φ : Eşdeğer yakıt oranı :

Transkript

1 YANMA ve ALEV Ön Karışımlı Yanma Türbülanslı (Benzinli Motorlar) Laminer ( Fakir Karışımlı Bek Alevi ) Ön Karışımsız Yanma Türbülanslı (Dizel Motoru, Brülorler) Laminer ( Mum Alevi) Yanma işlemine gönderilen hava ve yakıt miktarına göre aşağıdaki tanımlar kullanılmaktadır. λ: Teorik Hava Oranı : m hava m hava, stokiometrik *100 1 φ : Eşdeğer yakıt oranı : λ φ > 1: φ = 1: φ < 1: Yakıtça zengin karışım Stokiometrik karışım Fakir karışım Ön Karışımlı Alevler: Ön karışımlı laminer alevlerin bir örneği Bunsen (Bek) alevidir. Burada yakıt ve hava ayrı ayrı istenilen miktarda ayarlanarak gönderilmekte ve yanma ağzından önce karışarak düzgün bir alev elde edilmesi sağlanmaktadır. Alev, karışımın içinde V L alev hızı ile yayılmaktadır. Karışımın geliş hızı V U, alev hızından çok büyükse alev yanma ucunda kopar ve söner. V U >> V L : alevin kopması Karışımın geliş hızı alev hızından küçükse, o zaman alev içeri karışım kanalına doğru yayılır (alevin içeri doğru tepmesi). Kontrollü bir yanma için, karışımın geliş hızının alev hızından bir miktar yüksek olması gerekir. Bu durumda alev konisi oluşur. Geliş hızının alev cephesi yönündeki bileşeni, alevin yayılma hızına eşit olacaktır: sinθ = V L /V U Tepe açısı, 2θ Alev hızı, V L Alev cephesi Karışım geliş hızı, V U

2 Alev hızı yakıtın cinsine, karışım oranına ve karışım sıcaklığına bağlıdır. Çevre hava ile hidrokarbon gazlarının karışımında, tipik alev kalınlığı 1mm ve alev hızı 0.5 m/s mertebesindedir. Alev bölgesi sıcaklığı (2200 K 2600 K ) civarındadır. Bu sıcaklık, çevreye olan ışınım kayıplarından dolayı adyabatik alev sıcaklığının biraz altında gerçekleşir. Ön karışımlı türbülanslı alevlere bir örnek benzinli motorlardır. Burada alev akış içinde düzgün olmayan bir şekilde yayılmakta olup belirli bir alev cephesi oluşmamaktadır. Genel olarak ön karışımlı alevlerde, karışım oranı ve yanma işlemi daha iyi kontrol edilir. Yakıt-hava karışımı düzgün dağıtılmıştır (homojen). Fakir karışım oranında (φ <1, λ > 1), alev sıcaklığı düşüktür. Böylece, azotoksit (NO x ) oluşumu azaltılır. Ayrıca fakir karışımda yanmamış karbon parçacıklarından ileri gelen is oluşumu alt düzeydedir. Ancak kaza ve patlama risklerinin yüksek olması nedeni ile ön karışımlı alevlerin endüstriyel yakıcılarda kullanımı sınırlıdır. Ön Karışımsız Alevler: Ön karışımsız laminer alevlere bir örnek mum alevidir. Burada karışım bölgesinin yakıta yakın taraflarında hemen hemen hiç hava bulunmazken, hava tarafında ise yakıt oranı sıfıra yaklaşır ( 0 φ < ) Yoğun alev ve parlaklık, stokiometrik bölge (φ = 1) civarındadır. Karışım oranının düzgün olmaması, yanmamış karbon parçacıkları oluşumuna (kurum: soot) neden olur ve alev sarı bir renk alır. Ön karışımsız türbülanslı alevler ise, endüstriyel fırın ve yakıtlarda en çok kullanılan alev şeklidir. Yanma bölgesinde yakıt ve havanın iyi karışması için çeşitli yöntemler kullanılarak kontrollü bir yanma sağlanabilmektedir. Yanma Tepkimeleri: Yanma işlemi tek bir aşamada olmayıp, birçok yan tepkime aynı anda gerçekleşmektedir. Bir örnek olarak, Hidrojen gazının yanması 2H 2 +O 2 2H 2 O tepkimesi ile gösterilmektedir. Gerçekte ise bu tepkime 40 kadar yan tepkime ile birlikte gerçekleşmektedir. Bu işlemdeki tepkimelerin bir kısmı, H+O 2 O+OH H 2 +O H+OH H 2 +OH H 2 O+H H+H+M H+M (M: Yardımcı Molekül) O+ H 2 O OH+OH O+O+M O 2 +M H 2 O+ H 2 O H 2 O 2 +O 2 Şeklinde gösterilebilir. Tüm bu tepkimelerin gerçekleşmesi gereği, yanma işleminin süresini ve yönünü belirler.

