Etiket Arşivleri: buhar kazanı

Özel Buhar Kazanları ( Sencer GÜMÜŞ )

ÖZEL BUHAR KAZANLARI

SENCER GÜMÜŞ 2006113053

BURAK İŞLİYEN 2008113068

Klasikleşmiş yöntemlerden farklı olarak buhar üreten cihazlar vardır. Verimin, buhar yükünün, basıncının, ve sıcaklığının her geçen gün daha büyük değerlerde istenmesi, klasik yakıtlarda yaşanılan sıkıntılar nedeniyle farklı yakıtlardan elde edilen ısı enerjisinin kullanılması ve bazı özel çalışma şartlarını yerine getirmek amacıyla özel buhar kazanları geliştirilmiştir.
Buhar yükünü artırabilmek için bu tip kazanların çoğunda su sirkülasyonu ilave bir pompa ile sağlanır. Doğal sirkülasyonlu kazanlar en fazla 180 bar basınç ile sınırlıdır. Kritik basınca (221.2 bar) yakın ve kritik basıncın üzerindeki değerlerde, su ile buhar arasındaki yoğunluk farkı, su sirkülasyonu için yeterli değildir.
Doğal sirkülasyonlu kazanlarda borularda dolaşan su debisi; basınç, kapasite ve depolar arası yüksekliğe bağlı olarak, üretilen buhar debisinin 5-40 katıdır. İniş borularında buhar oluşabilmesi nedeniyle, özellikle basıncı değişken işletmeler için depolu doğal sirkülasyonlu klasik kazanlar uygun değildir. Böyle durumlar ve basıncın 180 bar üzerinde istenen işletmeler için zorlanmış sirkülasyonlu veya zorlanmış akışlı kazanlar geliştirilmiştir.
Bu tip özel kazanlarda yükseklikten kazanç sağlanabildiği gibi, doğal sirkülasyonlu kazanlarda buhar cebi oluşmaması için borularda yapılması gerekli eğim zorunluluğu da yoktur.
ÖZEL KAZAN TİPLERİ
-LA MONT TİPİ BUHAR KAZANI
-BENSON TİPİ BUHAR KAZANI
-SULZER TEK BORULU BUHAR KAZANI
-SCHMIDT-HARTMANN BUHAR KAZANI
-LOFFLER BUHAR KAZANI
-VELOX BUHAR KAZANI
-ARTIK ISI KAZANLARI
Bunların yanı sıra Magneto Hidrodinamik yöntem (MHD), akışkan yataklı kazanlar ve nükleer reaktörlerde buhar üretimi yapmak mümkündür.
LA MONT TİPİ BUHAR KAZANI
Doğal sirkülasyonlu kazanlarda basınç artırıldığında iniş borularındaki suyun özgül ağırlığı ile buharlaştırıcı borulardaki su-buhar karışımının özgül ağırlığı arasındaki fark gittikçe küçülür. Bu durum sirkülasyonun sağlanabilmesine engel olur. Doğal sirkülasyonlu bir kazan için mümkün olabilen en yüksek çalışma basıncı 180 atü dolaylarındadır. Bu değer aşıldığında sirkülasyon sağlanamaz.
Doğal sirkülasyonlu kazanların bu sınırlaması, zorlanmış sirkülasyonlu kazanların yapımını gerektirmiştir. Zorlanmış sirkülasyonlu kazanlara yapımcısının adından dolayı La Mont kazanları da denilmektedir.
NASIL ÇALIŞIR?
La Mont tipi kazanların doğal sirkülasyonlu kazanlardan farkı, iniş borularından aşağıya inen suyun bir pompa ile buharlaştırıcı borulara basılmasıdır. Kazandaki boru dirençlerinin yenilebilmesi için, pompanın 2-3 atü’lük bir basınç sağlaması gereklidir. Besleme suyu ekonomizörden geçtikten sonra bir depoya girer. Bu depodan alınan su, toplam gücün yaklaşık %0,6’sını emen bir pompa ile asıl ısıtma yüzeyleri içinden dolaştırılarak doymuş buhar haline getirilir. Depodan doymuş buhar olarak alınan buhar, kızdırıcıdan geçirilerek işletmeye gönderilir.
Sirkülasyon pompası saatteki buhar üretiminin 5-8 katı su dolaştıracak kapasitede seçilir. Asıl ısıtma boruları içinden yaklaşık 6/7 oranında su geçerken, 1/7 oranında buhar geçer. Buhar ve su depoda birbirinden ayrılır. Suyun asıl ısıtma borularına girişini ayarlamak için özel valfler kullanılmaktadır. Bu valfler her bir boruda aynı miktarda ve darbesiz olarak su akışını sağlar.
GENEL ÖZELLİKLERİ NELERDİR?
La Mont tipi buhar kazanının kapladığı hacim ve yükseklik fazla değildir. Bu sebeple araçlarda ve gemilerde küçük ve büyük kapasitelerde kullanılabilirler. Doğal sirkülasyonlu kazanlarda buhar deposunun boru demetinin üst kısmına konulması zorunluluğu zorlanmış sirkülasyonla çalışan La Mont kazanlarında yoktur. Son yıllarda zorlanmış sirkülasyon prensibi, mevcut alev duman borulu ve doğal sirkülasyonlu su borulu kazanlara ön ocak ilave edilmesi halinde, ön ocak duvarlarına yerleştirilen boru içindeki akış haline de uygulanmaktadır.
BENSON TİPİ BUHAR KAZANI
Benson tipi buhar kazanları tek geçişli boru düzeninden meydana gelmiştir ve kazanın ekonomizör, buharlaştırıcı ve kızdırıcı bölümleri art arda sıralanmıştır. Besleme suyu pompasının basıncı ile kazan borularının bir ucundan giren su, diğer uçtan kızgın buhar olarak çıkar. Buharlaştırıcılar önceden dikey pozisyonda yerleştirilirdi. Baca gazı sıcaklığı düşük olan Benson kazanlarında (800 °C) ise ayrıca bir de son buharlaştırıcı bulunmaktaydı. Görevi tuzların ayrılmasını sağlamaktı. Ancak su hazırlama tekniğinin yeterince gelişmesi sebebiyle bu elemana gerek kalmamıştır.
NASIL ÇALIŞIR?
Benson kazanında suyun kritik noktada (221.2 bar 373.15 °C) gizli ısı almadan buharlaşması özelliğinden yararlanılmaktadır. Önceleri bu kazan kritik üstü basınçlar için yapılmışsa da günümüzde 75-150 bar basınçlarda daha çok kullanılmaktadır. Su aynı boru içinde ısıtılıp buharlaştırılıp kızdırılmaktadır. Bu nedenle sistemde dram bulunmaz. Bu sayede yüksek basınçlarda buhar üretimi mümkündür. Ayrıca su seviye göstergesi ve regülatörü gibi elemanlara gerek duyulmadığından konstrüksiyonu biraz daha basittir. Sistemin sonunda emniyet subabı bulunur.
Buhar-su karışımının kuru buhara dönüştüğü boru iç kısmında tuz tabakası oluşabilir. Bu sebeple besleme suyu çok iyi arıtılmalıdır. Yine de zaman zaman kazan durdurulup, boruların içinden yalnızca su geçirilerek tuz tabakası eritilir ve dışarı atılır.

