Farklı Rankine çevrimlerinin termodinamik açıdan incelenmesi
Investigation of different steam Rankie cycles from thermodynamic point of view
Yazar: TUFAN KALENDER
Danışman: PROF. DR. ALİ KILIÇARSLAN
Hitit Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Tez çalışmasında, literatürdeki çalışmalardan farklı olarak, 4 kademe genişlemeli, 2 açık besleme suyu ısıtıcılı, 1 kapalı besleme suyu ısıtıcılı, ara ısıtmalı ve ara ısıtmasız Rankine çevrimleri modellenmiş ve çevrimler termodinamiğin I. ve II. kanunlarına göre analiz edilmiştir. EES (Engineering Equation Solver) yazılımı kullanılarak, Rankine çevrimleri için bilgisayar programı geliştirilmiş, 500℃ ile 620℃ arasındaki türbin 1 giriş sıcaklıklarına ve 18000 kPa ile 30000 kPa arasındaki türbin 1 basınçlarına göre, kazana verilmesi gereken ısı miktarı, türbinlerin ürettiği toplam güç, pompaların tükettiği toplam güç, çevrimin ürettiği toplam güç, yoğuşturucunun çevreye verdiği ısı miktarı, çevrimin birinci ve ikinci kanun verimleri, açık besleme suyu ısıtıcılarının ve kapalı besleme suyu ısıtıcısının ikinci kanun verimleri incelenmiştir. Türbin 1 giriş sıcaklığı arttırıldığında, ara ısıtmalı çevrimde, elde edilen maksimum gücün, ara ısıtmasız çevrimde elde edilen maksimum güce göre 1,22 kat daha fazla olduğu tespit edilmiştir. Maksimum birinci kanun verimlerinin (ısıl verimlerin) ara ısıtmalı ve ara ısıtmasız çevrimlerde, sırasıyla % 42,21 ve % 41,11 olduğu belirlenmiştir. Maksimum ikinci kanun verimleri dikkate alındığında, ara ısıtmalı çevrimde % 91,46 ve ara ısıtmasız çevrimde % 71,28 değerleri elde edilmiştir. Her iki durumda da pompaların tükettiği toplam güç değerinde ve açık besleme suyu ısıtıcısı 2'in (ABSI2) ikinci kanun veriminde ihmal edilecek kadar değişiklik olduğu tespit edilmiştir. Türbin 1 giriş basıncı arttırıldığında, ara ısıtmalı çevrimde üretilen güç 52459 kW, ara ısıtmasız çevrimde ise 43523 kW olmuştur. Her iki çevrimde üretilen güçlerin oransal değeri 1,2'dir. Termodinamiğin I. kanununa göre hesaplananan verimler, ara ısıtmalı ve ara ısıtmasız durumlar çin birbirine çok yakın % 40 civarındadır. Çevrimin ikinci kanun veriminin, ara ısıtmalı durumda ortalama % 90, ara ısıtmasız durumda ise ortalama % 70,5 olduğu tespit edilmiştir. Pompaların tükettiği toplam güç, ara ısıtmalı ve ara ısıtmasız durumda aynı aralıkta olmuştur ve artan basınç durumlarında % 76 oranında artmıştır. Ara ısıtmasız durumda ABSI2'nin ikinci kanun veriminde artış % 75, ara ısıtmalı durumda ise % 5,83 olarak gerçekleşmiştir.

Abstract:
In the thesis, unlike the studies in the literature, Rankine cycles with 4 stage expansion, 2 open feed water heaters, 1 closed feed water heater, with and without reheating are modeled and analyzed according to the first and secon laws of thermodynamics. A computer program for the Rankine cycles was developed using EES (Engineering Equation Solver) software. The amount of heat supplied to the boiler, the total power produced by the turbines, the total power consumed by the pumps, the total power produced by the cycle, the amount of heat rejected by the condenser to the environment, first and second law efficiencies of the cycles, second law efficiencies of open feedwater heaters and closed feedwater heaters were investigated according to turbine 1 inlet temperatures between 500℃ and 620℃ and turbine 1 pressures between 18000 kPa and 30000 kPa. As the turbine 1 inlet temperature is increased, the maximum power obtained in the
reheat cycle was found to be 1.22 times higher than the maximum power obtained in the unheated cycle. The maximum first law efficiencies (thermal efficiencies) were determined to be 42.21% and 41.11% in the cycles with and without reheating, respectively. Considering the maximum second law efficiencies, 91,46% in the reheated cycle and 71.28% in the unheated cycle were obtained. In both cases, it has been determined that there is a negligible change in the total power consumed by the pumps and the second law efficiency of the open feedwater heater 2 (OFH2). As the turbine 1 inlet pressure is increased, the power produced in the reheated cycle and the unheated cycle are 52459 kW and 43523 kW, respectively. The proportional value of the powers produced in both cycles is 1.2. The efficiencies calculated
according to the first law of thermodynamics are very close to each other, around 40% for the cases with and without reheating. It has been determined that the second law efficiency of the cycle is 90% on average in the case with reheat and 70.5% on average in the case without reheating. The total power consumed by the pumps was in the same range with and without reheat and increased by 76% under increasing pressure conditions. The increase in the second law efficiency of OFH2 in the unheated condition was 75%, and in the reheated condition it was 5.83%.