3 Hidrokarbonların yanma işleminde son ürünler olarak su buharı (H 2 O) ve karbondioksit (CO 2 ) açığa çıkmaktadır. Ancak alkan zincirinin parçalanması aşamasında pek çok ara ürün de oluşmaktadır: C n H 2n+2 H 2 O,H,O,OH,H 2,CO,CO 2 Yanma karmaşık bir işlem olup doğalgaz yakılan bir pistonlu motorun eksozunda yanmamış metanın yanı sıra doğalgaz içinde bulunmayan, benzen, toluen, ksilen gibi aromatikler bulunabilir. CH 4 CO 2, H 2 O, CO, OH, Yanma Koşulları: Bir yanma işleminin (tutuşma) başlayabilmesi için aşağıdaki üç şart bir araya gelmelidir: 1. Yanma havası 2. Yakıt 3. Tutuşma sıcaklığı (Auto-ignation temp.) veya ilk kıvılcım. Yanma (Tutuşma) Sınırları: İyi karışmış bölgede, hava/yakıt karışımının tutuşabilirliği, karışım oranına bağlıdır. Hidrojen (H 2 ) ve asetilen (C 2 H 2 ) dışındaki yakıtlarda, tutuşma bölgesi genellikle stokiometrik karışım oranının % arasındadır. Bazı yakıtların tutuşması için gerekli karışım oranları ve tutuşma sıcaklıkları tabloda verilmiştir. Tablo-1 Tutuşma bölgesinde yakıtın hava içindeki hacimsel karışım oranı (%) Stokiometrik Tutuşma Bölgesi Kendi kendine Yakıt buhar oran tutuşma (Yakıt/Yakıt- Alt sınır Üst sınır Hava) % sıcaklığı Metan (CH 4 ) 9,47 5,0 15,0 537 Etan (C 2 H 6 ) 5,64 2,9 13,0 - Propan (C 3 H 8 ) 4,02 2 9,5 470 İsooktan(benzin) (C 8 H 18 ) Karbonmonoksit (CO) 1,65 0,95 6, ,5 0,5 74,0 609 Asetilen (C 2 H 2 ) 7,72 2,5 80,0 305 Hidrojen (H 2 ) 29,5 4,0 75,0 400

4 YANMA EMİSYONLARI Önceki bölümlerde bahsedildiği gibi, yanma işlemi sırasında pek çok kimyasal tepkime eşzamanlı olarak gelişmekte ve yanma sonu ürünle farklı kimyasal bileşimler içerebilmektedir. Bunların pek çoğu insan sağlığı ve çevre açısından istenmeyen ürünlerdir. Bu kısımda, yanma sonu ürünleri içindeki emisyonların oluşum mekanizmaları ve giderilme yöntemlerinden bahsedilecektir. AZOT OKSİTLER (NOX) Yanma ortamındaki yüksek sıcaklıklarda azot, oksijenle tepkimeye girerek azot-oksitleri oluşturur. Azot-oksit (NO x ) terimi, NO ve NO 2 gazlarının bir arada ifadesidir. Atmosfer şartlarında ve gün ışığının etkisi ile Azot_dioksit gazı azot_ monoksite dönüşürken, atmosferin üst seviyelerinde azot_ monoksit ozon gazı ile (O 3 ) reaksiyona girerek azot dioksite dönüşür. Böylece NO ve NO 2 gazları arasında dinamik bir denge oluşur. Azotoksitler, üst solunum yollarında (ciğerlerde) zararlı etkiler yaratır ve tahriş ederler. NO: Renksiz bir gazdır. Kan zehirlenmesi ve felçlere yol açarlar. NO 2 : Sarı-kahve renkli, keskin kokuludur. Ciğerleri etkiler. Özellikle taşıtlardan eksoz gazları ile yayılan azot oksitler ve uçucu organik bileşenler, yaz aylarında gün ışığının etkisi reaksiyona girerek ince beyaz bir sis olarak gözlenen fotokimyasal sisin oluşumuna neden olurlar. NO 2 +O 2 NO+O 3 +foton Yukarıdaki reaksiyon, foton yayılımına yol açar. Azotoksit ölçümü bu şekilde yapılır. Fotokimyasal sis içinde bulunan Ozon gazı ve azotoksitler, çocuklar ve astım hastaları üzerinde ve ciğerler üzerinde tahrip edici etkilere neden olmaktadır. Diğer yandan azotoksitler, güneşten gelen zararlı mor ötesi ışınların yeryüzüne ulaşmasını engelleyen stratosferdeki koruyucu Ozon gazının tahrip olmasına neden olan zincirleme reaksiyonlara da katılmaktadır. Nitrik asit oluşumu ve asit yağmurları: Azotoksitler, atmosferde bulunan su buharı ile tepkimeye girerek nitrik asite (HNO 3 ) dönüşür ve asit yağmurlarının bileşenlerinden biri şeklinde yeryüzüne döner. 2 NO 2 + H 2 O HNO 2 + HNO 3 3 HNO 2 HNO NO + H 2 O Serbest kalan Azotmonoksit Oksijenle reaksiyona girerek tekrar nitrik asit oluşturur. 4 NO + 3 O H 2 O 4 HNO 3 Tipik bir baca gazında, NO: Birkaç yüz veya birkaç bin ppm (part per million) NO 2 : ppm

