Buhar Kazanları: Yakıtlar, Yanma ve Analiz

BUHAR KAZANLARI
Bir ısı kaynağı kullanılarak sıvıdan buhar elde etmek için kullanılan kazanlara buhar
kazanları denir. Buhar kazanlarında kullanılan yakıtlar katı, sıvı ve gaz olmak üzere üçe
ayrılır.
Katı Yakıtlar
Buhar kazanlarında genellikle yakıt olarak odun, linyit, taş kömürü vs. kullanılmakta
isede geniş kullanım sahası bulanlar linyit ve taş kömürüdür. Kömürler üç kısımdan oluşur;
1. Yanıcı Kısım
2. Mineral Kısım
3. Nem
Yanıcı Kısım
C,H,O,S ve N
Mineral Maddeler
Gerek orijinal bitki liflerinde bulunan gerekse dışarıdan bünyeye karışan yanmaya
katılmayan Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na tuzları gibi maddelerdir. Yanmazlar. Bunlar kömürün
yanması sonucu kül olurlar. Kül yakıtın ısıl değerini düşürmesi, ızgara atıklarını tıkaması
dolayısıyla yanmayı ve ısı iletimini kötüleştirmektedir. Dolayısıyla istenmeyen bir maddedir.
Azaltılması için kömürün yıkanması gerekir.
Nem
Yer tabakaları arasından sızarak yakıtın bünyesine karışan veya bünyede bulunan
su miktarıdır. Nem miktarını saptamak için kömür 106 º C dolaylarında ve ağırlığı sabit
kalıncaya kadar ısıtılır. Ağırlık kaybı nem miktarını verir. Kömürün bütün ağırlığına bürüt
yakıt denir. Yalnız yanıcı kısmına net yakıt veya saf kuru yakıt denir. Kül ve sabit C ihtiva
eden kısmına da kok denir.
Kömür Analizi
Elementer Analiz
Kömür içinde bulunan (C, H, O, N, S, a ve W) bütün maddeler hesaplanır.
Endüstriyel Analiz
Kömürün sadece sabit karbon, uçucu madde kül ve nem miktarının tesbit edildiği
analizdir.
Sıvı Yakıtlar
Genellikle petrol ürünleri kullanılmaktadır. En yaygını fuel-oilidir. Fuel-oil ham
petrolün 350 º C civarında damıtılmasıyla elde edilir. Bileşiminde;
C = % 33-37
O+N = % 10-7
H = % 11-16
S = % 0-4
Fuel-oillerin ısıl değeri yüksektir. Ticari olarak fuel-oil 6 standart dereceye ayrılmıştır.
Su Miktarı
100 º F de Redwood Yakıtın Adı ve Kullanım Yerleri
Viskozitesi
No 1
0,01 - 0,5
20 - 31
Gaz Yağı(Nefi, Kerosen)
No 2
0,05 - 1,0
31 - 36
Motorin(Kat Kaloriferlerinde)
No 3
Elde Edilmesi Zor
No 4
0,2 - 20
40 - 110
Hafif Fuel-oil(Apartmanlarda Isıtma Amacıyla
No 5
0,5 - 30
320 - 675
Endüstriyel Tesislerde, Isıtma Santrallerinde
No 6
0,7 - 35
800 - 8000
Çok Ağır Fuel-Oil(Yakma ve Nakliye için Büyük Isıtma
Gerekli Endüstriyel Tesislerde Termik Santrallerde
Gaz Yakıtlar
CO, H, metan, etilen, asetilen, propan ve bütan bilinen gaz yakıtlardır. Bununla
birlikte karışım halindeki gaz yakıtlar ise doğalgaz, hava gazı, kok fırın gazı, su gazı ve
yüksek fırın gazı gibi gazlardır
Doğalgaz
Bileşiminde çoğunluğu metan teşkil eder. Bunun yanı sıra homolog parafinlerdir.
CO2, H2S ve N gibi anorganik bileşiklerde bulunurlar. Doğalgazın bileşiği çıkarıldığı yere
göre değişir. Roket yakıtı olarak hidrojen kullanılır.
Kızgın buhar üstüne havanın üflenmesiyle lede edilen gaz karışımına HAVA GAZI
denir.
Kızgın kömür içerisinden su buharı geçirilmesiyle SU GAZI elde edilir.
Yanma
Yanma yakıtların O2 ile girdikleri kimyasal tepkimenin özel adıdır. Bu tepkime
sırasında yakıt içindeki kimyasal enerji açığa çıkar. Açığa çıkan enerjinin büyük kısmı
ısı(sıcak gazlar), geri kalan küçük bir kısmı ise elektromanyetik dalgalar(ışık),
elektrik(çevreye saçılan serbest elektron ve iyonlar) ve mekanik enerji(ses) şeklinde
çevreye yayılır.
Yanma işlemi sırasında kimyasal reaksiyondan önce var olan maddelere de yanma
işleminden çıkanlar veya yanma sonu ürünleri denir.
C + O2 —> CO2
Yanmanın başlaması için yakıtın tutuşma sıcaklığına getirilmesi gerekir. Bazı
yakıtların atmosferik havada tutuşma sıcaklıkları; benzin(260 º C), karbon(400 º C),
hidrojen(580 º C), karbonmonoksit(610 º C) ve metan(630 º C).
Ayrıca yanmanın başlayabilmesi için yakıt ve havanın uygun oranlarda
karıştırılması gerekir.
Kimyasal Denklemler
Kütlenin korunumu ilkesine göre dengelenirler. Bu ilkeyle bir kimyasal reaksiyon
sırasında her elementin kütlesi sabit kalır. İki tür yanma vardır;
Tam Yanma
Yakıt bileşiğinde bulunan yanıcı maddeler(C, H ve CmHn), O2 ile yanarak CO2 ve
H2O oluştururlar. Yanma sonucu meydana gelen gazlar içerisinde yanıcı madde
bulunmuyorsa tam yanma söz konusudur.
Eksik Yanma
Yanma gazlarında CO bulunması yanmanın eksik olduğunu gösterir. Teorik olarak
yanma için kimyasal reaksiyonun gerektirdiği miktarda O2 (hava)’ye ihtiyaç vardır. Tam
yanma için yakıtın bu miktarda hava ile temasının sağlanması gerekir. Ancak pratikte yakıt
ile havanın ideal bir karışımı ve dolayısıyla ideal bir yanma(tam yanma) mümkün
olmamaktadır. Bu nedenle ideal bir yanma yerine iyi bir yanma sağlanmaya çalışılır. Buda
yanma için gerekenden daha fazla hava verilmesi suretiyle olur. Fazladan verilen bu
havaya, hava fazlalık katsayısı denir ve “n” ile gösterilir. Eğer yakıt ve hava çok iyi
karıştırılırsa “n” değeri düşer aksi halde artar.
Gaz yakıtlarda ve buhar halinde püskürtülen sıvı yakıtlarda “n” daha küçüktür.
Izgara üzerinde kalın bir tabaka bırakan veya parçalar halinde yakılan kömürler için “n”
değeri daha büyüktür.
Sıvı ve Katıların Yanması
Yakıtlarda genellikle C,S,H yanıcı madde olarak, O ve N ise diğer maddeler olarak
bulunur.
