EUAŞ ELEKTRİK ÜRETİM A.Ş. SANTRALLAR PROJE VE TESİS DAİRESİ BAŞKANLIĞI
4 X 360 AFŞİN ELBİSTAN B TERMİK SANTRALI
BUHAR TÜRBİNLERİ
92100 - 3405 MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. NAGASAKI SHIPYARD & MACHINERY WORKS
0
92100-3405
1
BUHAR TÜRBİNLERİ (1) Türbinler buhar enerjisini nasıl kullanır ? Bir motorda, buhar silindir duvarlarına ve pistona eşit olarak basınç uygular. Piston hareket ettiği için, işi buhar yapar, bunu yapmak için bir kısım iç enerjisini kullanır. Buhar, basıncı düştükçe soğur. Benzer şekilde, nozül kutusundaki buhar, eşit olarak bütün duvarlara basınç uygular. Ama yüksek hız jeti oluşturmak için nozülden kaçar. Nozülün karşısındaki duvar yüzeyindeki reaksiyon basıncı P R kaçan buhar ile dengelenmemiştir. Eğer kutu sabitlenirse, buhar, en üst mutlak hızda kaçar ve jet hareketine karşı yönde hızlanarak çalışır. Bu durumda, mutlak jet hızı daha yavaştır. Buhar deşarj basıncı kutudaki basınçtan % 53 veya daha çok olduğu zaman nozül sadece daralan kesite ihtiyaç duyar. Deşarj basıncı % 53 ‘ den çok daha az olduğu zaman daralan kesiti genişleyen kesit takip etmelidir. Çıkış kesitinin alanı basınç oranına bağlıdır. Impals - türbin nozülleri buharı düzenler ve bundan dolayı, iyi - oluşturulan yüksek hız jetleri içerisinde akar. Yukarıda, hareketli kanatlar jetin kinetik enerjisini içine çeker, onu dönen şaftta mekanik işe çevirir. Kanat kilitlendiği zaman, jet girer ve eşit hızla çıkararak maksimum F kuvveti oluşturur. Ama mekanik iş yapılmamıştır. Kanatın hızlanmasına izin verildiği için jet daha yavaş oluşur ve F kuvveti küçülür. Şek. 3 hem kuvvetin hem de işin kanat hızıyla nasıl yapıldığını gösterir. Kanat hızı buhar hızının yarısı olduğu zaman buhar jeti maksimum işi yapmıştır. Bu durumda, bütün kinetik enerji işe dönüştürüldüğü için hareketli kanat dahilli buharın bir
92100-3405
2
denemesi olarak onun arkasından çıkar. Bu ideal türbinin başlangıç kuvveti veya torku, onun en verimli hızdaki torkunun iki katına eşittir. Nozül ve rotor düzenlemeleri. Pratikteki sebeplerden dolayı çoğu impals türbinin kanatları disklerin çerçevelerine monte edilmiştir. Nozüller buharı Şek. 4 ‘de gösterildiği gibi yandan beslemektedir. Nozül kutusundaki basınçlı buhar kanatlardan oluşan paralel daralan nozüllerden akar. Buhar , yavaş hareketli kanat pasajlarının içinden geçmek için geniş yüksek - hızlı jet olarak akış yapar. Bunlar, kinetik enerjisini soğurduğundan dolayı eksensel yönde buhar akışına dönerler . Buhar, daha az iç enerji ve hız ile ayrılır. Buhar basıncı ve hız, üstteki grafiklerde gösterildiği gibi, gerçek impals aşaması içinden değişirler. Impals aşamaları basınç - bileşeni olduğu zaman: bir fazdan çıkan buhar benzer impals aşamalarından akış yaparak daha düşük basınca doğru genişler. Eğer hız - bileşeni ise: buhar hızı, sabit - basınç adımlarında emilir . Tepkime aşamasında , üstte , buhar sabit kanat geçitlerine girer, rotorun bütün dış kenarını dolduran buharı jeti olarak ayrılır. Buhar hareketli nozüller oluşturan hareketli kanatlar arasından akış yapar. Burada basıncı düşer ve hızı kanatlara göre yükselir. Bu, işi yapan reaksiyon kuvvetini oluşturur. Göreceli hızın yükselmesine rağmen , mutlak buhar hızı bir aşama içinden geçerken genel etki bu hızı düşürür. Toplu ısı düşüşü hareketli ve sabit kanatlardakine yaklaşık olarak eşit olduğu zaman buna % 50 reaksiyon aşaması denir. Hız - bileşeni kontrol aşamasını, üstte , iki impals aşaması takip eder. Yüksek - hız buhar jeti , hareketli pistonların ilk sırasında kinetik enerjisinin sadece bir kısmını verir. O zaman , kalan kinetik enerjisinin çoğu
emildiği yer olan hareketli kanatların ikinci sırası içine
yavaşlatılmış buharı yeniden gönderen ters kanatlar gelir. Buhar bundan sonra bir dizi impals veya tepkime aşamalarına girer.