5 oranlarında bulunur. Yanma sırasında açığa çıkan azotoksitlerin, ortamda bulunabilecek yanmamış hidrokarbon bileşikleri ile reaksiyonu sonucu Nitrat, Aldehit, PAN (Peroksiotilnitrat) gibi başka kimyasal bileşiklerin oluşumu da gelişir. Tüm bu ürünler insan sağlığına olan etkilerinden dolayı istenmeyen maddelerdir. Yanma ürünleri içindeki azot oksitlerin azaltılması, tüm bu etkilerden dolayı üzerinde önemle durulan bir husustur. Azot Oksitlerin Oluşumu: Azot oksitler, yakıt içinde bulunan azotlu bileşiklerin veya yakma havası içindeki azot gazının dönüşümü ile açığa çıkabilirler. Yanma sırasında NO x oluşumu başlıca 4 ayrı mekanizma ile açıklanır. 1) Yakıtın içindeki azotun azotoksitlere dönüşümü N NO, NO 2 Bu oluşum yakıtça zengin bölgede gerçekleşir. 2) Birincil NO x oluşumu Havanın içindeki azot molekülleri, alevin içinde bulunan serbest radikaller yardımı ile NO x moleküllerine dönüşür (Fenimore reaksiyonları): CH + N 2 HCN + N HCN + O CNO + H CNO + O NO + CO Ortamdaki O 2 konsantrasyonunun artması, bu tepkimelerin oluşu arttırır. 3) Isıl NO x oluşumu Yüksek sıcaklıklarda (1400 C C veya üzeri) havadaki azot molekülleri, oksijenle doğrudan tepkimeye girerek, azot oksit moleküllerini oluştururlar (Zeldovich reaksiyonları): O + N 2 NO + N N + O 2 NO + O OH + NO NO + H Bu tepkimeler yavaş sayılabilecek bir sürede (0.5 1 s ) gelişirler. 4) Yüksek basınçta NO x oluşumu Gaz türbini ve pistonlu motorlarda yanma odası basıncının yüksek olması, denge durumu molekül sayısının azalması yönünde etki yapar. O + N 2 N 2 O N 2 O + O 2NO Tablo Azotoksit oluşum mekanizmaları Oluşum mekanizması Azot Kaynağı Oluşum Yeri Yakıt azotunun dönüşümü Yakıt Alev önü Birincil NO x Hava Alev önü Isıl NO x Hava Yüksek sıcaklıklı ortam