1 kg yakıt = c kg C + h kg H + o kg O + s kg S
Karbon(C):
C
12 kg
1 kg
c kg
c kg
+
O2
—> CO2
32 kg
44 kg
32/12 kg
44/12 kg
c.32/12 kg
c.44/12 kg
c/12 kmol
c/12 kmol
Hidrojen(H):
H2
2 kg
1 kg
h kg
1 kmol
2 kg
1 kg
h kg
+
1/2O2
16 kg
8 kg
8.h kg
1/2 kmol
1/2 kmol
1/4 kmol
h/4 kmol
—>
H 2O
18 kg
9 kg
9.h kg
1 kmol
1 kmol
1/2 kmol
h/2 kmol
Kükürt(S):
S
32 kg
1 kg
s kg
1 kmol
1 kg
s kg
+
O2
—> SO2
32 kg
64 kg
1 kg
2 kg
s kg
2.s kg
1 kmol
1 kmol
1/32kmol
1/32 kmol
s/32 kmol
s/32 kmol
1 kg yakıt için gerekli teorik oksijen miktarı;
Omin = c/12 + h/4 - o/32 + s/32 (kmol)(kg yakıt)
Omin = 8.c/3 + 8.h - o + s (kg / kg yakıt)
NOT: Hava fazlalık katsayısı yakıtın cinsine, yakılış tarzına, ocağa ve yakıcıya bağlıdır.
n = (Ocağa gönderilen gerçek O2 miktarı)/(Teorik O2 miktarı) > 1
n değerinin aşırısı verimi düşürür, azı ise eksik yanma kaybını arttırır. Bunları göz önünde
bulundurarak en uygun hava miktarını ocağa verilmesi gerekir.
Ocak Türü
n
El ile Doldurmalı Izgaralı Ocaklarda
1,6 - 2
Mekanik Doldurmalı Izgaralı Ocaklarda
1,3 - 1,6
Taş Kömürü ve Sıvı Yakıtlı Ocaklarda
1,2 - 1,4
Gaz Yakıtlı Ocaklarda
1,05 - 1,2
Hava, kuru hava ve su buharından oluşmaktadır. kuru havanın bileşimi aşağıdaki
tabloda verilmiştir.
Bileşen
% Hacimsel Oranı
Azot
78,0881
Oksijen
20,9495
Karbon
0,03
Argon
0,93
Neon
0,0018
Helyum
0,00053
Kripton
0,00011
Ksenon
0,000009
Pratik yanma hesaplarında hava yalnız N ve O dan ibaretmiş gibi alınabilir. Bu
durumda hava hacimsel olarak %21 Oksijen ve %79 Azot kabul edilir. Yanmaya katılmayan
diğer gazların azota dahil edilmesi büyük bir hata teşkil etmemektedir. kütlesel oranlar ise
%23,2 O2 , %76,8 N şeklindedir. havanın mol ağırlığı 29 kg/kmol.
1 kg yakıtın yanması için gerekli olan O2 miktarı minimum O2 miktarıdır. Hava içindeki O2
kütlesel yüzdesi 0,232 ile minimum hava miktarı;
Lmin = Omin/0,232 = (1/0,232)(8.c/3 + 8.h - o + s) (kg/kg yakıt)
Lmin = Omin/0,21 = (1/0,21)(c/12 + h/4 - o/32 + s/32) (kg/kg yakıt)
Isıl Değer
Buhar kazanlarının proje ve içten yanmalı makinelerin ısı hesaplarında yakıtlar için
iki türlü ısı değerinden söz edilir.
1. Üst Isıl Değer
2. Alt Isıl Değer
Birim miktar yakıtın(1 kg, 1 Nm3) yandığı zaman verdiği ısı miktarı.
1. Üst Isıl Değer
1 kg sıvı ve katı yakıtın sabit hacimde ve tam yanmasıyla oluşan gazların 15 º C ye
kadar soğutulmasıyla elde edilen ısı miktarıdır. Yanma ürünleri 15 º C ye kadar
soğutulduğunda, yanma ürünleri içerisindeki su buharının yoğuşması sağlanır. Böylece
buharlaşma gizli ısısı hacim içinde tutulmuş olur. 1 kg C yandığında 8100 kcal/kg ısı verir.
1 kg H yandığında 34000 kcal/kg, 1 kg S yandığında 2500 kcal/kg ısı verir.
Ho = 8100.C + 34000(H - O/8) + 2500.S [kcal/kg]
2. Alt Isıl Değer
Herhangi bir buhar kazanında baca gazlarının sıcaklığı 180 - 200 º C sıcaklığı
arasında olup, suyun atm içerisindeki kaynama sıcaklığının üzerindedir. Dolayısı ile yanma
ürünlerindeki su buharının yoğuşması ve buharlaşma gizli ısısının serbest kalması
düşünülemez. Su buharı sahip olduğu gizli ısı ile birlikte duman gazlarıyla dışarı atılır. bu
yüzden suyun gizli ısısı kaybedilmiş olmaktadır.
Hu = Ho - r.WH2O
Hu = Ho - 600.(w + 9.H)[kcal/kg]
w = Yakacaktaki mevcut su buharı miktarı
H = Yakacaktaki mevcut H miktarı
Yanma Sonunda Meydana Gelen Su
H2
2 kg
1 kg
+
1/2O2
16 kg
8 kg
—>
H 2O
18 kg
9 kg
1 kg su başlangıç sıcaklığı ile buhar haline geçerken buharlaşma ısısı ortalama 600
kcal/kg dır.
1 Nm3 = 1 gazın 1 atm basınç ve 0 º C sıcaklık ile belirli NŞA 1 m3 dür.
Teorik Tam Yanma(TTY)
Yanma tamamlanmıştır ve minimum O2 miktarı kullanılmıştır. Dolayısı ile yanma
ürünleri arasında O2 bulunmamaktadır. (n<=1)
Tam Yanma(TY)
Gerekli hava miktarı TTY den daha fazladır. Bu durumda yanma ürünleri arasında
O2 de görünür. (n>1)
Eksik Yanma(EY)
Tamamlanmamış yanma türüdür (n<1). Yanma sonu ürünlerde CO, H2, CO2, H2O,
SO2 ve N görülür.
Kısmı Eksik Yanma(KEY)
n>1 olmasına rağmen O2 yanında CO ve H gibi eksik yanma ürünleri görülür.
PROBLEM: Ağırlıkça %75 C ve %15 H ve kalanı külden oluşan yakıtın n = 1,3 ile tam
yanması ile oluşacak duman gazı miktarı kaç kmoldur?