(2) Buhar Türbini Tipi Buhar türbini tipleri aşağıdaki gibi sınıflandırılmıştır.
92100-3405
3
İşletme türbini (sadece elektrik üretimi için) Amaç Kojenerasyon türbini
Endüstriyel türbin (sadece elektrik üretimi için ve/veya işletme buharı üretimi için) Fosil türbin
Yakıt
Nüklear türbin
Jeotermal türbin
Tek kızdırıcı Kızdırıcı türbin Kızdırıcı
Çift kızdırıcı
Kızdırıcısız türbin
Kondensatör türbin Eksoz durumu Geri basınç türbin
Impals türbin Kanat
92100-3405
4
Reksiyon türbin
Yarı - kritik basınç türbin
Buhar durumu
Çok - kritik basınç türbin
Aşırı çok - kritik basınç türbin
Ekstraksiyon türbin Ekstraksiyon Ekstraksiyonsuz türbin
92100-3405
5
(3)
Mitsubishi Buhar Yeniden Kızdırıcı Türbini (a)
Buhar Durumu Giriş buharı durumunu belirleyen ana faktörler. ・
Performans
・
Bulunabilirlik
・
Güvenilirlik
・
Ana maliyet
・
Operasyon
・
Türbin konfigürasyonu
Kızdırıcı türbinlerde genellikle giriş buhar basıncı 1450 psig ' dan 3500 psig ' a kadardır. Daha küçük kızdırıcı ünitelerinde 1450 psig ve 1800 psig etkili olmaktadır. Daha büyük ünitelerde, genellikle 2400 psig kullanılmakta ve bazen bazı ünitelerde 2000 psig kulanılmaktadır. 400 MW ve daha büyük dereceler için, 3500 psig basınç derecelendirmesi arzu edilebilir. Kızdırıcı türbin için buhar giriş sıcaklığı genellikle 1000 °F veya 1050 °F 'dir. Aynı zamanda kızdırıcı sıcaklığı da 1000 °F ile 1050 °F arasındadır. Yüksek yakıt sarfiyatlı alanlarda temel yükle çalışan ünite için çift kızdırıcı kullanılabilir.
(b) Standart Tasarım (Yapı Taşı Tasarımı) Mitsubishi, güvenilirliği artırmak ve teslim süresini kısaltmak için standart türbin 92100-3405
6
tasarımını mümkün olduğu kadar fazla geliştirmektedir. Fakat bu standart tasarım, buhar durumu gibi müşterinin isteklerini kabul etmek için gereken esnekliği de korumaktadır. Bir çok uygun standart HP türbin elemanı, IP türbin elemanı ve LP türbin elemanı soğutma suyu sıcaklığı, yakıt maliyeti ve diğerlerini de dikkate alarak birleştirmek için seçilmiştir. Mitsubishi’ nin 75 MW ' dan büyük ve 1200 MW ' dan küçük buhar kızdırıcı türbinleri ve nükleer türbinleri bazı temel türbin elamanlarını kapsar ve bunların içerisinde: ・
HP - IP türbin elemanı
・
HP türbin elemanı
・
VHP - HP türbin elemanı (süperkritik basınç ünitesi için)
・
IP türbin elemanı
・
LP türbin elemanı
Her bir standart türbin elemanı tasarım şartlarının (buhar durumu ve buhar akışı vb.) bazı aşamalarında bir takım esnekliklere sahiptir, yani kaplama, nozül bloğu ve kanat halkası gibi sabit parçalar ve rulman açıklığı gibi döner parçalara sahiptir. Özellikle, LP türbin elemanları için, LP son kanatlar grubu boyutları standart olarak belirlenmiştir. LP harici kanat ve kanat genellikle her bir ünite için tekrar tasarlanmıştır. Diğer taraftan, rulman, rulman kaidesi, regülatör, acil durum cihazı, buhar kutusu, ana vanalar, döner dişli, yağ tankı standrat tasarımdırlar ve standartda üsttekileri seçeriz.
