PULVERİZE KÖMÜR KAZANINDA YAKICI AÇILARININ ALEV YAPISI ÜZERİNE ETKİSİNİN SAYISAL İNCELENMESİ Halit Tolga Erken*, Yakup Erhan Böke** *Anova Proje ODTÜ MEMS Yerleşkesi halittolgaerken@gmail.com **İTÜ Makina Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü 34437 Gümüşsuyu, İstanbul, boke@itu.edu.tr Özet: Tunçbilek termik santralinin 150 MW kapasiteye sahip olan 5 numaralı kazanındaki yanma sayısal olarak modellenmiştir. Kazanın katı modellemesi ANSYS Design Modeller R16.2 versiyonu kullanılarak yapılmıştır. Yapılan analizlerde burgaç hareketini daha iyi yakalamak adına gerçekleştirilebilir k-ε türbülans modeli ve Menther- Lencher duvar fonksiyonu kullanılmıştır. Kömür yanma odasına tanecikler halinde enjekte edilmiş ve takip edilmesinde Lagrange yöntemi kullanılmıştır. Yanma reaksiyonu için ön karışımsız yanma modeli kullanılmış ve PDF tabloları oluşturulmuştur. Deneysel kömür yakıtı Fluent R16.2 programındaki kömür hesaplayıcısı ile verilmiştir. Kömür hesaplayıcısı için gerekli veri kömürün elemantel analizinden alınmıştır. Işınım modeli olarak P1 modeli seçilmiş sayısal analizde yanma odasındaki sıcaklık, katı ve gaz emisyon dağılımı hesaplanmıştır. Kazan hava ve kömür debileri sınır şartları belirtilirken sahadan alınan gerçek koşul verileri kullanılmıştır. Bu çalışmada dört farklı durum üzerinde durulmuştur. Mevcut durum, yakıcı açılarının yukarıya kaldırıldığı ve aşağıya indirildiği durumlarla karşılaştırılmış ve yanma gazları çıkış alanı iki katına çıkarılmıştır. Yakıcıların aşağıya baktığı durumda sıcaklığın yakıcıların altındaki noktalarda daha düşük olduğu ve daha yavaş en yüksek sıcaklığa yükseldiği görülmüştür. Bu duruma yakıt karışım oranları incelendiğinde yakıt birikmesinin neden olduğu görülmüştür. Farklı durumlardaki akış çizgileri ve tanecik hareketleri incelendiğinde en alt sıra yakıcılarından püskürtülen hava ve yakıtının burgaç hareketinin merkezini oluşturduğu, orta sıranın merkeze bir miktar nufüz edebildiği ama genel olarak merkezi burgacın etrafını doldurduğu, buna karşılık en üst sıra yakıcılarının burgaca nufüz edemediği görülmüştür. Anahtar Kelimeler: pülverize kömür yanması, güç santrali, sayısal modelleme. NUMERICAL INVESTIGATION OF PULVERIZED COAL BURNER FLAME STRUCTURE REGARDING TO THE INJECTOR ANGLE Abstract: Tunçbilek coal-fired power plant s 150 MW number five boiler was numerically modelled. Solid model of the boiler was modelled with Ansys Design Modeller R16.2. For computation fuid dynamics analysis, realizable k-ε turbulence model was used. For near wall treatment model, Menther-Lencher method was used. Non-Premixed PDF model was used and PDF tables were generated. Emprical coal fuel was calculated with coal calculater tool under the Fluent R16.2. The required data for coal calculater was getting from elemental analysis of the coal. For the radiation, P1 radiation model was used for the analysis. Calculation of the temperature, solid and gas emissions was investigated for the analysis. Lagrangian method of particle track was used for coal particles. For the analysis, total 4 different case was prepared. The first one is the standart case. The second case, case 2, injectors have a bigger angle between ground. This case s injecteros look up. The third case, case 3, injectors have smaller angle (negative angle for bottom injectors) regarding