MAGNETOHİDRODİNAMİK (MAGNETOHYDRODYNAMIC) GÜÇ

Çeviri* Eyüp AKPINAR Turan ŞENCİL

Mühendislik çalışmaları, 199O'lı yılların başında 1200 MWt'lik, tüm verimliliği% 45 dolayında olan magneto hidrodinamik (MHD) güç santralını devreye almayı planlamaktadırlar. Böylece işletme, montaj ve yakıt ederleri gözönüne alındığında, buhar santrallarından daha ucuza elektrik üretimi söz konusudur. Bu tek nikte enerji, yüksek ısıdaki iletken gaz ortamından el de edilmektedir. Kömür yakıtlı MHD santralından, ge ne kömür yakıtlı buhar santralına göre, kömürün to nunda % 30 % 50 daha fazla güç üretmek mümkün dür. MHD dizgesi kömürlü buhar santralına göre üçte bir oranında SOX, NOX yayar. Aynı zamanda bacasız dır. Yüksek ısılı gazın iletkenliğini artırmak için kul lanılan tohum madde (seed material) kömürdeki sülfür ile birleşir. Dolayısıyla boşalan gaz artıklarından kur tulur.

MHD üreteci yaklaşık 1100 MWf dolayında güç üretti ğinde, türbinleri sürmek için gerekli buharı üreten ye terli enerjiyi de sağlamaktadır. Bu bağlamda birincil yakıttan mekanik, elektrik ve ısı enerji üretimi söz ko nusudur.

GİRİŞ

Son 15 yıldır araştırmacılar, geleneksel buhar santral farını geliştirmek, verimliliği artırmak için mantıksal bir çözüm aramışlardır. Geleneksel buhar santralları nın düşük çevrimine (bottoming cycle) MHD üreteç lerindeki üstün çevrim (topping cycle) eklenmiştir. Böylece daha az kirlilik ve ucuz enerji elde etme yolu na gidilmiştir.

Süper iletken mıknatıs, soğutma destek dizgeleri, yük sek ısılı plazma içeren MHD üreteçleri, yüksek ısılı ba sınçlı kazanlar, evirgeç çekirdek kurtarma dizgesi ve yayındırıcılar yeni teknolojinin başarısı için gerekli olan elemanlardır.

Bunlara ek olarak kullanılması gereken elemanlar, bu har santrallarında kullanılan kazanlar, hava ısıtıcıları, radyant kaynatıcısı ve evirgeçlerdir. Yüksek sıcaklık, elektro kimyasal aşınma ve paslanmada yeni teknolo jinin oluşmasında gözönüne alınması gereken konu lardır.

Her bir alanda gelişmeler kaydedilmiş olmasına rağ men altyapı, çözülmesi gereken mühendislik sorunu olarak kalmıştır.

Spectrum.EylüI 1980

. <

^ ^£l«ktrortkr r

DÖNEN MAKİNASI OLMAYAN SANTRAL

MHD güç üretim birimlerinde dönen makina parçası bulunmamaktadır. Yanma dizgelerindeki plazma ürün leri bir memeden MHD üreteç kanalına gönderilmek tedir. Süperiletken mıknatısın oluşturduğu manyetik alan, plazmanın hareket yönüne dik biçimde gönderi lir ve bu bağlamda gerilim üçüncü dik yönde oluşur. Plazma elektriksel iletkendir ve akım bu gazın akışın dan dolayı elektrodlar tarafından değiştirilebilir. Elde edilen doğru akım evirgeç tarafından almaşık akıma çevrilerek, dağıtım için güç sistemine iletilir. Doğru dan elektrik üretimine ek olarak, MHD üretecinin çı kışındaki plazma ise sürücü türbinler için ısı enerjisini elde edebilecek kadar sıcaktır.

MHD üreteçlerinde üretilen elektrik enerjisine ek ola rak üretilen ısı enerjisi, geleneksel buhar santrallarında üretilen enerjinin kaynağını oluşturur. MHD süreci, geleneksel manyetik alan içinde dönen bakır iletken den oluşan üretece benzer. Geleneksel üreteçlerden akım çekildiği zaman alan içerisindeki sargının dön mesi için tork MHD üreteçlerinde ise, akım çekildi ğinde alan içerisinde geçen gaza kuvvet uygulanması için basınç farkı gereklidir.

Çok büyük basınç uygulamamak kaydıyla, MHD üre teci içinde kullanılan maddeler çok az bir tolerans farkıyla gaz basıncının, duvar sınırlarını aşmamasını sağlar. Böylece gaz sıcaklığının özdek ya da üreteç ya pısıyla denetimi fazla sorun değildir. Bu durumda

ELEKTRİK MÜHENDİSLÎĞt 313

yüksek sıcaklık çevrimini sağlayarak yüksek verim el de etmek kolaydır. MHD dizgeleri için 2700 3000 K° sıcaklığı gereklidir.