Benson kazanının su hacmi az olduğundan rejime girmesi 15-20 dakika sürer. İlk çalışma esnasında elde edilen sıcak su bir toplama kabında toplanır ve sonradan bu kaptan pompa yardımı ile alınan su buharlaştırılarak sisteme dahil edilir.
GENEL ÖZELLİKLERİ NELERDİR?
Benson kazanında buhar dramı olmaması sebebiyle buhar yüklerindeki değişimlerin karşılanması zordur. Bu nedenle yük ihtiyacının düzenli olduğu yerlerde kullanılması daha uygundur. Diğer bir sakıncası ise yük kayıpları fazla olduğundan besleme suyu pompaları fazla güç çeker.
Kritik ve kritik üstü basınçlara bu tip kazanlarla çıkılabilir. Boru çapları küçük olduğundan patlama riski azdır. İşletilmesi diğer tiplere nispeten daha kolaydır.
Benson kazanlarında yük ayarını iyileştirmek için, yol verme esnasında ve yükün azaldığı zamanlarda kullanılmak üzere buharlaştırma devresine ilave olarak yardımcı bir ısıtma yüzeyi konulabilir. Yardımcı ısıtma yüzeyi esas ısıtma yüzeyi ile belirli bir oranda kalarak yük değişimlerini daha hızlı bir şekilde karşılar. İstenirse işletme koşullarına göre sisteme ara kızdırıcı ilave edilebilir.

