LİNYİT KÖMÜRÜNÜN SOBALARDA OPTİMAL VERİMLE YAKILMASI Şerafettin GÖKTUNA 1. YANMA OLAYI Yanma, yakıt bünyesindeki temel madde olan karbon ve diğer yanabilen maddelerin belirli bir tutuşma sıcaklığının üstünde oksijenle birleşerek belli miktarda ısı ve ışık enerjisinin çıkmasıyla sonuçlanan kimyasal bir olgudur. Pratikte oksijen havadan temin edildiğine göre yakıtın yanması için Ön şart olarak hava ile temas etmesi gerekmektedir. Uygulamada yakıtları yakan yakma sistemleri açısından yanmanın tam olabilmesi, yani en yüksek verimle yakılması için yeterli miktarda havanın temin edilmesine ek olarak şu üç koşulun yerine getirilmesi gerekir; - Tutuşma sıcaklığının üstünde bir sıcaklık, - Yakıtla havanın iyi bir şekilde karıştırılması, - Bu durumun belli bir süre sürdürülmesi. Yakıtın yanması sırasında bu koşulları sağlayan bir yakma sistemi tam yanmayı, dolayısiyle optimum verimli yanmayı gerçekleştirir. 2. LİNYİT KÖMÜRÜNÜN ÖZELLİKLERİ Linyiti diğer yakıtlardan ayıran en önemli özelliği içinde yüksek oranda uçucu madde bulunmasıdır. Linyit cinsine göre % 25-45 arasında değişen bu oranlardaki uçucu maddeler, linyit ısınınca daha tutuşma sıcaklığının altındaki sıcaklıklarda iken damıtıma uğrayarak yanıcı gaz (Hidrokarbon gazları ve karbon buharı) olarak açığa çıkmaya başlar. Linyit içindeki bu uçucu maddeler tamamiyle damıtıldıktan sonra geriye kalan kömüre "KOK" adı verilir. Linyitin yanması sırasında yanıcı gazların açığa çıkmasından dolayı, bir yandan yanıcı gazlar, öte yandan linyitin sabit karbon kısma olmak üzere gaz ve katı haldeki iki yakıt birlikte yanmaktadır. Gaz ve katı olmak üzere iki ayrı haldeki ve birinin tutuşma sıcaklığı diğerinden yaklaşık 200 C kadar yüksek olan iki yakıtın birlikte yakılması linyiti tam, olarak yakacak bir sistemin geliştirilmesindeki temel sorunu oluşturmaktadır. Linyitin yanması sırasında tam yanma koşullarının yerine getirilmemesi sonucu ısıl verimin düşmesine neden olan iki ayrı tip duman oluşmaktadır. 2.1. Gri Duman Yanma bölgesinde yeterli miktarda hava temin edildiği halde o bölgedeki sıcaklık yanıcı gazların tutuşma sıcaklığının altında ise açığa çıkan yanıcı gazlar tutuşmadan duman olarak yakma sisteminden ayrılırlar. Bu şekilde oluşan duman gri renkte olduğu için gri duman adı verilir. 2.2. Siyah Duman Yanma bölgesinde, yanıcı gazların tutuşma sıcaklığının üstünde bir sıcaklık olduğu halde yeterli miktarda hava bulunmazsa veya hava temin edilse bile yanıcı gazlar iyi bir şekilde karışmazlarsa, bu kez yanıcı gazların hava ile temas edemeyen kısımlarında yüksek sıcaklıktan dolayı "cracking " parçalanma sonucu karbon parçacıklar oluşarak is halinde veya siyah renkte bir duman olarak sistemden ayrılırlar. - 100 -
Gri duman veya siyah duman şeklinde olsun, oluşan duman uçucu maddelerden kaynaklanmaktadır. Ve duman yanmadan sistemden ayrılan yakıt olduğundan, yanma sırasında duman çıkması, aynı zamanda yakıt savurganlığı ya da enerji kaybı anlamına gelmektedir. 3. LİNYİT SOBASI Yakma sistemi ve kullanma özellikleri bakımından ele alınırsa, Türkiye'de iki ayrı tip soba kullanılmaktadır. Birincisi tuğla astarlı geleneksel soba tipi, ikincisi kovalı tip sobadır. Optimal bir soba için ana hedef iyi bir ısıl verime ulaşabilmesidir. Sobalarda iyi bir ısıl verime ulaşılabilmesi ise, aşağıda verilen üç temel faktörün gerçekleşmesine bağlıdır. - Soba yakıtı tam olarak yakabilmelidir. - Üretilen ısının büyük bir bölümü ısıtılması istenen ortama aktarılabilmelidir. - Isı üretimi kontrol