C
12 kg
1 kg
0,75 kg
+
O2
—>
CO2
1 kmol
1 kmol
1/12 kmol/kg
1/12 kmol/kg
0,75/12 kmol/kg 0,75/12 kmol/kg
(0,0625 kmol/kg) (0,0625 kmol/kg)
H2
+
1/2O2
—>
H 2O
2 kg
1/2 kmol
1 kmol
1 kg
1/4 kmol/kg
1/2 kmol/kg
0,15 kg
0,15/4 kmol/kg
0,15/2 kmol/kg
(0,0375 kmol/kg)
(0,075 kmol/kg)
Teorik O2 = 0,0625 + 0,0375 = 0,1 kmol/kg
Gerçek O2 = 0,1.n = 0,13 kmol/kg
79/12 = N2/0,13 => N2 = 0,489 kmol/kg
Duman Gazı
CO2 —> 0,0625 kmol/kg
H2O —> 0,075 kmol/kg
O2 —> 0,1(n - 1) = 0,03 kmol/kg
N2 —> 0,489 kmol/kg
=> mDG = 0,657 kmol/kg
PROBLEM: Hacimce %40 CO ve %60 H2 den ibaret bir gaz yakıtın n = 1,2 ile yanması
sonucunda oluşacak duman gaz miktarını Nm3 yakıt başına kaç kg dır?(1 kmol = 22,4
Nm3)
CO
+
1/2O2
—>
CO2
1 kmol
1/2 kmol
1 kmol
22,4 Nm3
1/2 kmol
1 kmol
3
3
1 Nm
1/2.22,4 kmol/Nm
1/22,4 kmol/Nm3
0,4 Nm3 0,4/2.22,4 kmol/Nm3 0,4/22,4 kmol/Nm3
0,4 Nm3 0,4.32/2.22,4 kg/Nm3 0,4.44/22,4 kg/Nm3
(0,285 kg/Nm3)
(0,786 kg/Nm3)
H2
+
1/2O2
—>
H 2O
2 kg
1/2 kmol
1 kmol
22,4 Nm3
1/2 kmol
1 kmol
3
3
1 Nm
1/2.22,4 kmol/Nm
1/22,4 kmol/Nm3
0,6 Nm3 0,6/2.22,4 kmol/Nm3 0,6/22,4 kmol/Nm3
0,6 Nm3 0,6.32/2.22,4 kg/Nm3 0,6.18/22,4 kg/Nm3
(0,428 kg/Nm3)
(0,482 kg/Nm3)
Teorik O2 = 0,285 + 0,482 = 0,713 kg/Nm3
Gerçek O2 = 0,713.n = 0,855 kg/Nm3
79/12 = N2/0,855 => N2 = 5,62 kg/Nm3
Duman Gazı
CO2 —> 0,786 kg/Nm3
H2O —> 0,482 kg/Nm3
O2 —> 0,713(n - 1) = 0,143 kg/Nm3
N2 —> 5,62 kg/Nm3
=> mDG = 7,031 kg/Nm3
PROBLEM: Ağırlıkça %88 C ve %12 Hidrojenden oluşan sıvı yakıtın tam yanması ile 17
kg/kgy duman gazı oluştuğuna göre hava fazlalık katsayısı n kaçtır ?
C
+
O2
—>
CO2
12 kg
32 kg
44 kg
1 kg/kgy
2,66 kg/kgy
3,66 kg/kgy
0,88 kg/kgy 2,35 kg/kgy
3,22 kg/kgy
H2
+
2 kg
1 kg/kgy
0,12 kg/kgy
1/2O2
—>
H 2O
16 kg
18 kg
8 kg/kgy
9 kg/kgy
0,96 kg/kgy
1,08 kg/kgy
Teorik O2 = 2,35 + 0,96 = 3,31 kg/kgy
Gerçek O2 = 3,31.n kg/kgy
23,2/76,8 = N2/3,31.n => N2 = 10,95.n kg/kgy
Duman Gazı
CO2 —> 3,22 kg/kgy
H2O —> 1,08 kg/kgy
O2 —> 3,31(n - 1) kg/kgy
N2 —> 10,95.n kg/kgy
=> mDG = 17 kg/kgy ==> n = 1,12
PROBLEM: Ağırlıkça %80 C ve %10 su buharı ve kalanı külden oluşan yakıtın alt ısıl
değerini bulunuz.
Ho = 8100.C + 34000(H - O/8) + 2500.S [kcal/kg]
Ho = 8100.0,8 + 34000(0 - 0/8) + 2500.0 [kcal/kg]
Ho = 6480 [kcal/kg]
Hu = Ho - 600.(w + 9.H)[kcal/kg]
Hu = 6480 - 600.(0,1 + 9.0)[kcal/kg]
Hu = 6420 [kcal/kg]
PROBLEM: Ağırlıkça %70 C, %10 su buharı ve kalanı külden oluşan yakıtın alt ısıl
değerini ve yanma sonucu oluşan duman gazı içindeki O2 yi Nm3 olarak bulunuz.(n = 1,2)
Ho = 8100.C + 34000(H - O/8) + 2500.S [kcal/kg]
Ho = 8100.0,7 + 34000(0 - 0/8) + 2500.0 [kcal/kg]
Ho = 5670 [kcal/kg]
Hu = Ho - 600.(w + 9.H)[kcal/kg]
Hu = 5670 - 600.(0,1 + 9.0)[kcal/kg]
Hu = 5610 [kcal/kg]
C
+
O2
—>
CO2
12 kg
22,4 Nm3
22,4 Nm3
1 kg/kgy
22,4/12 Nm3/kgy
22,4/12 Nm3/kgy
0,7 kg/kgy 22,4.0,7/12 Nm3/kgy 22,4.0,7/12 Nm3/kgy
Teorik O2 = 1,307 Nm3/kgy
Gerçek O2 = 1,307.n = 1,568 Nm3/kgy
Gerçek O2 - Teorik O2 = 0,261 Nm3/kgy
PROBLEM: Ağırlıkça %80 C, %10 H ve kalanı külden oluşan yakıtın n = 1,2 ile yakılması
sonucunda oluşacak su buharı ve O2 miktarını kg cinsinden bulunuz.
Ho = 8100.C + 34000(H - O/8) + 2500.S [kcal/kg]
Ho = 8100.0,8 + 34000(0,1 - 0/8) + 2500.0 [kcal/kg]
Ho = 9880 [kcal/kg]
Hu = Ho - 600.(w + 9.H)[kcal/kg]
Hu = 5670 - 600.(0 + 9.0,1)[kcal/kg]
Hu = 9340 [kcal/kg]
C
12 kg
1 kg
0,8 kg
+
O2
—>
32 kg
32/12 kg
0,8.32/12 kg
H2
2 kg
1 kg
0,1 kg
+
1/2O2
16 kg
8 kg
0,8 kg
—>
Teorik O2 = 0,8.32/12 + 0,8 = 3 kg
Gerçek O2 = 3.n = 3.1,2 = 3,6 kg
Gerçek O2 - Teorik O2 = 0,6 kg
Duman Gazı
H2O —> 0,9 kg
O2 —> 0,6 kg
CO2
44 kg
44/12 kg
0,8.44/12 kg
H 2O
18 kg
9 kg
0,9 kg
PROBLEM: Ağırlıkça %70 C, %5 O2 ve kalanı külden oluşan bir yakıtın n = 1,2 ile
yakılması sonucundan kaç Nm3 duman gazı oluşur?
C
12 kg
1 kg
0,7 kg
0,7 kg
+
O2
—>
CO2
22,4 Nm3
22,4 Nm3
22,4/12 Nm3/kgy
22,4/12 Nm3/kgy
22,4.0,7/12 Nm3/kgy 22,4.0,7/12 Nm3/kgy
1,3 Nm3/kgy
1,3 Nm3/kgy
Teorik O2 = 1,3 Nm3/kgy - 0,05.22,4/32 Nm3/kgy = 1,265 Nm3/kgy
Gerçek O2 = 1,265.n = 1,265.1,2 Nm3/kgy
79/21 = N2/1,265.1,2 => N2 = 5,711 Nm3/kgy
Duman Gazı
CO2 —> 1,3 Nm3/kgy
O2 —> 1,265(1,2 - 1) Nm3/kgy
N2 —> 5,711 Nm3/kgy
=> mDG = 7,264 Nm3/kgy
Buhar Kazanları Elemanları
Buhar kazanı üzerinde emniyet ve kontrol amacı ile belirli elemanların bulunması
gerekir. Bu elemanların hangilerinin hangi sayıda kullanılacağı kazanın işletme biçimine
bağlıdır.