Santrallerin düşük yükte çalıştırılabilme olanaklarının artırılması ve devreye alma süresinin kısaltılabilmesi için günümüzde seperatör eklenmesi yoluna gidilmektedir. Buharlaştırıcı çıkışına eklenir ve bu yolla su ve buharın birbirinden tam olarak ayrılmaları sağlanır. Böylece kazanın devreye alınması, çıkartılması ya da düşük yüklerde çalıştırılması sırasında kızdırıcıdan daima kuru buhar geçmesi sağlanır.
SEPERATÖRLÜ BENSON KAZANLARI
Seperatörlü Benson kazanları, diğer Benson kazanlarına oranla çok daha kısa zamanda devreye girebilirler. Her iki tip kazanda da hem sabit hem değişken basınçla işletilebilir.
Devreye girme sırasında bir sirkülasyon pompası, seperatörde buhardan ayrılan suyun ön ısıtıcıdan ve buharlaştırıcıdan geçirilerek yeniden sirküle edilmesini sağlar. Bu şekilde yanma odası borularının da yeteri kadar soğutulması sağlanmış olur.
Bu sirkülasyon pompası, düşük yüklerde çalışılması sırasında da devreye alınır. Pompanın bastığı su, ön ısıtıcılardan geçerek buharlaştırıcı borulara gelmektedir. Buharlaştırıcıdan çıkan ıslak buhar, seperatöre gelmekte ve burada tıpkı dramlı kazanlarda olduğu gibi su ve buhar birbirinden ayrılmaktadır. Su sirkülasyon pompası tarafından yeniden sirküle edilmekte, buhar ise kızdırıcılardan geçtikten sonra işletmeye gönderilmektedir. Normal işletme sırasında ise buhar karakteristiklerinin yeterli olması nedeniyle pompa durdurulmakta ve kazan seperatörsüz Benson kazanı gibi çalıştırılmaktadır.
SULZER TEK BORULU BUHAR KAZANI
Sulzer kazanı prensip olarak Benson kazanına benzer. Burada fark olarak asıl ısıtma yüzeylerinden gelen ıslak buhar içindeki su ve kuru buhar bir ayırma şişesinde birbirinden ayrılır. Böylece buharlaşma sırasında oluşan tuzlar bu ayırma şişesinden blöf yoluyla dışarı atılır. Blöf miktarını buhar yüküne göre ayarlamak mümkündür. Üretilen buharın basınç ve sıcaklığı ara termostat yardımı ile kontrol edilebilir.
Ara termostat kazan beslemesi ile son termostat ise ilave su girişi ile irtibatlıdır. Bu şekilde hassas bir buhar çıkış sıcaklığı elde edilebilir. Bu termostatlar sayesinde yalnız kazandaki buhar basıncı sabit tutulmakla kalmaz, buhar türbini de değişken sıcaklıklara karşı emniyet altına alınır. Artı ve eksileri Benson kazanındakiler gibidir. Güç ayarının hassas olarak yapılabilmesi ilave bir üstünlüktür.
GENEL ÖZELLİKLERİ NELERDİR?
Benson kazanının seperatörlü olarak dizayn edilmeye başlaması ile; Sulzer ve Benson kazanları arasında ilke yönünden hemen hiçbir fark kalmamıştır. Sulzer kazanında boru çapları daha büyüktür. Bu nedenle Sulzer kazanında kullanılan suyun Benson kazanlarındaki kadar saf olmasına gerek yoktur. Buharlaştırıcı çıkışına monte edilmiş olan seperatörden önceleri kazan suyunun ortalama %5’i dışarı alınarak tuzların temizlenmesi sağlanırdı. Su hazırlama tekniği geliştiği için günümüzdeki kullanımı azalmıştır.
SCHMIDT-HARTMAN BUHAR KAZANI
Diğer kazanlardan farklı olarak bu kazandaki buhar üretimi iki devrede gerçekleştirilir. Birinci devrede duman gazlarının ısısından yararlanılarak elde edilen buhar ikinci devredeki suyu buharlaştırmak için kullanılır. Birinci devredeki su çok iyi arıtılmıştır ve kapalı sistem olarak çalışır. Bu devrede sızıntı dolayısıyla olan su kaybı saf kondens suyu ile karşılanır. İkinci devredeki suyun çok arıtılmasına gerek yoktur.
Buharlaştırıcı yüzeylerinin dış tarafı, sistem kolayca sökülüp temizlenecek şekilde dizayn edilmelidir. İkinci devredeki suyun fazla arıtılmaması Schmidt-Hartman kazanlarının başlıca üstünlüğüdür. Buna karşılık buhar üretimi için diğer kazanlardan daha fazla boru donanımına gerek vardır. Buhar yükündeki değişimlerin karşılanması zaman alır.
Schmidt-Hartman kazanlarında birinci devredeki basınç ikinci devredekinden yaklaşık 50-100 bar fazladır. Isı transferinin uygun şekilde gerçekleşebilmesi için iki devredeki buhar sıcaklıkları arasında en az 50 °C fark olmalıdır.
LOFFLER BUHAR KAZANI
Schmidt-Hartman kazanında olduğu gibi Loffler kazanında da buhar üretimi dolaylı olarak gerçekleştirilir. Kazanın üç ana elemanı sırasıyla buharlaştırma deposu, buhar sirkülasyon pompası ve kızdırıcıdır. Buhar sirkülasyon pompası buharlaştırma deposundan aldığı doymuş buharı kızdırıcı içinden geçirir. Dolaşan buharın yaklaşık 1/3’ü işletmeye gönderilirken kalanı kızgın olarak tekrar buharlaştırma deposuna geri gönderilerek depodaki suyun buharlaşması sağlanır.
Bu üretim şekliyle suyun borular içerisinde buharlaşması esnasında ortaya çıkan problemler çözülmüştür. Böylece kazan besleme suyunun fazla arıtılmasına gerek yoktur. İşletmeye gönderilen buharın kızma sıcaklığı sabittir. Kazanın patlama tehlikesi yoktur. İşletmenin buhar çekişindeki ani kesintilerde bile kızdırıcı boruları tehlikede değildir. Çünkü bu borudan akan buharın debisi sabittir.
GENEL ÖZELLİKLERİ NELERDİR?
Buharlaşma esnasında oluşan tuzlar blöf işlemi atılır. Buhar pompasının devri değiştirilerek kızgın buhar sıcaklığını ayarlamak mümkündür. Pompa devri artırılarak kısa zamanda pik yük durumu karşılanabilir. Borulardaki basınç düşümü 3-5 bar kadardır. Buhar pompası toplam gücün %3 ‘ünü yutar.
Bu tip kazanların boru donanımının diğer kazanlara göre karmaşık olması, kızdırıcı borularındaki sıcaklığın yüksek olması sebebiyle buralarda özel malzeme kullanımı gerekliliği bu kazanın dezavantajıdır. Ayrıca kazanın devreye girebilmesi için ek bir buhar sistemine gerek vardır.
Loffler kazanı ocağında her türlü yakıt yakılacak şekilde dizayn edilebilir. Şekilde toz kömür ocaklı 60 t/h buhar kapasiteli bir Loffler kazanı görülmektedir. Tek çekişli olan bu kazanda bütün ısıtıcı yüzeyler birbiri üzerine sıralanmış haldedir. Cehennemliğin her tarafı radyasyonlu kızdırıcı boruları ile doldurulmuştur. Küllüğün üzerine gelen borular cüruf ve kurumun düşmesine imkan sağlamak için ayrık döşenmiştir. Ekonomizörden sonra konmuş olan Ljungstorm tipi hava ısıtıcısı ile de yakma havası ısıtılır.
VELOX TİPİ BUHAR KAZANI
Velox kazanının yanma odası basınç altındadır. Bu kazan tipinde yalnızca sıvı ya da gaz yakıtlar kullanılır. Yanma sonucu meydana gelen baca gazları, yanma odasında yüksek basınç altında bulunduğundan ısı transferi artar ancak kazanın hacmi azalır. Bu kazan özel tesisler için düşünülmüştür. Örneğin Velox kazanlı küçük bir buhar santrali demiryolu vagonunun üzerine monte edilerek enerji ihtiyacı duyulan bir bölgeye getirilerek üretime geçirilebilir.
NASIL ÇALIŞIR?
Velox kazanlarında yanma havası bir kompresör yardımıyla sıkıştırılır dolayısıyla ısıtılmış olur. Kompresör, kazandan çıkan baca gazlarının döndürdüğü bir türbin yardımıyla çalıştırılır. Baca gazları türbine girmeden önce kızdırıcı ve besleme suyu ön ısıtıcısını da ısıtırlar.
Yanma hücresinde kül veya kurum bırakmayan gaz veya sıvı bir yakıt yakılır. Yanma odasına yakma havası bir kompresörden basınçlı olarak 1-2 bar basınçta gelir. Odadan 500 -600 °C çıkan duman gazları bir türbine girer. Bu gaz türbini basınçlı havayı sağlayan kompresörü çalıştırır. Gaz türbinden 400 °C sıcaklıkta çıkan duman gazları su ısıtıcısından geçirildikten sonra bacadan dışarı atılır.
Kazan besleme suyu, su ısıtıcısında ısındıktan sonra santrifüj bir buhar ayırıcısına gelir. Ayırıcının santrifüj olması nedeniyle buhar ile su birbirinden kolaylıkla ayrılır. Ayırıcıdan alınan su sirkülasyon pompası ile asıl ısıtma yüzeyleri içinden dolaştırılarak tekrar buhar ayırıcısına gelir. Ayırıcıdan alınan doymuş buhar ise kızdırıcıdan geçirilerek işletmeye gönderilir. Devrede dolaşan su buharlaşan suyun yaklaşık 10 katıdır.
Bu kazanlarda yanma sürekli olarak yapılabildiği için aynı içten yanmalı motorlara benzer olarak patlamalı şekilde de yapılabilir. Yanma hücresinin büyüklüğüne göre dakikada 40-50 patlama olabilir. Bu şekildeki sistemde hava akışı supaplar ile ayarlanır.

