Fatma ÇANKA KILIÇ, Durmuş KAYA, Süleyman SAPMAZ, Muharrem EYİDOĞAN, Volkan ÇOBAN, Selman ÇAĞMAN Uluslararası Enerji ve Güvenlik Kongresi Umuttepe / Kocaeli ENDÜSTRİYEL BUHAR KAZANLARINDA ENERJİ TASARRUFU VE ENERJİ VERİMLİLİĞİ ARTTIRMA ÇALIŞMASI

Sunum içeriği 2 Giriş Kazan Verimi Belirleme Yöntemleri Kazan Verimliliğini Etkileyen Faktörler Ölçüm Sistemi Şematik Resmi Buhar Kazanı Ölçüm Sonuçları Potansiyel Tasarruf Miktarı Çevresel Analizler Sonuç

Giriş Giriş Proseste buhar kullanılan bir endüstriyel tesiste en önemli temel girdilerden biri yakıttır. Dolayısıyla buhar üretimi ve kullanımında verimin arttırılması ile büyük ölçüde yakıt tasarrufu ve işletme gideri tasarrufu mümkündür

Kazan Verimi Belirleme Yöntemleri Kazan ısıl verimleri TS 4041’e göre belirlenebilir. Bu amaçla direkt yöntem ve dolaylı yöntem olarak iki yöntem mevcuttur. Direkt yöntem ile ölçüm çoğu zaman yetersiz enstrümantasyon nedeniyle mevcut sistemlerde mümkün olamamaktadır. Direkt yöntemde: Besi suyu ve buhar değerleri, Yakıt besleme debi değeri, Yakıtın alt ısıl değeri, kullanılarak kazan ısıl verimi hesaplanır İfadesi ise:

Kazan Verimi Dolaylı yöntemde: Baca gazı analizi, baca gazında toz ölçümü yapılır ve sıcaklığı ölçülür. Yakma havası sıcaklığı ölçülür. Kazanda dış cidar sıcaklıkları ölçülür. Blöf miktarı belirlenir. Yakıtın alt ısıl değeri ve elementel analizi belirlenir. Kömür kazanları için külün miktarı ve yanmamış yakıt içeriği belirlenir İfadesi ise:

Kazan Verimliliğini Etkileyen Faktörler; Eksik yanma, Fazla hava, B aca gazı sıcaklığı, Yakıt cinsi, Brülörler, Kazan yükü, Kazan yüzeyinden olan ısı kayıpları, Isıtıcı yüzey kirliliği Blöf nedeniyle olan ısı kaybı Besi suyu sıcaklığı Kondensatın geri kazanımı Yanma havası sıcaklığı

Ölçüm Sistemi Şematik Resmi

Önemli Veriler Kazan Parametreleri Kapasite 27,77 kg/s (100,000 kg/h) Buhar Basıncı 7,000 kPa (70 bar) Buhar Sıcaklığı K (505 ° C) Besi Suyu Sıcaklığı 175 ° C Kazan Verimi %

Buhar Kazanı Ölçüm Sonuçları 9 Tablo 1: Buhar kazanı sağ ve sol lüvo öncesi ve sonrasındaki ölçüm değerleri Buhar Kazanı O 2 (%)Sıcaklık ( o C) Sol Lüvo Öncesi4,40314,3 Sol Lüvo Sonrası8,64120,5 Sağ Lüvo Öncesi4,50315,2 Sağ Lüvo Sonrası8,63120,8 Kömür Debisi (kg/h)6.240 Kok Gazı (Nm 3 /h)3.700 Yüksek Fırın Gazı (Nm 3 /h) Yakıt kompozisyonu (kütlece %) CHNSOKülNem LHV (kcal/kg) HHV (kcal/kg) Kuru baz74,653,911,280,426,7912, Orijinal baz65,433,431,120,375,9511,3512, Tablo 2: Kömür numunesi elementel analiz değerleri

Buhar Kazanı Ölçüm Sonuçları 10 Tablo 3: Yüksek fırın gazı analiz değerleri Tablo 4: Kok gazı analiz değerleri Yakıt kompozisyonu (kütlece %) CO 2 COH2H2 CH 4 İnert LHV (kcal/Nm3) HHV (kcal/Nm 3 ) Orijinal baz18,6423,172,08056, Yakıt kompozisyonu (kütlece %) CO 2 C2H4C2H4 O2O2 COH2H2 CH 4 C 2 H6İnert LHV (kcal/Nm3) HHV (kcal/Nm3) Orijinal baz3,011,620,376,6857,7522,280,627, Yakıt miktarı, kazan yanma gazı oksijen yüzdesi ve yakıtın elementel analizleri kullanılarak yanma gazı analizleri yapılmış ve sonuçlar Tablo 5, Tablo 6 ve Tablo 7’de verilmiştir.