1. Sürekli Gözetimli İşletme
Otomatik su besleme cihazı ve brülör e kumanda eden düşük seviye alarmı, sürekli
üst blöf kontrolü, kesintili alt blöf kontrolü, iki adet presostat iki adet manometre su seviye
göstergesi, iki adet emniyet valfı, besleme suyu girişinde check valf.
2. Sınırlı Gözetimli İşletme
Otomatik su besleme ve brülör ü kumanda edeb seviye alarmı, ayrı ayrı iki
elektrottan beslenir.
3. 24 Saat Gözetimsiz İşletme
Otomatik su besleme ve brülörü kumanda eden seviye alarmı ve ayrı ayrı iki seviye
elektrodundan beslenir. ilave olarak emniyet termostattı ve yağ dedektörü bulunur.
A. Kazan Otomatik Seviye Kontrol Sistemleri
1. Kazanda Su Seviyesi
Kazanda buhar üretildiği anda su seviyesinin okunması klasik su seviye göstergesi
ile mümkün değildir. Kazan dışından işlenen su seviyesi kazan içerisindeki gerçek su
seviyesinden daha düşük olarak okunmaktadır. Bunun nedeni kazan dışındaki su seviye
göstergesindeki suyun yoğunluğunun daha yüksek olmasıdır.
2. Buhar Kazanlarında Su Besleme Devresi
Yüksek basınçlı kazanlarda, kazandaki su sıcaklığı yüksektir. Besi suyu degazörden
geldiği sıcaklıkta kazana beslenirse ısıl şok oluşur. Bu durumda ekonomizörsüz yüksek
basınçlı sistemlerde besi suyu ısıtıcıları kullanılır. Suyun ısıtılması için sistemde üretilen
buhardan yararlanılır. Besi suyu için besi pompası kullanılır. Basıncı buhar basıncına
bağlıdır. Kazan buhar basıncından biraz yüksektir. Pompa debisi ile buhar kapasitesine
bağlıdır.
3. Presostatlar
Bunlar kazan üzerinde iki adet olmalıdır. Bunlardan birincisi limit presostat olup
ayarlanan değerde brülörü durdurur. Diğeri ise basınç ayar presostatı olup brülör cinsine
göre oransal veya on-off kontrollü olabilir
4. Kazan Otomatik Blöf Sistemleri
Kazan içerisinde bulunan su tamamen saf değildir. Kimyasal işleme uğrayan ham
su, katı partiküller içerir. Bu katı maddeler gerek erimiş, gerekse süspansiyon halinde
bulunurlar. Kazan buhar ürettiğinde suyun içerisindeki maddelerin yoğunluğu giderek artar
ve bu maddeler kazan ısı transfer yüzeyinde birikir ve bir tabaka oluşturarak sistemin
ömrünü kısaltır ve ısı transferini engellerler. Ayrıca su yüzeyinde köpük şeklinde birikir ve
buhar ile taşınarak kontrol cihazlarının arızalanmasına, ısı eşanjörü yüzeylerinde birikim
yapmaya ve kondenstopların tıkanarak arızalanmasına neden olurlar. Süspansiyon
halindeki maddeler çöker ve kazan dibinde birikir. Bu maddelerin kazandan tahliyesi kazan
alt blöfü ile olur. Erimiş halde bulunan maddelerin ise tamamen alınması mümkün değildir
ancak bir miktar kazan suyu dışarı alınarak yoğunluğu düşürülür. Bu işlem otomatik üst
blöf sistemleri ile sağlanır.
Blöf Sistemleri;
a) Manuel Blöf Sistemlerş
b) Devamlı Blöf Sistemleri
c) Elektronik Blöf Sistemleri
5. Emniyet Ventilleri
Emniyet cihazları içinde en önemlisi emniyet vanalarıdır. Bunlar ağırlıklı ve yaylı
cinsten olabilir. Kazan üzerinde iki adet kullanılmalıdır. Günümüzde en fazla yaylı tip
emniyet vanaları kullanılmaktadır. Emniyet vanaları açıldıklarında kazandaki basınç
yükselmeyecek şekilde boyutlandırılmalıdırlar. emniyet vanaları çaplarına göre
isimlendirilirler. Emniyet ventilleri, çalışma basıncının yaklaşık %10 daha üzerinde bir
değere göre ayarlanmalıdır.
6. Kazan Armatürleri
a) Ana buhar alma ventili işletme kolaylığı açısından kazan üzeri yerine kolektöre
monte edilir.
b) Besi suyu kazan girişinde bir check valf ve bir kapama valfı bulunur.
c) Blöf elle yapılıyorsa bu hatta bir buhar vanası ve blöf ventili arka arkaya bağlanır.
d) Kazan cihazları, drenaj hatları genellikler DN 15 vanalar ile donatılır. Ayrıca bazı
kazanaların üzerinde havalık vanası bulunmaktadır.
7. Buhar Sayaçları
Buhar sayacı seçiminde dikkat edilmesi gereken kriterler buhar yük oranı,
hassasiyet ve tekrar edilebilme özelliğidir.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Bir buhar kazanı genel olarak şu elemanlardan meydana gelmektedir:
Ocak
Asıl Isıtma Yüzeyleri
Kızıdırıcı
Ekonomizör
Hava Isıtıcıları
Baca
Ocaklar
Yakacakların yakılarak ısı enerjisinin elde edildiği kısımdır. İkiye ayrılır;
1. Refrakter Ocaklar
2. Duvarları Su İle Soğutmalı Ocaklar
1. Refrakter Ocakları
Duvarları ateş tuğlası ile örülmüştür. Bu ocakların duvarları su ile
soğutulmadığından dolayı ocak sıcaklığı yüksek olur. Devamlı tamir bakım gerektirirler.
Genellikle düşük ısıl değerli yakıt yakılmasında kullanılırlar.
2. Duvarları Su İle Soğutmalı Ocaklar
Etrafında su olduğundan sıcaklığı yüksek değildir fakat yüksek ocak yüküne
sahiptirler.
Ekonomizörler
Besleme suyunu kaynama sıcaklığına veya buna yakın değere kadar ısıtan ısı
değiştiricisidir. Kazanın termik verimini ve ek buhar debisini arttırmak için kullanılırlar her
15 º C duman gaz sıcaklığındaki düşme termik verimi %1 arttırır.
Ekolar kazanın termik verimini %10 - %12 arasında arttırırlar. Su tarafındaki gazlar
korozyonu engellemek için degazörden alınmalı ve ekoya öyle verilmelidir.
NOT: Duman gazının sıcaklığının 150 º C altına düşmesi çok önerilmez.