92100-3405
7
Eksoz buharı hızı, türbin verimini etkileyen en önemli ögelerden biridir, çünkü eksoz buhar hızı tekrar kazanılamayan eksoz kaybına yol açar. (Bak: Şek. 9) Eksoz buharı hızının artması daha yüksek eksoz kayıplarına yol açar. Ve eksoz buharı hızı sonik hızın üstünde olduysa kanat yolunda ısı düşüşü kullanılamaz. Diğer bir ifadeyle, buhar kanat yolunun alt kısmında genişlemiştir. Bu yüzden eksoz buhar hızını dikkate alarak en son kanat ve LP elemanını seçeriz. Genellikle eksoz buharının eksenel Mach sayısı 0.6 ~ 0.9 olarak seçilir.
(c)
Kızdırıcı türbin çeşidi
Kızdırıcı türbinin çeşidini belirlemek için ana tasarım parametleri. ・
LP türbinin son kanat yüksekliği ve LP türbin sayısı
・
Kademeli birleşim veya kesişen birleşim
・
HP - IP türbin elemanı veya HP, IP ayırılmış elaman
・
Son kanat ve LP türbin sayısı
Son kanat yüksekliği ve eksoz sayısı eksoz halkası alanının sayısını belirler. Ve eksoz halkası alanı ile eksoz buharı akışı da eksoz buhar hızını belirler.
・
Kesişen birleşimin birbiri ardına dizilmesi Eğer tasarım şartıysa, buhar durumu, vakum, çıkış, kaplama sayısı ve eksoz boyutu gibi aynı ise verim üzerinde temelde bir fark yoktur. Fakat jeneratör iki setli olduğu için kesişen birleşimin ana maliyet daha yüksek çıkar. Bu yüzden eğer kesişen birleşimli yapılabiliyorsa daha yararlıdır.
92100-3405
8
・
HP, IP türbin elemanı HP - IP kombine elaman ayrılmış elemanlara göre aynı seviyede verimliliğe sahiptir. Bu yüzden ana maliyeti düşürmek ve işletme ve bakımı basit tutmak için mümkün olduğu kadar HP - IP kombine elemanı uygulamak daha iyidir.
(4)
Kızdırıcı Buhar Türbini Tesisi Termal enerji santralinin sistemi ve yapılması, en son buhar durumunun yükselmesi ve ünite kapasitelerinin artmasından dolayı çok daha karmaşık olurlar. Bu aynı zamanda rejenere edilmiş, kızdırıcı çevriminin uygulanmasına ve doğal sirküle eden buhar kazanı yerine tek – yollu kontrol edilen ve ciddi besleme suyu arıtımının kullanılmasına bağlıdır. Ve tabi ki buhar türbini silindirleri sayısını arttırmak ve türbinden sürülen buhar kazanı besleme suyu pompalarının kullanımı karmaşık sistem oluşmasının sebeblerinden birisidir. Kızdırıcı tipteki jeneratör türbin tesisi aşağıdaki ana tesisleri kapsar.
(a)
(a)
Türbin ve jeneratör
(b)
Yoğunlaştırma tesisi
(c)
Besleme suyu ısıtıcısı
(d)
Soğutma suyu tesisi
(e)
Besleme suyu pompası
(f)
Su arıtma tesisi
(g)
Diğerleri
Türbin ve Jeneratör
92100-3405
9
Santraldaki en önemli ekipman budur. Santralın kapasitesi türbin jeneratörünün anılan çıkış gücü ile gösterilmiştir. (b)
Yoğunlaştırma Tesisi Buhar genleşme son noktasında yüksek vakum elde edebilmek için bu tesiste türbin eksoz buharını yoğunlaştırma fonksiyonu vardır. Soğutma suyu olarak deniz suyu, nehir suyu veya soğutma kulesinden tekrar sirküle eden su kullanılmaktadır.
(c)
Besleme Suyu Isıtıcısı Türbin tesisi verimliliğini arttırmak için rejenerasyon çevrimi uygulanmaktadır. Besleme suyu ısıtıcısının besleme suyunu ısıtmak için , adım adım, türbinden çıkan buharı kullanan fonksiyonu vardır. Bu tesise, bir tane dearatör dahil edilmiştir, bu da besleme suyundaki çözünmüş oksijeni almaktadır.
(d)
Soğutma Suyu Tesisi Soğutma suyu tesisinin sistemi soğutma suyunun çeşidine dayanır. Deniz suyu ve nehir suyu olması durumunda bu tesis, su alma, eleme, su hattı ve sirkülasyon suyu pompasından oluşur. Sirkülasyon suyu olması durumunda bu tesis, soğutma kulesi, su hattı ve sirkülasyon suyu pompasından oluşur. Ve tabi ki soğutma kulesinde iki tip vardır, kuru tip ve nemli tip.