MHD konusunda çalışan mühendisler, kömür yakıtlı MHD dizgelerinden açık çevrimli olanların, kapalı çevrimli dizgelere oranla daha çok şeyler vaad ettiğini söylemektedirler.

Açık çevrimli dizgelerde çalışma gazı; ön ısıtılmış ha va ya da oksijeni zenginleştirilmiş hava ve 3000 K°'de yanan kömürün tutuşma artıklarından oluşur. Tutu şucu gazın elektriksel iletkenliğini artırmak için po tasyum karbonat eklenir. Potasyum karbonat tohum özdeği diye anılır. Tohum özdeği kömürdeki sülfür ile kimyasal olarak birleşerek sülfür yayılımını önler. To hum özdeğinin % 9O'ı kullanım sırasında korunur ve ileri bir süreçte tekrar işlenir. Kapalı çevrimli dizge de, ısı girişi, al iş veriş dizgesi aracılığıyla dizge içinde sürekli dolaşan çalışma sıvısına uygulanır. 2600 K° dolayındaki sıcaklıkta, uygun plazma iletkenliği için akışkan gaz ve akışkan metal gerekir. Argon gazında olduğu gibi, soy gazı tohumlamak için sezyum gere kir.

MHD dizgelerinin geleneksel bir kullanım kazanması için, MHD üstün ve düşük çevrimlerinin geliştirilmesi ve uygun bir biçimde birleştirilmesi gerekmektedir.

Genellikle, üstün çevrim dizgelerinde birincil amaç, gaz türbinlerinin çalıştırılması için gerekli olandan çok daha fazla bir sıcaklığın kullanılmasıdır. Böylece ısı çevrimindeki verim artacaktır. Isı üstün çevrimi so nunda dış atımla, çalışma akışkanına aktarılır. Bu sü reç, genellikle kurtarma kazanı üzerinden yapılarak ısıl enerjinin, türbinleri sürmesi sağlanır.

Tasarımcılar araştırmayla uğraşırken üstün ve düşük çevrimlerin tümleştiriminde diğerlerine ek olarak şu sorunlarla karşılaşmaktadırlar;

. 3000 K°'e ulaşabilen 500 MWt'lık tutuşturucu diz gesinin tasarımına olan gereksinim, uygun cüruf atımı, elektriksel yalıtım, bir biçimli potasyum tohum dağı lımı ve en az sayıda tutuşturucu.

. Altı yedi bin saatlik % 20 verim ile çalışan ve ısıdan elektriğe çevrim yapan MHD kanalına olan gereksi nim.

. 50 100 MWt'lik santrallardan daha büyük santralla ra geçmek için veri ölçeklendirme yöntemlerini geliş tirme.

. Yüksek güvenilirlikti, uzun malzeme ömrü için ısı ge ri kullanımı ve tohum geri kullanımı.

. Potasyum karbonat'ın, sülfür artıklarının ayrılmasın da kullanılmasından sonra, yeniden potasyum karbo nat elde edilmesi için gerekli kimyasal yöntem.

. Bakım kolaylığı, yüksek elektromanyetik lorentz kuvvetine dayanabilen mıknatıs altyapısı, sarım sorun ları ve düşük geçici sıcaklık değişimine uygun mıkna tıs tasarımı.

Kimi enerji merkezleri, üniversiteler, araştırma birim leri bu sorunların çözümü için işbirliği yapmaktadır lar. Çoğu araştırmacılar açık çevrimli kömür ateşli MHD dizgesinin 1200 MVV'ta % 45 verimle çalışacağı nı tahmin etmektedirler. Böyle bir dizgede kömür ön ce püstürtülür ve kimi zaman nemi alınmak için kuru tulur. Bu süreç MHD sürecinde aşındırma etkeni ola rak görülür. Kurutma süreci tüm kömür türleri için ya pılmak zorunda değildir. Bu aşamadan sonra kömür tutuşturucuya ulaştırılarak plazma oluşturulması için yakılır.

Yüksek sıcaklıktaki gazın elektriksel iletkenliğini ar tırmak için, tohum özdeği (ki iyonlaşma gizil gücü dü şüktür) eklenir. Tutuşturucu sıcaklığı 2800 K°'ne ulaştığında sıcak plazma yayılır ve memeye doğru ge nişleyerek yaklaşık 900 m/s hızla MHD üreteci oluğu na geçer. O zaman plazma 6 ya da 8 T.Iık bir alandan geçerek gaz akış yönüne dikey ve koşut bileşenli elek trik alanı oluşturur.