altında tutulabilmelidir. Sobalar genelde, ocak yanma hücresi ve borular olmak üzere başlıca üç bölümden oluşmaktadır. Ocak ve yanma hücresinin dizaynının ısıl verim üzerinde büyük etkisi vardır. Tam yanma koşullarının sağlanması için serbest ızgara yüzeyi ile primer hava miktarı optimize edilmelidir. Ocağa giren hava ne ocağı soğutacak kadar fazla, nede yanma için yeterli hava miktarından az olmalıdır. Yanma hücresi ızgara yüzeyi ile çıkış borusu alt seviyesi altında kalan kısım olup, ateşe dayanıklı tuğlalarla kaplanmaktadır. Tam yanmanın sağlanmasında en önemli bölüm yanma hücresidir. Yanma için yeterli primer hava ızgara altından kontrollü olarak verilmelidir. Uçucu gazların yanması için gerekli sekonder hava ise gazların çıktığı kor tabakasının hemen üzerinden sıcak olarak verilmesi en uygun olanıdır. Yanma hücresinde yeterli sıcaklığın sağlanabilmesi için yanmanın sürekli olması ve yanma tamamlanıncaya kadar fazla ısı alınmaması gerekir. Bu durumun sağlanması için yanma hücresinin yalıtılması ve sobadan alınacak ısının yanma hücresinden değil yanması tamamlanmış gazlardan alınması gerekir. Verimli bir sobada bulunması gerekli temel faktörlerden birisi de üretilen ısının büyük bir bölümünün ısıtılması istenen ortama aktarılmasıdır. Bunun için baca gazlarının, yanma için gerekli olan yeterli çekişi sağlayacak sıcaklıktan daha sıcak olarak bacaya verilmesi lazımdır. Baca gazı ile olan duyulur ısı kaybının azaltılmasını sağlayan diğer bir faktörde By-Pass sistemidir. Bu sistemde yanma hücresinden ayrılan sıcak gazlar, gaz çıkış borusunda bulunan baca gazı kelebeği vasıtası ile yanma hücresi boyunca bir (U) dönüşü yaptırıldıktan sonra bacaya verilmektedir. Böylece sıcak baca gazları ısısının daha fazla bir bölümü ortama aktarılmış olmaktadır. Baca gazlarının sıcaklığının düşürülmesini sağla/an bir diğer önlem de soba borusunun yeterli çekişi sağlamak kaydıyla mümkün olduğu kadar uzun fakat dirsek sayısının az tutulmasıdır. Ekonomik bir ısınma sağlamanın önemli faktörlerinden birisi de ısı üretiminin kontrol altında tutulmasıdır. Sobada yanmanın kontrolü primer ve sekonder hava dışında, sobada sağlanacak tam bir sızdırmazlıkla elde edilebilir. Sızdırmazlık sobanın ısıl verimini de etkileyen en önemli faktörlerden birisidir. 4. YAKMA TEKNİĞİ 4.1. Tuğla astarlı geleneksel sobalarda linyit iki ayrı yöntemle yakılabilmektedir. 4.1.1.Alttan Yakma Yöntemi Bu yöntemle yakmada ızgara üzerine önce bir miktar odun yakılır, sonra taze kömür üst taraftaki kapaktan sobanın içine doldurularak yanması sağlanır. Bu kömür yanınca yukarıdan tekrar kömür doldurularak yanma kesintisiz bir şekilde sürdürülür. Alt taraftaki ızgara dıştan hareket verilen bir kolla zaman zaman sallanarak kül ve cüruf aşağıya dökülür. - 101 -
Bu yöntemle taze kömür, ızgara üzerinde koklaşmış halde yanmakta olan kömürün üzerine dökülünce, kömür en alt tabakalardan itibaren yanmaya başlar, alt taraftaki yanma bölgesinden çıkan alev ve sıcak gazlar daha üst tabakalardaki kömürün arasından geçerken kömürün hızla ısınmasına ve yanıcı gazların hızlı bir şekilde açığa çıkmasına neden olur. Açığa çıkan bu yanıcı gazlar yukarıya doğru yanma bölgesinden uzaklaştıkları için üst taraftaki ikinci hava deliğinden yeterli hava temin edilse bile, düşük sıcaklıktan dolayı, gazlar tutuşmadan gri duman şeklinde bacadan çıkar. Yanma bölgesine hemen komşu olan ait tabakalarda ise, yüksek sıcaklık olmasına rağmen gazların büyük bir bölümünü yakmak için yeterli olmaz, gazlar siyah dumana dönüşerek sistemden ayrılır. Görüldüğü gibi alttan yakma yönteminde yanıcı gazların hemen hemen tümü yakılamamakta ve böylece enerji bol miktarda kayıplara uğrayarak, duman oluşumuna neden olmaktadır. 