Sayfa - Buhar Kazanları Steam Boilers Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK

Transkript

1 Sayfa - Buhar Kazanları Steam Boilers Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 1

2 Buhar kazanlarının bölümleri a) Kazan Gövdesi b) Külhanlık c) Cehennemlik d) Alev ve duman boruları e) Duman Sandığı f) Payanda ve steyler g) Baca ve baca yolu Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 2

3 Buhar kazanlarının donanımları a) Termometre b) Manometre c) Su seviye göstergesi d) Tağdiye cihazı (sıvı seviyesini ayarlayan cihaz) e) Presostat (Kazan basıncını ayarlayan cihaz) f) Kazan besleme pompası g) Ağırlık ve yaylı emniyet ventilleri h) Dip ve yüzey blöf vanaları i) Buhar ve havalık vanaları j) Yakıt ve buhar sayaçları k) Haberci düdükleri Video 12. 3D How to produce WNS steam boiler Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 3

4 Buhar kazanlarının yardımcı donanımları a. Ekonomizer b. Kurum üfleyiciler c. Toz tutucular d. Degazörler e. Flaş tankı (Flaş buharı kondens suyundan ayırmak için kullanılır) f. Blöf tankı g. Kondens ve kazan besleme suyu tankı h. Besleme suyu pompaları i. Su yumuşatma sistemleri Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 4

5 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 5

6 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 6

7 Flaş buhar; basınçlı kondensin, kondens hatlarında ve kondens tankında atmosfer basıncına genişlemesi sonucunda oluşur Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 7

8 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 8

9 Buhar Kazanı Aksesuarları Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 9

10 Buhar Kazanı Aksesuarları Kaynak: MMO İZMİR ŞUBESİ ENDÜSTİYEL KAZANLAR SEMİNERİ Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 10

11 Buhar Kazanı Aksesuarları Tağdiye Cihazları: Tağdiye cihazları kazan su düzeyini denetlerler. Su seviyesi belirli bir seviyeye düştüğünde kontak vererek kazan besi pompasının çalışmasını sağlarlar Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 11

12 Su Seviye Göstergesi Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 12 forum.heatinghelp.com

13 Su Seviye Kontrol Sistemi Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 13

14 Su Seviye Kontrol Sistemi Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 14

15 Emniyet Valfleri (Vanaları, ventilleri): Herhangi bir nedenle kazan içindeki basıncın istenen değeri aşması durumunda kendiliğinden açılarak kazan basıncını istenen düzeye düşüren elemanlardır. İki türlü emniyet valfi vardır. Presostatlar: Kazan içindeki basıncı belirli bir noktada tutmamızı sağlayan ve basınç sinyalini elektrik sinyaline çeviren elemanlardır. Ayarladığımız noktada kontak vererek brülörün devreden çıkmasını ve ayarladığımız fark basıncı kadar sonra tekrar devreye girmesini sağlarlar. Yaylı emniyet valfli Ağırlıklı emniyet valfleri Sıcaklık ve basınç değerlerini hissedip ilgili cihazın kontrolünü sağlayan elemanlardır Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 15

16 Buhar Kazanlarında Emniyet Donanımı Kazan besleme cihazı Su seviye göstergeleri Emniyet subapları Manometre Emniyet düdüğü Presostat (Yakıtı otomatik kesen basınç şalteri) PATLAMA KAPAĞI: Patlama kapağı kazan üreticisi sorumluluğunda olup gaz patlamalarına karşı alınmış bir önlemdir. Gazların basıncının artmasıyla meydana gelen patlamanın etkisiyle kapak geri itilir ve basıncı alınır PRESOSTATLAR: Birisi, limit presostat olup, ayarlanan değerde brülörü durdurur. Bir diğeri basınç ayar presostatı olup, brülör cinsine göre oransal veya on-off kontrol yapar. Buhar Kazanlarında Otomatik Kontrol Sistemleri 1) Yanma kontrolü (Kazandaki basıncın sabit tutulması gereken yerlerde uygulanır) 2) Besleme suyu kontrolü (Kazan su seviyesini sabit tutar 3) Sıcaklık kontrolü (Buhar çıkış sıcaklığını sabit tutar) Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 16

17 Buhar Kazanı Aksesuarları Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 17 Kaynak: MMO İZMİR ŞUBESİ ENDÜSTİYEL KAZANLAR SEMİNERİ

18 Buhar Kazanı Aksesuarları Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 18 Basınçlı kaplarla çalışma iş sağlığı ve güvenliği İSİGT

19 KAZANLARDA KURUM ÜFLEYİCİLER Kazan tüplerinin ısı alışverişi yapan bölgelerinin dış yüzeylerinde uçucu gazlardan çökelen kurumun temizlenmesi için kurum üfleyiciler kullanılır. Birçok kazan, tüplerinin dış yüzeylerinde biriken maddeleri temizleyerek ısı transferi kayıplarını azaltan kurum üfleyiciler ile donatılmıştır. İki tür kurum üfleyici bulunur. Bunlar; sabit kurum üfleyicileri ve hareketli kurum üfleyicilerdir Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 19

20 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 20

21 Buhar Kazanı Aksesuarları Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 21

22 Boruların aynaya montajı Seramik elyaf yalıtım malzemesi Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 22

23 Buhar Kazanlarında Alarm Elemanları Alçak ve yüksek su seviyesi alarmı Alev sönme alarmı Yüksek sıcaklık alarmı Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 23

24 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 24

25 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 25

26 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 26

27 Türbülatörler Buhar Kazanı Aksesuarları * Baca gazı sıcaklığını düşürmek, baca kayıplarını azaltmak için ve bu işi en ucuza yapmak, * Duman borularında yoğuşmayı önlemek (düşük baca gazı ve kazan suyu sıcaklıklarında), * Duman borularında ısı transferini artırmak amaçlarıyla kullanılır. * Korozyon ve yüksek sıcaklıklara dayanıklı malzemeden 800 C baca gazı sıcaklıklarında kullanılabilir. * Boru için türbülatör konularak α içfilm düz boruya göre 3 katına çıkar. * Düz borunun duman yolu direnci 2 m boruda 5 mmss iken türbülatörlü olaması halinde aynı boruda mmss olur (Türbülatörler nedeniyle mmss ek direnç oluşur). * Pratikte aynı ısıl kapasiteyi sağlamak için düz boru yerine içine türbülatör yerleştirilmiş %35 %50 daha kısa boru kullanabilir Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 27