Ocak içindeki gaz hızlarının 100-200 m/s değerinde olması sebebiyle buradaki yük kaybı 0,5 bar değerine kadar çıkabilir. Velox kazanlarının ocak yükü diğer yanma tiplerindeki kazanlara göre 10 kat daha fazladır.
GENEL ÖZELLİKLERİ NELERDİR?
Diğer kazanlardan farklı olarak Velox kazanının ocağında çok yüksek gaz hızları vardır. Buradaki amaç gaz tarafındaki ısı taşınım katsayısını yükseltmektir. Bu sistemde güç makinesi ile buhar kazanı bir aradadır.

Ağırlık ve hacimlerinin az olması 10 dakika gibi kısa sürede rejime girmeleri verimlerinin %90’dan fazla olması başlıca üstünlükleridir.
Buna karşılık yalnızca sıvı ve gaz yakıt kullanılabilmesi, besleme suyunun iyi arıtılması gerekliliği, gaz türbini, kompresör, ilk hareket için elektrik motoruna gerek duyulması Velox kazanının eksileridir.
ARTIK ISI KAZANLARI
Endüstriyel işlemler sonucunda açığa çıkan yanıcı artıkların veya sıcak gazların değerlendirilmesi, hem enerji ve ham madde ekonomisi hem de çevre kirliliği açısından önemlidir. Artık ısı kazanları ile işletmenin buhar veya sıcak su ihtiyacının tamamı veya belirli bir yüzdesi karşılanabilir.
Pratikte;

– Sıcak duman gazları,

– Kimyasal işlemler sonucu çıkan ısı enerjisi,

– Yanıcı artıklar

kullanılarak artık ısı kazanları yapılabilmektedir.
SICAK GAZLARIN KULLANILDIĞI ARTIK ISI KAZANLARI
Bu kazanların karakteristik özellikleri, içlerinde bir ocak olmayıp başka işlemler sonunda açığa çıkan artık sıcak duman gazları ile çalışmasıdır. Ekonomik olarak 500 °C veya daha yüksek sıcaklıkta bulunan duman gazlarından yararlanılarak buhar elde etmek mümkündür. Klasik yanmalı kazanlarda duman gazları daha yüksek sıcaklıkta olduğundan, ısı transferi esas olarak radyasyonla olmasına karşın, artık ısı kazanlarında ısı transferi taşınımla olmaktadır.
Endüstride yüksek fırınlardan, dizel motorlarının ve gaz türbinlerinin egzozlarından, cam, petrokimya, çimento sanayindeki imalat işlemlerinin sonucunda çıkan gazlardan artık ısı kaynağı olarak yararlanılabilir.
Artık ısı ile çalışan buhar kazanlarının projelendirilmesinde ve seçiminde;