6 Yanma Ürünlerindeki Azot Oksitlerin Azaltılması: Yukarıda belirtilen ilkeler çerçevesinde yanma odasında alınacak önlemlerle Azotoksitlerin oluşumu sınırlandırılabilir. Diğer yandan yanma ürünlerinde mevcut azotoksitler ise, katalizörler yardımı ile reaksiyona girerek parçalanırlar (ikincil tedbirler). Bu yöntem daha karmaşık ve pahalıdır. Birincil Önlemler (Yanma işleminde azotoksit oluşumunun engellenmesi): Kademeli Yanma: ilk kademede yakıtça zengin (φ 1,4 ) karışım yakılır. İkincil kademede ise stokiometrik yanmayı tamamlamak üzere yeterli hava sağlanır. Ancak ilk kademeden sonra çevreye ışınım ve taşınım etkisiyle olan ısı kayıpları nedeniyle ikinci kademe sonrası ulaşılacak olan sıcaklık azalmış olur. Eksoz Gazlarının Geri Döndürülmesi: Eksoz gazlarının bir kısmının yanma odasına geri döndürülmesi, yanma odasındaki kütleyi artırarak sıcaklığın aşırı yüklenmesini engeller. Bu yöntem pistonlu motorlarda eksoz gazı geri dolaşımı (resirkülasyon) EGR, atmosferik yakıcılarda ise yakıt gazı geri dolaşımı FGR olarak isimlendirilir. EGR sistemlerinin başarısına rağmen, yüksek basınç nedeniyle Otto ve Diesel motorlarında yine de NO x oluşur. Atmosferik yakıcılarda, yanmayı kontrol ve hava/yakıt karışımını iyileştirmek için, yanma odasına su veya buhar gönderilmesi de yaygın bir uygulamadır. Yakıt Su buharı Yanma odası Yakıt Gaz türbinlerinde ise, yanma odasına su püskürtülerek sıcaklık ve NO x oluşumu kontrol edilir. İkincil Önlemler (Yanma sırasında açığa çıkan NO x emisyonlarının giderilmesi): NO oluşumu yanma odasında çözülemediği zaman, baca gazındaki (eksozdaki) NO yu uzaklaştırmak için ikincil yöntemlere başvurulur. Otomobillerde Bulunan Katalitik Dönüştürücüler: Bunlarda soymetallerin (Pt, A ) uygun bir düzenlemesiyle oluşan yüzey reaksiyonları CO yu, CO 2 ye okside ederken, NO 2 ler ise N 2 ye dönüştürürler. Dönüştürücüye bağlı λ sensörleri eksoz gazının içindeki O 2 oranını kontrol ederler. Eğer O 2 fazla ise elektronik kontrol ile yanma odasına giden yakıt artırılır. Eksoz gazının içinde O 2 miktarı belirlenemediği zaman ise yakıt miktarı azaltılır. Böylece yanma stokiometrik orana en yakın durumda

7 gerçekleşir. λ sensörü, oksijen zengini ortamlarda (diesel motoru, gaz türbini yanma odası) hassasiyetini yitirir. Benzinli motorlarda iyi sonuçlar alınmaktadır. Sabit tesislerde (güç santralı, gaz türbinleri, büyük güçlü dizel motorları) diğer yöntemlerin uygulama olanağı bulunmadığı zaman, baca gazına katalizör olarak amonyak (NH 3 ) verilmesi ile azotoksitlerin dönüşümü sağlanır. NH 3 +OH NH 2 +H 2 O NH 2 +NO N 2 +H 2 O NH 2 +NO N 2 H+OH eksoz, 800K 1200K yardımcı yanma NH 3 Atmosfere ( 900K) Eğer sıcaklık çok yüksekse, NH 2 tekrar oksitlenerek NO oluşur. NO oluşumu nun en az olduğu 1200 K 1400 K arası sıcaklık penceresi olarak tanımlanır. Baca gazı yardımcı bir yakma ile ısıtılarak, istenilen sıcaklık aralığı sağlanır. Tablo Azotoksit emisyonlarını azaltma yöntemleri İlke Düşük organik azot içeren yakıt kullanmak Alevdeki hava ceplerini yok etmek Ortamdaki O2 kısmi basıncını azaltmak Alev sıcaklığını düşürmek Uygulama Yöntemi Doğalgaz ya da motorin kullanımı Yakıt hava karışımının iyileştirilmesi Yanma gazlarının geri dolaşımı Yanma gazlarının geri dolaşımı Işınım kaybı yanma odası yüzeylerini arttırmak Yanma odasına su vermek KÜKÜRT VE KÜKÜRT EMİSYONLARI Linyit kömüründe ve ağır fuel-oillerde bulunan elementler S, yanma sırasında oksitlenerek SO 2 (kükürtoksit) oluşturur. Oluşan SO 2 gazı, baca içinde C sıcaklıkta su buharıyla reaksiyona girerek H 2 SO 4 (sülfirik asit) e dönüşür. Bacada asit oluşumunu engelleyebilmek amacı ile kömür yakılan bir yakıcıda baca sıcaklığının bu değerin üzerinde olması istenir. (Ortalama baca sıcaklığı C veya üzeri). Diğer yandan, bacadan atılan SO 2 gazı, atmosferde bulunan su buharıyla reaksiyona girerek asit yağmurlarının önemli bir bileşenini oluşturur. Özellikle kış mevsiminde yaprağını dökmeyen iğne yapraklı ağaçlar asit yağışlarından ileri derecede etkilenirler. Asit yağmurları ayni zamanda yapıları da etkiler. Gerek metal yüzeyler gerekse kireç, sıva, mermer gibi yapı malzemeleri ve tarihi doku zarar görür.