28 Örnek: 2 geçişli sıvı yakıt yakan bir kazanda türbülatörsüz baca gazı sıcaklığı 316 C iken, türbülatör kullanılarak 205 C ye düşürülmüştür. Bu da %5-6 gibi bir verim artışına denk gelir. Dezavantajları : * Ön duman sandığına gelen ısıl yük çok fazladır. * Ön kapak açılması zorlaşır, ışınım kayıpları fazladır. Sonuçta; Türbülatör kullanılarak daha ucuz kazanlar üretilir. Bu durumda kazanın temizlik ve bakım işlemi; * Daha zor yapılır, * Daha sık yapılması gerekir. Yapılmazsa verim hızla düşer. Türbülatörlerin yapışma riski artar. Duman borularının tıkanma riski artar. Sıcaklıklar yükselir Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 28

29 Buhar Kazanlarının Çalıştırılması, Devreye Alma (Start-Up) 1. Buhar kazanlarının çalışmaya hazırlanması ve ilk ateşleme 2. Kaynatma 3. Kazanın devreye sokulması 4. Devredeki kazanın işletilmesi 5. Kazanın devreden çıkarılması 6. Boşaltma 7. Olağanüstü durumlar için işletme kuralları 8. Emergency shutdown Acil kapatma Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 29

30 BUHAR KAZANLARININ BAKIMI 1. Periyodik Bakımlar a. Günlük, haftalık aylık ve yıllık bakımlar 2. Kazanda yıpranma sebepleri 3. Teknik kontrolü gerektiren sebepler a) Teknik kontrolün sıklığını belirleyen faktörler b) Teknik kontrolün yapılabileceği zamanlar c) Teknik kontrol yöntemleri i. İç kontroller ii. Dış kontroller 4. Kireç taşı oluşumu ve önlenmesi 5. Besleme suyunda çözünmüş oksijen ve sonuçları 6. Kondens dönüş hattında bulanıklık ve iletkenlik kontrolü 7. Erimiş katı maddelerin sisteme etkisi Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 30

31 Basınca bağlı olarak temizleme sıklığı Kaynak: J.W.Siegmund ve J.S.Poole, Planning for Chemical Cleaning 23rd Annual Conference of the Association of Rural Electric Generating Cooperatives,June 25-29,1972, Owensboro, Kentucky (revised April.1981) Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 31

32 Kazan basınçlarına bağlı olarak kimyasal temizlemeler arasındaki süreler İşletmelerde kazan borularının sayısı en az 100 adettir. Bu işletmenin durumuna ve büyüklüğüne göre 800 adet boru sayısına kadar çıkmaktadır Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 32

33 Periyodik Testler Su testi; belirli koşullar altında yasal olarak uygulanır. Bu test ile kazanın basınçlı gövdesinin sızdırmazlığı kanıtlanmalıdır. Su testinden önce, hava ile basınç testinin yapılması önerilir. İç Test: 3 yılda bir defa Dış Test: Yılda bir defa Su Testi: 9 yılda bir defa olmak üzere üç kısımdan oluşmaktadır Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 33

34 BUHAR KAZAN SİSTEMLERİ 1. Giriş 2. Besleme Suyu Sistemi Feed Water System 3. Yakıtlar ve Yakma Sistemleri Fuels and Burner Systems 4. Buhar Kazanları Steam Boilers 5. Blöf Yapma - Blow down 6. Hava Besleme Air Supply 7. Baca Gazı Flue Gas 8. Kazan Dairesi Yerleşimi Design of Boiler Room 9. Kazan Hesapları Boiler Calculations 10. Endüstriyel Kazanlar Industrial Boilers 11. Buhar Sistemi Steam System Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 34

35 KAZANLARDA BLÖF Kesintili ve devamlı olarak yapılabilir. Blöf, kazan suyu içinde buharlaşma sonucu konsantrasyonu artan çözünmüş ya da askıda kalmış katı madde miktarını kazan için belirlenen limitlere çekebilmek amacıyla kazan suyunun bir kısmının sistemden atılması işlemidir. DÜZENLİ BLÖFÜN KAZANDAKİ FAYDALARI Belirlenen blöfler düzenli yapıldığı takdirde; Daha saf ve temiz buhar elde edilir. Kazan dibinde birikinti oluşması ve birikintinin neden olacağı korozyon ve ısı kaybı önlenir. Kazan suyunun köpürmesi ve buhar hattına taşınması engellenir. Kazan suyundaki çözünmüş katı madde ve askıda madde miktarı kontrol altına alınmış olur. Kazanda özellikle seviye göstergesinin bulunduğu bölgenin çamurdan dolayı tıkanarak göstergenin devre dışı kalması ve kazanın susuz kalma ihtimali önlenir. Sonuç olarak blöf; kazan suyunda birikinti oluşumu, korozyon ve sürüklenme eğilimini en düşük seviyeye indiren önemli ve zorunlu bir işlemdir Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 35

36 Buhar Kazanı Aksesuarları MMO İZMİR ŞUBESİ ENDÜSTİYEL KAZANLAR SEMİNERİ Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 36

37 Yüzey blöf miktarının hesaplanması: A = (Q*S)/(K S) 5 t/h kapasiteli 10 bar işletme basıncındaki kazan suyu iletkenlik değeri 3000 μs/cm ve besi suyu iletkenlik değeri 100 μs/cm dir. Kazan Yüzey blöf miktarı? A = (5000*100)/( ) = 172 kg/h Vananın %33 açıklıkta olması bu değeri sağlar. Vananın %40 açıklıkta olması halinde enerji kaybı: %40 vana açıklığı ile tahliye edilen kazan suyu miktarı 250 kg/h tir. q=m*c*δt=( )*1*( )= 6320 kcal/h Eşdeğer doğalgaz: 6320/(0,9*8250) = 0,85 m3/h Yıllık doğalgaz tüketimi: 0,85*10*300= 2550 m3 MMO İZMİR ŞUBESİ ENDÜSTİYEL KAZANLAR SEMİNERİ Buhar Kazanı Aksesuarları Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK

38 Örnek: 5 t/h kapasiteli, 10 bar işletme basıncında çalışan, besi suyu iletkenlik değeri 100 μs/cm olan bir kazanın yüzey blöf miktarı 172 kg/h olarak hesaplanmıştır. Bu kazanın yüzey blöfünden flaş buhar tankı vasıtasıyla geri kazanılacak ısı miktarı nedir? (Kazanılan flaş buhar 0,2 bar basınçta çalışan degazörü beslemek üzere kullanılacaktır). Yüzey blöf suyunun %15 inin flaş buhara dönüştüğü grafikten okunuyor. m fb = 0,15 x 172 = 26 kg/h q fb = 26 x 550 = kcal/h Eşdeğer doğalgaz: 1,93 m 3 /h Yıllık doğalgaz miktarı: 1,93 x 10 x 300 = 5790 m Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 38

39 Buhar Kazanı Aksesuarları Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 39

40 Buhar Kazanı Aksesuarları Günde 1 defa 4 saniye boyunca dip blöf yapılması uygundur. 8 bar işletme basıncındaki kazanın blöf vanasının günde 2 defa 20 saniye boyunca açık tutulmasının maliyeti nedir? q = m*c*δt = (2*20 4)*5*1*( )= kcal Eşdeğer doğalgaz miktarı: 13140/(8250*0,9) = 1,8 m3 Yılda harcanan fazladan doğalgaz: 648 m Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 40

41 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 41

42 Kondens istasyonu: Kondens istasyonu, buhar kullanım yerlerinden geri dönen kondensi toplayarak, besi suyu tankına basmak üzere tasarlanır. Kondens tankı, üzerinde bulunan bir havalık borusu ve/veya vanası sayesinde atmosferik çalışır. Bu sayede kondens, bir karşı basınçla karşılaşmadan tanka akabilir. Blöf soğutma tankı: Blöf tankı, kazan sisteminden dışarı atılan tüm basınçlı ve sıcak suyu toplamak üzere tasarlanır. Tanka giren su atmosferik basınca düşürülür. Blöf tankı atmosfere açıktır. Ham su hattından bağlanan soğutma suyu ile karıştırılan atık su, tahliye edilmek üzere C ye düşürülür Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 42

43 T.D.S. Flaş buhar tankı T.D.S. flaş buhar tankı, yüzey blöf suyunu alarak, 0,5 bar(g) pozitif basınca düşürmek üzere tasarlanır. Basınç düşüşü sonucu açığa çıkan flaş buhar, degazörde kullanılır. Flaş buhar ayrıldıktan sonra arda kalan atık su, blöf tankına yönlendirilir. Kaynak: MMO İZMİR ŞUBESİ ENDÜSTİYEL KAZANLAR SEMİNERİ Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 43

44 BUHAR KAZAN SİSTEMLERİ 1. Giriş 2. Besleme Suyu Sistemi Feed Water System 3. Yakıtlar ve Yakma Sistemleri Fuels and Burner Systems 4. Buhar Kazanları Steam Boilers 5. Blöf Yapma - Blow down 6. Hava Besleme Air Supply 7. Baca Gazı Flue Gas 8. Kazan Dairesi Yerleşimi Design of Boiler Room 9. Kazan Hesapları Boiler Calculations 10. Endüstriyel Kazanlar Industrial Boilers 11. Buhar sistemi Steam System Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 44

45 Air preheater-hava ön ısıtıcıları Hava ön ısıtıcıları, ekonomizerlere benzerler, egzoz gazlarını atmosfere atmadan önce barındırdığı enerjinin bir kısmını kullanırlar. Boru şeklindeki karşı akışlı hava ısıtıcısı Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 45

46 Termal verimliliği %1 artırmak için, yanma havası sıcaklığı 20 C artırılmalıdır Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 46

47 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 47

48 Hava Besleme Fanı Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 48

49 Fanın yaptığı iş; toplam fark basınç ile aktardığı havanın hacminin çarpımına eşittir. W= V* p V= Aktarılan havanın hacmi p= H s + H v = toplam fark basınç Hava veya gazın içinden geçeceği kanal, dirsek, filtre, eşanjör gibi ekipmanlarda uğrayacağı basınç kayıplarının toplamını yenebilcek statik basınç ( H s ). Hava veya gazın tüm yollardan ve işlemlerden geçtikten sonra aktarılacağı ortamda yayılması için ihtiyaç duyacağı hız basıncı (H v ) Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 49

50 Fan çark büyüklüğü (D, B), Sistem dirençleri ve aktarılan ortam yoğunluğunun aynı kalması şartı ile Fan devrinin (N) değiştirilmesi ile değişecek değerler: Debi (Q) devir sayısı ile doğru orantılı olarak değişir. Basınç (P) devir oranının karesi ile doğru orantılı olarak değişir. Güç (HP) devir oranının küpü ile doğru orantılı olarak değişir Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 50

51 BUHAR KAZAN SİSTEMLERİ 1. Giriş 2. Besleme Suyu Sistemi Feed Water System 3. Yakıtlar ve Yakma Sistemleri Fuels and Burner Systems 4. Buhar Kazanları Steam Boilers 5. Blöf Yapma - Blow down 6. Hava Besleme Air Supply 7. Baca Gazı Flue Gas 8. Kazan Dairesi Yerleşimi Design of Boiler Room 9. Kazan Hesapları Boiler Calculations 10. Endüstriyel Kazanlar Industrial Boilers 11. Buhar sistemi Steam System Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 51

52 Yakıtın yakılması sonucu oluşan enerjinin maksimum şartlarda akışkana geçişini sağlamalıdır. Kazanlarda ısı transferi daha çok şu şekilde gerçekleşir; Katı ve sıvı yakıtlarda radyasyonla (yansıma-ışıma), Gaz yakıtlarda konveksiyonla (yüzeyle) gerçekleşir Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 52