Degazörden gelen besi suyu yaklaşık 103 º C mertebesinde ekoya girmelidir. Fazla
su tekrar degazöre geri dönmektedir. Eko kanatlı borulardan oluşur. Boru yüzeyinde
yoğuşma olmaması gerekir. Eko seçiminde kazanın ısıl kapasitesi esas alınır. Besi suyu
sıcaklıkları, kazandaki doyma sıcaklığının 20 º C altına kadar arttırılabilir. Bu arada duman
gazı sıcaklığıda yoğuşma sıcaklığının 50 º C üstüne kadar soğutulabilir.(Baca Kaybı)
Bunlar iyi tasarlanmış modern kazanlarda geçerlidir. Ekoda gaz çıkış sıcaklığı 180 º C,
motorin yakıtlarda 150 º C, doğalgaz ve LPG yakıtlarda 110 º C’ e kadar düşmektedir.
Ekonomizör Çeşitleri;
a) İntegral Tipi Ekolar
b) Ayrık Tip Ekolar
c) Buharlaştırıcı Tip Ekolar
Kızdırıcılar
Asıl ısıtma yüzeyinden çıkan ıslak buhara sabit basınçta ısı verilerek buhar çevrim
veriminin arttırılmasının sağlandığı elemandır. Kızdırma sıcaklığı ne kadar artarsa verim o
kadar yükselir. Kızma sıcaklığını sınırlayan etken kızdırıcı malzemesinin mukavemetidir.
Kızdırıcı Tipleri;
1. Konveksiyonlu Kızdırıcılar
2. Radyasyonlu Kızdırıcılar
3. Kombine Kızdırıcılar
4. Ayrı Ateşlenen Kızdırıcıla
Pratikte genellikle büyük su hacimli kazanlar ile az eğimli su borulu kazanlarda
yatay ve düşey konveksiyonlu kızdırıcılar dik su borulu kazanlarda asılı tipten düşey
konveksiyonlu kızdırıcılar, radyasyonlu kazanlarda ise radyasyonlu kızdırıcılar veya
kombine kızdırıcılar kullanılır.
Buhar kazanlarında asıl ısıtma yüzeyinden çıkan ıslak buharın kuruluk derecesi
%95 - %99 arasındadır.
Kızdırıcının Görevleri
1. Isıl genleşmeleri karşılayacak br konstrüksiyona sahip olmalı.
2. Yüksek sıcaklık ve yüksek basınçtaki ani değişmelere dayanacak malzemeden
yapılmalı.
3. Bağlama yerlerinde conta kullanılıyor ise bunlar zamanla sıcak gazdan
bozulmamalıdır.
4. Dış ve iç tarafında biriken kül, kurum ve tortu kolaylıkla temizlenebilmelidir.
5. İstenilen kızma sıcaklığının ayarı ve otomatik kontrolü kolay olmalı.
6. Kızdırıcı içerisine su gitmesi halinde bu su kolayca boşaltılabilmeli
7. Mümkün olduğu kadar küçük hacim kaplamalıdırlar.
8. İlk yatırım ve işletme maliyeti düşük olmalı.
9. Hem duman hemde buhar tarafından basınç kaybı küçük olmalı.
1. Konveksiyonlu Kızdırıcılar
Ocağı görmeyen kızdırıcılardır. 450 º C kızma sıcaklığına kadar kullanılabilirler.
2. Radyasyonlu Kızdırıcılar
Ocağı gören kızdırıcılardır. Yüksek basınç, yüksek kızdırma sıcaklığı ve büyük
buhar kapasitesi ,stenilen durumlarda kullanılırlar. 30 bardan büyük buhar basınçlı
kazanlarda kullanılırlar. Ocak sıcaklığı düştüğü için küller ergimemektedir. Ayrıca kızgın
buhar sıcaklığı sabittir.
3. Kombine Kızdırıcılar
Konveksiyonlu ve radyasyonlu kazanların üstünlükleri birleştirilerek kombine
kızdırıcılar geliştirilmiştir.
4. Ayrı Ateşlenen Kızdırıcılar
Bazı işletmelerin özelliği dolayısı ile buharın kızma işlemi kazandan başka bir yerde
ayrı ateşlenen bir sistem içerisinde yapılır.
5. Ara Kızdırıcılar
Prensip olarak ara kızdırıcılar aynı radyasyonlu ve konveksiyonlu kızdırıcılara
benzer, yüksek sıcaklığa kadar kızma yaptıklarından duman gazının nispeten sıcak olduğu
yerlere yerleştirilirler. Kızdırıcı sayesinde buhar sıcaklığını yükseltmek için basıncı
yükseltmeye gerek kalmaz.
Kızdırıcılarda Buhar Sıcaklığı Kontrolü
Yöntemler;
1. Taşınımlı ve ışınımlı kızdırıcıyı birlikte kullanmak
2. Besleme suyu sıcaklığının değişimi
• Tbes artarken, myakıt azalır.
• mDuman Gazı azalırken, To(Ocak Sıcaklığı) azalır.
3. Kızdırıcı yüzeylerinin kirlenmesi ısı transferini engelleyeceğinden hava üflenerek veya
kum taneleri püskürtülerek yüzeyler sık sık temizlenmelidir.
4. Kazanın değişik yerlde çalışması buhar sıcaklığını etkiler.
5. Su püskürtmeli soğutucularda kızdırıcı sıcaklığı kontrol edilebilir.
6. Besleme suyu sıcaklığı değiştirilerek buhar sıcaklığı kontrol edilir.
Esas Kazan Yüzeyi
Kızdırıcılardan sonra gelen kısımdır. Alt ve üst depoyu birleştiren bir boru
demetinden oluşur. Bu borular depoların mukavemetini azaltır. Bu nedenle iki depolu su
borulu kazanlarda (EKY) yok ise alt depoda yoktur.
Hava Isıtıcıları
Ekodan sonra gelen kazan kısmıdır. Duman gazının artık ısısından yararlanarak
kazanın termik verimini artırırlar. Havanın her 50 º C fazladan ısıtılması yakıta % 2,5
tasarruf sağlar. Geri kazanılan bu ısı kazanda yakma havası olarak kullanılan taze havaya
verilebileceği gibi tesiste ısıtma, pişirme, kurutma, vs. amaçlar için kullanılacak havaya da
verilir.
200 º C ve üstü duman gazı sıcaklıklarında daha etkilidir.
Hava Isıtıcı Çeşitleri
1. Reküperatif Hava Isıtıcıları
• Borulu Hava Isıtıcıları
• Levhalı Hava Isıtıcıları
• Buharlı Hava Isıtıcıları
2. Rejeneratif Tip Hava Isıtıcıları
• Ljungsram Tipi Hava Isıtıcıları
• Rothemuhle Tipi Hava Isıtıcıları
Kızdırıcılarda Isı Dengesi
1)
QK = ṁb . (hk - hx)
QK = ṁDG . (hg1 - hg2) + QRAD
QK = ṁDG . Cp . (tg1 - tg2) + QRAD
2) Su püskürtmeli, kızdırıcı çıkışında:
QK = ṁx . (hk - hx) + ṁsu . (hk - hsu)
QK = ṁDG . (hg1 - hg2) + QRAD
3)
QK = ṁx . (hk - hx) + ṁsu . (hk - hsu)
QK = ṁDG . (hg1 - hg4) + QRAD
4) Buhar, eşanjör tipi bir soğutucu ile soğutulursa
QK = ṁb . (hk - hx) + QE
QK = ṁDG . (hg1 - hg4) + QRAD
Bacalar
Duman gazının dışarı atılmasında kullanılar, çekişi arttırmak için yüksek yapılırlar.