to the standard case. Its injectors look down. And the forth case, case 4, have a bigger outlet are compared to the standart case. The outlet area was doubled for the analysis. On the case 3 temperature is lower than the other cases below injectors, but its temperature also increase slower than others. It is the result of the higher fuel accumulation below to the injectors. Also when the different cases analysis, It can be easily seen that the bottom injectors create the center of the air-fuel vortex. The middle lines can penetrate a little to the center of the vortex however the top line cannot penetrate the vortex. Keywords: pulverized coal combustion, power plant, numerical modelling. GİRİŞ Günümüz dünyasında ülkelerin gelişmişlik düzeyi enerji üretim ve tüketimlerine bağlı olarak sınıflandırılmaktadır. Kullanılan enerjilerin içerisinde şüphesiz ki elektrik enerjisi en ön sırayı almaktadır. Türkiye de enerji ihtiyacının %28,6 sı doğalgaz santrallerinden; %13,3 ü ise linyit + taş kömürü + asfaltit 1
ile çalışan santrallerden üretilmektedir (Internet 2016). Günümüz teknolojisinde termik santrallerin çevreyi kirletici gaz ve partikül salınımları azaltılmış ve azaltılmaya devam etmektedir. Bu bağlamda kömür kazanlarında yanmayı anlayıp dizayn ve kontrol etmek önem kazanmaktadır. Kumar yaptığı çalışmada Fluent programı kullanarak %40 daha fazla kül içeren Hindistan kömürü için yanma analizleri yapmıştır (Kumar vd. 2007). Bu analizlerde 210 MW gücündeki tanjant yanmalı kazanlar kullanılmıştır. Kullanılan kazanlarda 6 sıra enjektör bulunmaktadır. Kumar türbülans modeli için standart k-ε türbülans modeli kullanmış; partikülleri takip etmek için Lagrange yaklaşımından faydalanmış ve yanma modelemesi için de PDF (probability density function) fonksiyonu kullanmıştır. Analiz sonuçlarında HAD (hesaplamalı akışkanlar dinamiği) çözümlemesinin kazan yanmasını anlamak ve yapılan değişikliklere karşılık kazan performansını ölçmek için verimli bir yol olduğu belirlenmiştir (Kumar vd. 2007). Aynı şekilde yakıcı eğimlerini değiştirerek kömürün kazanda kalma süresini ve alev topunun oluştuğu bölgenin değiştirilebileceğini göstermiştir. Jun Li yaptığı çalışmada ise daha çok parçacıklar ve kirleticiler üzerine odaklanmıştır (Li vd. 2012). Li ye göre düşük NO x teknolojisi kullanıldıkça yanma sonucu oluşan yanmamış karbonların oranı artmakta, bunun sonucu olarak yanma tam gerçekleşmediği için yanma verimi ve toplam verim düşmekte; çevreye ise kül salınımı artmaktadır. Çalışmada 140 MW, 170 MW ve 200 MWlık 3 ayrı kazan incelenmiş, yapılan analizlerde standart k- ε türbülans modeli standart duvar fonksiyonu yaklaşımı ile kullanılmıştır. Radyasyon modeli olarak ise DO (discrete ordinates) modeli kullanılmıştır. Al-Abbas a göre Kazanda hava yerine farklı gazların kullanılması sonucu yanma karakteristiği değişmektedir (Al-Abbas vd. 2011). Kazan içi sıcaklık dağılımları, tür konsantrasyonları ve hatta ışıma karakteristiği değişim göstermektedir. Yapılan çalışmalarda azot yerine yoğun CO 2 derişimleri kullanıldığında yanma gazlarının soğurduğu ısıl kapasitenin arttığı ve alev hızının 1/3 ile 1/5 oranında azaldığı gözlemlenmiştir. Kim in araştırmasında pulverize kömür yanmasında kullanılan modeller ve kok oluşumu incelenmiştir (Kim vd. 2015). Koklaşmanın kömür yanmasında toplam yanma süresini ve radyasyonla