Giriş

Kazan düzenlemeleri hakkında genel bir bakış, yakıt türleri ve karşılaştırmalarla birlikte.

Buhar ve Kondens Döngüsünün bu Kazan Dairesi Bloğu, kazan dairesinin tasarımına ve içeriğine ve içindeki uygulamalara odaklanacaktır. İyi tasarlanmış, çalıştırılmış ve bakımı yapılmış bir kazan dairesi, verimli bir buhar tesisinin kalbidir.

Ancak, bir dizi engel bu ideali engelleyebilir. Kazan dairesi ve içeriği bazen sadece gerekli bir rahatsızlık olarak görülmektedir ve bugünün enerji bilinçli ortamında bile, doğru buhar akış ölçümü ve maliyetlerin çeşitli kullanıcılara doğru tahsis edilmesi evrensel değildir. Bu, kazan dairesiyle ilgili verimlilik iyileştirmeleri ve maliyet tasarrufu projelerinin son kullanıcıya haklı çıkarılmasının zor olabileceği anlamına gelebilir. Birçok durumda, kazan dairesi ve buharın mevcudiyeti Mühendislik Müdürü’nün sorumluluğundadır, bu nedenle herhangi bir verimlilik sorunu onun sorunu olarak görülmektedir. Buhar kazanının 100°C’nin üzerinde kaynar su ve buhar içeren basınçlı bir kap olduğunu ve tasarımının ve çalıştırılmasının bir dizi karmaşık standart ve yönetmelik tarafından kapsandığını unutmamak önemlidir.

Yukarıda listelenen nedenlerle, kullanıcı ulusal ve yerel ve güncel mevzuatı doğrulamalıdır.

Bu Modülün amacı, kazan dairesinin tasarımcısına, operatörüne ve bakım sorumlusuna, kazan ve ilişkili ekipmanının geliştirilmesinde gerekli hususlar hakkında bir bakış açısı sağlamaktır. Modern buhar kazanları, hem büyük hem de küçük uygulamalara uyacak şekilde her boyutta gelir. Genellikle, talebi karşılamak için birden fazla kazan gerektiğinde, kazan tesisinin merkezi bir konumda barındırılması ekonomik olarak uygun hale gelir, çünkü kurulum ve işletme maliyetleri dağıtık tesislere göre önemli ölçüde daha düşük olabilir. Örneğin, merkezileştirme, dağıtılmış, daha küçük kazanların kullanımına göre aşağıdaki faydaları sunar:

• Daha fazla yakıt ve tarife seçeneği.
• Merkezi kazan dairelerinde aynı tip kazanlar sıklıkla kullanılarak yedek parça, stok ve maliyetler azaltılır.
• Isı geri kazanımı en iyi getiri için kolayca uygulanabilir.
• Manuel denetimin azaltılması, işgücünü sahadaki diğer görevlere serbest bırakır.
• Çeşitlendirilmiş talebe uyacak şekilde kazan tesisinin ekonomik boyutlandırılması.
• Egzoz emisyonlarının izlenmesi ve kontrol edilmesi daha kolaydır.
• Güvenlik ve verimlilik protokollerinin izlenmesi ve kontrol edilmesi daha kolaydır.

Kazanlar için yakıt

Buhar kazanlarında kullanılan üç en yaygın yakıt türü kömür, petrol ve gazdır. Ancak, endüstriyel veya ticari atıklar belirli kazanlarda kullanılmaktadır ve elektrotlu kazanlar için elektrik de kullanılmaktadır. Kömür Kömür, yüksek karbon içeriğine sahip katı yakıtlar ailesine verilen genel terimdir. Bu ailede, kömür oluşum aşamalarına ve karbon içeriğine göre birkaç tür kömür vardır. Bu aşamalar şunlardır:

• Turba.
• Linyit veya kahverengi kömürler.
• Bitümlü.
• Yarı bitümlü.
• Antrasit. Bitümlü ve antrasit türleri kazan yakıtı olarak kullanılmaya eğilimlidir. İngiltere’de, kabuklu kazanları ateşlemek için parça kömür kullanımı azalmaktadır. Bunun birkaç nedeni vardır: Mevcudiyet ve maliyet - Birçok kömür damarının tükenmesiyle, İngiltere’de eskisinden daha az kömür üretilmektedir ve bu düşüşün devam etmesi beklenmektedir. Değişen yüklerin tepki hızı - Parça kömürde, aşağıdakiler arasında önemli bir zaman gecikmesi vardır:
• Isı talebinin oluşması.
• Kazana kömür atılması.
• Kömürün ateşlenmesi.
• Talebi karşılayacak buharın üretilmesi. Bu gecikmenin üstesinden gelmek için, kömür yakımı için tasarlanan kazanların, bu zaman gecikmesini kapsayan enerji rezervini sağlamak için doygunluk sıcaklığında daha fazla su içermesi gerekir. Bu da kazanların daha büyük, dolayısıyla satın alma maliyetinin daha pahalı ve daha değerli üretim alanını işgal ettiği anlamına gelir. Kül - Kömür yakıldığında kül üretilir. Külün uzaklaştırılması zahmetli olabilir, genellikle manuel müdahale gerektirir ve küllenme sırasında mevcut buhar miktarının azalmasına neden olur. Kül daha sonra bertaraf edilmeli ve bu da pahalı olabilir. Ateşleme ekipmanı - Adımlı stokerler, serpiştiriciler ve zincir ızgara stokerleri dahil olmak üzere bir dizi farklı düzenleme mevcuttur. Ortak tema, hepsinin önemli bakım gerektirmesidir. Emisyonlar - Kömür, ağırlıkça ortalama %1,5 sülfür (S) içerir, ancak bu seviye kömürün çıkarıldığı yere bağlı olarak %3’e kadar olabilir. Yanma süreci sırasında:
• Sülfür, havadan oksijenle (O2) birleşerek SO2 veya SO3 oluşturur.
• Yakıttaki hidrojen (H), havadan oksijenle (O2) birleşerek su (H2O) oluşturur. Yanma süreci tamamlandıktan sonra, SO3 suyla (H2O) birleşerek sülfürik asit (H2SO4) üretir; bu, doğru baca sıcaklıkları korunmazsa bacada yoğuşarak korozyona neden olabilir. Alternatif olarak, baca gazlarıyla birlikte atmosfere taşınır. Bu sülfürik asit yağmurla birlikte yeryüzüne geri getirilir ve şunlara neden olur:
• Binaların yapısına zarar.
• Bitkilere ve bitki örtüsüne zarar. Kömürün ürettiği kül hafiftir ve bir kısmı kaçınılmaz olarak egzoz gazlarıyla birlikte, bacaya ve ardından parçacık madde olarak çevreye taşınacaktır. Ancak kömür, elektrik santrallerinde bulunan çok büyük su borulu kazanları ateşlemek için hala kullanılmaktadır. Bu operasyonların büyük ölçeği nedeniyle, yukarıda belirtilen sorunlara çözümler geliştirmek ekonomik hale gelir ve ayrıca elektrik arzının ulusal güvenliği için yerel olarak üretilen yakıtları kullanma konusunda hükümet baskısı da olabilir.
• Elektrik santrallerinde kullanılan kömür, genellikle ‘pulverize yakıt’ olarak adlandırılan ve ‘pf’ olarak kısaltılan çok ince bir toza öğütülür.
• Küçük pf parçacık boyutu, yüzey alanı/hacim oranını büyük ölçüde artırır, yanmayı çok hızlı hale getirir ve parça kömür kullanırken karşılaşılan tepki hızı sorununun üstesinden gelir.
• Küçük parçacık boyutu aynı zamanda pf’nin neredeyse bir sıvı gibi çok kolay aktığı anlamına gelir ve parça kömürle kullanılan stokerleri ortadan kaldırarak brülörler aracılığıyla kazan fırınına verilir.
• Kazanın esnekliğini ve turndown’ını daha da artırmak için, kazanın duvarları ve çatısı etrafında 30’dan fazla pf brülörü olabilir; bunların her biri, fırının belirli bir alanındaki ısıyı artırmak veya azaltmak için bağımsız olarak kontrol edilebilir. Örneğin, süper ısıtıcıdan çıkan buharın sıcaklığını kontrol etmek için. Atmosfere salınan gazların kalitesiyle ilgili olarak:
• Kazan gazları, külü ve diğer parçacıkları çeken elektrik yüklü plakalara sahip bir elektrostatik presipitatörden geçirilir ve gaz akışından uzaklaştırılır.
• Sülfürlü madde bir gaz yıkayıcıda uzaklaştırılır.
• Çevreye son emisyon yüksek kalitededir. Yaklaşık 1 kg kömür yakılarak 8 kg buhar üretilebilir. Petrol Kazan yakıtı için petrol, hafif yağlar (benzin, parafin, gazyağı, dizel veya gaz yağı) damıtıldıktan sonra ham petrolden elde edilen kalıntıdan üretilir. Farklı kazan kapasitelerine uygun çeşitli dereceler mevcuttur; dereceler şunlardır:
• Sınıf D - Dizel veya gaz yağı.
• Sınıf E - Hafif yakıt yağı.
• Sınıf F - Orta yakıt yağı.
• Sınıf G - Ağır yakıt yağı. Petrol, 1950’lerde İngiltere’de tercih edilen kazan yakıtı olarak kömüre meydan okumaya başladı. Bu, dönemin Yakıt ve Enerji Bakanlığı’nın kazan tesislerini iyileştirmeye yönelik araştırmaları desteklemesinin bir sonucuydu. Petrolün kömüre göre avantajları şunları içerir:
• Talep ile gerekli buhar miktarının üretilmesi arasında daha kısa tepki süresi.
• Bu, kazan suyunda daha az enerji depolanması gerektiği anlamına gelir. Dolayısıyla kazan daha küçük olabilir, çevreye daha az ısı yayabilir ve buna bağlı olarak verimlilik artar.
• Daha küçük boyut, kazanın daha az üretim alanı işgal ettiği anlamına gelir.
• Mekanik stokerler ortadan kalkar ve bakım iş yükü azalır.
• Petrol yalnızca eser miktarda kül içerir, kül işleme ve bertaraf sorununu neredeyse ortadan kaldırır.
• Kömür alımında, depolanmasında ve işlenmesinde karşılaşılan zorluklar ortadan kalkar. Yaklaşık 1 kg petrolden 15 kg buhar veya 1 litreden 14 kg buhar üretilebilir. Gaz Gaz, çok az fazla hava ile yakılması kolay bir kazan yakıtıdır. Yakıt gazları iki farklı formda mevcuttur:
• Doğalgaz - Bu, yer altında (doğal olarak) üretilen gazdır. Doğal haliyle kullanılır (safsızlıkların giderilmesi hariç) ve yüksek oranda metan içerir.
• Sıvılaştırılmış petrol gazları (LPG) - Bunlar petrol rafinajından üretilen gazlardır ve daha sonra kullanılmak üzere sıvı halde basınç altında depolanır. En yaygın LPG formları propan ve bütandır. 1960’ların sonlarında doğalgazın (Kuzey Denizi’nden gibi) mevcudiyeti kazanlarda daha fazla gelişmeye yol açtı. Gaz yakımının petrol yakımına göre avantajları şunları içerir:
• Yakıt depolama sorun değildir; gaz doğrudan kazan dairesine borulanır.
• Doğalgazda yalnızca eser miktarda sülfür bulunur, bu da baca gazındaki sülfürik asit miktarının neredeyse sıfır olduğu anlamına gelir. Yaklaşık 10 bar g kazanı için %80 genel çalışma verimiyle, 1 Term gazdan (105,5 MJ’ye eşdeğer) yaklaşık 42 kg buhar üretilebilir. Birincil yakıt olarak atık Bunun iki yönü vardır: Atık malzeme - Burada, atık ısı üretmek için yakılır ve bu ısı buhar üretmek için kullanılır. Motivasyonlar, tehlikeli malzemenin güvenli ve uygun bertarafını içerebilir. Bir hastane iyi bir örnek olabilir:
• Bu koşullarda, atık malzemenin uygun ve tam yanması zor olabilir, sofistike brülörler, hava oranlarının kontrolü ve emisyonların izlenmesini, özellikle parçacık maddesini gerektirir. Bu bertarafın maliyeti yüksek olabilir ve maliyetin yalnızca bir kısmı üretilen ısıyı buhar üretmek için kullanarak geri kazanılır. Ancak, atığın başka yollarla bertaraf maliyetini de hesaba katan planın genel ekonomisi cazip olabilir.
• Atığı yakıt olarak kullanmak, bir prosesten yanabilir atığın ekonomik kullanımını içerebilir. Örnekler arasında kağıt fabrikalarında ağaçtan soyulan kabuk, şeker kamışı fabrikalarında sap (baqas) ve hatta bazen bir tavuk çiftliğinden çöpler sayılabilir. Yanma süreci yine oldukça sofistike olacaktır, ancak atık bertaraf maliyeti ve sahadaki diğer uygulamalar için buhar üretiminin genel ekonomisi, bu tür planları cazip kılabilir. Atık ısısı - burada, bir prosesten sıcak gazlar, örneğin bir ergitme fırını, tesis verimliliğini artırmak amacıyla bir kazana yönlendirilebilir. Bu tür sistemler, tesisteki buhar talebine bağlı olarak sofistikasyon düzeylerinde değişir. Proses için buhar talebi yoksa, buhar aşırı ısıtılabilir ve daha sonra elektrik üretimi için kullanılabilir. Bu tür teknoloji, Kombine Isı ve Güç (CHP) tesislerinde popüler hale gelmektedir:
• Bir gaz türbini, elektrik üretmek için bir alternatörü tahrik eder.
• Sıcak (tipik olarak 500 °C) türbin egzoz gazları, tesiste kullanım için doymuş buhar üreten bir kazana yönlendirilir. Bu tür tesislerde çok yüksek verimlilikler elde edilebilir. Diğer faydalar, sahada elektrik arzı güvenliği veya ulusal elektrik tedarikçisine primli olarak elektrik satma yeteneğini içerebilir.

