Kazanlarda Enerji Verimliliği
1—Kazanlarda yetersiz oksijen so nucu
karbonun karbondioksite dönüşemeden, karbonmonoksit halinde kalmasıyla
kaybedilen enerji miktarı %70 mertebesinde olmaktadır.
2--Mükemmel yanmanın sağlanması için, genel
bir kural olarak yakıta verilen hava belirli oranda artırılmaktadır. Buna hava
fazlalık katsayısı denilmektedir.
3--Yakıt cinsine bağlı olarak değişen bu
katsayının gereğinden az olması halinde karbonmonoksit oluşmakta, üretilen
enerji azalmakta, islilik başlamakta, yanma verimi düşmekte, söz konusu hava
fazlalık katsayısının gereğinden fazla olması halinde ise Yakıt içerisindeki
Karbonmonoksit azalırken, yanmaya iştirak etmeyen kükürtün yanmasıyla ortaya
çıkan hava ocakta ısıtılarak bacadan atılmakta, yanma bozulmakta, yanma verimi
düşmektedir.
4--Bu nedenle, işletme sırasında yanmanın
optimizasyonu için baca gazı analizörleri yardımıyla, baca gazı bileşenleri
kolayca elde edilip değerlendirebilmekte, brülör ve kazanlara anında müdahale
edilebilmektedir. Baca Gazı Bileşenleri Şunlardır:
4.1-- Oksijen : Baca gazları içerisinde Yakıt
cinsine ve hava fazlalık katsayısına bağlı olarak, karbonmonoksit oluşumuna
neden olmayacak şekilde, oksijen oranının mümkün olduğunca düşük olması
istenir. Doğalgazda %2-3, sıvı yakıtta %3-4, katı yakıtta %5-6 oksijen oranı
baca gazı analizleri için ideal değerler olarak kabul edilmektedir.
4.2—Karbonmonoksit: Yakıta verilen oksijen
artırılarak, yada diğer bir deyişle eksik yanma tamamlanmak suretiyle
karbonmonoksit mutlaka karbondioksite dönüştürülmelidir. Baca gazı
analizlerinde karbonmonoksit miktarı 100 ppm değerine kadar normal kabul
edilebilmektedir.
4.3—Karbondioksit :Yakıt cinsine bağlı olarak
karbondioksitin baca gazları içerisinde yüksek oranda bulunması tercih nedeni
olmaktadır. Doğalgazda %11, sıvı yakıtta %14, katı yakıtta %14 karbondioksit
değerleri, baca gazı analizleri için uygun mertebeler olarak
söylenebilmektedir.Öte yandan karbondioksit küresel ısınmada sera etkisiyle
başlıca sorumlulardan biri kabul edilmektedir.
4.4—Kükürtdioksit: Brülör ve kazanda alınacak
önlemlerle ilgisi olmayan bu gaz, ancak düşük kükürtlü yakıtlarla baca
gazlarında azaltabilmektedir. Doğalgaz kullanımında, baca gazında "0"
olan kükürtdioksit değeri, %0,5 kükürt ihtiva eden ithal kömür kullanıldığında,
baca gazlarında 150-200 ppm değerlerinde oluşabilmektedir. Kükürtdioksitin,
baca gazlarında, düşük sıcaklıklarda, su buharı ile birleşerek sülfirik asite
dönüştüğü ve kazanlarda tahribatlara neden olduğu bilinmektedir.
4.5-- Azotoksitler (NOX): Yakıt cinsine
bağlı olarak, ocağa verilen havanın fazlalık katsayısı ile ocak dizaynından
kaynaklanan nedenlerle oluşan azotoksitler, çevre açısından emisyon kabul
edilmektedir. Yakıt hava ayarının elverdiği oran dışında azotoksitlere müdahale
imkanı bulunmamakta, kazan alımı sırasında dikkate alınması gereken bir
parametre olarak değerlendirilmektedir. Günümüzde
a)- Düşük Ocak Yükü , b)-Baca Gazları
Resirkülasyon Sistemi , c)-Düşük NOX Brülörleri azotoksitlerle mücadelede etkin
yöntemler olarak kabul edilmektedir.
5--Baca Gazı Sıcaklığı (T):
Baca gazı sıcaklıklarında düşülebilecek
minimum değerler, baca gazlarının yoğuşma (çiğlenme) sıcaklığı, ayrıca
yakıttaki kükürt (S) dolayısıyla baca gazındaki kükürt dioksit (SO2 ) ile
ilgilidir. Baca gazları içerisindeki kükürt dioksit (SO2 ), su buharı (H2O) ile
düşük sıcaklıklarda reaksiyona girerek sülfirik asit (H2SO4 ) oluşturmakta,
bunun sonucu olarak da kazanlarda korozyonla istenmeyen tahribatlar meydana
gelmektedir. Bu nedenle, içerisinde yoğuşmaya izin verilmeyen normal çelik
kazanlarda:
5.1--doğalgaz kullanımında 130-150 °C,
5.2--katı ve sıvı yakıt kullanımında 130-175
°C lik baca gazı sıcaklıkları uygun değerler olarak kabul edilebilmektedir.