8 SO 2 nin insan sağlığına zararı ise, atmosferde bulunan toz ve parçacıklarla birlikte oluşur. Dumanlı sis (smog) denilen ve içerisinde SO2 ve duman bileşenleri bulunduran kirli ve sisli hava, solunum sistemi rahatsızlıkları olan hastalar üzerinde öldürücü etkiler yaratabilir. Yakıtların Kükürt İçerikleri: Kömürlerin bünyesinde, değişen oranlarda organik ve inorganik kükürt bileşenleri bulunmaktadır. İnorganik kükürt, prifik veya sülfat bileşenleri olarak külde kalırken, organik kükürt yanma işlemine girerek, SO 2 ye dönüşür. Yerli linyitler içindeki kükürt oranı üretim bölgesine bağlı olarak %3 5 mertebesine ulaşabilmektedir. Ham petrol içindeki kükürt oranı daha düşük olmakla birlikte bazı ağır ham petrollerde %3 mertebesine ulaşabilmektedir. Distilasyon (damıtma) işlemi sırasında, bu kükürt ağır fueloillerde toplanır. Kullanılan fuel-oil, desülfirize değilse, hava kirliliği açısından kömürden çok farkı yoktur ve içindeki S oranına bağlı olarak piyasa değeri önemli ölçüde azalabilmektedir.. Doğalgaz ve diğer gaz yakıtlar ise, kükürt içermemeleri ve duman oluşmaması nedeni ile temiz yakıt olarak tanımlanır. Gaz yakıtlarda NO x enisyonlarının kontrolü yeterli olabilmektedir. SO 2 nin Baca Gazından Uzaklaştırılması: SO 2 yayılımını önlemenin ilk yolu, kükürt oranı düşük yakıtları (yani kömür ve fuel-oil gibi yüksek kükürtlü yakıtlar yerine, düşük kükürtlü fuel-oil, motorin ve en iyisi gaz yakıtlar) kullanmaktır. Diğer yöntem ise baca gazındaki SO 2 yi uzaklaştırmaktır. Ülkemizde %1 4 S içeren ısıl değeri düşük linyitler elektrik üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tip yakıtların kullanımı durumunda, baca gazı desülfirizasyon yöntemleri devreye girerler. Yaygın kullanılan yöntemlerden biri yöntem baca gazı içindeki SO 2 nin CaCO 3 (kireç taşı) veya CaO (kireç) ile reaksiyona sokulmasıdır. Regenerative (geri kazanmalı) işlemlerde ise, SO 2 gazı MgO veya NaSO 3 veya metal karbonatları yardımı ile bağlanır. Elde edilen ürün sülfirik asit üretiminde kullanılmak üzere işlenir. Islak Yöntem İle SO 2 nin Uzaklaştırılması: En yaygın kullanılan yöntemdir. Kireç veya kireçtaşı çözeltisi kullanılarak, kükürt CaSO 3 /CaSO 4 çamuru şeklinde uzaklaştırılır. Üretilen çamur havuzlarda toplanır veya gömülür. SO 2 nin %90 a varan kısmı bu şekilde uzaklaştırılır. Bu işlemler aşağıdaki adımlarla gerçekleşir:

9 Kireçtaşı kullanımı: CaCO 3 + SO 2 + 2H 2 O CaSO 3 2H 2 O + CO 2 Kireç kullanımı: CaO + SO 2 + 2H 2 O CaSO 3 2H 2 O Ara Kademeler: SO 2 + H 2 O SO 2 H 2 O SO 2 H 2 O H + + HSO 3 H + + CaCO 3 Ca ++ + HCO 3 Ca ++ + HSO 3 + 2H 2 O CaSO 3 + 2H 2 O+H + H + + HCO 3 CO 2 H 2 O CO 2 + H 2 O CaO kullanmak daha etkili, ancak CaCO 3 (kireç taşı) kullanımı daha ekonomiktir. Her iki yöntemde de yıkama ünitesinde taş oluşumu ve tıkanma olabilir. Taş oluşumunu kontrol edebilmek için ortamın ph ı önerilen değerde tutulmalıdır. Islak kireç çözeltisi ile işlem gören SO 2, CaSO 3 / CaSO 4 çamuru haline dönüşür. Eğer sıvı oranı yeterince düşükse su buharlaştırılır ve kalan kuru parçacıklar torba filtreler kullanılarak toplanabilir. Kuru yöntemde ise, toz halinde pülverize edilmiş kireç veya kireçtaşı verilerek SO 2 bağlanır.