(e)
Besleme Suyu Pompası
92100-3405
10
Besleme suyunu kazana sirküle etmek için kullanımaktadır ve genellikle dearatörün çıkış kısmına monte edilmiştir. Santralda bu pompa çok önemli bir ekipman olduğu için iki veya üç set kurulmuştur.
(f)
Su Arıtma Tesisi Santral için gerekli su santralın dışından alınmaktadır. Fakat besleme suyunun yüksek saflıkta olması gerektiği için ve santral sistemine bu suyu vermeden çok ciddi su arıtma işlemi yapılmaktadır.
(g)
Diğerleri İnşaat, tesisat ve vanalar, vb.
(5)
Buhar Türbininin Ana Elemanları Buhar türbininin ana elemanları aşağıdakilerdir.
(a)
Kaplama - - - - - - - - - - - - - - - - - Yüksek basınç ve sıcaklık buharını içerisinde tutar ve buharın dışarı kaçmasını önler.
(b)
Rotor - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
(c)
Mil kovanı - - - - - - - - - - - - - - - - Dönen rotor desteği
(d)
Taban yatağı - - - - - - - - - - - - -
(e)
Rulman kaidesi - - - - - - - - - - - - Rulmanı içinde yataklar ve yağlama yağının dışarı çıkmasını önler
(f)
Nozül ve/veya - - - - - - - - - - - - - Termal enerjiyi kinetik enerjisine çevirir ve yüksek hız jeti oluşturur. sabit kanat
(g)
Hareketli kanat - - - - - - - - - - - -
92100-3405
Termal enerjiyi kienetik enerjiye çeviren kanatlar ile birlikte döner.
Rotoru eksenel olarak pozisyonlar ve itme kuvvetine karşı destek olur.
Yüksek hız jetini alır ve buhar jet yönünü değiştirerek (impals kanat) bunu dönen kuvvete çevirir 11
Termal enerjinin bazı kısımlarını kinetik enerjisine çevirir ve döner kuvveti oluşturur (Reaksiyon kanadı) (h)
Taklit - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Türbinde yüksek basınç kısmı ile düşük basınç kısmı arasındaki buhar kaçağını en aza indirger.
(i)
Rotor salmastrası - - - - - - - - - -
Son noktada rotor ve kaplama arasındaki boşluktan sızan buhar kaçağının yalıtımını sağlar
(j)
Vana - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Giriş buharını engeller ve türbindeki buhar akışını kontrol eder
(k)
Servomotor - - - - - - - - - - - - - - - Vanayı harekete geçirir
(l)
Ana yağ pompası - - - - - - - - - -
kontrol yağı ve yağlama yağı beslemesini sağlar
(m)
Regülatör - - - - - - - - - - - - - - - -
Türbin hızını ve yükü kontrol eder
(n)
Dönen dişli - - - - - - - - - - - - - - -
Baş vermeyi önlemek için durdurma sırasında rotoru döndürmek
(o)
Denetleme - - - - - - - - - - - - - - - Çalışma koşullarının denetlenmesi ekipmanı
(p)
Ana yağ tankı - - - - - - - - - - - - -
Yağlama ve kontrol yağının depolanması ve türbinin arkasına yerleştirilmiştir.
(q)
Yardımcı yağ pompası - - - - - -
Ilk çalışmada ve yağ basıncı düştüğünde yedekleme için yağlama ve kontrol yağı beslemesini yapar.
Kapak Kapak buharın çalışması için ana parçayı oluşturu ve sabit parçalar ile dönen parçalar arasındaki korelasyonu sağlar. Özellikle, yüksek basınç türbini direkt olarak yüksek sıcaklığa ve yüksek basınç buharına maruz kalmaktadır. Bu yüzden, kapağın şekline karar vermek için ve malzemeyi seçmek için dikkatli düşünmek gerekmektedir. Genellikle, yüksek sıcaklık için malzemenin standart aşağıdakilerdir.