ısı transferini baskılayan süreç olduğunu belirtmiştir. Kim yaptığı çalışmalarda içerisinde %12 ve %24 oksijen içeren kömürleri incelemiş ve eğer kömür %12 nin altında O 2 içeriyorsa Stefan akışının ihmal edilebileceğini göstermiştir. Kok yanma süreci son derece kompleks bir süreçtir. Yapılan çalışmalarda kokun yanmasını etkileyecek çok sayıda faktör bulunmuştur. Bunların bazıları kömür yüzey alanı, kokun porozitesi ve değişimi, stefan akışı, partikül parçalanması ve tanecik safsızlığı olarak sayılabilir (Williams vd. 2000). Sunulan çalışmada, Tunçbilek termik santralinin 150 MW kapasiteye sahip olan 5 numaralı kazanı sayısal olarak incelenmiştir. Sayısal incelemede 4 farklı durum üzerinde durulmuştur. Mevcut durum, yakıcı açılarının yukarıya kaldırıldığı ve aşağıya indirildiği durumlarla karşılaştırılmış ve yanma gazları çıkış alanı 2 katına çıkarılmıştır. Yapılan bu incelemelerde öncelikle mevcut durum analizleri test sonuçları ile karşılaştırılmış ve sonuçlar kontrol edilmiştir. Sonuçların doğrulanması sonrasında ise sırasıyla sıcaklık ve hız dağılımları incelenmiş, yanma sonu gazlarının salınımları karşılaştırılmıştır. PROBLEMİN TANIMI VE AĞ YAPISI OLUŞTURMA Kütahya ili sınırları içersinde yer alan Tunçbilek termik santralinin 150 MW kapasiteye sahip olan 5 numaralı kazanı sayısal olarak incelenmiştir. 5 numaralı kazan teğetsel yanma tipi olup, 3 farklı yükseklikte ve her yükseklikte 6 adet olmak üzere toplam 18 yakıcıya sahiptir. Her sıradaki yakıcıların 4 adeti köşelerde ve 2 adeti de karşılıklı yüzeylerde yer almaktadır. Öğütülen kömür ısıtılmış hava ile birlikte kazan yanma odasına püskürtülerek yakılır ve 5 adet değirmen ile kazanda 540 C sıcaklıkta ve 13,6 MPa basıncta buhar elde edilir. Kazanın cüruf bölgesinden kazan çıkışına kadar olan bölge modellenmiştir. Kazanın katı modeli oluşturulurken Ansys Design modeller R16.2 programı kullanılmıştır. Modelleme esnasında kazanın gerçek ölçülerinden faydalanılmıştır. Modellenen kazan genel görüntüsü ise Şekil1 de verilmiştir. (a) (b) Şekil 1. Modellenen kazan geometrisinin a) önden görünüşü, b) yandan görünüşü ve c) izometrik görünüşü. Şekil1 de görülen kazanın en alt kısmında cüruf toplama bölmesi bulunmakta, sonrasında ise düşeyde 3 farklı yükseklikte olan toplamda 18 adet kömür yakıcısı bulunmaktadır. Kazan daralma bölgesinden hemen önce iki kızdırıcı bulunmaktadır. Kazan daralma bölgesinden sonra ise sırayla 1. kızdırıcı, 4. kızdırıcı, 5. kızdırıcı, 3. kızdırıcı ve ekonomizer yer almaktadır. Kazanın modellemesi yapılırken kompleks ve potansiyel olarak ayrık uzay oluşturma ve yakınsama problemi oluşturacak olan kazan borularının detaylı modellemesi yapılmamıştır; onun yerine literatürde de kullanımı olan gözenekli hacim (porous zone) tanımlaması yapılmıştır. (c) 2
Kazanda düşeyde üç farklı yükseklikte, her yükseklikte altı adet olmak üzere toplam 18 adet kömür yakıcısı kullanılmıştır. Kömür yakıcıları sırasıyla cüruf toplama bölgesi 0 yüksekliği olarak alındığında 10,4 metre, 13,03 metre ve 15,66 metre yüksekliklerinde yer almaktadır. 