1) Gazın sıcaklığı, debisi, kimyasal yapısı, yanıcı, patlayıcı olabilmesi, korozif etkisi,
2) Gaz ile sürüklenebilen kurum ve toz miktarı, tozların cidarlara yapışabilme özelliği
3) Gazın basıncının, artık ısı kazanındaki yük kaybını yenip yenemeyeceği,
4) Artık ısı kazanını yerleştirmek için uygun hacim olup olmadığı tespit edilmelidir.
Projelendirme için yaklaşık 700 °C sıcaklıktaki gazlar için, gaz hızı 10-15 m/s seçilebilir. Gaz içinde yapışkan tozlar varsa, gazlar önce radyasyonla ısı transferinin olduğu su borulu yüzeylerden geçirilir, sonra taşınım ile ısı transferinin olduğu yüzeylere gönderilir. Artık ısı kazanlarında genelde yük kaybı 250-1000 Pa değerindedir. Dizel egzozuna konan artık ısı kazanlarında bu değer 1,5 kPa basınca kadar çıkabilir. Duman borulu artık ısı kazanları, genellikle duman gazının temiz olması halinde ve gaz sıcaklıklarının izafi olarak düşük olması hallerinde uygundur. Bu tiplerde duman boruları klasik duman borulu kazanlardaki duman borularından daha küçük çaplı ve eksenleri arasındaki uzaklık daha az olacak şekilde seçilir.
Eldeki artık duman gazları nispeten yüksek basınçta, yüksek sıcaklıkta ve fazla miktarda ise artık ısı kazanları su borulu tipten yapılabilir. Bu kazanların belli başlı uygulama yerleri; çelik, bakır, kurşun, çimento sanayinde görülebilir. Su boruları üzerinde biriken kurum ve tozlar, zaman zaman uygun yerlere yerleştirilen kurum üfleyiciler ile temizlenebilir.
Dizel motorları egzozlarından çıkan duman gazları, ya zorlanmış akışlı bir buhar kazanından ya da duman borulu bir buhar kazanından geçirilerek, egzoz gazlarının %30-%40 ısı enerjisi geri kazanılabilir. Çıkan duman gazlarının sıcaklığı dört zamanlı motorlarda 450 °C, iki zamanlı motorlarda 300 °C civarındadır. Dört zamanlı motorların bir beygir gücüne karşılık 5-10 kg/h, iki zamanlı motorlarda ise 10-20 kg/h egzoz gazı elde edilir. Pratik olarak dizel motorunun bir beygir gücüne karşılık egzozuna yerleştirilmiş bir buhar kazanından saatte 0,125-0,25 kg buhar elde edilir.
Dizel motorlarında kullanılan artık ısı kazanlarının su boruları genellikle kanatlı tipten yapılır. Bu şekilde duman gazı, tarafındaki küçük değerlerde olan ısı taşınım katsayısının etkisi artırılabildiği gibi sistemde bir ses izolasyonu da sağlanmış olur.
Bakır cevheri ergitme fırınlarında yakacak olarak toz kömür, fuel-oil veya gaz kullanılabilir. Kirli, pis atıklar ergimiş cevher üzerinde cüruf halinde bulunur. Fırından 1250 °C sıcaklıkta çıkan duman gazları içinde çok miktarda yapışkan, yumuşak toz halinde cüruf parçacıkları vardır. Bu gaz önce 900-950 °C sıcaklığa kadar su borulu bir artık ısı kazanı ocağı içinde soğutulur. Bu şekilde soğuyan duman gazları, içindeki parçacıkların büyük bir kısmı bu hacimde tutulduktan sonra kızdırıcı ve taşınım yüzeylerine gönderilmektedir.
Duman gazları ile sürüklenen toz, kurum, cüruf parçacıkları uygun yerlere yerleştirilen kurum tutucular ile tutulur. Bu parçacıkların erozyon yapmasına mani olmak için gaz hızları genelde düşük seçilir. Gazın yüksek oranda kükürt içermesi ve çiğ noktasına ulaşabilme olasılığı nedeniyle sistemde ekonomizör kullanılmaz. Yüzeylerde birikebilecek parçacıkların temizlenmesi için uygun yerlere kurum üfleyiciler yerleştirilir.
KİMYASAL İŞLEMLİ ARTIK ISI KAZANLARI
Bazı endüstrilerin özelliğinden dolayı açığa çıkan yanıcı artıklar bu iş için uygun dizayn edilmiş buhar kazanlarında yakılarak değerlendirilebilir. Bunlara tipik bir örnek kağıt endüstrisinde görülür. Kağıt üretiminde odun, kimya kazanlarının içinde buhar, sodyum hidroksit ve sodyum sülfit ile pişirilir. Bu pişirme sırasında açığa çıkan artık yanıcı kimyasal ürün, siyah likör kazanı adı verilen su borulu tipten bir kazanda yakılarak buhar üretimi sağlanır.
Bu şekilde hem buhar üretiminin yanında kimyasal ürünler geri kazanılır hem de artık ürünlerin çevreyi kirletmesi azaltılır. İşletme güçlükleri olmasına rağmen, kimyasal ürün geri kazanması yanında buhar da üretebilmesi nedeniyle siyah likör kağıt ve selüloz fabrikalarının en önemli elemanıdır. Isıl değeri diğer yakacaklara göre azdır. Bu nedenle aynı kapasitedeki klasik kazanlara göre kazan hacmi 2 kat fazladır.
Siyah likör viskoz bir akışkandır. Depolanmasında iletiminde daima ısıtmak gerekir. Bu ısıtma işlemi de genel olarak dolaylı ısı değiştiricilerinin çok kısa zamanda kirlenmesi yüzünden, siyah likör içine doğrudan buhar püskürtülerek yapılır. Yaklaşık 100 °C sıcaklıkta pompalanarak sprey yakıcılar ile yakılır. Isı transfer yüzeylerinde kimyasal ürünlerin birikmesini önlemek için gaz hızları genellikle düşük seçilir.
YANICI ARTIK ISI KAZANLARI
Şehir çöpleri, ağaç endüstrisi, şeker üretimi, fuel-oil rafinerisi ve besin endüstrisi yanıcı artıkları, uygun buhar kazanlarında yakılarak değerlendirilebilir. Bu sistemlerde genel olarak buhar kazanları klasik tiplerdekine benzemesine karşın belirgin farklılık yanıcı atığın özelliğine göre dizayn edilmiş ocak, ızgara veya brülörlerde görülür.
Petrol rafinerilerinde katalitik-kraking olayında zengin CO gazı açığa çıkar. Kraking için gerekli buhar açığa çıkan CO gazının bir kazanda yakılmasından elde edilebilir. Bu yakma işlemi, su borulu bir paket tipi buhar kazanında gerçekleştirilebilir. Ocak sıcaklığını artırmak, sistemin emniyetini gerçekleştirmek ve gaz içinde bulunan diğer yanıcı elemanların da yakılmasını sağlamak için sistemde fuel-oil, doğalgaz gibi ilave yakacağa ihtiyaç duyulabilir.
DRAMSIZ KAZANLARIN (BENSON,SULZER) DRAMLI KAZANLARA GÖRE AVANTAJ VE DEZAVANTAJLARI
Avantajları
Dramlı kazanların doğal sirkülasyonlu olmaları halinde 180 atü zoraki sirkülasyonlu olmaları halinde ise 200 atü’ye kadar kullanılabilmelerine karşın dramsız kazanların işletme basınçları yalnızca besleme suyu pompasının gücüne bağlıdır. Günümüzdeki dizayn koşullarıyla dramsız kazanların işletme basınçları 500 atü’ye kadar çıkabilmektedir.
Büyük ve ağır olan dram yoktur. İniş boruları gerekli değildir. Buharlaştırıcı boruları tam serbestlik içerisinde yerleştirilebilir. Bu yüzden aynı koşullardaki dramlı kazanlardan daha hafiftir.

Basınçlı kısımlar birbirine kaynak ile bağlanmış küçük borulardan meydana geldiği için imali çok daha basittir.

Buharlaştırıcılardan geçen su-buhar karışımı birkaç kez daha büyük hızla akar.

Büyük kolektörlerin ve çok sayıda kıvrımlı bağlantıların olmaması basınç değişimlerine karşı kazanın metalurjik yönden duyarlılığını azaltmaktadır.
Devreye girme ve devreden çıkma süreleri çok daha kısadır.

Bu işlemler sırasında kızdırıcılar buhar akışı tarafından sürekli olarak soğutulmaktadır. Böylece kızdırıcıların yanma odasına yakın olarak yerleştirilmeleri mümkün olmakta bu durum ise buhar sıcaklık ve basıncı arttıkça suyun buharlaşma ısısı azalacağından ayrı bir önem taşımaktadır.
Basınçta meydana gelen anlık değişmeler sirkülasyon bozukluğuna yol açmamaktadır.

Kazanda boru patlamaları yalnızca kısa süreli durumlara sebep olmakta ve kısa zamanda tamir edilebilmektedir.