Baca sıcaklığı ya ocağa fazla yakıt verildiğinde ocak sıcaklığı ile birlikte yada Hava ocağa
hızlı verilirse D.G. hızı ile birlikte artar.
Ocak Yükü
Ocağın birim hacim basıncı birim zamanda düşen enerji miktarına ocak yükü denir.
Ocak yükü yakılacak yakıtın cinsine, yakılış tarzına ve yakıcıya bağlıdır.
qo = (B . Hu + VH . CPH . tH) / (Vo) [kj/h.m3]
B : Yakıt Debisi [kg/h]
Hu : Alt Isıl Değer [kj/kg]
CPH : Havanın Özgül Isısı [kj/Nm3.C]
tH : Ocağa Giren Hava Sıcaklığı [C]
Vo : Ocak Hacmi [m3]
VH : Havanın Hacimsel Debisi [Nm3/h]
Ocak hacminin büyük tutulması ile alev ve ızgara radyasyonundan daha iyi
faydalanır. (Ocak Yükü Düşer)
qo nun büyük tutulması ile sirkülasyon olur. Bir kısım yakıt yanmasını
tamamlayamadan ocağı terk eder. Eksik yanma ve iş kaybı olur. Ocak sıcaklığı yüksek
olacağından ergiyen kül ızgara aralıklarını tıkar refrakter malzeme bozulur.
Ocak İçindeki Radyasyon
Gaz Işınımı(ℇg)
Duman gazı içindeki bütün bileşenler ışınım ile ısı alıp verirler. Duman gazı
ışınımında sadece karbondioksit ve su buharı ışınımı dikkate alınacaktır.
İs Işınımı(ℇa)
Duman gazı içerisindeki kömür zerreciklerinin yaptığı ışınımdır.
Alev Işınımı(ℇd)
İkisinin yaptığı ışınımın bileşkesidir.
Radyasyon her ortamda yayınır, kondüksiyon ve konveksiyon ise sadece maddesel
ortamlarda gerçekleşir.
Ocak Sıcaklığı Hesabı
hteo = (no . Hu . ṁyakıt + mH . CPH . TOrtam) / (ṁDG) [kj/h.m3]
hteo : Teorik Entalpi [kcal/kg]
no : Ocak Verimi {%80 - %96]
Hu : Alt Isıl Değer
mH : Hava Debisi [kg/h]
CPH : Hava Özgül Isısı
ṁDG : Duman Gazı Debisi [kg/h]
İç Ocak
Etrafında su borularının bulunmadığı durumdaki ocağa iç ocak denir. Bu durumda
en yüksek ocak sıcaklığı vardır.
Dış Ocak
Etrafında su borularının olduğu durumdaki ocağa denir. Bu durumda ocak içindeki
gerçekleşen sıcaklık en düşük sıcaklıktır.
Ocak etrafında su ile alışverişin olmadığı en yüksek sıcaklığa teorik sıcaklık,
entalpiye ise teorik entalpi denir.
Ocak İçindeki Isı Transferi
qo = qo,ışınım + qo,taşınım
Ocak içinde her zaman ışınım taşınıma göre daha büyüktür. Kazanın ocak dışındaki
kısımları ise;
qo,taşınım > qo,ışınım
qo,ışınım = F . Ao . σ . (To4 - Td4)
F = f(ℇg , ℇa , ℇd)
Ao = Ocak Yüzey Alanı
σ = Stefan Boltzman Sabiti = 5,67.10-8 [kcal/m3.h.K4]
To = Ocak Sıcaklığı [K]
Td = Ocağın Duvar Sıcaklığı [K]
Td = Tkaynayan su + 50 C + 273,15 C
F = 0,45 + 0,6 (0,5 alınır)
Ocakta ışınım ile ısı transferi çok büyük olduğu için (%85 - %90) taşınım yazılmaz.
Yerini “k” gibi bir katsayıya bırakır. Burada k>1 olmalıdır.
qo,ışınım = k . F . Ao . σ . (To4 - Td4)
Kazandaki Kayıplar
Yakıt
Su
Kazan
Buhar
ṁb = Buhar Kütlesel Debisi (kg/s)
ṁy = Yakıt Kütlesel Debisi ((kg/s)
ƞt = (ṁb.(hbuhar - hsu) / (ṁy.Hu) (Termik Verim)
1. Baca Kaybı (zb)
Bu kaybı azaltmak için baca sıcaklığını düşük tutmak gerekir. Kazanlarda görülen
en büyük kayıptır.
zb = (ṁg.cpg(Tb - To)) / Hu < 1
ṁg = Toplam Duman Gazı miktarı
cpg = Duman gazının ortalama özgül ısısı
Tb = Baca Sıcaklığı
To = Kazan dairesi ortam sıcaklığı (27 C alınır)
zb = (ṁgk.0,24.(Tb - To) + ṁg3.0,48.(Tb - To)) / 1.Hu < 1
ṁgk = Kuru Duman gazı miktarı
ṁg3 = Duman gazı içerisindeki su buharının miktarı
Bu kaybı azaltmak için baca sıcaklığı mümkün olduğunca düşük tutulmalıdır.
2. Yanmayan C Kaybı (zy)
Yanmayan kömürlerdir. Sıvı ve gaz yakıtlarda dikkate alınmaz.
3. Radyasyon ve Konveksiyon Kayıpları (zrk)
kazan yüzeyinden olan kayıplardır. Azaltmak için kazanı iyi izole etmek gerekir. %0,5 - 1,2
arasında değişir Büyük yüzdeler küçük kazanlar için küçük yüzdeler ise büyük kazanlar
içindir.
Ödev: Niçin büyük yüzdeler küçük kazanlar içindir ?
4. Eksik Yanma Kaybı (ze)
ze = ((CO/CO + CO2).5730.C) / Hu
1 kg C
(CO2)
8100 kcal/kg
1 kg C
(CO)
2370 kcal/kg
Toplamda ise = 10470 kcal/kg
C
Yakıt içinde yanan karbon miktarı
Gaz ve sıvı yakıtlı ocaklarda bu kayıp dikkate alınmaz
5. Cüruftan İleri Gelen (Duyulur + Gizli) Isı Kaybı (zh)
Sıcak küllerin dışarı atılmasından dolayı olan kayıptır.
6. Dikkate Alınmayan Kayıplar ve Emniyet Payı (zm)
- Blöf yapma kaybı
- Kazanın aralıklı çalışması
zm = %1,5 olarak eklenir.
ƞt = 1 - (zb - zy - zrk - ze - zh - zm)
Buharın Kullanılma Nedenleri
- İdeal bir ısı taşıyıcı olması
- Küçük çaplı borularla daha çok ısı taşınabilmesi
- Çevre dostu olması
- Geri kazanımı ile enerji tasarrufu sağlanabilir. Akışkanın taşınması kendi basıncıyla
gerçekleşir, pompaya gerek yoktur. Dolayısı ile maliyeti düşüktür.
- Sıcaklık kontrolünü çok hassas biçimde gerçekleştirmek mümkündür.
- Buhar tesisattaki korozyon riskini azaltır.
- Küçük çaplı borularla iletilmesi nedeniyle ısı kaybı daha azdır.
- Yatırım gideri azdır.