53 Fuel-oil characteristics [*]: Carbon, % w (C) : 86.6 Hydrogen, % w (H): 10.9 Sulfur, % w (S): 2.1 Ash, % w: 0.4 LHV, MJ/kg: 39.4 Theoretical air/fuel ratio (A/F): m air /m fuel Oxygen concentration in the flue gases to the chimney (dry basis): Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 53

54 Kazan İçinde Yanma: Yanma, hava ile yakıtın içindeki yanıcı maddelerin kimyasal birleşimi ile gerçekleşir ve ısı açığa çıkmasını sağlar. Yanma hava ile yakıt karışımının yeterli sıcaklığa gelmesi ile gerçekleşir. Yanma esnasında havanın içindeki oksijen yakıtın içindeki karbon, hidrojen, ve diğer ısı açığa çıkaran küçük elementlerle reaksiyona girer (Woodruff ve diğ, 2005). Baca gazı sıcaklığı: Bünyesinde bulunan ısıdan etkin bir şekilde yararlanılmadan kazanı terk eden duman gazları, verim kaybının en önemli sebebidir. Buhar kazanlarının baca gazı sıcaklığı, buharın kazan işletme basıncındaki doyma sıcaklığından C daha yüksektir. Verimli bir çalışma için baca gazında bulunması gereken O2 ve CO2 oranları şu şekildedir: O2 CO2 Doğalgaz için % 1 3 %10,0 11,2 Fuel-oil için % 3 6 % 11,5 13, Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 54

55 Ultra Düşük Emisyon Değerleri Nox seviyeleri 5 ppm'lik doğal gaz seviyesine kadar düşerken, CO 50 ppm'den daha azını korur ve VOC'yi azaltır. VOC (Uçucu Organik Madde); çevreye ve insan sağlığına zarar verebilir özellikte kimyasallardır. Çevreye verilen VOC emisyon miktarını azaltmak, çevre ve insan sağlığını korumak için uluslararası düzeyde çeşitli düzenlemeler yapılmış ve kanunlar çıkartılmıştır Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 55

56 Stokerli (ateşçi, kömür atma makinesi) atık odun yakan bir kazan Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 56

57 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 57

58 Kazan Cidarı EN e göre bir kazanın dış cidar kayıpları, kazan kapasitesinin %1 i ile sınırlı olmalıdır. Bir kazanın dış cidarlarından radyasyonla ısı kaybı, kazan dış yüzey sıcaklıklarının 4. kuvvetiyle doğru orantılıdır. Yüksek bir kazan verimi elde etmek için dış yüzey sıcaklıklarının mümkün olan en düşük değerlerde olması gerekir. Dış cidar sıcaklıklarının artmasının sebepleri: -Tekniğe uygun olmayan izolasyon malzemelerinin kullanılması -Yetersiz kalınlıktaki izolasyon malzemesi -Isı köprüsü oluşturacak nitelikteki izolasyon çerçevesi -Tasarım eksiklikleri/hataları Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 58

59 Örnek: 10 t/h (6500 kw) kapasiteli 2 buhar kazanından birinin dış cidar kayıpları %2, diğerinin %0,3 tür. Bu kazanların doğalgaz tüketimleri arasındaki fark nedir? 1. Kazan: Dış cidarlardan kaybedilen ısı: 6500 x 0.02 = 130 kw Doğalgaz miktarı: 130 / 9,6= 13,54 m3/h 2. Kazan: Dış cidarlardan kaybedilen ısı: 6500 x = 19,5 kw Doğalgaz miktarı: 19,5 / 9,6= 2,03 m3/h Fark: 13,54 2,03 = 11,51 m3/h 3600 h/yıl, %75 ortalama kapasite kullanımı için yıllık doğalgaz tüketimi: 11,51 x 3600 x 0,75 = m3/yıl x 0,35 = /yıl 1m3=9,6 kwh 1m3=9,77 kwh 1m3=10,64 kwh Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 59

60 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 60

61 Sayfa - Kazan Dairesi Yerleşimi Design of Boiler Room Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 61

62 BUHAR KAZAN SİSTEMLERİ 1. Giriş 2. Besleme Suyu Sistemi Feed Water System 3. Yakıtlar ve Yakma Sistemleri Fuels and Burner Systems 4. Buhar Kazanları Steam Boilers 5. Blöf Yapma - Blow down 6. Hava Besleme Air Supply 7. Baca Gazı Flue Gas 8. Kazan Dairesi Yerleşimi Design of Boiler Room 9. Kazan Hesapları Boiler Calculations 10. Endüstriyel Kazanlar Industrial Boilers 11. Buhar sistemi Steam System Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 62

63 Yönetmelikler Bayındırlık Bakanlığı Yapı İşleri Makine Tesisatı Genel Teknik Şartnamesi ne göre: 0,5 bar dan daha yüksek basınçlı buhar ve kızgın su kazanları Kazan su hacmi (m 3 ) x İşletme basıncı (bar) 10 m 3.bar şartını sağlaması halinde muskûn hacimlere yerleştirilebilir. Bu şartı sağlamayan kazanlar için üzerinde kat bulunmayan ayrı bir kazan dairesi yapılması zorunluluğu vardır. Belediyelerin Ruhsat Denetim Müdürlüğü kurallarına göre kazanlar üç sınıfa ayrılır: I. sınıf kazanlar: Kazan su hacmi-m 3 x (Doyma sıcaklığını- C 100) 200 Kazan dairesi üzerine kat yapılamaz, meskûn ve genel kullanım amaçlı binalarda en az 20 m mesafede inşa edilmelidir. 20 m den daha yakın mesafeler için koruma duvarı yapılmalıdır. II. sınıf kazanlar: Kazan su hacmi-m3x (Doyma sıcaklığını- C 100) < 200 Kazan dairesi mesûnve genel kullanım amaçlı binalara en az 10 m mesafede olmalıdır veya 45cm kalınlığı da bir koruma duvarıyla ayrılmak üzere meskûn binaların içine koyulabilir. III. Sınıf kazanlar: Kazan su hacmi-m3x (Doyma sıcaklığını- C 100) 50 Kazanlar her türlü bina içine yerleştirilebilir Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 63 Kaynak: MMO İZMİR ŞUBESİ ENDÜSTİYEL KAZANLAR SEMİNERİ

