yang H., Lyu J., Gao X., Wang F., Yue G., Thermodynamic analysis of a 660 MW ultra-supercritical CFB boiler unit, Energy, 173, 352-363, 2019.
26. Tontu M., Şahin B., Bilgili M., Using energy and exergy analysis to compare different coal-fired power plants, Energy Sources, 2019.

APA	Cetin B, ÖZEN E (2021). Farklı yük şartlarında kömür yakıtlı termik güç santrallerinin termodinamik analizi. , 1 - 12. 10.17341/gazimmfd.490516
Chicago	Cetin Burhanettin,ÖZEN Erman Farklı yük şartlarında kömür yakıtlı termik güç santrallerinin termodinamik analizi. (2021): 1 - 12. 10.17341/gazimmfd.490516
MLA	Cetin Burhanettin,ÖZEN Erman Farklı yük şartlarında kömür yakıtlı termik güç santrallerinin termodinamik analizi. , 2021, ss.1 - 12. 10.17341/gazimmfd.490516
AMA	Cetin B,ÖZEN E Farklı yük şartlarında kömür yakıtlı termik güç santrallerinin termodinamik analizi. . 2021; 1 - 12. 10.17341/gazimmfd.490516
Vancouver	Cetin B,ÖZEN E Farklı yük şartlarında kömür yakıtlı termik güç santrallerinin termodinamik analizi. . 2021; 1 - 12. 10.17341/gazimmfd.490516
IEEE	Cetin B,ÖZEN E "Farklı yük şartlarında kömür yakıtlı termik güç santrallerinin termodinamik analizi." , ss.1 - 12, 2021. 10.17341/gazimmfd.490516
ISNAD	Cetin, Burhanettin - ÖZEN, Erman. "Farklı yük şartlarında kömür yakıtlı termik güç santrallerinin termodinamik analizi". (2021), 1-12. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.490516

APA	Cetin B, ÖZEN E (2021). Farklı yük şartlarında kömür yakıtlı termik güç santrallerinin termodinamik analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36(1), 1 - 12. 10.17341/gazimmfd.490516
Chicago	Cetin Burhanettin,ÖZEN Erman Farklı yük şartlarında kömür yakıtlı termik güç santrallerinin termodinamik analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36, no.1 (2021): 1 - 12. 10.17341/gazimmfd.490516
MLA	Cetin Burhanettin,ÖZEN Erman Farklı yük şartlarında kömür yakıtlı termik güç santrallerinin termodinamik analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.36, no.1, 2021, ss.1 - 12. 10.17341/gazimmfd.490516
AMA	Cetin B,ÖZEN E Farklı yük şartlarında kömür yakıtlı termik güç santrallerinin termodinamik analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021; 36(1): 1 - 12. 10.17341/gazimmfd.490516
Vancouver	Cetin B,ÖZEN E Farklı yük şartlarında kömür yakıtlı termik güç santrallerinin termodinamik analizi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021; 36(1): 1 - 12. 10.17341/gazimmfd.490516
IEEE	Cetin B,ÖZEN E "Farklı yük şartlarında kömür yakıtlı termik güç santrallerinin termodinamik analizi." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36, ss.1 - 12, 2021. 10.17341/gazimmfd.490516
ISNAD	Cetin, Burhanettin - ÖZEN, Erman. "Farklı yük şartlarında kömür yakıtlı termik güç santrallerinin termodinamik analizi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36/1 (2021), 1-12. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.490516