- Buhar emniyetlidir, alevlenme özelliği yoktur.
- Saf maddedir.
Dezavantajları
- Yüksek enerji ve basınç olduğundan kontrolü yapılmalıdır.
Buharın Kullanım Alanları
- Petrokimya
- Termik santrallerde (Elektrik Üretimi)
- İlaç ve gıda endüstrisinde (Sterilizasyon Amacıyla)
- İnşaat malzemeleri endüstrisinde
- Buharlı ısıtma sistemleri
- Rafinerilerde
- Kimyasal proseslerde
- Gıda endüstrisinde
- Gübre endüstrisinde
- Kağıt endüstrisinde
- Ahşap işletmesi ve şekillendirilmesi vb. yerlerde
Kazanlar
A. Su Borulu Kazanlar
Hava ön ısıtmaya maruz bırakılır. EKO ile besleme suyu ısıtılarak verim arttırılır. Su
besleme suyu buhar deposundan sonra EKY’ ye gelir. Daha sonra alt depodan alınan bir
boru ile dağıtıcıya iletilir. Ocağın etrafından borulara dağıtılarak buhar oluşturulur.
Kızdırıcılarda kızdırılır. Kazaz yüksekliği 70 - 80 m civarındadır. Ocak üzerinde su
borulardan yukarı çıktıkça buharlaşır.
B. Boruların İçerisinden Gaz Geçen Kazanlar
1. Alev Borulu Kazanlar
2. Duman Borulu Kazanlar
Ocaktan suya ısı geçisi yoktur. (Refrakter Ocak). Boruların içinde D.G , dışında su
vardır. D.G suyu ısıtmaktadır.
3. Alev Duman Borulu Kazanlar(Skoç)
Ocakta yanan yakıt etrafına ısı verir. Tuğla duvar yoktur. Su ısıyı hem ocaktan
hemde D.G’ dan almaktadır. Bu kazanlar daha mukavemetlidir. Isıtma yüzeyleri 500 m2 ve
20 bar basınca kadar yapılabilirler. kazan boyu fazla ise kazan sacı dalgalı yapılabilir.
Ayrıca çekişin daha iyi olması için borular eğimlidir.
A. Su Borulu Kazanlar
• Su boruların içindedir.
• Yüksek basınçta çalışır.
• Yüksek kapasitelidir.
• Yüksek verimlidir.
• Termik santrallerde kullanılır.
• Yeri ilk ateşlendiklerinde çabuk rejime girerler.
• Birim kapasite başına su hacmi azdır.
• Yük değişimi (buhar kapasitesi) çabuk etkilenirler.
• Buhar deposundan çıkan buharın kuruluk derecesi küçüktür.
B. Boruların İçerisinden Gaz Geçen Kazanlar(Skoç)
• Su boruların dışındadır.
• Düşük basınçta çalışır.
• Düşük kapasitelidir.
• Düşük verimlidir.
• Sanayide ve ısıtmada kullanılırlar.
• Çabuk rejime girmezler.
• Su hacmi fazladır.
• Yük değişiminde çabuk etkilenmezler.
• Çıkan buharın kuruluk derecesi daha iyidir.
İKİ DEPOLU VE SU BORULU KAZAN
PROBLEM: Ocak yüzeyi 10 m2 olan ve 2 bar basıncında buhar üreten kazanda Hu = 104
kcal/kg olan sıvı yakıt yakılmaktadır. Ocakta buhar üretimi için gerekli ısının taşınımla
transfer olan kısmı ışınımla transfer olanın %20 si olduğuna göre ocak sıcaklığını bulunuz.
Verilenler;
Ocak verimi %100
D.G. ıslaklığı %6
mDG = 17 kg/kgy
ṁyakıt = 120 kg/h
ÇÖZÜM:
Not: Ocak sıcaklığı genelde 900 - 1000 C arasında değişir.
To = 964 C
qo = mDG . (hteo - ho) (1.yol)
qo,ışınım = k . F . Ao . σ . (To4 - Td4) (2.yol)
mDG = mH + my
1.yol
hteo = (no . Hu . ṁyakıt + mH . CPH . TOrtam) / (ṁDG) [kj/h.m3]
hteo = (1 . 120 . 104 + (17 - 1) . 0,24 . 27 ) / 17
hteo = 594 kcal/kg
Duman gazı tablosundan; %6 Rutubet yüzdesi ve 964 C duman gazı sıcaklığı için;
ho = 260 kcal/kg
qo = 17 (kg/kgy).120 (kg/h).(594 (kcal/kg) - 260 (kcal/kg))
qo = 700000 kcal/h
2.yol
qo = qo,ışınım + qo,taşınım
qo = qo,ışınım + %20.qo,ışınım
qo = 1,2 . qo,ışınım
k = 1,2
Td = Tkaynayan su + 50 C + 273,15 C
Mollier Diyagramından; 2 bar’ın, x = 1 i kestiği noktanın sıcaklığı;
Tkaynayan su = 120 C okundu
Td = 120 + 50 C + 273,15 C
Td = 443 C
To = 964 + 273 = 1207 K
qo,ışınım = 1,2 . 0,5 . 10 . 4,88.10-6 . (12074 - 4434)
qo,ışınım = 701 00 kcal/kg
PROBLEM: 1000 ° C sıckalığındaki bir kazan ocağında 15 bar basınçta 2 kg/sn D.G
üretilmektedir. Besleme suyunun kazana giriş sıcaklığı 80 ° C ve ocak yüzeyi 60 m2
olduğuna göre; ısının yüzde kaçı ışınımla gerçekleşmiştir.
ÇÖZÜM:
qo = mDG . (hteo - ho) = k . F . Ao . σ . (To4 - Td4)
ho = C p . T
Molier diyagramından; 15 bar çizgisinin x = 1 i kestiği noktadaki;
Tdoyma = 198,3 ° C = Tkaynayan su (sağ)
hteo = 2792 kj/kg= 667 kcal/kg (sol) (Alt ısıl değer verilmediği için)
Td = 50 + 198,2 + 273 = 521,3 K
To = 1000 C = 1273 K
k . 0,5 . 60 . 5,67 . 10-8 [12734 - 521,34] = 2 kg/s . (667 . 4,185 - 1 . 80 .4,185)
k’yı çekersek;
k = 1,13
1 / 1,13 = qışınım = 0,884
PROBLEM: Ocak yüzeyi 12 m2 olan bir kazanda buhar üretilmektedir. k = 1,1 , hteo = 545
kcal/kg, D.G ıslaklığı %10, mDG = 2000 kg/h ve ocak sıcaklığı 900 C olduğuna göre
kazanın işletme basıncını bulunuz.
Verilenler;
A = 12 m2
k = 1,1
hteo = 545 kcal/kg
D.G ıslaklığı %10
mDG = 2000 kg/h = 0,55 kg/sn
To = 900 C = 1173 K
ÇÖZÜM:
qo = mDG . (hteo - ho)
= k . F . Ao . σ . (To4 - Td4)
To = 900 + 273 = 1173
Duman Gazı diyagramından 900 C ve %10 için ocak entalpisi ho = 248,1 kcal/kg
mDG . (hteo - ho) = k . F . Ao . σ . (To4 - Td4)
2000 . (545 - 248,1) = 0,5 . 4,88 . 10-8 . 12 . 1,1 . (11734 - Td4)
472 = Tkaynayan su + 50 C + 273,15 C
Tkaynayan su = 149 C
Mollier diyagramından x = 1 ve Tkaynayan su = 149 C için;
P = 4 bar okunur.