64 1. Buhar Kazanı 2. Kontrol sistemi (PLC) 3. İntegral ekonomizer 4. Toplam termal deaerasyon sistemi 5. Isı geri kazanımlı TDS genişletici 6. Karıştırıcı soğutucu 7. Kimyasal su arıtımı 8. Besleme suyu pompaları 9. Dozajlama modülleri 10. Baca gazı damperi A.Tüketiciye B. Tahliye borusu - emniyet ventili C. Havalandırma ve boşaltma hattı D. Buhar hattı E. Kondens suyu girişi F. Yakıt besleme G. Ham su girişi H. Yumuşatılmış su I. Besi suyu K. TDS hattı M. Blown down hattı Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 64

65 Kazan dairesi yerleşimi Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 65 Kaynak: MMO İZMİR ŞUBESİ ENDÜSTİYEL KAZANLAR SEMİNERİ

66 Alanlar Gürültü kontrolü Gürültüye hassas kullanımlardan eğitim, kültür ve sağlık alanları ile yazlık ve kamp yerlerinin yoğunluklu olduğu alanlar Ticari yapılar ile gürültüye hassas kullanımların birlikte bulunduğu alanlardan konutların yoğun olarak bulunduğu alanlar Ticari yapılar ile gürültüye hassas kullanımların birlikte bulunduğu alanlardan işyerlerinin yoğun olarak bulunduğu alanlar Organize Sanayi Bölgesi veya İhtisas Sanayi Bölgesi içindeki her bir tesis için L gündüz L akşam L gece (dba) (dba) (dba) Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 66 Kaynak: MMO İZMİR ŞUBESİ ENDÜSTİYEL KAZANLAR SEMİNERİ

67 Buhar tesisatı Buhar dağıtımı Buharın istenen basınç, kalite ve miktarda buhar kullanan cihaza sağlanması, tekniğe uygun tasarlanıp uygulanmış bir buhar dağıtım hattı ile mümkündür Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 67 Kaynak: MMO İZMİR ŞUBESİ ENDÜSTİYEL KAZANLAR SEMİNERİ

68 Buhar tesisatı Buhar borularının boyutlandırılması Buhar dağıtım sisteminin amacı, buharı kullanım noktasına gerekli basınçta taşımaktır. Bu sebeple buhar dağıtım hatlarındaki basınç düşümü önemli bir konudur. Küçük çaplandırılmış bir buhar dağıtım hattı; -Yüksek basınç kayıplarından dolayı buharın kullanım yerine düşük basınçta ulaşmasına ve proses cihazlarının performansının düşmesine, -Yetersiz buhar beslemesine, -Sitemdeki aşınma risklerinin artmasına, -Buhar hızının artmasından dolayı su koçu ve gürültü meydana gelmesine sebep olur. Büyük çaplandırılmış bir buhar dağıtım hattı; -Boru, vana, fittings vb. tesisat elemanlarının maliyetlerinin yükselmesine, -Supportlama ve izolasyon gibi tesisat işlerinin maliyetinin artmasına, -Boru dış yüzey alanlarının artmasından dolayı ısı kayıplarının artmasına, -Artan ısı kayıplarından dolayı hatta fazladan kondens oluşumuna, dolayısıyla kondenstop adetlerinin artmasına ve buhar kuruluk derecesinin düşmesine sebep olur Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 68 Kaynak: MMO İZMİR ŞUBESİ ENDÜSTİYEL KAZANLAR SEMİNERİ

69 Buhar tesisatı Buhar borularının boyutlandırılması Basınç artıkça buharın özgül hacmi azalır. Yüksek basınçlı buhar, düşük basınçlı buhardan daha küçük hacim kaplar. Dolayısıyla buharın kazanda yüksek basınçta üretilip, dağıtılması halinde dağıtım borularının çapları, aynı ısıl kapasitedeki düşük basınçlı bir sisteme göre daha küçük olur Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 69 Kaynak: MMO İZMİR ŞUBESİ ENDÜSTİYEL KAZANLAR SEMİNERİ

70 Buhar tesisatı Buhar borularının boyutlandırılması Örnek: Buhar kullanan bir cihaz, 7,6 bar basınçta 500 kg/h buhara ihtiyaç duymaktadır. Buhar kazanının set basıncı 8 bar dır. Kazan ve cihaz arasındaki borulama uzunluğunun 150 m olduğu düşünülürse, cihaza giden dağıtım borusunun çapı ne olmalıdır? Çözüm: Kazan ve cihaz arasındaki boru mesafesi bilinmesine rağmen, hat üzerindeki fittings in sebep olduğu kayıplar için bu mesafe bir katsayı ile arttırılmalıdır. Bu katsayı: 50 m den kısa hatlar için: 1, m den uzun ve az miktarda fittings bulunan hatlar için: 1, m den uzun ve çok miktarda fittings bulunan hatlar için: 1,20 olarak kabul edilebilir. Bu durumda eşdeğer boru uzunluğu: 150 x 1,10 = 165 m olarak hesaplanır Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 70 Kaynak: MMO İZMİR ŞUBESİ ENDÜSTİYEL KAZANLAR SEMİNERİ

71 Çözüm (Devam): 100 m mesafe için basınç kaybı: (8 7,6 ) x = 0,24 bar/100m 0,24 bar Bu durumda kullanılacak boru çapının 60 mm olması gerektiği görülüyor. Hız kontrolü: Hız = (Debi*Özgül hacim) /3600*Alan u =(500*0,22)/(3600 x π(0,06 2 / 4)) u = 11 m/s 7,6 bar 500 kg/h Alan= πx D 2 / Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 71