1. sıra yakıcılar zemine paralel olarak durmakta, 2. ve 3. sıra yakıcılar ise zemine göre 7 açıyla yukarıya yönlendirilmiştir. Her bir eş yükseltide bulunan 6 adet yakıcının eksen çizgisi, kesit alanının merkezinde bulunan 950 mm ile 1150 mm çap aralığındaki çemberlere teğet geçmektedir. Yakıcı açıları ve konumları alevin girdap yapısını etkilediği için modelleme yapılırken bu değerlere dikkat edilmiştir. Şekil de bu bilgiler ışığında modellenen yakıcıların detay görüntüsü verilmiştir. Şekil de ise yakıcıların hava ve kömür kesit girişleri gösterilmiştir. Sınır Şartları Ve Modelleme Kazana 613 K sıcaklıkta 199 kg/s hava debisinde hava ve 573 K sıcaklıkta 38,61 kg/s debisinde kömür gönderilmiştir. Kazanın işletilmesi sırasında her sıradaki 6 adet yakıcının 5 adeti aktif olarak çalışmakta, 4 numaralı yakıcılardan kömür gönderilmemektedir. Toplam hava debisinin %43 ü alt, %43 ü orta ve %14 ü üst yakıcılardan gönderilmekte; toplam kömür debisinin ise %43 ü alt, %35 i orta ve %22 si üst yakıcılardan gönderilmektedir. İşletmeden alınan kömür analizleri sonucunda kömür taneciklerinin çapları en az 90µm, en fazla ise 500µm olacak şekilde modellenmiştir. Tanecik çapı dağılımı için Rosin-Rammler metodu kullanılmıştır. Tablo1 de her yakıcı sırası için kullanılan sınır koşulları bulunmaktadır. Tablo 1. Kömür tanecikleri püskürtme koşulları. Konum Sıcaklık Hız Kütle Debisi [K] [m/s] [kg/s] Alt Yakıcılar 573 20 3,32 Orta Yakıcılar 573 20 2,7 Üst Yakıcılar 573 20 1,69 Şekil 2. Kömür yakıcılarıın görünüşü. Şekil 3. Yakıcı kömür ve hava girişleri. Ağ Yapısı Oluşturma Kazan geometrisinde ağ yapısı oluşturulurken Ansys Meshing R16.2 programından yararlanılmıştır. Geometri için üçgen (tetrahedral) ağ yapısı kullanılmıştır. Oluşturulan ağ yapısında 4.404.530 adet eleman kullanılmıştır. Ağ yapısı Şekil 0 de verilmiştir. Şekil 4 de görülebileceği gibi gereken hesaplama süresi ve gücü göz önünde bulundurularak tüm hacme sık ağ yapısı oluşturmak yerine yakıcı bölgesinde ve alev oluşma bölgesinde sık yapı kullanılmıştır. Şekil 0. Ağ yapısı. Kazan duvarları modellenirken duvarlarda sabit sıcaklık şartı tanımlanmış ve duvar sıcaklıkları suyun doyma sıcaklığından 50K fazla olarak 659K alınmıştır. Geometride yer almayan ve gözenekli ortam olarak modelleme yapılan boruların bulunduğu bölgede basınç kaybı hesaba katılmıştır. Bu bölge için 0,8 porozite değeri kullanılmıştır. Analizler zamandan bağımsız olarak yapılmıştır. Yanma reaksiyonu ve problemin karakteristiği gereği çalkantı modellemesi yapılması gerekmektedir. Yapılan literatür çalışmaları ve akışın karakteristiğinden dolayı gerçekleştirilebilir k-ε modeli y + değerinden bağımsız çözümleme yapılabilen Menther Lencher sınır tabaka yaklaşımı ile birlikte kullanılmıştır. Yanma modellemesinde ise ön karışımsız yanma modeli PDF tabloları ile birlikte kullanılmıştır. Tablo 2, 3 de verilen değerlere bağlı olarak PDF tabloları oluşturulmuştur. Tablo 2. Kullanılan kömürün çubuk ve elemental analizi. Bileşen Kütlesel Oran [%] Uçucu Madde 23,8 Sabit Karbon 20,4 Nem 15,6 Kül 40,2 nemsiz ve külsüz Karbon 72 Oksijen 16,2 Hidrojen 5 Azot 2,7 Kükürt 4,1 Tablo 3. Kullanılan kömürün özellikleri. Özellik Değer Yoğunluk 1300 [kg/m 3 ] Özgül Isı 1300 [kj/kgk] Üst Isıl Değer 1,33x10 7 [J/kg] Alt Isıl Değer 1,25x10 7 [J/kg] 3
