Bir güç santralinin ekserjik ve termoekonomik analizi
Exergy and thermoeconomic analyses of a power plant
Yazar: MEHMET SELÇUK MERT
Danışman: PROF. DR. ESEN BOLAT
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Ekserji analizi = Exergy analysis ; Enerji analizi = Energy analysis ; Termoekonomik analiz = Thermoeconomic analysis

Özet:
Enerjinin yoğun olarak kullanıldığı ve/veya değişime uğratıldığı proseslerde, enerji maliyeti proses maliyetinin önemli bir kısmını oluşturur. Dolayısıyla, bir prosesin toplam maliyetinin minimum düzeyde tutulması, termodinamik analizlerin yapılarak prosesin iyileştirilmesi ve enerji maliyetinin düşürülmesi ile sağlanabilir.Hem konvansiyonel elektrik üretim proseslerinde, hem de elektrik ile ısıl enerjinin ortak üretimini amaçlayan ve bu bakımdan ayrı olarak sürdürülen üretim proseslerine göre daha büyük bir birincil enerjiyi tasarruf etme potansiyeline sahip olan kojenerasyon proseslerinde, enerji tüketimi ve enerji kayıpları fazla olduğundan, sistem bileşenlerinin ve tüm sistemin termodinamik analizleri yapılarak verimliliğin arttırılması, enerji tasarrufu ve buna bağlı olarak enerji maliyetini ve dolayısıyla toplam maliyeti düşürme açısından önem taşımaktadır. Bu tip sistemler, termodinamiğin birinci ve ikinci yasaları kullanılarak analiz edilebilir ve ekserji analizi olarak bilinen bu analiz çalışmaları sonucunda sistemler, verimlilik ve ekonomik açıdan değerlendirilebilir. Elde edilen sonuçlar temelinde, yüksek enerji verimine ve düşük maliyete sahip sistemler tasarlanabilir.Bu çalışmada, ERDEMİR Ereğli Demir ve Çelik Fabrikası'na ait ve her biri 40 MW gücünde iki adet gaz türbini, gaz türbinlerinin egzoz gazlarının değerlendirildiği toplam 160 ton/saat buhar üretim kapasiteli iki adet atık ısı kazanı, toplam elektrik üretim gücü 90 MW olan dört adet türbin-jeneratör grubu, hava üfleme kapasiteleri sırasıyla 3600, 4500, 3700 m3/dak olan üç adet türbin-körük grubu, nominal işletmede 25 MW gücünde elektrik üretimi yapan bir türbin-jeneratör-körük grubu ve toplam buhar üretim kapasitesi 600 ton/saat olan beş adet buhar kazanından oluşan kojenerasyon ve konvansiyonel elektrik üretim tesisleri incelenmiştir. Çalışma şartları ile ilgili veriler toplanarak, Thermoflex paket programı kullanılarak tesisin benzetimi yapılmıştır. Elde edilen bulgular mevcut proses verileri ile karşılaştırılmıştır. Kütle, enerji, ekserji ve maliyet denklikleri kurularak, sisteme ait her bir birimin ve tüm sistemin ekserji ve termoekonomik analizleri yapılmıştır.

Abstract:
Energy usage is a significant aspect of many processes. For processes where energy is intensively used or/and undergo substantial transformation, the cost of energy represents an important part of overall costs. Thus maintaining total costs at minimum level may be ensured only through conducting thermodynamic analyses and decreasing the energy costs.Since the energy consumption and energy losses are excessive in conventional electrical energy generation processes and in cogeneration processes - processes developed to produce both electricity and thermal energy generally in the form of steam or hot water, and thus with great potential of saving primary energy in comparison to separate generation processes - conducting thermodynamic analyses for each equipment and for overall plant, and then improving them, is of utmost importance to ensure energy saving and related cost minimization. For these types of systems, thermodynamic analyses based on the first and second law of thermodynamics known as energy and exergy analyses are done to attain high efficiency and cost effectiveness.In this study, the cogeneration and conventional electrical energy generation plants of ERDEMİR Ereğli Iron and Steel Factory was studied. There are two gas turbines each of 40 MW, two waste heat boilers processing the exhaust gas from gas turbines of 160 ton/h total capacity, four turbine-generator groups of 90 MW total electricity generation power, three turbine-blower groups of 3600, 4500, 3700 m3/min capacities, one turbine-generator-blower group of 25 MW nominal electricity generation power, five steam generators of 600 ton/h total steam generation capacity in the system to be studied. The operation conditions were measured, the simulation of the process was done by using the Thermoflex process simulation software, and the results obtained were compared with the existing process data. The mass, energy, exergy and cost balance equations were developed, and the exergy and thermoeconomic analyses were done individually for each main piece of equipment in the system and for overall system.