5.3--Yüksek baca gazı sıcaklıklarında brülör
ve kazana mutlaka müdahale edilmeli, kısmen kapasite düşürülerek veya kazan
borularına türbülatörler ilave edilerek, baca gazı sıcaklığının düşürülmesi
yoluna gidilmelidir.
5.3.1--Her 20 °C baca gazı sıcaklık düşümü,
verimde %1 artışa neden olmaktadır.
6--Su Buharı (H2O),Kondenzasyon:Baca gazları
içinde atılan su buharının bacada yoğuşması sonucu yaptığı çöküntü ve
tahribatların neden olduğu kazalar olabilmektedir.Örnek olarak 20 000 Kcal/h
kapasiteli bir kombi tam kapasitede 4.0 kg/h su buharı üretmektedir.
6.1—Su buharı Normal çelik kazanlarda enerji
kaybı meydana getirmektedir. Alt ısıl değer baz alındığında, yakıt olarak,
metan (CH4) kökenli doğalgazda bu fark %11, hidrojende %18.5 mertebelerinde
olmaktadır.
6.2--Yeni teknoloji ürünü kondenzasyonlu
(yoğuşmalı) doğalgaz kazanlarında ise kazan içinde veya kazana entegre
yoğuşturucuda, baca gazlarında bulunan su buharının yoğuşmasına izin verilmekte
ve bu maksatla sistem dönüş suyu yoğuşturucudan geçirilerek, baca gazı
sıcaklıkları doğalgaz için baca gazı çiğlenme sıcaklığı olan 55ºC’ye kadar
düşürülmekte, soğuyan baca gazının ısısına ek olarak, yoğuşan suyun gizli ısısı
da kazan içindeki akışkana transfer edilmekte, yoğuşan su miktarına bağlı olarak
normal kazanlara oranla %10-15 verim artışı sağlanabilmektedir.
6.3--Alt ısıl değer esas alındığında
yoğuşmalı kazan verimleri günümüzde %100’den büyük ifadelerle anılmaktadır.
Ancak üst ısıl değere göre sözkonusu verim her zaman %100’den küçüktür.
7—Kazan Verimleri:
7.1--TS.4041’de kazan radyasyon kayıpları,
kapasite ve yakıt cinsine bağlı olarak %0.7-3.0 arasında verilmektedir.
Baca gazında is ve kurum ile küldeki yanmamış karbon (C) dikkate alındığında,
yaklaşık kazan verimini belirlerken yanma veriminden radyasyon ve kül kayıpları
olarak düşülmesi gereken miktar, yaklaşık olarak, doğalgazda %1, fuel-oil-de
%2-3, kömürde ise %4-5 olarak kabul edilmektedir.
7.2--İşletmede yanmanın optimizasyonu ile
verimin yüksek tutulması ive enerji ekonomisi için Baca gazı
analizörü kullanılmalıdır.
8--Yakma Sistemleri:
8.1--Yakıt tüketimin büyük değerlere ulaştığı
büyük kapasiteli kazanlarda, verimin kontrolu daha büyük önem arz etmekte ve bu
iş için tam otomatik mikro modülasyonlu yakma yönetim ve oksijen trim kontrol
sistemleri geliştirilmiş bulunmaktadır.
8.2—Bu sistem ile baca analizleri sürekli ve
otomatik olarak yapılmakta, (O2 ), (CO2 ), (CO) ve baca gazı sıcaklığı gibi
baca gazı parametreleri ile yanma verimi sürekli izlenmekte,
8.3-Yakıt karakterinde ve atmosferik
şartlarda olabilecek değişikliklerin önceden ayarlanmış parametrelere etkisi
sistemin yakıt/hava ayarına otomatik müdahalesi ile önlenebilmekte,
8.4--frekans konvertörlü brülör fanları ile
eşgüdümlü çalışarak fan enerji tüketiminden tasarruf sağlanmakta, hassas ve
oransal kontrol ile tam yanma sonucu sistem verimi yükseltilmekte ve yakıt
tasarrufu sağlanmakta,
8.5--Sistem otomatik kalibrasyon ve hata
tespitine imkan vermekte ve bina otomasyon sistemlerine de entegre
edilebilmektedir.
9-- Kazanlarda hava kaçaklarının
önlenebilmesi için ön duman kapakları contalı ve tam sızdırmaz olmalı,
kapandığında tüm kapak profili kazana düzgün bir şekil de
basmalıdır.