Kömür modellenirken Lagrange yaklaşımında ayrık faz modeli kullanılmış ve kömür tanecikleri takip edilmiştir. Kazan yanmasında ısı transferinde ışınım önemli bir rol aldığı için ışınım modellemesi yapılmıştır. Işınım çözümlemesi için ayrık faz modeli kullanılmış ve ışınımın tanecikler üzerindeki etkisi göz önünde bulundurulmuştur. Yapılan analizlerin doğrulanması için test sonuçları ile analiz sonuçları karşılaştırılmıştır. Kazanın 4 farklı yüksekliğinde, kazan duvarına yakın iki düşey çizgi boyunca 8 noktada ölçülen sıcaklık değerleri ile karşılaştırma yapılmıştır. Tablo 4 te ise curüf boşaltım noktası 0 yükseklik olarak alındığı durumda ölçme nokta sıralarının yükseklikleri verilmiştir. Tablo 4. Test veri sıraları yükseklikleri. Konum Yükseklik [m] 1. Sıra 30,05 2. Sıra 35,53 3. Sıra 39,00 4. Sıra 49,50 Ölçümler kazan çeperlerinden 45 cm içeriye girilerek yapılmıştır. Tablo 5 da deneysel ve hesaplanan sıcaklık değerleri ve bunların bağıl hataları görülmektedir. Tablo 5. Hesaplanan ve ölçülen sıcaklıklar. Sıra Konum Hesaplanan Ölçülen Hata Sıcaklık Sıcaklık [K] [%] [K] 1 1 1112,4 1181,7 5,8 2 1036 1164,7 11,0 2 1 1106,4 1104,8-0,1 2 1007 1100,9 8,5 3 1 1014,8 1023 0,8 2 1077,9 1036,4-4,0 4 1 917,5 816,9-12,3 2 1082,6 802,9-34,8 Tablo 5 da görüldüğü gibi kazan üst kısımlarına gidildikçe hata artmaktadır. Aynı zamanda eş sıcaklık eğrilerinde de görüldüğü gibi asimetrik bir sonuç alınmıştır. Burada modelleme yapılırken kızdırıcılar gerçek olarak modellenmek yerine porous ortam modellemesi yapılmıştır. Bunun sonucu olarak sıcaklık değişimlerinde farklılıklar oluşabilmektedir. Alev bölgesine yakın bölümlerdeki hata oranı uygun olarak kabul edilebilir. Tablo 6. Yakıcı açıları. Durum 1. Sıra 2. Sıra 3. Sıra Gaz çıkış yakıcı yakıcı yakıcı alanı (m 2 ) 0 +7 +7 54 +5 +12 +12 54-5 +2 +2 54 0 +7 +7 108 Tablo 6 de verilen yakıcı açıları yakıcıların zemin ile yaptıkları açıları göstermektedir. oluşturulurken yakıcı açıları 5 yukarıya alınmış, durum 3 oluşturulurken ise yakıcı açıları 5 aşağıya indirilmiştir. Son olarak durum 4 de ise yakıcı açıları sabit tutulurken gaz çıkış alanı 2 katına çıkarılmıştır. Şekil incelendiğinde sıcaklık dağılımlarının genel olarak benzer olduğu, durum 3 için aşağıya doğru bakan yakıcılar halinde alevin daha yukarıda başladığı görülmektedir. Bunun sebebini daha iyi anlamak için aynı yüzeyden alınan kömür karışım oranları Şekil da verilmiştir. Kömür karışım oranları incelendiğinde sonuçların Şekil deki sıcaklık dağılımlarını açıklar nitelikte olduğu görülmektedir. Beklenin aksine aşağıya bakan yakıcılı durum 3 de alev topu daha yukarıdan başlamıştır. Bunun sebebi yakıcılar aşağıya baktığı durumda aşağı bölgede yakıtca zengin bir ortam oluşmakta, bunun sonucunda ise daha yukarıda yanma için uygun bir ortam oluşabilmektedir. Şekil de alt sıra yakıcıları için sıcaklık dağılımı görülebilir. Şekil de görüldüğü gibi alt sıra enjektör yatay eksen hizasından alınan sıcaklık dağılımında yüksek sıcak bölgeleri en yoğun olarak durum 1 de yer almaktadır. Bunu sırası ile durum 2, durum 4 ve durum 3 takip etmektedir. Şekil ve Şekil da sırasıyla orta ve üst sıra yakıcıları için sıcaklık dağılımı görülebilir. Şekil 5. YZ eksenindeki sıcaklık dağılımları. MODEL SONUÇLARI Farklı yakıcı açılarının ve egzoz gazı çıkış kesitinin büyüklüğünün yanmaya ve emisyonlara olan etkisi incelenmiştir. Yapılan analizlerde bütün durumlar için yanma odasına gönderilen hava ve kömür miktarları aynıdır. Farklı durumların özellikleri aşağıdaki Tablo 6 de verilmiştir. Standart olan durum, durum 1 olarak adlandırılmıştır. Şekil 6. Farklı durumlar için YZ eksenindeki kömür oranı. 4