Blöf kayıpları ya hiç yoktur ya da yok denecek kadar azdır.
Dezavantajları
Dramsız kazanlar iyice gazı alınmış demineralize su isterler. Bununla beraber günümüzde dramlı kazanlar içinde aynı saflık derecesinde su gerekmektedir.
Besleme pompasının güç tüketimi dramlı kazanlardan daha yüksektir. Çünkü kızdırıcı ve ekonomizördeki basınç kayıplarından başka buharlaştırıcı bölümlerindeki basınç kayıpları da eklenmektedir. Bu ek kayıp küçük çaplı kazan borularının içerisinde yeterli hızı sağlamak ve su seperatöründeki basınç düşümünü karşılamak için gerekmektedir.
Dramsız kazanların işletilmesi ve özellikle yanmanın kontrolü daha çok dikkat ve özen ister. Besleme suyunun yakıta oranı hatalı olduğu zaman kızdırıcı giriş sıcaklığı değişir. Dramlı kazanlarda ise dram yüzeyi değişmektedir. Dramlı kazanlarda dram yüzeyi ve buhar sıcaklığı birbirinden kazanın aşırı besleme durumu hariç bağımsızdır.
Dramsız kazanların su hacmi dramlı kazanlarınkinden çok daha küçüktür. Eşit kapasitede dramlı kazanın su hacminin 1/5 – 1/10’u kadardır. Bu yüzden dramsız kazan durduğu zaman çok daha çabuk soğur. Bu ise gece duran bir kazanın sabah devreye gireceği zaman soğuk bir durumdan ısıtılacağı anlamına gelmektedir. Böylece kısa süreli durmalarda ısı kaybı dramlı kazanlara oranla daha fazladır.
Dramsız kazanlarda devreye alma, devreden çıkarma ve normal işletme için çok çeşitli ve komplike elemanlar gereklidir.
BİZİ DİNLEDİĞİNİZ İÇİN TEŞEKKÜR EDERİZ

Buhar Kazanları Ders Notu ( Doç. Dr. Hüsamettin BULUT )

Buhar nedir? Buhar: Suyun gaz durumuna denir. Su ve dolayısıyla buhar saf bir maddedir. Termodinamik özellikleri, tablolardan veya diyagramlardan (Mollier diyagramı) bulunur. İki özellik bilinirse diğer özellikler de hesaplanabilir veya diyagram ve tablolardan tespit edilebilir.. Buhara Verilen Isının Hesabı= • 1-2 arası suyu doymuş hale getirme ( 2 noktası doymuş sıvı noktası) • 2-3 arası doymuş sudan doymuş buhar haline getirme ( 3 noktası doymuş buhar noktası) Aynı zamanda 2-3 arası doymuş sıvı-doymuş buhar karışımı (ıslak buhar) dır. Bu bölgede buhar miktarını tespit edebilmek için kuruluk değeri, x tanımlanır. X= buhar/ toplam (x=kuruluk derecesi 0<X<1) • 3- 4 arası doymuş buhardan kızgın buhar haline getirme ( 4 noktası kızgın buhar noktası) Suyun Kızgın buhar hale getirmek için gerekli toplam ısı miktarı; Q =Q +Q +Q T 1 2 3 Burada m, kütlesel debi, Cp sabit basınçta özgül ısı ve h entalpiyi göstermektedir. Buhar Nasıl Oluşur?

Buhar, sıvı ya da katı halden buharlaşma ya da sublimasyon yolu ile oluşur. Suyun buharlaşması esnasında eşit miktarda sıvı ya da katı parçacıkların gaz haline geçtiği ve aynı zamanda gaz halinden geri döndüğü bir dinamik denge kurulur. Temel kavramlar: Doyma sıcaklığı: Verilen basınçta suyun kaynamaya başladığı sıcaklığa doyma sıcaklığı denir. Doyma basıncı :Verilen sıcaklıkta suyun kaynamaya başladığı basınca doyma basıncı denir. Sıkıştırılmış sıvı: Verilen bir basınçta suyun sıcaklığı doyma sıcaklığının altında ise sıkıştırılmış sıvı olarak tanımlanır. Doymuş sıvı: Verilen bir basınçta o basınca karşılık gelen doyma sıcaklığında olup, içinde buhar zerresi olmayan suya doymuş sıvı denir. Su buharlaşmanın başlangıcındadır. Doymuş buhar :Verilen bir basınçta o basınca karşılık gelen doyma sıcaklığında olup, suyun tamamının buhar fazında olduğu durumdur.Buhar yoğuşma sınırındadır. Kızgın buhar: Verilen bir basınçta buharın sıcaklığı o basınçtaki doyma sıcaklığından daha yüksek ise buhar kızgın buhardır. Buharın Kullanılma Nedenleri • İdeal bir ısı taşıyıcı olması • Küçük çaplı borularla daha fazla ısı taşıyabilmesi • Çevre dostu olması(yani temiz olması) • Geri kazanımı ile enerji tasarufu sağlanabilir • Akışkanın taşınması kendi basıncıyla gerçekleşir.Pompaya gerek yoktur.dolayısıyla maliyeti düşüktür. • Sıcaklık kontrolünü çok hassas bir biçimde gerçekleştirmek mümkündür. • Buhar tesisattaki korozyon riskini azaltır. • Isı kayıpları azdır yani ideal bir ısı taşıyıcısıdır. Küçük çaplı borular ile iletilmesi nedeniyle ısı kayıpları diğer sistemlere göre daha azdır. Termodinamik özellikleri iyidir. • Yatırım gideri azdır, küçük çaplı boru kullanılır, yalıtım az yapılır, ucuz montaj. • Buhar emniyetlidir yani alevlenme özelliği yoktur. Steril bir akışkandır. • Buhar çevre dostudur. Saf maddedir. Dezavantajı ise; yüksek enerji ve basınç olduğundan korunması yapılmalıdır. Buharın Kullanım Alanları • Petrokimyada • Termik santrallerinde elektrik üretiminde (Buhar türbinleri) • Sterilizasyon amacı ile ilaç ve gıda endüstrisinde • İnşaat malzemelerin endüstrisinde • Buharlı ısıtma sistemleri (kalorifer tesisatlar) • Rafinerilerde • Kimyasal prosesler • Gıda endüstrisinde • Sterilizasyon (ambalaj ve gıda)