MHD üretecinin giriş ve çıkışı arasında büyük bir gizil güç farkının olduğu hesaplanmıştır. Bu genellikle, üre tecin çıktısının toprağı ile tutuşturucu ve üreteç giri şi arasındaki elektriksel gerilim farkıdır. Plazmanın üreteçten ayrılmasıyla sıcaklığı 2300 K° düşer. Bu düşme yayındırıcı içinde 30 m/s hızla olur. Bu aşamada, gaz kayıplarından dolayı MHD üretecin de, elektrik üretmek olanaklı değildir. Bu kalan enerji (özgün ısı enerjisinin % 7Qkadarı) türbinlerin sürülme si için gerekli buhar üretiminde ve enerji taşıma hatla rına güç vermede kullanılır.

Üstün çevrimli MHD üreteci de, ısı girişinin yaklaşık % 20 25 kadarı elektriksel güce çevrilir. Mühendisler üretecin verimliliğini, çıkış gücün ısıl giriş gücüne bö lümü ile elde ederler. ısının elektriğe dönüşümü plaz manın sıcaklığını azaltır ve iletkenlik düşer. Bu oran, akışkanın iletkenliğine, magnetik alan şiddetine ve MHD üretecinin hacmine bağlıdır. Ekonomik olması için % 20 dönüşüm oranı gereklidir. En az 6 T magnetik alan, 10 mhom/m akış iletkenliği ve 1.1 x 1.1 m'lik kesit alanlı 19 m uzunluğunda MHD oluk gereklidir. Toprak magnetik alanından 120 000 kat daha fazla magnetik alan şiddeti ve kuvvetli doğal mıknatıs alanından 10 kat fazla magnetik alan kuvveti gereklidir.

Günümüzdeki çalışmalar birkaç saat için % 2'lik, bir kaç dakika için % 8'lik dönüşüm oranı vermektedir. "Avco shock" tüplerde, milli saniyeler için %15'lik bir dönüşüm oranı elde edilebilmektedir.

YÜKSEK TUTUŞMA SICAKLIĞI

Tasarımcılar, tutuşma sıcaklığına erişmede kullanılan iki teknikten havanın ön işitiminin çok verimli birin cil teknik olduğunu belirtiyorlar. Bu sıcaklık, daha sonra MHD üretecinden ayrılacak olan ağzın ısıtılma sında kullanılır. Doğrudan ateşleme olarak bilinen bu tasarım % 45'e varan verime erişebilir. Bununla bera ber karşılıklı ısı aktarımındaki güvenilirliği 1800 K°' de tutujabilen kül ve tohumun boşaltılmasındaki va nanın, işlevini yapabilirliğindeki güçlükler, tasarımcı ları başka seçenekler aramaya zorlamıştır.

İkincil tutuşturucu tekniği, ön tutuşturucuyu yak mak için ayn bir tutuşturucu kullanılmasıdır. Bu tasa rımda kullanılan yakıt verimli bir şekilde yakılmaz. Bu nedenle verimlilik, doğrudan ateşleme tekniğine göre daha düşüktür.

Basit bir mühendislik gelişmesi olmasına karşın, ayrı biçimde ateşlenen ısıtıcının gaz tutuşturucusu, ön ısıtıcıların temizlenebilirliğinden dolayı denetim altı na alınabilir.

Zenginleştirilmiş oksijenin yüksek yanma sıcaklığı için kullanılması verimi azaltır, çünkü oksijen bölümü için fazladan bir güç gereklidir. Dizge irdelendiği za man, zenginleştirilmiş oksijen dizgeli veya ayrıca ateş lenen ön ısıtıcılı MHD dizgelerindeki çevrim verimli likleri aynıdır. İki farklı tasarım içinde ana sermaye karşılaştırabilir. Oksijenle zenginleştirme ayrıca ateş lenen ön ısıtma dizgesine yeğlenir. Çünkü bu gelenek sel bir teknoloji olup güvenilirliği çok daha fazladır.

MHD'nin üstün çevrimi ile geleneksel türbün'ün düşük çevrimini birbirine bağlama süreci mühendislik sorun ları açısından oldukça kolay gözüküyor. Fakat MHD için dizge değişkenleri, sorunları karmaşıklaştırır. Ör neğin MHD üretecinin çıkışındaki gaz yaklaşık 2300 lOdir. Oysa geleneksel buhar türübinlerindeki sıcaklık 550 650°C arasındadır.

Bu sıcaklıklarda gaz dizgeye girdiği zaman NOX olu şumunda belirli bir artma söz konusudur. Bu nedenle çevrim ara birimlerinin tasarımı gereklidir.