Şekil 7. Farklı durumlar için alt sıra yakıcıları sıcaklık dağılımı. Şekil 8. Orta sıra yakıcılar sıcaklık dağılımı. Şekil 9. Üst sıra yakıcılar sıcaklık dağılımı. 5
Şekil da görülebileceği gibi durum 3 aşağı yönlü yakıcılarda sıcaklık kazanın daha yukarı bölümlerinde artmaya başlamıştır. Bu yanma reaksiyonlarının daha geç başladığının göstergesidir. Yukarı yönlü yakıcıların bulunduğu durum 2 de ise sıcaklık daha yavaş artmış fakat sonrasında en sıcak bölge daha geniş bir yüksekliği kaplamaktadır. CO Kütle Oranı [kg/kg] 2,5E-02 2,0E-02 1,5E-02 1,0E-02 Sıcaklık [K] 1400 1300 1200 1100 1000 900 5,0E-03 0,0E+00 Şekil 12. Karbonmonoksit kütle oranıının kazan yüksekliğine göre değişimi. CO2 Kütle Oranı [kg/kg] 2,55E-01 800 700 600 Şekil 10. Kazan boyunca sıcaklık dağılım grafiği. 2,53E-01 2,51E-01 2,49E-01 2,47E-01 2,45E-01 2,43E-01 1100 1400 K sıcaklık aralığının kazanın 6 39 metreleri arasında gerçekleştiği, bu aralıkta sıcaklık yaklaşık 20 metre kazan yüksekliğinde en büyük değeri aldığı görülmektedir. Şekil, 12, 13 de eksen çizgisi boyunca katı karbon, karbon monoksit ve karbondioksit kütle oranı grafikleri verilmiştir. de curüf bölgesinde katı karbon birikmesi olduğu görülmektedir. Diğer durumlarda katı karbon dağılımı benzerlik göstermekte olup, yakıcı açılarına bağlı olarak kazanın 8 25 m yükseklik aralığında artarak kazan çıkşında tükenmektedir. Yakıcı açısı katı karbonun maksimum değerini gerçekleştiği konumu 12 15 m kazan yüksekliğinde değişmesine sebep olmuştur. C(k) Kütle Oranı [kg/kg] 9,0E-04 8,0E-04 7,0E-04 6,0E-04 5,0E-04 4,0E-04 3,0E-04 2,0E-04 1,0E-04 0,0E+00 Şekil 11. Karbon kütle oranıının kazan yüksekliğine göre değişimi. için karbonmonoksitin bu bölgede artığı, daha sonra keskin bir düşüşle ilk 4 m içinde azaldığı görülmektedir. ve durum 4 de karbonmonoksit değişimi benzerlik göstermekle beraber en düşük değer durum 1 de gerçekleşmektedir. Karbondioksit emisyonu tüm durumlarda benzer karakterde değişim göstermiştir. Kazan içinde yakıcı bölgesinde minimum ve maksimum aralık içinde değişim göstermesine rağmen kazan çıkışında ortalama aynı değeri almaktadır. 2,41E-01 2,39E-01 2,37E-01 2,35E-01 Şekil 13. Karbondioksit kütle oranının kazan yüksekliğine göre değişimi. Şekil14 de durum 1 için yakıcıların oluşturduğu akış çizgileri verilmiştir. Kazanın içinde güçlü bir dönme hareketi ve bunun sonucunda karışım oluşmaktadır. Burada alt sıra yakıcılar kazan merkezindeki dönme hareketini oluşturmakta, orta sıra yakıcılar onun bir üst katmanını kaplamakta ve üst sıra yakıcılar merkeze nüfuz edememektedir. Diğer durumlar için de aynı karakteristik akış tespit edilmiştir. Kömür taneciklerinin her bir durum için en kısa, en uzun ve ortalama olarak kalma süreleri Tablo 7 de gösterilmiştir. Kömür taneceğinin kazan içinde ortalama kalma süresi durum 1 de en büyük ortalama değeri almaktadır. Kömürün kama süresinin artması, yanma verimi ve ısı geçiş miktarını artırmasını sağlayan etkenlerden biridir. Tablo 7. Kömür taneciklerinin ortalama kalma süreleri. Durum En kısa [s] En uzun [s] Ortalama [s] 5.83 124.5 15.22 5.89 98.17 12.33 5.78 89.17 13.22 5.63 90.91 12.62 Hata! Başvuru kaynağı bulunamadı. de NO emisyonunun kütle oranlarının eksen çizgisi boyunca kazan yüksekliğine göre değişimi gösterilmektedir. NO değişimi incelendiğinde ise durum 2 kazan alt kısımlarında yüksek NO derişimine görülmektedir. Kazan boyunca en düşük NO salınımı durum 1 için tespit edilmiştir. Ancak tüm durumlarda kazanı terkeden 6