Arz güvenliği

Tesiste buharın mevcut olmamasının sonuçları nelerdir? Gaz, örneğin, kesilebilir bir arz kabul edilebilmesi koşuluyla avantajlı oranlarda mevcut olabilir. Bu, gaz şirketinin fazlası olduğu sürece yakıt tedarik edeceğiañlamına gelir. Ancak, yakıt talebi arzın sınırlarına yaklaşırsa, belki mevsimsel varyasyon nedeniyle, arz çok kısa bir bildirimle kesilebilir. Alternatif olarak, kazan kullanıcıları, düşük tarifede mevcut olduğunda gazla çalışacak, ancak gaz mevcut olmadığında petrol yakımına geçme imkanına sahip çift yakıtlı brülörler belirlemeyi seçebilirler. Çift yakıtlı tesis açıkça daha pahalı bir sermaye seçeneğidir ve gazın mevcut olmama ihtimali küçük olabilir. Ancak, buharın mevcut olmaması nedeniyle tesis duruş maliyeti genellikle ek maliyetten önemli ölçüde daha büyüktür.

Yakıt depolama

Şehir gazı hattı kullanıldığında bu bir sorun değildir; çift yakıtlı sistem kullanılmadığı sürece. Ancak, tüplü gaz, hafif yağlar, ağır yağlar ve katı yakıtlar kullanıldığında giderek daha fazla sorun haline gelir. Sorunlar şunları içerir:

• Ne kadar depolanacak ve nerede.
• Yanıcı malzemelerin nasıl güvenli bir şekilde depolanacağı.
• Ağır yağların gerekli viskozitede olması için sıcaklığının korunmasının maliyeti.
• Yakıt kullanım hızının nasıl doğru ölçüleceği.
• Depolama kayıpları için ödenek.

Kazan tasarımı

Kazan üreticisi, bir kazan tasarlarken kullanılacak yakıtın farkında olmalıdır. Bunun nedeni, farklı yakıtların farklı alev sıcaklıkları ve yanma özellikleri üretmesidir. Örneğin:

• Petrol parlak bir alev üretir ve ısının büyük bir kısmı fırın içinde radyasyonla transfer edilir.
• Gaz saydam mavi bir alev üretir ve ısının daha düşük bir oranı fırın içinde radyasyonla transfer edilir. Yalnızca petrol kullanımına yönelik tasarlanmış bir kazanda, yakıtın gaza değiştirilmesi, daha yüksek sıcaklık gazların ateş borularının birinci geçidine girmesine neden olabilir; bu da ek termal gerilmelere ve erken kazan arızasına yol açabilir.

Kazan türleri

Bir kazanın hedefleri şunlardır:

• Yakıttaki enerjiyi mümkün olduğunca verimli bir şekilde serbest bırakmak.
• Serbest bırakılan enerjiyi suya aktarmak ve buharı mümkün olduğunca verimli üretmek.
• Buharı, enerjinin prosese mümkün olduğunca verimli bir şekilde aktarılabilmesi için tesise ihraç edilmek üzere sudan ayırmak. Çeşitli buhar uygulamalarına uyacak şekilde bir dizi farklı kazan türü geliştirilmiştir.