10 YAKICILAR (BURNER) İyi bir yanma işleminde, tam yanma işlemi gerçekleşmeli, bacadan olan ısı kayıplarının azaltılması için hava fazlalık katsayısı yüksek olmamalı ve yanma sonu emisyonları belirlenecek sınır değerleri aşmamalıdır. Bu şartların yerine gelmesi için yanma işleminde hava/yakıt oranı ve yanma odası sıcaklığı kontrol edilmeli, sıvı ve gaz yakıtlarda hava ve yakıtın iyi bir karışımı sağlanmalı, özellikle katı yakıtlarda yeterli tepkime süresi sağlanmalı, yanma odası ilk yakıcı (tutuşturucu), alev gözü gibi yardımcı donanımları içermelidir. Katı yakıtlı yakıcılar, yakıt beslemesi ve yanma tasarımı açısından gaz ve sıvı yakıtlı yakıcılardan çok farklı olup, bu notlar kapsamında yalnızca gaz ve sıvı yakıtlı yakıcıların genel hususları görülecektir. Gaz Yakıtlı Yakıcılar Gaz yakıtlı yakıcılar üç ayrı tipte değerlendirilebilirler: Havanın yanma odasından önce yakıtla birlikte sürüklendiği ön karışımlı atmosferik yakıcılar Basınçlı hava kullanılan ön karışımlı yakıcılar Nozul (lüle) karışımlı yakıcılar Genel bir kural olarak, karışım basıncının artırılması durumunda, alev geniş bir alana yayılarak, karışımın çabuk gerçekleşmesi alev boyutunu kısaltırken, geciktirilmiş bir karışım ve düşük akış hızları uzun ve zayıf bir alev getirecektir. Hava Sürüklemeli Ön Karışımlı Yakıcılar: Çoğu evsel ve bazı endüstriyel tesislerde kullanılır. Ayrı bir hava üfleyici yoktur. Birincil hava orifis ağzından 0,5 15 kpa düşük basınçta fakat yüksek hızda püskürtülen yakıtla birlikte sürüklenir. Yakıt ve hava difüzör bölgesinde karışır. Alevin momentumu, ikincil havayı da sürükler. Tipik bir yakıcıda havanın %40-60 ı ana havadır. Venturi boğazı kesit alanı, gaz püskürtme orifis alanının katıdır. Yakıcının çıkış ağzı, venturi boğaz kesitinin 1.25 ila 1.5 katıdır. Yanma sırasında 3 problem görülebilir:

11 1) Ana havanın ve oranının artması ile, yüksek hızlı sürüklemeden dolayı alevin kopması, 2) Düşük ısı yüklerinde alevin karışım bölgesine emilmesi, 3) İkincil havanın yeterli ayarlanamamasından dolayı, sarı alevli ve sisli yanma, eksik yanma oluşması. Düşük NO x Emisyonlu Seramik Yakıcılar: Ön karışımlı hava-yakıt karışımı, gözenekli yapıdan geçerken yanma gerçekleşir. Seramik liflerin düşük ısı iletim katsayısı, soğuma etkisi yaparak, alevin geri tepmesini engeller. Yüzey sıcaklığı NO x oluşumunu engellemek, buna karşılık CO nun reaksiyona girmesini sağlamak amacı ile, 1256 K-1366 K aralığında tutulur. Yüzey sıcaklığı yanma ürünlerinin yüzeyden uzaklaştırılma hızına bağlıdır. Isının %70 i ışınım ile uzaklaşır. NO x oranı 15 ppm e kadar düşebilir. Yağ (Sıvı) Yakıtlı Yakıcılar Fırınlarda ve kazanlarda 200 den 600 e kadar fuel-oil (yakıt yağı) kullanılır. Ham petrolün damıtılması(distilasyon) ile elde edilen ürünlerin yaklaşık % lik oranı beyaz ürünler olarak isimlendirilen benzin, gazyağı (kerosen) ve motorin gibi hafif ürünlerdir. Bu ürünler akıcı olmaları ve kükürt oranının düşük olması nedeniyle, daha basit bir teknoloji ile yakılabilir. Buna karşın, damıtma atığı olarak elde edilen ağır fuel-oiller akıcı değildirler ve yanma işleminden önce ısıtılması ve uygun bir şekilde pompalanması gerekir. Bu yakıtların içindeki kükürt miktarlarının yanma emisyonları ile ilgili standartların izin verdiği değerleri aşmaması gerekmektedir. Şekil: Tek kademeli fuel-oil brülörü çalışma prensibi (Hikmet Karakoç, Brülörler, Demir Döküm Yayınları)