gaz içindeki NO emisyon değeri ortalama olarak aynı mertebededir. NO Kütle Oranı [kg/kg] 5,5E-03 5,0E-03 4,5E-03 4,0E-03 3,5E-03 3,0E-03 2,5E-03 2,0E-03 (a) (b) Şekil 14. Akış çizgileri, (a) alt yakıcı, (b) üst yakıcı, (c) üst yakıcı. Şekil 15. NO kütle oranının kazan yüksekliğine göre değişimi. SONUÇ Kömür taneciklerinin kazan içinde kalma süresi incelendiğinde büyük kesit alanına sahip olan durum 4 te en uzun kalma süresinin en küçük olduğu, ortalama sürenin ise yukarı bakan durum olan durum 2 ile benzerlik gösterdiği görülmüştür. Karbondioksit emisyon her dört durum içinde aynı mertebelerde gerçekleşmesine rağmen karbonmonoksit ve karbon emisyonları durum 2 için en yüksektir. Buna sebep olarak kömür taneciklerinin hacimde yeterince kalamayışı gösterilebilir.her bir durumun değerlendirilmesi sonucu standart hal olan durum 1 in en iyi sonuçları verdiği görülmektedir. Sıcaklık dağılımları faydalı bölgede benzer olmakla birlikte kirletici salınımları toplu bir şekilde incelendiği takdirde en iyi sonucu durum 1 için gerçekleşmiştir. (c) Çalışmada Kütahya ilinde yer alan Tunçbilek termik santralinin 5 numaralı kazanının yanma odası hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile incelenmiştir. Analiz programı olarak ANSYS firmasının 16.2 sürümlü Fluent yazılımı kullanılmıştır. Analizlerde kazan yakıcılarının düşey ile yaptığı açı ve kazan çıkış alanı değiştirilmiştir. Standart durum ile birlikte toplam 4 farklı durum incelenmiştir. Yapılan değişikliklerle amaçlanan kömür taneciklerinin kazanda kalma süresinin ve düşey yöndeki hareketinin kazan sıcaklık dağılımına, gaz emisyonlara ve yanmamış karbon oranlarına etkisinin incelenmesi hedeflenmiştir. Yakıcıların aşağıya baktığı durum 3 modelinde sıcaklığın yakıcıların altındaki noktalarda daha düşük olduğu ve daha yavaş en büyük sıcaklığa yükseldiği görülmüştür. Bu duruma yakıt karışım oranları incelendiğinde durum 3 modelindeki yakıt birikmesinin neden olduğu görülmüştür. Farklı yakıcı açı durumlarındaki akış çizgileri ve tanecik hareketleri incelendiğinde en alt sıra yakıcılarından püskürtülen hava ve yakıtının burgaç hareketinin merkezini oluşturduğu, orta sıranın merkeze bir miktar nufüz edebildiği ama genel olarak merkezi burgacın etrafını doldurduğu buna karşılık en üst sıra yakıcılarının burgaca nufüz edemediği görülmüştür. KAYNAKLAR Al-Abbas, Audai Hussein, Jamal Naser, and David Dodds, 2011, CFD modelling of air-fired and oxy-fuel combustion of lignite in a 100KW furnace, Fuel 90.5: 1778-1795. Kim, Daehee, and Sangmin Choi, 2015, Effect of typical modeling assumptions for pulverized coal char combustion commonly used in commercial CFD codes, Journal of Mechanical Science and Technology 29.11: 4951-4961. Kumar, Manish, and Santi Gopal Sahu, 2007, Study on the effect of the operating condition on a pulverized coal-fired furnace using computational fluid dynamics commercial code, Energy & Fuels 21.6: 3189-3193. Li, Jun, et al. 2012, CFD approach for unburned carbon reduction in pulverized coal boilers, Energy & Fuels 26.2: 926-937. Williams, A., M. Pourkashanian, and J. M. Jones, 2000, The combustion of coal and some other solid fuels, Proceedings of the Combustion Institute 28.2: 2141-2162. Internet 2016, url-1 http://www.teias.gov.tr/yuktevziraporlari.aspx> 7