9.1--Brülör bağlantı flanşı contalı ve
muntazam olmalı, gözetleme deliği kullanım dışında mut laka kapanabilir
olmalıdır.
9.2--Patlama kapakları kasıntılı olmamalı,
contalı ve tam olarak kapanabilmelidir.
10-- Otomatik baca kapatma klapesi tesisi
düşünüldüğünden büyük olmamalıdır.
11--- Kazan, brülör kapasiteleri, baca
kesitleri gereğinden büyük seçilmemelidir.Sadece hesap edildiği kadar
olmalıdır.
12--Çift kademeli veya modülasyonlu brülörler
kullanılmak suretiyle, brülörlerin yıllık sezonda devrede kalma süresi
artırılmalıdır.
13--Karıştırıcı vanalarla yapılan otomatik
kontrolda,80-90°C gibi sabit bir kazan suyu sıcaklığı yerine, karışım suyundan
+5°C gibi bir değer fazlasıyla, değişken kazan suyu sıcaklığı tercih
edilmelidir.
14-- Kazan Bacalarında Meydana Gelen
Enerji Kayıpları;
14.1--Baca gazı sıcaklığı arttıkça baca
kayıpları artmaktadır. Bundan dolayı baca gazının yüksek olması durumunda baca
gazı ısısından faydalanmak gerekir. Ancak burada sınırlayıcı bir faktör vardır.
14.2--Çıkışta baca gazı sıcaklığının 130
0C’nin altına düşmemesi gerekir. Gaz sıcaklığı bu sıcaklığın altına düşmesi
durumunda baca gazı içerisindeki su buharı yoğuşur ve SO’lerle birleşerek
kükürt asitleri oluştururlar.
14.2—Bu asitlerde baca elemanlarında
korozyona neden olur. Bundan dolayı baca gazı ısısından faydalanılması
durumunda çıkışta baca gazı sıcaklığının 130 0C’nin üzerinde (180-220 0C)
olmasına özen gösterilmelidir.Baca gazı ısısından yaralanılarak işletmenin
sıcak su ihtiyacı karşılanabilir.
14.3--Doğalgazlı
Kazanların Özellikleri aşağıda ifade edilmiştir:
1--Hava ile çok iyi karışabilmesi yanma
verimliliğinin yüksek olmasıdır.Kazan verimleri yüksektir.
2--Alev boyu fuel-oil ve kömüre göre daha
kısadır,yanmayı tamamlamak için gereken zamanda daha kısadır.Böylece daha küçük
kazanlar kullanılarak maliyet azalır.
3--Katı ve sıvı yakıtlarda baca gazları kükürt
içerdiği için baca gazlarının suyun yoğuşma noktasına kadar
soğutulması ve böylece suyun gizli ısısından
faydalanılması imkanı yoktur.
4--Kısaca katı ve sıvı yakıt kullanan yakıtlı
kazanlarda ekonomizer kullanılması zordur.
5-- Doğalgazlı Kazan baca çıkışına
Ekonomizer ilave ederek doğal gazın baca gazı sıcaklığı
56 °C’ye kadar indirilebilir.Ve bu ısı ile
proses sıcak suyu yada kullanma sıcak suyu için sıcak su üretimi yapabilir.yada
bu baca gazı atık ısısından bina ısıtmasında kullanılabilir.
6--Örneğin 1MW gücündeki bir kazan
bacasında baca sıcaklı 200 0C ve baca debisinin yaklaşık 2200 kg/h dır.
6.1--Fuel-oil için minimum baca gazı
sıcaklığı 185°C olduğu düşünülürse bu durumda 15 C’lik bir sıcaklık farkı ile
saatte yaklaşık 280 kg suyu 150C den 450 C ye kadar ısıtmak mümkündür.
6.2--Bu miktar sıcak su tesisin sıcak su
ihtiyacını çok rahat karşılar. Ancak bu durumuma yeterince dikkat
edilmediğinden baca enerjisi birçok tesiste atmosfere atılmaktadır.Bacadan
atılan ısıdan faydalanılarak, kazan giriş havasının ısıtılması, tesisin sıcak
su ihtiyacının karşılanması veya sanayi tesislerinde çeşitli proseslerin enerji
ihtiyacı karşılanabilir. Ayrıca baca gazı atık ısısı ; ısı pompaları
içinde çok iyi bir kaynak olabilir
7-- Kazanlarda verimin yüksek tutulabilmesi
için büyük tesislerde yıllık ortalama verimde kayba uğramamak için sürekli,
küçük tesislerde periyodik olarak baca gazı analizörü kullanma alışkanlığı
kazanılmalıdır.Çeşitli firmaların baca gazı analizörleri mevcuttur.Örneğin
testo vs.