72 Buhar tesisatı Buhar kollektörünün boyutlandırılması Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 72 Kaynak: MMO İZMİR ŞUBESİ ENDÜSTİYEL KAZANLAR SEMİNERİ

73 Buhar tesisatı Buhar borularının yerleşimi EN a göre, ana buhar dağıtım hattı, akış yönünde minimum 1:100 eğimle yerleştirilmelidir. Bu sayede hatta oluşan kondens yerçekimi etkisiyle akar ve birikim olmaz, su koçu engellenir. Kimi durumlarda, şantiye koşulları yukarıda gösterilen şekilde bir tesisata uygun değildir. Buhar tesisatı daha yüksek bir kota taşınacağı zaman aşağıdaki şema uygulanmalıdır: Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 73 Kaynak: MMO İZMİR ŞUBESİ ENDÜSTİYEL KAZANLAR SEMİNERİ

74 Steam separators & filters (Buhar ayırıcıları & Filtreler) Islak Buhar Kuru Buhar Kondenstop, buhar sistemlerinde oluşan yoğuşmanın dışarı atılmasında kullanılan tesisat elemanıdır. Kondenstopların görevi; Oluşan kondensi dışarı atmak, tahliye esnasında buharı tutmak ve kaybı engellemek. Kondensat çıkışı Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 74

75 Buhar tesisatı Buhar hatlarından kondens tahliyesi Buhar hattında oluşan kondens, hatta eklenecek bir cep aracılığıyla tahliye edilmelidir. Cep kullanılmaması halinde oluşan kondensin tamamı tahliye edilemez Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 75 Kaynak: MMO İZMİR ŞUBESİ ENDÜSTİYEL KAZANLAR SEMİNERİ

76 Buhar tesisatı Su koçu Su koçu, hatta biriken kondensin fittings, armatür ve buhar kullanan cihazlara yüksek hızda çarpmasıyla oluşan gürültüdür. Kondensin yüksek hızda olması büyük bir kinetik enerji taşımasına yol açar. Bu durum tesisat elemanlarının zarar görmesine sebep olur Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 76 Kaynak: MMO İZMİR ŞUBESİ ENDÜSTİYEL KAZANLAR SEMİNERİ

77 Buhar tesisatı Su koçu Su koçunun engellenmesi için hatta kondens birikiminin önlenmesi gerekir Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 77 Kaynak: MMO İZMİR ŞUBESİ ENDÜSTİYEL KAZANLAR SEMİNERİ

78 Buhar tesisatı Genleşme ve support elemanları Buhar tesisatında yüksek çalışma sıcaklıklarından dolayı büyük genleşmeler gerçekleşir. Bu yüzden boru hattı yüksek fleksibiliteye sahip olmalıdır Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 78

79 Dökme Dilimli Kazan kcal/h Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 79

80 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 80

81 Dökme Dilimli Kazan kcal/h Baca ve Havalandırma Kanal Hesapları Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 81

82 KAZAN kcal/h Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 82

83 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 83

84 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 84

85 Kazan kcall/h (Buderus Lollar 505) Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 85

86 Kazan kcal/h (Buderus Lollar 505) Üflemeli brülör gaz kontrol hattı ekipmanları (Q<1200 kw ) Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 86

87 ÜNİVERSAL KBJ 500 TİPİ ÜFLEMELİ BRÜLÖRLÜ BUHAR KAZANI ISITMA AMAÇLI 350 KW Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 87

88 ÜNİVERSAL BUHAR KAZANI kcal/h KBJ 350 kg/h BORU ÇAPI HESAPLARI: (TS 301'E GÖRE) ORTA BASINÇ HESAPLARI: (300 mbar) BACA ÇAPI HESABI: (TS 11389) Kazan: TS ,EN , Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 88 TS EN

89 BUHAR KAZAN SİSTEMLERİ 1. Giriş 2. Besleme Suyu Sistemi Feed Water System 3. Yakıtlar ve Yakma Sistemleri Fuels and Burner Systems 4. Buhar Kazanları Steam Boilers 5. Blöf Yapma - Blow down 6. Hava Besleme Air Supply 7. Baca Gazı Flue Gas 8. Kazan Dairesi Yerleşimi Design of Boiler Room 9. Kazan Hesapları Boiler Calculations 10. Endüstriyel Kazanlar Industrial Boilers 11. Buhar sistemi Steam System Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 89

90 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 90 Jason R. Funk, Boiler Basics, hughes machinery

91 Sıcak ve ılık su kazan işletme Qu=m.c. T (kw) Buhar üretim işletme Qu=m buhar. h (kw) Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 91

92 Heat Balance Balancing total energy entering a boiler against the energy that leaves the boiler in different forms 12.7 % Heat loss due to dry flue gas 8.1 % Heat loss due to steam in flue gas % 1.7 % Heat loss due to moisture in fuel Fuel BOILER 0.3 % 2.4 % Heat loss due to moisture in air Heat loss due to unburnts in residue 1.0 % Heat loss due to radiation & other unaccounted loss 73.8 % Heat in Steam Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 92

93 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 93

94 Yanma Olayı Verimi y= Yanma odasında açığa çıkan ısı/yanma odasına yakıtla giren ısı ƩK : Toplam ısı kaybı (%) m y.h u : Yanma odasına yakıtla giren ısı η y.m y.h u : Yanma odasında açığa çıkan ısı ƩK = K a + K u + K yg + K sc Kazan Yanma Verimleri * Kazan/brülör kısa süreli çalışmalar, verimliliğinde % 20'lik bir azalmaya neden olabilir. Ateşlemeler η y : ortalama yanma olayı verimi, % Izgara ateşlemeleri 0.85 / 0.97 Kömür tozu 0.96 / 0.99 Sıvı ateşlemeleri 0.96 / 0.99 Gaz ateşlemeleri 0.96 / Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 94