Bilim adamları NOX catarytic denetimin ekonomik ol madığını düşünüyorlar. Yavaş soğutma sırasında NOX belirli bir sıcaklıkta ve aralıkta sabit oksijen yoğunlu ğunda ayrışır, örneğin MHD üretecinde varolan gaz, yavaş bir biçimde soğurken, NOX ayrışımı oluşacak tır. Soğuma değişimi yaklaşık 150 k/s iken NOX ayrı şımı 3000 ppm'den 1000 ppm altına kadar inecektir.

Yıllardır MHD araştırmacıları tam yanmanın oluşması için % 95 oranında havanın, tutuşturucular için ge rekli olduğunu düşünmüşlerdir. Ama dizge üzerindeki çalışmalar göstermiştir ki gazlann iletkenliğinin en iyi oluştuğu değer % 85 oranlı havadır. Sınama sonuçları

bunun tutuşturucudaki NOX oluşumunu düşürdüğünü göstermiştir. Diğer yandan buhar santrallarında gö zükmeyen H 2 , Co ve sülfat bu dizge için önemlidir. Öyle dizgeler tasarımlanmıştır k i , ikincil yanmayla bu kirlilikler yok edilmektedir.

Potasyum tuzlarının MHD içerisindeki yüksek sıcak lıktaki gazlara tohum olarak atılması, buhar düşük çevriminde sorunlara yol açmaktadır. Potasyum, kö mür külleri ile etkileşime girince külün özellikleri deği şir. Bu değişimler külün akışkanlığı, erime noktası ve kazanla olan etkileşimdir. Bu etkileşim, kazanda kul lanılan özdekleri ve kazanın biçimlenmesini etkiler. Potasyum tuzları yoğunlaştığı zaman kazanı aşındı rır. Külün özellikleri, tipik kazanlarda oluşandan fark lılık göstereceğinden, bir kuruluşta bulunan araştır macılar, kazanın yeniden biçimlendirilmesi üzerinde araştırma yapmaktadırlar.

Kömürün yakılmasından sonra ortaya çıkan artıklar buhar düşük çevrimlerinde,sorunları karmaşıklaştırır. MHD üstün çevriminde taşınan cüruf, tohum gazlarıy la etkileşime girerek potasyum alüminyum silocon oluşturur. Sonuçta, dizge içerisindeki tohumun kay bına neden olunur. Bu etkiyi azaltmak için Cürufun büyük bir kısmı yanma dizgesi içerisinden dışarı alınır. Diğer bir yaklaşım ise buharlaşma dizgesinden, yük sek sıcaklıkta, cürufun çıkarılmasıdır. İkinci uygula ma üzerine araştırmalar üniversitelerde yapılmaktadır. İki basamaklı tutuşturucu dizgenin kullanılması, cüru fun alınması için bir yaklaşımdır. İlk tutuşturucu ba samakta cüruf ayıklanır ve tohum olarak kullanılacak özdek, dizgenin ikinci basamağında plazmaya eklenir. Böyle bir tasarımla cürufun % 90'nı alınır. Daha sonra MHD buhar santralının diğer bölümlerinde cürufun tohumdan ayıklanması basitleştirilmiş olunur.

Mühendisler tutuşturucudan alınan cürufun miktarı nı, tutuşturucular ve buhar arasındaki ısı etkileşimini dikkate alarak belirlemektedirler. Cüruf, tutuşturucu lar içerisindeki ısı kaybını azaltır ancak cüruf,buhar laşma kazanından ve ısı değiştirme özdeklerinden atıl malıdır. Tek ve çok basamaklı tutuşturucu dizgeler oluşturulmuş bulunmaktadır. Tek basamaklı olanlar ısı kaybını en aza indirmek için kullanılırken, çok ba samaklı olanlar, cürufun alınması için tasarlanmakta dır.

İlk basamağı akışkanlaştırılmış iki basamaklı tutuştu rucu kullanılarak başka bir MHD buhar santralı için tasarım yapılmıştır. Tutuşturucudaki akışkan yatak, gazın yukarıya ve yer çekiminin aşağıya doğru yaptı ğı kuvvetlerin dengelenmesiyle oluşan, küçük katı parçacıkların birleştirilmesinden meydana gelmiştir. Birinci basamak çıkış sıcaklığı (1040 K'e kadar) dü şüktür. Bu durumda iki tutuşturucu basamak arasında kömürün külünü parçacık özdek olarak çıkarmak olası

olduğundan curufsuz çalışma olanağı vardır. Siklon türü tutuşturucu tasarımı ile yansıtıcı özdeki erden oluşmuş duvarlar, erimiş cüruftan daha yüksek duvar ısısı sağlar. Bu durum, tutuşturucuda daha düşük ısı kaybına neden olur,ancak potasyum tohumu çevresi ne karşı dayanıklıdır. Tutuşturucu ile ilgili diğer bir teknik sorun elektriksel yalıtımdır. Ancak, tutuştum cunun toprağa göre 100 kV gerilimde bulunması gere kir. Kömür, oksitleyici, potasyum tohum besleyiciler ve cürufun atılması süreçleri yalıtımın korunması açı sından sorun gibi gözükmektedir.