• Gübre endüstrisinde • Kauçuk ürünlerinde ve imalatında • İnşaat malzemeleri endüstrisinde • Kağıt endüstrisinde • Ahşap işletmesi ve şekillendirilmesi Daha bir çok yerde kullanılmaktadır. Basınçla ilgili dönüşümler Bar=10^5 Torr=mmH Atm=760 Lb/sq*ln Basınç Kg/cm²=at Lb/sq*ft N/m³ g torr (p.s.i.) 1 bar 1 1.01972 750.062 0.988924 2.088*55 14.5038 1 kg/cm² 0.980565 1 735.55956 0.967842 2.048*17 14.22337 1.3595*10^(- 1.31579*1 1.93358*10 1 torr 1.33322*10ֿ³ 1 2.78450 5) 0^(-5) ֿ² 1 atm 1.01325 1.03323 760 1 2116.22 14.69597 4.88242*10^( 4.72541*1 1 lb/sq*ft 4.78802*10¼ 0.359131 1 1/144 -4) 0^(-4) 6.894474*10^( 7.03058*10^( 6.80459*1 Lb/sq*ln 51.71485 144 1 -5) -7) 0ֿ² ISI ENERJİSİ NAKLİNDE KULLANILAN AKIŞKANLAR Isı enerjisi naklinde, sıcak su, kızgın su, alçak ve yüksek basınçlı buhar, kızgın yağ olmak üzere dört cins akışkan kullanılır. 1. SICAK SULU ISITMA SİSTEMLERİ o TS 2796 veya DIN 4751 normlarına göre, çıkış suyu sıcaklığı 110 C değerine kadar olan ısıtma sistemleri bu grup içine girer. Maliyeti en ucuz, buna karşılık ısıyı en iyi taşıyan akışkan sudur. Suyun özgül ısısı yaklaşık 1kcal / kg oC = 4,19 kj/kg.K değerindedir. Binaların ısıtılması için genel olarak, sıcak sulu ısıtma sistemleri tesis edilir. Yıllardan beri alışılmış olan sistem gidiş sıcaklığı 90 oC, dönüş sıcaklığı 70 oC olan ısıtma sistemidir. Hastanelerde daha sağlıklı olarak gidiş sıcaklığı 80 oC, dönüş sıcaklığı 60 oC olarak tercih edilmiştir. Gerek Avrupa’da gerekse ülkemizde bugün geçerli ısı tasarrufu yönetmenlikleri veya kanunlarına uygun olarak binalar izole edildiğinden radyatör yüzeyleri daha küçük çıkmakta, işletme sıcaklıkları, 80◦C / 60, o o o o o C , 70 C / 50 C, veya 65 C / 45 C değerlerinde tutularak daha sağlıklı ısıtma yapabilmektedir. Böylece şebeke kayıpları da azaltılabilmektedir. o Döşemeden ısıtma yapılması durumunda gidiş sıcaklığı 55◦C, dönüş sıcaklığı 45 C alınabilmektedir. Çıkış sıcaklığı 90◦C değerine kadar olan sistemler, suyun kaynama sıcaklığının altında olduğundan buharlaşma olması söz konusu değildir ve sistem atmosfere açık olarak dizayn ve tesis edilebilir. Çıkış suyu sıcaklığı 110◦C değerine kadar olan sistemlerde buharlaşma basıncı, genleşme deposu üzerine takılan bir güvenlik sifonu ile temin edilebilir. DIN 4751 dört bölümden meydana gelmiştir o Bölüm 1 ( Kasım 1962 ) : Çıkış sıcaklığı 110 C değerine kadar olan atmosfere açık veya DIN 4750’ye uygun bir güvenlik sistemi veya emniyet ventili ile kapalı, statik basınç en alt

noktada 50 mSS değerini geçmeyen, sıcak sulu ısıtma sistemlerinin güvenlik donanımını içerir. Bölüm 2 ( Eylül 1968 ) : 300 000 kcal/h kapasite sınırına kadar atmosfere açık veya kapalı, sıcaklığın 110 oC değerinin üzerine çıkması, termostatik olarak önlenmiş ve alt noktada statik basınç 15 mSS değerini geçmeyen ısıtma sistemlerinin güvenlik donanımını içerir ( Türk standardı TS 2797 ). Bölüm 3 ( Mart 1976 ) : Kapasite sınırı 150 kW (130 000 kcal/h) değerine kadar, termostatik güvenlikli, su hacmi 10 litre değerine kadar olan ani geçişli (kombi tipi) ısı üreteçli açık ve kapalı, en alt noktadan statik basıncın 15 mSS değerini geçmediği ısıtma sistemlerinin güvenlik sistemini içerir. Bölüm 4 (Eylül 1980 ) : Çıkış suyu sıcaklığı 120 oC değerine kadar, kapasitede sınırı 350 kW değerinin üzerinde en alt noktadaki statik basınç 15 mSS değerinin üzerinde olan, sıcaklık sınırı termostatik olarak güvence altına alınmış olan sıcak sulu ısıtma sistemlerinin planlanması ve gerçekleştirilmesini içerir. 2. KIZGIN SULU ISITMA SİSTEMLERİ Genel Bilgiler: a) Çıkış suyu sıcaklığını yüksek ve dönüş sıcaklığını düşük tutarak daha büyük (∆t) sıcaklık farkı elde edilmekte ve aynı su debisi ile daha çok ısı nakledilmektedir. Böylece boru ve armatür çapları ile sirkülasyon pompaları küçülür. Boru, armatür ve pompa malzemeleri aynı cins kalmak şartı ile sistemin ilk tesis maliyeti düşer. Su debileri küçüldüğü için pompaların elektrik sarfiyatı da düşer. b) Fırın ısıtması, sınai banyo ısıtma gibi endüstriyel tesislerde, ısıtıcı serpantin kapasiteleri artar. o c) Gerekli takdirde 180 C’ye kadar yüksek sıcaklıklara çıkarma imkânı vardır. TS 2736 veya DIN 4752 normlarına göre, çıkış sıcaklığı 110 oC değerinden daha yüksek olan ısıtma sistemleri bu grup içine girer. Kızgın sulu sistemler iki guruba ayrılır. o Grup 1: Müsaade edilen maksimum çıkış sıcaklığı 130 C olan ısıtma sistemleri Grup 1a:Çıkış suyu sıcaklığı, basınç sınırlandırılmasıyla güvenceye alınan sistemlerdir. Emniyet ventili ayar basıncı 1.5 bar, statik basınç ise max. 50 mSS değerindedir. Grup 1b : : Çıkış suyu sıcaklığı, sıcaklık sınırlandırılmasıyla güvenceye alınan sistemlerdir. Emniyet ventili ayar basıncı 1,5 ile 6,5 bar, statik basınç ise max. 50 mSS değerindedir. o o Grup 2: Müsaade edilen çıkış suyu sıcaklığı 130 C değerinin üzerinde olan veya 130 C değerinin altında olmamakla beraber grup 1a ve grup 1b’ye girmeyen sistemlerdir. Hangi şartlarda sıcak su hangi şartlarda kızgın su? Konfor ısıtmasında, kat ısınmasından blok ısıtmasına ve hatta bölge ısıtmasına kadar, sıcak sulu ısıtma sistemleri kullanılmaktadır. Site veya bölge ısıtmasında belli bir kapasiteye kadar o o 110 C veya 120 C çıkış suyu sıcaklıklı sıcak sulu ısıtma sistemleri kullanılır. Büyük o o kapasiteli bölge ısıtmalarında 120 C ile 180 C arasında çıkış suyu sıcaklıklarında kızgın sulu ısıtma sistemleri kullanılır. Kızgın sulu ısıtma sistemleri ayrıca, proses ile ilgili yüksek sıcaklık ihtiyacı olan sanayi tesislerinde de kullanılır. Katı veya sıvı yakacak kullanılması halinde, eğer yakacakta kükürt miktarı yüksek ise kazana dönüş sıcaklığını ve buna bağımlı olarak kazandan çıkış sıcaklığını korozyonu önlemek maksadı ile yüksek tutmak gerekir. 3: BUHAR İLE ISITMA SİSTEMLERİ A) Alçak Basınçlı Buharla Isıtma Sistemleri: Buhar basıncı TRD 701’e (Technische Regeln für Dampf Kessel – Buhar kazanları için teknik kurallar ) göre maksimum 1 bar olan sistemlerdir. B) Yüksek Basınçlı Buhar İle Isıtma: Buhar basıncı 1 bar üstünde olan sistemlerdir.