4.1.2. Üstten Yakma Yöntemi Bu yöntemde soba taze kömürle doldurulduktan sonra, az miktarda odun kullanılarak üst taraftan ateşlenmekte ve kömür en üst tabakalardan başlayarak yanmaktadır. Sisteme yine ızgara altından birinci hava, üst kapaktaki ikinci hava deliğinden ikinci hava girmektedir. Bu yöntemde yanma bölgesi üst tarafla taze kömür alt tabakalardadır. Yanma bölgesinden çıkan alev ve sıcak gazlar taze kömürün içinden geçmediği için yanıcı gazların açığa çıkış hızı daha düşüktür. Ayrıca ızgara altından giren birinci hava, yukarıya yanma bölgesine gelinceye kadar ısındığından bu yöntemde daha fazla yanıcı gaz yakılabilmekte, dolayısıyla daha az duman çıkmaktadır. Ancak yanıcı gazların açığa çıkışı kontrol altına alınmadığından ve ikinci hava deliğinden giren ikinci hava yanıcı gazlarla iyi bir şekilde karışmadığından dumanın oluşması tamamen önlenememektedir. Sobadaki kömür bütünüyle yandıktan sonra külü boşaltılır, ve soba yeniden doldurularak tekrar üstten yakılır. Bu bakımdan bu yöntemde yanma kesintilidir ve sık sık sobanın temizlenip; Doldurulması söz konusu olduğundan günlük kullanmada alttan yakma yöntemine göre daha zahmet gerektirmektedir. Kovalı sobalarda da kömür yukarıda anlatılan üstten yakma yöntemi ile yakıldığı için daha az duman çıkmakta ve daha yüksek verim elde edilmektedir. Ayrıca yedek bir kova kullanılarak kömür önceden doldurulup hazırlanmak suretiyle günlük kullanmada bir ölçüde kolaylık sağlanmaktadır. Ancak yüksek sıcaklığa dayanamayan kovaların sık sık değiştirilmesi zorluğu ekonomik yönden önemli bir sorun olmaktadır. 5. SİLOLU SOBA VE ÖN ISITMALI YAKMA YÖNTEMİ Bu yöntemin özü, yanıcı gazların açığa çıkışını kontrol altına alarak ön ısıtma bölgesinde düzenli bir şekilde açığa çıkmasını sağlamak ve bu gazları a koklaşmiş haldeki kömürün yandığı, yanma odasının üst içerisinden ısınarak gelen ikinci havanın bu bölgede gazlarla karışmasını sağlamaktan ibarettir. Yakma sistemi resimde görüldüğü kömürün geçirdiği aşamalar açısından dört bölgeden oluşmaktadır. - Taze Kömür Bölgesi, - Ön Isıtma Bölgesi, - Yanma Bölgesi, - Kül Bölgesi, Bu sistemde kömür şu şekilde bir süreçten geçerek yanmaktadır; Silo kısmına doldurulan taze kömür ön ısıtma bölgesindeki kömürle temasa geçerek yavaş yavaş ısınmaya başlamaktadır. Yanma bölgesindeki kömür yandıkça ön ısıtma bölgesindeki kömür kendi ağırlığıyla aşağıya doğru kayarak yanma bölgesine girerken, doldurulan taze kömür de yavaş yavaş ön ısıtma bölgesine girmektedir. - 102 -
Ön ısıtma bölgesine giren kömür, bir yandan ağır ağır yanma bölgesine doğru ilerlerken öte yandan iletim ve ışınım yoluyla ısı alarak damıtıma uğramakta ve yanıcı gazlar yavaş yavaş açığa çıkmaktadır. Düzenli bir şekilde açığa çıkan yanıcı gazlar baca çekişinin etkisi ile koklaşmış durumdaki kömürün yandığı yanma odasının üst tarafından geçerken perde arasından ısınarak gelen hava ile karışmakta, yüksek sıcaklıktan dolayı hava ile gazla genleşmekte ve türbülanslı bir şekilde karışıp yanmaktadır. Böylece yanıcı gazların tam yanması için gerekli bütün koşullar sağlanarak dumanın oluşumu önlenmektedir. Doldurulan kömür eğik ızgara üzerindeki yanma bölgesine girdiği zaman içindeki yanıcı gazların tümünü vermiş yani, koklaşmış olmaktadır. Yanma bölgesindeki koklaşmış