Mühendislik açısından çözüm bekleyen gereksinmeler, malzeme bazında, süperiletken mıknatıs, yüksek sıcak lıkta hava ısıtıcı, ısı kurtarma dizgesi, tohum kurtarma dizgesi ve tekrar tohum üretme dizgeleridir. En önemli araştırma konusu, MHD üretecinin oluk elektrod duvarlarının tasarımıdır. Yüksek ısıya,elektro kimyasal etkilere ve plazmadan elektroda akım akta rımlarına dayanıklılık söz konusudur. Bir kuruluşta çalışan mühendisler boron n İtri d yalıtıcı ve bakır ilet ken kullanımıyla oluşturulan soğuk duvar sınamaları yapmaktadırlar. Büyük çapta su akışı ile bakır iletken soğuk tutularak, kömür cürufunun yoğunlaşması ve parçacık çarpması ile oluşacak aşındırmayı önleme eğilimi belirmektedir. Bu durum, elektrod duvar yüze yinin, 1200 K°'de, metal ısısı üstünde kalmasını sağla maktadır. Böylece oluşturulan sıcaklık yükselti farkı, elektrodun, aşınmaya karşı direncini artırmaktadır. Elektrik akımı/kömür tabakası, cüruf ve küçük ark di zeklerindeki tohumlar aracılığı ile çıkarılır. Ark hasa rını azaltmak için tasarımcılar, platinyum başlık kul lanmaktadırlar ve bu başlığı hemen su soğutmalı ba kır taban üzerine yerleştirmektedirler. Bu tür tasarım ile 500 saatlik çalışma başarılmıştır. Araştırmacılar, ilgi kestir i m ile duvar yaşam süresinin 2000 saate geleceğini beklemektedirler. Bu üretecin çıkışı 1 2 mm'lik cüruf kaplama sonucunda 220 kW'a ulaşmıştır. Platinyumun, arkasından aynı soydan ol mayan özdekler de, kullanım için öngörülmektedir. Diğer bir mühendislik yaklaşımı ise, elektrod tasarı mında yansıtıcı özdeklerin kullanılmasıdır. Bu özdek ler, örneğin LaCrO3 ve 4MgAİ204Fe304 bakıra «öre daha yüksek sıcaklıklara dayanmaktadırlar. Bunlarla oluşturulan elektrod ve yalıtıcı duvar sıcaklığı, cüruf ve tohum özdeğinin yoğunlaşma sıcaklığından daha fazladır. Deneyler göstermiştir ki MHD çalışımı sıra sında oluk duvarları temiz kalmakta, akım ise atık yoluyla değil yayınım sonucunda çekilmektedir. Güç lük ise, yüksek mekanik baskıya ve yüksek sıcaklıkta, elektro kimyasal aşınmayla kaplamaya dayanabilecek yansıtıcı özdeğin tasarımıdır.

Kimi araştırmacılara göre en fazla umut veren özdek ler yalıtıcı olarak magnezya ve elektrod olarak hafnia

ve zirconia görünmektedir. Sovyetler Birliği'nde ve A.B.D.'de bu elementlerin kullanımına geçilmiştir. Oluk dinamiğine ilişkin kuramsal modellerin yetkinli ğine karşın bilimcilerin raporlarında, çeşitli çalışma koşullarında (250 kW, 120 A, 2100 V) oluk parçaları arasında indüklenen gerilim değerlerinin, düzgün da ğılmadığı belirtilmektedir. Bu düzensiz dağılımlar, üretecin tüm verimliliğine ket vurmamakla birlikte ki mi öğelerin (elektrod ve yalıtıcılar) farklı yüklenmele ri nedeniyle, istenmeyen bir durumdur. Aşırı yüklen me, yaşam süresini kısıtlayıcı bir etki olmakla birlikte erken bozulmayı da beraberinde getirecektir.

MHD üretecinin bir diğer öğesi de evirici'dir. Bu ko nuda iki tasarım üzerinde durulmaktadır. Biri hat ön dellenmiş diğeri ise kuvvet öndellenmiş eviriciler. Hat öndellenmiş, diğerine göre deneysel veriler daha olgun olduğundan ve geniş uygulama alanı bulduğundan gözde görünmektedir. MHD üretecinin dayanıklılık sı namaları, eksensel elektrodiararasınaa oluşan gerilim lerin, belirli bir süre sonunda düzensizlik gösterdiğini ortaya çıkarmıştır. Kimi durumlarda, elektrodlarda oluşan yüksek gerilim kısa devre edilmektedir. Bu du rumda MHD üreteci ile iki uçlu evirgeç arasında bir aradevre tasarımlanmak zorundadır. Bu ara devrenin işlevi, tek tek elektrodlardaki akımı denetleyerek farklı gerilimde olan iki elektrodu doğru akım çıkışı na bağlamaktır.