Günümüzde konfor ısıtması için buharla ısıtma sistemleri artık kullanılmamaktadır. Seyrek veya periyodik kullanılan ve çabuk ısıtması gereken fuar ve sergi salonları gibi özel durumlarda kullanılabilir. Buharla ısıtma yerine; sıcak sulu veya kızgın sulu ısıtma sistemi daima tercih edilmelidir. Buharın yüksek sıcaklık ve yüksek ısı taşıma özellikleri nedeni ile buhara ihtiyaç varsa, örneğin endüstriyel mutfaklar, çamaşırhaneler, fırınlar, otoklavlar vs. için buharlı ısıtma sistemi tercih edilir. Bazen sıcak veya kızgın sulu sistemin yanında ihtiyaca cevap verecek kapasitede ayrıca bir buharlı sistem tesis edilir. Yüksek basınçlı buharla, genellikle 10 bar işletme basıncına kadar ve buna bağlı olarak o 180 C işletme sıcaklıklara kadar, buharlı ısıtma kullanılır. Buhara nispeten az miktarda ve yerel ihtiyaç olan yerlerde buhar jeneratörleri de kullanılabilir. 4: KIZGIN YAĞ İLE ISITMA SİSTEMLERİ o o Kaynama sıcaklıkları 260 C ile 390 C arasında değişen ısı transfer yağları kullanılan ısıtma sistemleridir. Tekstil, ağaç, otomotiv ve kimya sanayi gibi tesislerde endüstriyel ısıtma, kurutma ve pişirme gibi yüksek çalışma sıcaklıklarına ihtiyaç olan proseslerde, eskiden yüksek basınçlı o buhar veya kızgın su kullanılırdı. Şimdi ise aynı maksat için 300 C sıcaklıklara kadar, kızgın yağlı ısıtma sistemleri tercih edilmektedir. Proses ihtiyacı yüksek sıcaklık uygulamalarında kızgın yağ tercih edilmesinin en önemli nedeni; yüksek sıcaklık karşılığı olan buhar basıncının yüksek olmasıdır. Bu nedenle yüksek buhar basıncında çalışma riskini ortadan kaldırmak için kızgın yağ kazanları kullanılmaktadır. Sistemde en üst noktadaki basınç maksimum 1 bar, sistem yüksek basınçlı olmadığından daha güvencelidir, korozyon etkisi yoktur. Sistemin toplam maliyeti, genel olarak buharlı veya kızgın sulu sistemden daha azdır. Tesis lokal olarak ve sadece yüksek sıcaklık isteyen proses için kurulur. Bu tip akışkanların, su ve buhara göre başlıca üstünlükleri şunlardır: o 1. Atmosferik basınçta yüksek kaynama sıcaklığına sahip oluşları dolayısıyla 350 C sıcaklığa kadar “basınçsız” tesisler kurmak mümkündür. 2. Korozyon ve taşlama eğilimi olmadığından ısı taşıyıcının ön-hazırlama tesisine ihtiyacı yoktur. 3. Katılaşma esnasında hacmi artmadığından donmanın vereceği zararlar söz konusu değildir. Kızgın Yağdan İstenen Özellikler: 1. Atmosferik basınçtaki kaynama sıcaklığı yüksek olmalıdır. 2. Katılaşma ( donma ) sıcaklığı düşük olmalıdır. 3. İyi bir ısıl kararlılığa sahip olmalıdır. 4. Tüm sıcaklıklarda (hata ilk çalıştırma anında bile ) düşük vikoziteye sahip olmalıdır. 5. Isı transfer özellikleri iyi olmalıdır. 6. Buhar olarak kullanıldığında, buharlaşma gizli ısısı yüksek olmalıdır. 7. Kullanıldığı cihazların malzemeleri için korozyon eğilimi düşük olmalıdır. 8. Kokusuz ve zehirsiz olmalıdır. 9. Yabancı maddelere karşı hassasiyeti düşük olmalıdır.(örneğin oksijene karşı) 10. Sistemin sızdırması durumunda çevreye vereceği zarar riski minimum olmalıdır. 11. Yangın riski minimum olmalıdır. 12. İmha imkânları kolay olmalıdır. 13. Fiyatı ucuz olmalıdır.

Termodinamik Sınav Soru ve Çözümleri II

TERMODİNAMİK I ARASINAVI SORU VE ÇÖZÜMLERİ

S-1) (15 puan) Bir buhar kazanı üzerinde bulunan Bourdan tipi manometre 7 bar göstermektedir. Kazanda civa içeren bir sıvı sütunlu manometre kullanılırsa a) Civa yüksekliğini, b) Kazan içindeki mutlak basıncı kPa olarak, c) Kazan içerisindeki buharının doyma sıcaklığını tespit ediniz. Not: Kazanın olduğu yerde atmosfer basıncını 100 kPa, Civa yoğunluğu 13600 kg/m3 ve yer çekim ivmesini 9.81 m/s2 alınız.