92100-3405
12
Buhar Sıcaklığı °F
Kaplama Malzemesinin Kimyasal Kompozisyonu
°C
826 ~ 900
441 ~ 482
C = 0.30 Cr = 0.50 Mo = 0.50
901 ~ 950
483 ~ 510
C = 0.20 Cr = 1.00 Mo = 0.50
951 ~ 1,000
511 ~ 538
C = 0.15 Cr = 1.25~2.25 Mo = 0.50~1.00
1,001 ~ 1,050
539 ~ 566
C = 0.15 Cr = 2.25 Mo = 1.00
1,051 ~ 1,100
567 ~ 593
C = 0.08 Cr = 16.00 Ni = 13.00 Mo = 2.00
Kapak termal bükülmeye ve yüksek termal streslere maruz kalacağı için türbin imalatçısı bunun tasarımına çok önem gösterir. Yer , buhar soğutması ve vesaire ile birlikte buharın üst ve alt yarı kaplamasının simetrik tasarımı anlamına gelir . Operasyon işlemi bundan başka , bozulma ve yüksek termal zorlamaların olasılığını indirgemek amacıyla dikkate alınılır. Örneğin , operasyon sınırları , bozulma ve ısıl gerilmenin yol açtığı çatlak ve bükülmeden dolayı oluşan metal darbesini önlemek amacıyla aşağıdaki kısımlarda kurulurlar. (a)
Ana vana, buhar sandığının iç ve dış yüzeyi arasındaki sıcaklık farkı
(b)
Kontrol aşaması çıkışındaki buhar sıcaklığı değişimi oranı
(c)
Kontrol aşaması çıkışındaki buhar ve metal arasındaki sıcaklık farkı
(d)
Kapak civataları ve flanşları arasındaki sıcaklık farkı
(e)
Kapağın altı ve üstü arasındaki sıcaklık farkı
(f)
Ana ve tekrar kızdırılmış buhar arasındaki sıcaklık farkı
92100-3405
13
Çalışma limiti her bir kapak tipi için farklı olabilir.
Rotor Yakın geçmişte pek çok türbin rotorlarına shrunk fitting tipi yerine rotor malzemesinin iyileştirilmiş imalat
teknolojisine bağlı olarak integral tipi adapte
edilmiştir. Özellikle HP - IP türbin için kararlı malzeme karakteristikleri gerekmektedir çünkü bu rotor yüksek sıcaklık atmosferinde yüksek hızda dönmektedir. Bu yüzden rotor malzemesini veren yerde IGT (Isı Gösterge Testi) yapılarak türbin rotorunun kalitesinin kontrolu yapılması gerekmektedir. Bundan sonra , işlenmiştir, hareketli kanatlar ile sıkıştırılmış ve dinamik olarak dengelenmiştir. Aşağıdaki malzemler, HP - IP ve LP rotor için uygulanırlar.
Rotor HP – IP
Sıcaklık ≧
480 °C
Malzemenin Kimyasal Kompozisyonu Cr = 1.0 ~ 1.3, Mo = 1.0 ~ 1.3 V = 0.21 ~ 0.29
LP
＜
480 °C
Ni = 3.25 ~ 3.75, Cr = 1.50 ~ 2.0 Mo = 0.30 ~ 0.60, V = 0.07 ~ 0.15
HP - IP rotorunun akma kopması dayanımının yüksek olması gereklidir çünkü yüksek buhar sıcaklığında çalışmaktadır. LP rotor için kırılganlık dayanımı gereklidir çünkü düşük buhar sıcaklığında yüksek santrifüj kuvvetinde çalışmaktadır.
92100-3405
14
Kanat Buharın çalışma metoduna göre kanat impals tipi ve reaksiyon tipine göre sınıflandırılmıştır. Buharın enerjisini güce çeviren hareketli kanattır. Kanat için aşağıdaki parçalar gereklidir. (a)
Verimlilik üzerinde sıvı dinamik gereksinimini sağlamalı
(b)
Gerilimde yüksek sıcaklık özellikleri ve anti - çarpma özelliklerini sağlamalı
(c)
Titreşimde rezonanstan sakınmalı
(d)
Anti - korozif
Üstteki gereksinimleri sağlamak için, türbin imalatçısı kanattaki deneyi ve gelişimi yapmaktadır. Her türbin imalatçısının , türbın verimini son derece etkileyen standart LP son kanadı vardır. Kontrol aşamasındaki kanatlardan LP son kanatlara kadar standart kanat profili vardır fakat kanatların sayısı ve her sıradaki yüksekliği, her duruma göre, buharın akışına göre tasarlanmıştır. Ancak LP son kanadı buharın akışına göre standartlardan seçilir . Çünkü uzun kanat (LP son kanadı) , genellikle resonansı önlemeye göre ayarlanır ve alçak doğal frekansı olan ve yüksek streslere maruz kalır. Kanat malzemesi olarak, 12 Cr veya 13 Cr paslanmaz çelikler gerilim ve anti - korozyonun görüş noktalarında genellikle uygulanır. Diğer taraftan , tasarım gereksinimlerini karşılamak amacıyla uzun kanat için 17 – 4PH çeliği gibi özel malzeme de uygulanılabilir.
92100-3405
15
LP son kanatlarda, yüksek sertliği olan yıldız şerit buhardan oluşan aşınmayı önlemek için öndeki kenara takılmıştır.
92100-3405
16