Buhar Kazanı Ölçüm Sonuçları 11 YakıtYanma Ürünleri (Nm 3 /h) Yakıt Analizi% (ob)Stok. O 2 CO 2 SO 2 N2N2 ArgonH2OH2OO2O2 Diğer C (%)65,437621,297632,200, ,30338,82666,810,003,64 H (%)3,431198,591,720,004467,0753,212502,030,000,57 N (%)1,120,00 55,910,00 S (%)0,3716,160,0216,1660,230,721,410,000,01 O (%)5,95-259,900, ,62-11,54-22,740,00-0,12 Kül (%)11,350,00 Nem (%)12,350,00 959,020,00 Toplam (%)100,008576,137633,9416, ,89380,714106,530,004,09 Fazla Hava3,590,009345,45111,31219,392507,521,20 Gaz Bileşimi % (ob):13,550,0373,410,877,664,450,01 Tablo 5: Kömürün elementel analizi, yanma ürünleri analizi ve debileri

Buhar Kazanı Ölçüm Sonuçları 12 Tablo 6: Yüksek fırın gazı analizi, yanma ürünleri analizi ve debileri YakıtYanma Ürünleri (Nm 3 /h) Yakıt Analizi% (ob)Stok. O 2 CO 2 SO 2 N2N2 ArgonH2OH2OO2O2 Diğer CO 2 (%)18,64 0,004380,40 0,00 CO (%)23, ,485448,85 0, ,58120,85238,200,001,30 H 2 (%)2,08 244,400,35 0,00 910,8710,85510,180,000,12 N 2 (%)56,11 0, ,850,00 Inert (%)0,00 Toplam (%)100, ,889829,60 0, ,30131,70748,380,001,42 Fazla hava 2,84 0, ,2588,11173,661984,790,95 Gaz Bileşimi % (ob): 22,04 0,00 70,940,492,074,450,

Buhar Kazanı Ölçüm Sonuçları 13 Tablo 7: Kok gazı analizi, yanma ürünleri analizi ve debileri YakıtYanma Ürünleri (Nm 3 /h) Yakıt Analizi% (ob)Stok. O 2 CO 2 SO 2 N2N2 ArgonH2OH2OO2O2 İnert CO 2 (%)3,01 0,00111,37 0,00 C 2 H 4 (%)1,62 179,82120,14 0,00 670,187,98135,610,00 O 2 (%)0,37 -13,690,00 -51,02-0,61 0,00 CO (%)6,68 123,58247,34 0,00 460,585,4910,810,00 H 2 (%)57, ,381,53 0, ,8047,432230,230,00 CH 4 (%)22, ,72826,72 0, ,7373,191792,970,00 C 2 H 6 (%)0,62 80,2945,99 0,00 299,243,5675,840,00 C 2 H 2 (%)0,11 10,188,15 0,00 37,920,454,960,00 N 2 (%)6,87 0,00 254,190,00 Inert (%)0,69 0,00 25,53 Toplam (%)100, ,271361,24 0, ,62137,494249,820,0025,53 Fazla hava 1,43 0, ,9344,3087,31997,840,00 Gaz Bileşimi % (ob): 6,08 0,00 69,200,8119,344,450,

Buhar Kazanı Ölçüm Sonuçları 14 Tablo 8: Kazan yanma gazı debisi, teorik yanma havası, fazla hava debisi ve oranı Sistemin Toplam Yakma Havası ve Kazan Yanma Gazı Debileri Teorik Baca Gazı (Nm 3 /h) (ob) Teorik Yanma Havası (ob) Fazla Hava Baca Gazı Debisi (Nm 3 /h) (ob) Kazana Giren Hava (Nm 3 /h) Hava Fazlalık Katsayısı (%) 37, Tablo 5, Tablo 6 ve Tablo 7’deki bileşenleri kullanılarak toplam stokyometrik yanma gazı, teorik yanma havası, fazla hava, teorik toplam yanma havası ve kazan çıkış gazı debileri ve fazla hava oranı hesaplanmıştır (Tablo 8). Hesaplanan debiler, ayrıca baca çıkışında ölçülerek doğruluğu sağlanmıştır.

Buhar Kazanı Ölçüm Sonuçları 15 Tablo 9: Buhar kazanı verim hesabı Buhar kazan verimi Buhar debisi (m b, kg/h) Buhar giriş entalpisi (i b, kcal/kg) 818,8 Su giriş entalpisi (i s, kcal/kg) 190 Entalpi farkı (i b -i s, kcal/kg ) 628,8 Suya verilen ısı (Qs=mb*(i b -i s ), Kcal/h Toplam yakıt ısısı (Qy=m*Hu, kcal/h) Genel verim (Qs/Qy) (%) 81, Kazan verimi, kazanın buhar debileri, buhar ve suyun giriş entalpi değerleri, toplam yakıt ısısı kullanılarak hesaplanmış ve sonuçlar Tablo 9’de verilmiştir.