Tasarımcılar ısı değişim aygıtındaki ısı ve tohum kur tarma dizgesinin çalışma özelliklerini geliştirmekte dirler. Bu aygıtın birincil işlevi, tohum özdeğini kur tarmak, yoğunlaştırmak ve türbünleri sürecek buharı üretmektir. İkincil işlevi ise MHD üreteç tutuşturucu sunda taşınan cürufun çıkarılması ve NOx'in deneti midir. Geliştirme çalışmaları özellikle, tohum yoğun laşması, yayılma ve ısının, elektrik enerjisine dönüşüm süreçlerinin irdelenmesine yöneliktir. Bunun yanı sıra, ısı aktarım yüzeylerinde biriken tohum ve cüruf ile ısı değişim aygıtında, potasyum sülfatın aşındırıcı etkisi dir.

Açık döngü MHD dizgesinde sülfür yayılmasının dene timinde en yaygın biçimde kullanılan teknik, potas yum tohum özdeğinin sülfürü kapmasıdır. Sülfürü yok eden tohum, süreç sonunda, düşük sıcaklıkta potas yum sülfata dönüşmektedir.

Tutuşturucunun diğer çevrimlerinde, potasyum sül fatta sülfürsüz bir bileşen örneğin potasyum kar bonat üretme yönünde gelişme sağlanmıştır. Tekrar üretim sürecinde, potasyum sülfatlı karbon monoksit ile hidrörlü kireç iyi bir reaksiyona girer. Bu süreçten potasyum formate ve kalsiyum sülfat elde edilir. Potasyum tekrar tutuşturucuya,tohum özdeği olarak gönderilir. Kalsiyum sülfat ise süzülerek atılır.

Değerlendirilen bir diğer süreç de, potasyum tohum özdeğinin kömür ile reaksiyonudur. Bu reaksiyon so nunda potasyum sülfat, potasyum sülfıde indirgenir. Bileşen daha sonra karbon dioksit ve hidrojen sülfid gazıyla reaksiyona girerek artık ürün haline dönüşür. Sülfid gazı geleneksel süreçle sülfür'e indirgenebilir. Böylece potasyum karbonat, tohum maddesi olarak dizgenin yeni çevrimlerinde kullanılır.

Seçenek durumunda, fırçalayıcılarla geleneksel kireç taşını, yiğit gazını temizlemek olanaklıdır. Kurtarılan potasyum sülfat tekrar bir sürece gerek kalmaksızın yeniden çevrime sokulur. Tohumun yeniden üretimi ne ilişkin sunulan bu yöntemlerden birinin ekonomik seçimi, kömürdeki sülfüt oranına, çevre standartlarına ve gereken kimyasal sürece etkilerine göre yapılır. Gaz fırçaları güç üreten birimlerle birlikte çalışmak duru mundadır. Bu fırçalar, çevrim dışı çalışan, yeniden üreten dizgelere göre daha az güvenilirdir. Ancak kim yasal yeniden üretim dizgesi, bir çevrim dışı süreci ol duğundan göreli olarak enerji yoğun bir süreç santra lın verimini düşürür.

Gelişkin hava ısıtıcıları ise bugün çelik üreten yüksek fırınlarda kullanılmaktadır. Bu dizgeler MHD çevri minde dolaylı ısıtma içindir.

BÜYÜK MIKNATISLAR YAPILDI

Mutlak sıfır sıcaklığı dolayında çalışan, binlerce ton alaşım gerektiren süper iletken mıknatıslar ABD'de bir Enstitüde tasarımlanmış. Geliştirme çalışmaları ise sürdürülmektedir. Büyük süper iletken mıknatıslar, Standford Üniversite si ve iki firma tarafından üstlenilmiştir. Her biri farklı iletken sarım biçimi üstlenmiştir. Sonuçta daha büyük ve karmaşık dizgelere hazırlık için veri toplanmakta dır. Mühendislik çalışmaları özellikle süper iletken mıknatıs üzerinde yoğunlaşmış olup ayrıntıda, sarım altyapıları, süper yapılar, helyum damarı, ısıl destek ve boşluk damarları incelenmektedir.