12 İyi bir yanma sağlanarak, kurum ve is oluşumunun en aza indirilmesi için, yakıt ve hava çok iyi karıştırılmalıdır. Tipik bir sıvı yakıt yakıcıda, yakıt filtresi, yakıt pompası, yakıt parçalayıcı (atomizer) ve hava üfleyicisi bulunur. Yüksek Basınçlı Sıvı Yakıt Brülörü: Hafif yakıtlar için kullanılır. Yakıt ortalama çapı 40 µm olan küçük sıvı damlacıkları olarak dağılırken, düşük basınçlı( 2500 Pa) hava, yakıt lülesi etrafından akarak yakıtla karışmaktadır. Yakıta püskürtme ağzında bir dönme hareketi verilerek gönderilir. Benzer şekilde yakma havası da yönlendirici kanatlar arasından geçirilerek bir dönü kazanır ve yakıt ve havanın iyi bir şekilde karışması sağlanır. Şekil Yüksek basınçlı sıvı yakıt brülörü(hikmet Karakoç, Brülörler, Demir Döküm Yayınları) Şekil Dönel brülörlerin çalışma prensibi (Hikmet Karakoç, Brülörler, Demir Döküm Yayınları)

13 BACA GAZI EMİSYONLARI VE ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ : 1. Elektrokimyasal Ölçüm Yöntemi: Elektrokimyasal ölçüm hücreleri aynı olmakla birlikte her bir gaz için elektrolitte farklı metallerden yapılmış bir anot ve bir katot bulunur. Zarla ( hücreyle ) kaplı transducer yüzeyi ile elektrolit kısmi gaz geçirgen hücre ile numuneyi ayırır. Elektrokimyasal ölçüm prensibindeki en önemli özellik katottaki bütün moleküllerin indirgenmesi, anottaki dejenerasyon ile oksidasyon reaksiyonunun anotta yer alması ve yer alan elektrolitin çökelmesidir. Duyarlı bir elektroda seçilmiş bir gaz bileşeninin elektrokimyasal reaksiyonuyla ortaya çıkan elektriksel akımın ölçüldüğü elektrokimyasal pillerden de yararlanılır. Tayin edilecek olan gaz bileşeni yarı geçirgen bir zardan pile ulaşır. Reaksiyon hızı, gaz bileşeninin konsantrasyonu ile orantılıdır. NI içindeki oksitleyici bir elektrot kullanıldığı zaman elektrokimyasal reaksiyonla duyarlı elektrotda elektronlar açığa çıkar. Bu elektroda ilgili gaz bileşeni derişimi ile orantılı miktarda elektronların üretilmesi, karşı elektrotla aynı oranda negatif bir potansiyel farkı doğurur ve bu yolla elde edilen elektron akımı uygun bir elektronik düzenekle ölçümlenir. Pilin seçiciliği, yarı geçirgen zar elektrolit, elektrot materyalleri ve geciktirici potansiyel ile belirlenir. 2. NDIR Ölçüm Yöntemi CO-CO2-NO-SO2-CH4-NH3-H2O ölçümleri - Emisyon Ölçümleri - Yanma Kontrolü - Çimento - Fırın İmalatı Avantajlar: - Ortam havası ile kalibrasyon imkanı - Yüksek güvenlik - Temizlenebilir örnekleme hücresi Kızılötesi ( NDIR ) yöntemle ölçümde, bir kızılötesi frekans bandındaki ışınımı soğurma özelliği olan bir gaz bileşeninin oranının belirlenmesi için, ölçüm gazı söz konusu frekans bandındaki olabildiğince monokromatik ışınım ortamından belirli bir hızla geçirilir. Ölçüm gazındaki ilgili gaz bileşeninin derişimi ile orantılı olarak meydana gelen ışınımın soğurulmasından oluşan enerji kaybı değerlendirilerek bileşenin oranı hesaplanır.