kömür yanarken bu arada boşalmış olan silo kısmına yeni ve taze kömür doldurulmaktadır. Yanma sonucu silo boşaldıkça tekrar yeni kömür doldurulmakta ve aynı süreç periyodik olarak sürmektedir. Yanma bölgesinden kapağa doğru ilerleyen kül ve cüruf, cüruf kapağı arkasındaki kül boşaltma kanadı vasıtası ile küllüğe indirilmektedir. Görüldüğü gibi silolu sobada bir önce doldurulan linyitin koklaşmış katı kısmı ile ondan sonra doldurulan linyitin yanıcı gazları yanma odasında aynı anda tam olarak yanmakta, ısı kaybı önlenmektedir. Ayrıca siloya doldurulan taze kömür yanma düzenini bozmadığı için kararlı ve kesintisiz bir yanma elde edilmektedir. Bu durum günlük kullanmada çok büyük kolaylıklar getirmektedir. İlk yakmada yatay ızgara üzerine kömür doldurulup, bir miktar odun yardımı ile üstten yakılmakta ve yanma bölgesinde koklaşmış kömür oluşunca, silo kısmının kapağı açılarak taze kömür doldurulmaktadır. Böylece soba normal işletme koşullarına giderek yüksek verimli yanmayı gerçekleştirmektedir. 6. SONUÇ VE ÖNERİLER Yukarıda yapılan açıklamalar ışığında linyit kömürünü optimal verimle yakabilecek sobada bulunması gereken temel vasıflar aşağıdaki gibi özetlenebilir; 1- Yanma için gerekli primer hava ve serbest ızgara yüzeyi optimize edilmeli, tam yanmanın sağlanması amacıyla fazla ve eksik olmamak şartıyla yeteri kadar olması sağlanmalıdır. 2- Linyit yakan sobalarda tam yanmanın sağlanması için ikinci bir havaya ihtiyaç vardır. Yanma hücresi üzerine gönderilen bu hava yeterli miktarda ve ısıtılmış olmalı, çok iyi bir hava - yakıt karışımı sağlanmalıdır. 3- Yanma hücresinde yanma, linyitin kuruma ve damıtım aşamalarında ihtiyaç duyduğu ısıyı sağlayabilmek için kesintisiz olmalı, yanma sıcaklığı düşürülmemelidir. Ayrıca sıcaklığın fazla yükselerek (1200 C 'nin üzerinde) külün ergimesine (curuflaşmşya) sebep olmaması gerekir. 4- Sobada tam bir sızdırmazlık sağlanmalı, primer ve sekonder hava ayar düzeneği ile yanma kontrol edilebilmelidir. 5- Baca gazı çıkışı yandan olmalı, By-Pass sistemi olmalı, tam yanmanın sağlanması ve sıcak yanma gazları ısısından azami ölçüde istifade edilmesi için yanma hücresi boyunca bir (U) dönüşü yaptırıldıktan sonra bacaya verilmelidir. Linyit sobaları ile ilgili olarak yapılan ısıl verim deneyleri sonucunda 25 adet tuğlalı sobanın ortalama ısıl verimi % 44, 25 adet kovalı sobanın ortalama ısıl verimi % 54'dür. Prototip olarak imal edilip M.T.A. katı yakıt laboratuarında test edilen silolu linyit sobasının ısıl verimi % 73,8 olarak tesbit edilmiştir. Piyasadaki geleneksel sobalara nazaran % 30 yakıt tasarrufu sağlayan, havayı daha az kirleten, optimal verimli linyit sobasının, silolu linyit sobası olduğu deneysel olarak kanıtlanmıştır. - 103 -
imal ve kullanılmasının yurt sathına yaygınlaştırılması ile enerji tasarrufuna ve büyük şehirlerdeki hava kirlenmesine önemli bir çözüm getireceğine inandığım Silolu Linyit Sobasının soba sanayicilerinin ilgisine mazhar olacağını umarım. KAYNAKÇA 1-A. N. ÖZCAN ve O. KURAL, Dumansız Bir Linyit Sobasının Geliştirilmesi, Ekim 1979 2- ERSAN GÜRLÜK, Optimal Bir Linyit Sobası İçin Temel Faktörler, 3- Bilim ve Teknoloji Bülteni, Mart - Nisan 1983, Sanayi ve Ticaret Bakanlığı 4- SERlM I. EĞİTMENOĞLU M., ÇATALLAŞ T., ve Diğerleri, Türkiyede imal Edilen Bazı Soba Tiplerinin Konstrüktif Özelliklerinin ve Genel Isıl Verimlerinin Tesbiti Üzerine Etüd, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı, Bilim ve Teknoloji Genel Müdürlüğü, Ankara, 1981-104 -