Mıknatıs sargılarındaki süper iletken teller verimli so ğutma sağlanabilmesi için sıvı helyum ile yakın temas durumundadır. Tel yalıtımın ise, ivedi durum boşal malarıyla oluşan geçici gerilimlere dayanabilecek ka dar güçlü olması gerekir. Çok büyük elektromanyetik Lorentz kuvvetlerine dayanabilmek için sarımlar, ço ğunlukla mıknatıs tasarımlarında bölümlere ayrılarak, iletkenlerdeki birikim yükleri ve yalıtma sınırlandırıl mış olur. Bir kurumda, mıknatısta, camla pekiştirilmiş epoksi altyapıları kullanılarak büyüten alt plakalar tasanm lanmıştır.

Bir kurumda da, mıknatıs yivli alt plakalardan oluşan ve camla pekiştirilen epoksi altyapıları oluşturulmuş tur. İletkenler ise yivlere yerleştirilmiştir. Bu yöntem

le birikim yükleri ve bölümsel ısınma, en alt düzeyde kalmaktadır. Ayrıca bu tasarım iletkenlere uygulanan mekanik kuvveti de ortadan kaldırmaktadır.

Bu tasarımın diğer bir olumlu yanı, iletkeni yalıtmaya gerek olmaması ve sarımların mekanik dayanıklılığı ve duyarlılığının çok iyi olmasıdır. Piyasada bulunan cam pekiştirilmiş epoksinin mekanik çalışma özellik lerinin alçak ısı altında değerlendirilmesi üretim aşa masındaki katkı maddelerinin alt düzeyde olmasını, kalite güvenlik gözlemini ve sınamaların sıkı tutulma sını ortaya çıkarmıştır.

Isıl dizgede, mıknatıs sarımların ve helyum içeren da marların çok fazla soğutulması gerektiğinden çatlama olgusu önem kazanmaktadır. Aynı zamanda diğer kaynaklardan ısı sızmasının da önüne geçilmesi gerek mektedir.

Şimdiki tasarımlarda helyum damarının etrafına, boş luk yalıtım yerleştirilmektedir. Yayılma ekranlaması da çok katlıdır.

MHD santrallarında,mıknatısın izleme, denetim ve ko runmasına yönelik aygıt ve denetim dizgeleri için du yargaların tasarımı geliştirilmiştir. Veri toplama dizge leri ile duyarga bilgileri denetim panosuna ulaşmakta dır. Ayrıca mıknatıs güç kaynağı ve soğutma dizgele rinin gösterge ve denetimleri de vardır.

Koruma dizgesi, mıknatısın devre dışı kalmasını izle yerek santrala zarar gelmesini ve halkı yaralayacak ka zalara karşı, özdevimsel olarak mıknatısın enerjisini ivedi boşaltma direnci üzerinden boşaltır. Tüm boşal ma birkaç dakika sürer.

Bir tasarım sorunu da iletken kararlılığıdır. Büyük sü peri letken mıknatıslarda ısıl dengesizliğin artmasıyla, iletkenlerin geçici sıcaklıklarına ek olarak yerel ısın malar olur. Bu durumda süperiletken, süperiletkenlik durumunu kaybeder. Araştırmacılar ısıl düzensizliğini sınırlamak için de çalışmaktadırlar.

Bir olanak,kıvrımlı süperiletken niobium titanyum fi lamanı, bakır matris içine gömmektir. Eğer bakırın kesiti ve soğutma yüzeyi uygun ise, iletken ısısı geçici ısının üzerine çıkmayacak, dolayısıyla iletken, ısıl ka rarlılığına ulaşacaktır.

Araştırmacıların deneylerine göre, geçiş ısılarında ilet ken ısısına göre büyük ısıl yükselmelere rağmen ilet ken, süperiletken durumunu koruyabilmektedir.

İletkenlerin birbirlerine sürtünmesi ile oluşan ısının* neden olduğu ani sıcaklık yükselmeleri istenmeyen bir durumdur. Bu özdeklerin, sıvı helyum sıcaklığındaki özgül ısıları öyle küçük bir değerdedir ki, birkaç joule değerinde de olsa yerel ısının artması, sorun yaratacak bir sıcaklık yükselmesine yol açar. Mıknatıslama sargı sının soğutucu yüzeyi ya da bakr miktarının artınl

ması bu sorunu hafifletebilir. Fakat araştırmacılar bu durumun maliyeti artıracağını ve mekanik bütünlüğü bozacağını belirtmektedirler.

Bir başka birimde "Stanford" için geliştirilen mıkna tıs kapalı sargılar içerisindeki iletkenleri alt kabuklar üzerinde taşır. Merkezden çevreye doğru olan yükü sargılann içinden çevre kirişe iletmek için tasarlanan alt kabuklar, çok dayanıklı olmalarının yanı sıra, ilet kenden iletkene çapraz yük taşınmasını ve iletken ha reketini önleyerek sürtünmeden ortaya çıkan ısıyı yok ederler. Tüm bunlara ek olarak iletkenlerde, akım yoğunlukları oldukça yüksektir.