14 Oksijen - O2 Atmosferde hacim olarak %20,9476 oksijen ihtiva eder. Su ağırlıkça %88,8 oksijen bulundurur. Oksijen gazı molekülündeki bağı koparmak için yüksek enerji gerekir. ( 494 kj/mol ) Bu sebeple oksijen reaksiyonları yavaş ve yüksek sıcaklıkta gerçekleşir. Oksijen normal şartlar altında renksiz kokusuz bir gazdır. O2'nin kaynama noktası -182,9 C ve donma Noktası -218,4 C 'dir. O 2 gazı genel olarak 3 farklı ölçüm yöntemi ile ölçülebilir. Bu yöntemlerin kullanıldığı yerler farklılık gösterebilir. 1. Elektrokimyasal Ölçüm Yöntemi; 2. Paramanyetik Ölçüm Yöntemi 3. Zirkonyum Ölçüm Yöntemi Paramanyetik Ölçüm Yöntemi Bir manyetik alan oluşturulduğunda oksijen buna tepki verir. Oksijen ve bir referans gaz karışımı bir manyetik alanda bir araya geldiğinde bir basınç farkı yaratır. Bu basınç farkının oluşumu esnasında bir mikroflow sensör tarafından bir akış ölçümü yapılarak bir elektriksel sinyal elde edilir. bu sinyal ortamda bulunan oksijen miktarı ile orantılıdır. Karbonmonoksit (CO) gazı ve ölçümü: Baca gazında görülebilecek tam yanmamış gazlardan en önemlisi karbonmonoksittir. CO emisyonu karbonun kısmi oksidasyonu sonucu oluşur. Yakma sistemlerinin çıkışına konulan siklonlarda, gazın içinde var olabilecek yanmamış karbon tanecikleri gazdan ayrıldığında CO oluşum ihtimali kalkar ve merkezi girdap içinde CO genellikle hava fazlasından kalan O 2 ile yanıp CO 2 'ye dönüşme şansına sahip olur. Böylece normal işletme şartlarında baca gazlarında CO miktarı genellikle azdır. Ancak nemli, düşük kaliteli ve yavaş yanan yakıt, düşük sıcaklıklarda yanma işlemleri CO emisyonunun artmasına neden olur. Karbonmonoksit gazı renksiz, kokusuz, tatsız ve alev alabilen zehirli bir gaz olup, karbon içeren yakıtların (odun, fuel oil, petrol, doğalgaz, kömür vb.) yanması ile ortaya çıkar. Molekül ağırlığı 28.1 g/mol, sıvı haldeki yoğunluğu dir Karbonmonoksit Gazı birden çok yöntemle ölçülebilmektedir. 1.Elektrokimyasal Ölçüm Yöntemi 2.NDIR ölçüm Yöntemi

15 Azotoksit Ölçümü NO Hava kirleticilerden azotoksitlerde insan ve çevre sağlığı açısından en az SO 2 kadar önemli bir kirleticilerdir. NOx emisyonlarının %90-95'i yakma sistemlerinden kaynaklanmakta, daha çok NO ve NO 2 ( birlikte NOx olarak adlandırılır) şeklinde gerçekleştiği ve bunlardan NO'nun daha fazla meydana geldiği belirlenmiştir. Yanma sonucu oluşan NOx emisyonu genel olarak iki kaynaktan olmaktadır. Bunlardan birincisi yüksek sıcaklıklarda yanma havasının N2'nin oksitlenmesiyle oluşan ısıl (termal) NO x diğeri ise yakıtın içindeki azottan oluşan yakıt kaynaklı yakıt NOx ( fuel Nox) 'dir. Azotoksit NO gazı sağlığımızı en çok etkileyen gazlardan biri olup Elektrokimyasal ve Infrared yöntemlerle ölçülebilmektedir. 1.Elektrokimyasal Ölçüm Yöntemi 2.NDIR ölçüm Yöntemi Kükürtdioksit - SO2 Kükürtoksitler (SOx) insan sağlığını ve çevreyi önemli ölçüde tehdit eden kirleticilerdir. Kükürtoksitler içerisinde en önemli payı ise; kükürtdioksit (SO2) oluşturmaktadır. Bu gaz yanmayan renksiz bir gaz olup, 0,3-1um derişimlerde ağızda karakteristik bir tat bırakmakta 3 ppm ( milyonda bir hacim)'in üstünde ise; boğucu bir his vermektedir. Fuel-Oil'in içerdiği kükürtün yanmasıyla önce SO 2 oluşmakta ve sonradan bunun bir kısmı yanmadaki hava fazlalığına bağlı olarak SO 3 'e dönüşmektedir. KükürtDioksit SO2 çevremizi en çok kirleten ve Asit yağmurlarına neden olan bir gaz olup Elektrokimyasal ve Infrared yöntemlerle ölçülebilmektedir. 1.Elektrokimyasal Ölçüm Yöntemi 2.NDIR ölçüm Yöntemi