Potansiyel Tasarruf Miktarı 16 Tablo 10: Döner Tip Hava Isıtıcıları Kaçak Miktarları Tablo 11: Kazan fazla sızıntı hava kaybının önlenmesi ile elde edilecek tasarruf miktarı Buhar kazanı dönerli hava ısıtıcıları hava kaçak durumu Sol Lüvo Baca Oksijen Oranı (%) 8,64 Toplam Kazan Çıkış Gaz Debisi (Nm 3 /h) Toplam Döner Isıtıcı Çıkışı Gaz Debisi(Nm 3 /h) Sızıntı Hava Miktarı (Nm 3 /h) Sağ Lüvo Baca Oksijen Oranı (%) 8,63 Toplam Kazan Çıkış Gaz Debisi (Nm 3 /h) Toplam Döner Isıtıcı Çıkışı Gaz Debisi(Nm 3 /h) Sızıntı Hava Miktarı (Nm 3 /h) Kazan fazla sızıntı hava kaybının önlenmesi ile elde edilecek tasarruf miktarı Sızıntı hava gazı debisi (Nm 3 /h) Yakma havası debisi (Nm 3 /h) Kabul edilebilir sızıntı debisi (Nm 3 /h) Fazla sızıntı hava debisi (Nm 3 /h) Baca gazı sıcaklığı ( o C) 120,65 Ortam sıcaklığı ( o C) 20,00 Cp (Kcal/Nm 3 K) 0,321 Enerji tasarrufu (Kcal/h) Yıllık kazan çalışma süresi (Saat) Yıllık enerji tasarrufu (Kcal)

Potansiyel Tasarruf Miktarı 17 Tablo 12: Fazla havanın azaltılmasıyla yapılacak tasarruf miktarı Tablo 13: Potansiyel tasarruf imkanları sonucunda Fazla hava debisi (Nm 3 /h) Fazla hava oranı (%) 37,50 Hedef fazla hava oranı (%) 20,00 Cp (Kcal/Nm 3 K) 0,321 Havadaki azalma (Nm 3 /h) Hava giriş sıcaklığı ( o C) 20,00 Baca gazı sıcaklığı ( o C) 120,65 Enerji tasarrufu (Kcal/h) Yıllık çalışma süresi (Saat) Yıllık enerji tasarrufu (Kcal) TASARRUFUN ADI Enerji (Kcal/h) Kömür Eşdeğeri (Kg/h) Yıllık Mali Değeri (USD) Fazla sızıntı hava kaybının önlenmesi Fazla Havanın azaltılması TOPLAM

Potansiyel Tasarruf Miktarı 18 Tablo 14: Potansiyel tasarruf imkanları sonucunda erişilebilecek verim değerleri Tasarruf edilen enerji (Q t, kcal/h) Tasarruf sonucu suya verilecek enerji (Q H +Q t, kcal/h) Yakıt ısısı (Qy) Genel verim ((Q H +Q t )/Qy) (%) 83,7 Tasarruf imkanlarının değerlendirilmesi durumunda başlangıçta %81,55 olan kazan verimi %83,70’a çıkabilecektir

Çevresel Analizler 19 Tasarruf edilecek kömür eşdeğer enerjinin üretilmesi için oluşacak CO 2 salınımı; Kömür içerisindeki C oranı × tasarruf edilen kömür debisi × CO 2 mol ağırlığı / C mol ağırlığı = 0,6543 × 254 × 44/12 = 609,37 kg/h Yıllık CO 2 azaltım miktarı = CO 2 kütlesel debisi × yıllık çalışma saati = 609,37 × 5840 / 1000 = 3.558,72 ton

SONUÇ 20 Buhar kazanında tespit edilen verim kayıpları ; Döner hava ısıtıcılarındaki fazla sızıntı hava kaybı ve kazanın yüksek hava fazlalık katsayısı ile çalıştırılması olarak belirlenmiştir. Kazanda eksik yanma açısından bir problem görülmemiştir. Ancak kazanın optimumun üzerinde bir yanma havasıyla çalıştırıldığı tespit edilmiştir. Kazanların optimum hava fazlalık katsayılarında çalıştırılması durumunda bir yatırım gerekmemektedir. Fazla sızıntı hava kaybının azaltılması ise yatırımla mümkün olacaktır. Normal işletme koşulları için kazan verimi %81,55 toplam tasarruf potansiyeli kcal/h, bu enerjinin kömür eşdeğeri yıllık mali değeri USD, tasarruf sonucu kazan verimi ise % 83,70 olarak bulunmuştur

TEŞEKKÜRLER…