Güç kaynağının korunması ve soğutma dizgeleri dı şında, "stanford" mıknatısı 450 ton ağırlığında mag netik bir kabuğa sahiptir. Etkili alan içerisindeki mag netik alan, 7 T'dan fazla ve + % 2,5 değerindeki bir düzenlilikle dağılacaktır. Mıknatısın ağırlığı yaklaşık 81 ton kadardır. Alt tabakaların tasarımı, Lorentz kuvvetlerine karşı dayanıklıdır.

Sertlik ve iyi ısı özelliklerinden dolayı, yayılmaya kar şı Alüminyum tercih edilmiştir. Özdeğin kuvve 11 ili

Y üksek basınç U u m U y ç v k ı z ı n beiieme

ğinden, çekirdek kayıplarını azaltan direncinden ve bozulmaya karşı dayanıklılığından dolayı hava boşlu ğunu taşıyan kap magnetik olmayan paslanmaz çelik ten yapılmıştır.

Benzer bir uygulama S.S.C.B.'nin Moskova'da kur duğu pilot MHD santralında U 25B diye isimlendiril mektedir. S.S.C.B.'nin Moskova'da inşa ettiği mıknatıs soğutucusu ile birlikte 4,2 m uzunluğunda, 5T magne tik alan, 34,2 Mj değerinde magnetik alan enerjisine sahip olup, ağırlığı 37 ton ve çıkış gücü 600 kW de ğerindedir.

Tasarımcılar 1000 MWt lik MHD üreteç mıknatısının, 5000 MJt lik enerji taşıyacağını, 20 m uzunluğunda ve yaklaşık 3x106 kg ağırlığında olabileceğini belirt mektedirler. Bir takım program ve çalışmalar, mıknatıslama dizge lerinin tasarım ve geliştirimini izlemektedirler. "Cryo ganic Consultant İne" tarafından yapılan ön tasarım lar, helyumlu soğutma dizgelerini göz önüne almıştır. Bunlar içerisinde 100 200 1/h aralığında bir sıvı üre tim kapasitesi ve 4000 8000 W geleneksel soğutma dizgeleri vardır.

1«1»•M Vc Alna

: Katı ı yanmı ürünleri

tfn

t

Hm

W .7<VMc Stâmtm» İUİCiint

2 5 0 MVV'lık önerilen bir M H D santral tesisatı verilmiştir. M HD ' n i n ustan çevrimi, dolaylı yüksek sıcaklıktı hava ısıtıcısı ve iki katlı t u tuşturucudan oluşur. Birinci katta cüruf ayıran siklonik t ut uşt urucu, ikinci katta ise M H D olduğu ve ayıran yayındırıcı vardır. Y a y ı n dırıcıdan sonra plazmayı yavaşlatarak kaynatma kazanına yönlendiren bir geniş bölüm vardır. M H D oluk elektrodları için Faraday ve Çapraz biçimleri olmak üzere iki tasarım öngörülmüştür. Faraday oluk elektrodları: Y ükü bağlayan irgitlenmiş E.M.K.' ya karşı ters E.M.K.Vı (Holl etkisi) yok etmek için öngörülmüştür. Faraday üreteçte elektrodlar Hail akımını önlemek için eksenel parçalar biçi mindedir. Elekt rod bileşenleri y a lıt ım parçalarıyla birbirinden ayrılarak gaz oluş yönünde akımı önler. Çapraz bağlanmış elektrod bi çimi Faraday biçimine göre, verimlilik, esneklik ve denetim seçenekleri açısından daha geridir. İ y i yanları İse basitliği ve ederidir. Evi riciler çapraz ya da Faraday üretecine uyarlı olarak tasarımlanır. Ana çevirici çıkışı 18 KW ve 36 MW düzeyindedir.

SONUÇ

MHD güç üretim dizgelerindeki inandıncı yararlılık, onun ekonomik ve teknik olarak yapılabilirliği şeklin de algılanabilir. Şu anda (1980'lerde) geleneksel diz geler kadar uygulanabilir olmamakla birlikte üzerinde ciddi araştırmalar yapılmaktadır. Gelecekte MHD üre

teçlerinin geleneksel enerji üretim dizgeleri arasında yer alacağı düşünülmektedir. Bunun 1990'lardan önce yapılabileceği ümit edilmektedir.

Araştırmacılar tarafından gelecekte MHD enerji üre tim dizgelerinin termik santrallardan daha çekici ola cağı belirtilmektedir.