95 Buhar kazanı tesisat verimi k= Faydalı Hale Gelen Isı Miktarı / Yakıtla Yanma Odasına Giren Isı Miktarı. Faydalı hale gelen ısı miktarı: Buhar üretimi için besleme suyuna,buhara ve buharlaştırmaya sarf edilen yani buhar tarafına transfer edilen ısı miktarı (havayı ısıtmak için transfer edilen ısı mikarı bu ısıya dahil edilmez) m b : üretilen buhar miktarı. h kb : kızgın buharın entalpisi. h bsg = h bsd : besleme suyu giriş veya dönüş entalpisi. m ba : ara kızdırmaya sevk edilen buhar miktarı. h kbag : ara kızdırmaya sevk edilen buharın kızdırıcıya giriş entalpisi. h kbaç : ara kızdırmaya uğrayan buharın ara kızdırıcıdan çıkış entalpisi. K yanma olayı kayıpları ile diğer kayıpları ihtiva etmek suretiyle; Kazan tipine bağlı olarak kazan tesisat verimleri Kazan tipleri Verim Küçük kazanlarda 0.74 / 0.82 Mekanik ateşlemeli büyükçe kazan (toz fuel-oil,gaz ateşlemeler) 0.82 / 0.88 Büyük kazanlarda 0.86 / Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 95

96 Yanma odasında kalan artıklar içindeki yanmamış yakıtlar nedeniyle ısıl kayıp: Ka Ka : % 1 2 elverişli ızgaralarda ve uygun ateş sevkinde Ka : % 5 ince (küçük) kömür ateşlemelerinde Ka: % 1 toz ateşlemelerinde Uçan kok ve is nedeniyle ısıl kayıp: Ku Uçan kok ve is nedeniyle meydana gelen ısıl kayıplar için ortalama olarak şu değerler verilebilir. Yağsız ince kömür: 4 8 (Ka + Ku + Kyg + Kbg + Ksc + Kış) %20 dir. Yağsız fındık kömür: 2 4 Yağlı kömürde : 1 3 Toz ateşlemelerde: 2 Yanmayan (yanmamış) gazlar nedeniyle ısıl kayıp: K yg Genel olarak K u % 1 civarındadır. Baca gazı sıcaklığından gelen ısıl kayıp: K bg K bg = % 9-11 arası değişir. Sıvı kül(cüruf) alımı nedeniyle ısıl kayıp: K sc K sc =%2 kadar değer alabilir. Işıma ile ısı iletiminden ileri gelen ısıl kayıplar: K ış m b 100 t/h ise K ış <%1 olacaktır. (W/m 2 ) 6 t/h m b 50 t/h ise K ış %3 olacaktır. Alev borulu kazanlarda %6 ya kadar çıkabilir Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 96

97 Örnek: Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 97

98 Kazan verimi= m w (h-h f )/Kalorifik değer Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 98

99 Örnek: Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 99

100 Termodinamik Çözümleme Kazan, sürekli akışlı açık bir sistem olarak incelendiğinde, kazan için kontrol hacmi; Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 100

101 Carnot ısı makinesi göz önüne alınırsa, Carnot ısı makinesinde verim; ile ifade edilir. Buradan Wn çekilirse, bağıntısı bulunmuş olur. Buradan da görüldüğü dibi TL sıcaklığı ve QH aynı olduğu durumda TH değeri Carnot ısı makinesinin verimini belirler. Başka bir deyişle aynı enerji potansiyelinde, TH değeri arttıkça Wn değeri de artar. Bu da sıcaklığın önemini vurgular. Buradan da görüldüğü gibi enerji miktarından çok enerjinin kalitesi önemlidir (Çengel ve diğ., 2002) Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 101

102 Yanma odasında açığa çıkan ısının %99 inin suya geçtiği varsayılırsa; sürekli akışlı açık bir sistemde, kütlenin korunumu ve enerjinin korunumu yasaları aşağıda verilmiştir: Kazana giren havanın mol bileşimi %77.48 N 2, %20.59 O 2, %0.03 CO 2, %1.9 H 2 O alınabilir. Yanma odası, sürekli akışlı açık bir sistem olarak alınır ve termodinamiğin birinci yasası uygulanırsa, Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 102

103 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 103

104 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 104

105 Mass balance Combustion chamber Energy balance: Heat released to the water Maximum available: Heat release; Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 105

106 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 106

107 Kazan içinde suya ısı geçisi Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 107

108 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 108

109 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 109

110 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 110

111 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 111

112 Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 112

113 Kazan verimini belirleyen unsurlar Bir kazanın verimi ηk = 1 (k1 +k2 +k3 +k4) şeklinde ifade edilebilir. k1: Baca gazı sıcaklığına bağlı kayıp oranı Giren ısı; q g = h3 h2 Isıl verim; η th =W net /q g k2: Duman gazı içinde bulunan su buharının bünyesinde taşıdığı ısıdan dolayı oluşan kayıp oranı k3: Kazanı terk eden duman gazlarında bulunan CO ve/veya O2 miktarına bağlı kayıp oranı k4: Kazan dış yüzeylerinden dış ortama kaçan ısıdan kaynaklanan kayıp oranı Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 113

114 Kabul: Kazanlar günde 12 saat, yılda 300 gün ve ortalama %75 kapasitede işletilmektedir. Geleneksel skoç tipi buhar kazanı ( k=0,85) Q = x ( ) / 0,85 = MJ/h = kw Yüksek verimli buhar kazanı ( k=0,9) Q = x ( ) / 0,9 = MJ/h = kw Entegre ekonomizörlü buhar kazanı ( k=0,95) Q = x ( ) / 0,95 = MJ/h = kw Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 114