PROBLEM: İki depolu bir buhar kazanında 30 bar ve 300 C de 15 ton/saat buhar
üretilmektedir. Kullanma yerlerinde 80 C de yoğuşmuş olarak gelen buhar 15 C deki
takviye suyu ile karıştırıldıktan sonra ekoya verilmektedir.
Verilenler;
Hu = 10000 kcal/kg
mDG = 16 kg/kgy
ƞt = %80
Duman gazı ıslaklığı % 6
Duman gazının ekodan çıkış sıcaklığı = 200 C
Ocak sıcaklığı 1000 C
Ekodaki su sıcaklığındaki artış = 120 C
Takviye edilen su miktarı 2 ton/h
Eky toplam ısı transfer katsayısı 60 kcal/m2.h.K
a) Kazan şeklini çiziniz.
b) Eky kaç m2 dir.
c) Ocakta absorblanan ısı nedir.
d) Baca kaybını bulunuz.
ÇÖZÜM:
a)
30 bar ve 300 C’ de doyma eğrisinin üstünde kestiği için buhar kızgın buhardır yani
sistemde kızdırıcı vardır. Aynı zamanda yanındaki entalpi değerleri ise kızdırıcıya giriş ve
çıkış değerleridir.
hteo = 272 kcal/kg (D.G tablosundan 1000 C ve %6 için okundu)
b) qkız = ṁbuhar . ( hç - hg )
= ṁy . ( hteo - hç )
qkız = 15.103 . ( 715 - 670 ) = ṁy . ( 272 - hç )
“ṁy“ bulmak için;
Besleme Deposundaki Dengeden:
2.(1.15) + 13.(1.80) = 15.hbes
hbes = 71,33 kcal/kg
Tbes = 71,33 C
ƞt = 0,8 = Alınan / Verilen = (15.103 . (715 - 71,3)) / (ṁy . 10000)
ṁy = 1207 kg/h
qkız = 15.103 . ( 715 - 670 ) = 1207 . 16 . ( 272 - hç )
hç = 237 kcal/kg (D.G kızdırıcıdan sonra düşen entalpi)
D.G tablosundan hç = 237 kcal/kg ve %6 için;
T = 895 C (kızdırıcıdan çıkış)
qeko = ṁbesleme .ΔT
= ṁD.G . ( h - hç )
D.G tablosundan 200 C ve %6 için hç = 50 kcal/kg okundu
qeko = 15.103 . 120
= 1207 . 16 . ( h - 50 )
h = 143 kcal/kg
D.G tablosundan h = 143 kcal/kg ve %6 için T = 533 C okundu. (Eko ya giriş)
qeky = u . A . ΔTm
= ṁD.G .ΔT
ΔTm = ((895 - 234) - (533 - 234))/ln((895 - 234)/(533 - 234))
ΔTm = 456 C (Eky deki sıcaklık değişimi)
qeky = 60 . A . 456
= 1207 . 16 . (237 - 143)
A = 65.6 m2
qeky = 1815328 kcal/h
c) 15.103 . (670 - (71.3 + 120.1)) = qeky + qo
qo = 5,3 . 106 kcal/h
d) zb = (ṁg.cpg(Tb - To)) / Hu < 1
zb = (16 . (50 - 0,24 . 27)) / Hu = 0,07 = %7
PROBLEM: İki depolu bir buhar kazanında Hu = 5000 kcal/kg olan yakıttan 6000 kg/h
yakılarak 50 bar ve 450 C deki buhardan 35 ton/h elde edilmektedir. kazanın ƞt = %81 ise;
a) Besleme suyunun giriş sıcaklığını
b) Kızdırıcı ısısını hesaplayınız.
ÇÖZÜM:
a)
Kızdırıcı vardır.
ƞt = 0,81 = Alınan / Verilen = (15.103 . (715 - hbes)) / (6000 . 5000)
hbes = 98 kcal/kg , Tbes = 98 C
b) qkız = ṁbuhar . ( hç - hg )
qkız = 35000 . (792 - 666 )
qkız = 4400000 kcal7h
PROBLEM: Skoç tipi bir buhar kazanı 11 bar ve 230 C’ de 1400 kg/h buhar üretmektedir.
Verilenler:
D.G’ nın kısa borulara giriş sıcaklığı 1000 C
D.G’ nın kısa borulardan çıkış sıcaklığı 550 C
Baca sıcaklığı 300 C
mDG = 2000 kg/saat
Besleme suyu sıcaklığı
D.G’ nın özgül ısısı 0,3 kcal/kg.K
Uzun borulardaki toplam ısı transfer katsayısı 2,5 kcal/m.h.K
a) Ocakta absorblanan ısıyı
b) Uzun boruların toplam ısı transfer yüzey alanını hesaplayınız.
ÇÖZÜM:
Kızdırıcı vardır.
a) qtop = ṁbuhar . ( hç - hbesleme suyu ) = qo + qkısa boru + qkızdırıcı + quzun boru
qtop = 1400 . ( 692 - 1.80 ) = qo + ṁDG . c . (Tk.boru.g - Tbaca)
qtop = 1400 . ( 692 - 1.80 ) = qo + 2000 . 0,3 . (1000 - 300)
qtop = 0,44.106 kcal/h
b) qkız = ṁbuhar . (Tkız.g - Tkız.ç)
= ṁDG . (Tk.bor.ç - Tu.boru.g)
qkız = 1400 . (692 - 664)
= 2000 . 0,3 . (550 - Tu.boru.g)
Tu.boru.g = 485 C
qkız = k . A . ΔTm = ṁDG . (Tu.boru.g - Tbaca)
ΔTm = ((485 - 183) - (300 - 183))/ln((485 183)/(300 - 183))
ΔTm = 195 C
qkız = k . A . ΔTm = ṁDG . (Tu.boru.g - Tbaca)
qkız = k2,5 . A . 195 = 2000 . (485 - 300)
A = 22,7 m2
PROBLEM: Skoç tipi buhar kazanında 8 bar ve 300 C’ de 4000 kg/h buhar üretiliyor.
Verilenler:
ṁyakıt = 305 kg/h
ṁDG = 17 kg/kgy
Yakıt debisi = 120 kg/h
Hu = 10000 kcal/kg.K
Tbesleme = 80 C
TD.G.u.boru.g = 500 C
Tbaca = 260 C
ΔTk.boru = 200 C
a) Kazanın ısıl verimi ?
b) Baca kaybını hesaplayınız.
c) Ocakta absorblanan ısı miktarı nedir?
ÇÖZÜM:
Kızdırıcı vardır.
a) ƞt = 0,8 = Alınan / Verilen = 4000 . (730 - 1.80) / 305 . 10000
ƞt = 0,853
b) zb = (17 . 0,28 . (260 - 27)) / Hu
zb = 0,111
c) qo + qkısa boru + quzun boru = ṁbuhar . ( hç - hbesleme suyu )
qo + 305 . 17 . 0,28 . 200 + 305 . 17 . 0,28 . (500 - 260) = 4000 . ( 660ç - 1 . 80 )
qo = 1,68 . 106 kcal/h