115 re-evaporation % Calculation of Heat Recovery Basis data: Steam boilerload: kg/h Condensate back to boiler 90%: kg/h at 10barg and 184 C Working Pressure: 14 barg Fresh water feeding 10%: 500 kg/h (replacement for steam Running hours: OPEN 16 SYSTEM h/d at 220 d/y CLOSED SYSTEM shower, leaks etc.) ṁst T B. Q. moil C P H u A B real 4500 kg/h evaporates from 10barg to 0bar(Atmosphere) 16% re-ev 720 kg/h Fresh Water HEATING: ( ) kg/h FW (10 C 103 C) kg K 4,18kJ mst 244kg/ h 1945kJ h kg K Mass of steam per hour Blending temperature Energy difference per hour Mass of oil saving per hour Specific heat capacity 4,18 KJ/Kg K Net calorific value Density of light oil KJ/Kg 0,82 Kg/L Boiler efficiency 90 % Y Gain by steam saving G St 0,244 0,1 t / h 25 / t 16h / d 220d / Y / Gain by fresh water saving G FW 0,72t / h 3 / t 16h / d 220d / Y / Y Gain by fuel saving G F 48,3 l / h 0,35 / l 16h / d 220d / Y / Y F Complete Gain /Y Investment /Y E D C HEATING: 500 kg/h (10 C 103 C) kg K 4,18kJ mst 100kg/ h 1945kJ h kg K Blending (condensate) 4500 kg/h of 184 C with (feed water ) 500 kg/h of 103 C kg kg 184 C C 500 h h 176 C B kg 5000 h.. kg kj Q m CP , K h kg K. kj Q h. kj Q h l moil real 48, 3 H kj kg u ,9 0,82 h kg l Time of Amortisation = INVESTMENT COMPLETE GAIN = = 1,15 Y Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 115

116 Boiler Efficiency Thermal efficiency of boiler is defined as the percentage of heat input that is effectively utilised to generate steam. There are two methods of assessing boiler efficiency. The Direct Method: Where the energy gain of the working fluid (water and steam) is compared with the energy content of the boiler fuel. The Indirect Method: Where the efficiency is the difference between the losses and the energy input. a. Direct Method This is also known as input-output method due to the fact that it needs only the useful output (steam) and the heat input (i.e. fuel) for evaluating the efficiency. This efficiency can be evaluated using the formula Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 116

117 Parameters to be monitored for the calculation of boiler efficiency by direct method are : Quantity of steam generated per hour (Q) in kg/hr. Quantity of fuel used per hour (q) in kg/hr. The working pressure (in kg/cm 2 (g)) and superheat temperature ( o C), if any The temperature of feed water ( o C) Type of fuel and gross calorific value of the fuel (GCV) in kcal/kg of fuel where, h g - Enthalpy of saturated steam in kcal/kg of steam h f - Enthalpy of feed water in kcal/kg of water Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 117

118 Örnek: Find out the efficiency of the boiler by direct method with the data given below: - Type of boiler : Coal fired - Quantity of steam (dry) generated : 8 TPH - Steam pressure (gauge) / temp : 10 kg/cm 2 (g)/180 o C - Quantity of coal consumed : 1.8 TPH - Feed water temperature : 85 o C - GCV of coal : 3200 kcal/kg - Enthalpy of steam at 10 kg/cm 2 pressure : 665 kcal/kg (saturated) - Enthalpy of feed water : 85 kcal/kg It should be noted that boiler may not generate 100% saturated dry steam, and there may be some amount of wetness in the steam Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 118

119 b. Indirect Method There are reference standards for Boiler Testing at Site using indirect method namely British Standard, BS 845: 1987 and USA Standard is ASME PTC-4-1 Power Test Code Steam Generating Units'. Indirect method is also called as heat loss method. The efficiency can be arrived at, by subtracting the heat loss fractions from 100. The standards do not include blow down loss in the efficiency determination process. A detailed procedure for calculating boiler efficiency by indirect method is given below. However, it may be noted that the practicing energy mangers in industries prefer simpler calculation procedures. The principle losses that occur in a boiler are: Loss of heat due to dry fluegas Loss of heat due to moisture in fuel and combustion air Loss of heat due to combustion of hydrogen Loss of heat due to radiation Loss of heat due to unburnt Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 119

120 In the above, loss due to moisture in fuel and the loss due to combustion of hydrogen are dependent on the fuel, and cannot be controlled by design. The data required for calculation of boiler efficiency using indirect method are: Ultimate analysis of fuel (H 2, O 2, S, C, moisture content, ash content) Percentage of Oxygen or CO 2 in the flue gas Flue gas temperature in o C (T f ) Ambient temperature in o C (Ta) & humidity of air in kg/kg of dry air GCV of fuel in kcal/kg Percentage combustible in ash (in case of solid fuels) GCV of ash in kcal/kg (in case of solid fuels) Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 120

121 Çözüm: Theoretical air requirement =[(11.6 C) + {34.8 (H 2 - O 2 /8)} + (4.35 S)]/100 kg/kg of fuel Actual mass of air supplied/ kg of fuel (AAS) = {1 + EA/100} theoretical air Excess Air supplied (EA) = m = mass of dry flue gas in kg/kg of fuel m= Combustion products from fuel: CO 2 + SO 2 + Nitrogen in fuel + Nitrogen in the actual mass of air supplied + O 2 in flue gas. (H 2 O/Water vapour in the flue gas should not be considered) C p = Specific heat of flue gas (0.23 kcal/kg o C) i. Percentage heat loss due to dry flue gas = Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 121

122 iv. Percentage heat loss due to moisture present in air Where, H 2 - kg of H 2 in 1 kg of fuel C p - Specific heat of superheated steam (0.45 kcal/kg o C) iii. Percentage heat loss due to evaporation of moisture present in fuel Where, M - kg of moisture in 1kg of fuel C p - Specific heat of superheated steam (0.45 kcal/kg) o C 584 is the latent heat corresponding to the partial pressure of water vapour Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 122

123 v. Percentage heat loss due to unburnt in fly ash vi. Percentage heat loss due to unburnt in bottom ash vii. Percentage heat loss due to radiation and other unaccounted loss The actual radiation and convection losses are difficult to assess because of particular emissivity of various surfaces, its inclination, air flow pattern etc. In a relatively small boiler, with a capacity of 10 MW, the radiation and unaccounted losses could amount to between 1% and 2% of the gross calorific value of the fuel, while in a 500 MW boiler, values between 0.2% to 1% are typical. The loss may be assumed appropriately depending on the surface condition. Efficiency of boiler (η) = (i + ii + iii + iv + v + vi + vii) Dr. Öğr. Üyesi Seyfi ŞEVİK 123