Kapasite
Modern
buhar-üretim ünitelerinin kapasite ve derecesi için kesin değerler verilemez.
Ünitelerde birkaç farklı tipte ısı-absorblama cihazı bulunduğundan birleşik
performans, kazan gücü (horse power) veya eşdeğeri olan buharlaşma miktarıyla
doğru olarak tanımlanamaz. Bu nedenle pratikte kapasite, özel bir basınç ve sıcaklıkta,
saatte üretilen buhar miktarı (pound) ve besleme suyu miktarıyla tarif edilir.
Rafineriler ve petrokimya komplekslerinde buhar üretim kapasitesi 1 100 000 - 2
600 000 lb/sa. (500-1200 ton/saat) dolayındadır.
KAZAN TİPLERİ
Endüstride
ve merkezi buhar istasyonlarında kullanılan kazanlar çok çeşitlidir. Bunların
hepsi iki genel sınıfta toplanır: (1) duman borulu, (2) su-borulu, kazanlar.
Duman-Borulu Kazanlar
Bir
duman-borulu kazanda tüpler ısı absorblayan yüzeylerdir. Yakıt tüplerin içinden
geçer, ısınan tüp yüzeyler ısıyı, dış kısmındaki suya iletirler.
Bu tip
kazanlar, diğerlerine kıyasla daha ucuzdur, fakat yüklenme kapasitesi sınırlıdır
ve çıkış gazı sıcaklığı, çıkan miktarın artmasıyla hızla yükselir. Yatay geridönüşlü
kazan (horizontal return-tubular, HRT) bu tipin en çok kullanılan türüdür.
Bir HRT
kazan silindirik bir dramdır. Dramın iki başında aynalar bulunur. Dumanın
geçtiği borular bu aynalara tutturulmuştur ve dram içinde boydan boya
uzanırlar. Yanma odasında oluşan alev ve duman, boruların içinden geçerken
onları dıştan saran suyu ısıtır. Yanma odası dramın dışında veya içine gömülmüş
konumda olabilir; dışındaysa, iç kısmı sıcaklığa dayanıklı bir refraktör
malzeme ile kaplanmıştır; içinde olduğunda böyle bir kaplamaya gerek olmaz.
Duman
borulu kazanlar küçük ısıtma ünitelerinde, basınç ve kapasitenin düşük olduğu
ve sadece sınırlı bir aşırı ısıtmanın istendiği sanayi tesislerinde kullanılır.
Kapasitesi 1000-15000 lb buhar/saat aralığında, basıncı 150 0F da
250 psi ye kadardır. Buharlaşma hızı 7 lb/ft.sa. ten düşüktür.
Şekil-1: Küçük ve modern bir HRT
kazan; kolon tip, aşırı ısıtıcı ve hamlaçlı. (b) Elle-yakmalı bir kazan
Yakıt
olarak kömür kullanıldığında küçük kazanlarda elle-yakma pencereleri, büyüklerde
hamlaçlar bulunur. Yağ, gaz ve atık fuel-oil de yakıt olarak kullanılabilir.
Tipik bir HRT kazan Şekil-1a da verilmiştir; aşırı ısıtıcı kolon tiptir.
Standart HRT kazanının değiştirilmiş bir tipinde (Şekil-1b) çok az refraktör
malzeme kullanılmıştır ve yarı-taşınabilir yapıdadır. Dramın arka tarafının
çapı daha büyüktür ve alt tarafında bir dizi kısa tüp bulunur; üst tarafta,
dramın ön kısmına kadar uzanan uzun tüpler yerleştirilmiştir. Arka taraftaki
yakma odacığından gelen yakıt gazı borularla öndeki duman bölmesine taşınır.
Su Borulu Kazanlar
Bir su
borulu kazan, dış kısımdan yakıt gazının, içinden suyun geçtiği tüplerden
oluşur; (a) düz-borulu, (b) eğik-borulu olmak üzere iki sınıfa ayrılır. Büyük
kapasiteler istendiğinde su borulu kazanlar tercih edilir; basınç 150 psi (10.2
atm) den büyük, kapasite 15 000 000 lb buhar/sa (6 800 ton/sa) in üzerindedir.
Örneğin 5 000 psi (340 atm) basınç ve 4 000 000 lb/sa (1800 ton/sa) kapasitede
çalışabilen kazanlar vardır. Yatay yerleştirilmiş düz-borulu kazanlar, kullanım
alanı en yaygın olan tiplerdir. Basınçlar ve kapasitelerin kademe kademe
yükseltilmesi istendiğinde, fırın çıkış genişliğinin herbir feetine düşen buhar
üretim hızı sirkülasyon sınırını aşar; böyle bir durumda eğik borulu kazan
kullanılması uygundur.
Düz Borulu Kazanlar
Bunlarda
ana boru bankı 1-3 inç kadar eğik konumda yerleştirilir ve isteğe göre, yatay
veya dikey şaşırtmalıdır. Düz borulu kazanlar boylamasına veya çapraz-dram
tipte olabilir.
Boylamasına-dram
tipte bir, iki veya üç paralel dram bulunur; bunlara üst ve alt aynalar
bağlanmıştır (Şekil-2a); tüp banklarına paralel veya yatay olabilir.
Sayıları
ve çapı istenilen kapasiteye göre değişir. En yüksek basınç 300 psi (20.4 atm)
ve kapasite aralığı 4 000 - 90 000 lb/sa (1.8-41 ton/sa) tir.
Çapraz
dram tipteki kazanda bir dram vardır; tüp banklarına çapraz (enine) bağlanır ve
üst aynanın üzerine yerleştirilmiştir. Ön veya üst ayna dram, yatay sirkülasyon
tüpleri ve nipellerle alt aynaya bağlanır (Şekil-2b). Aşırı ısıtıcı, çoğu zaman
tüp banklarının üst kısmında bulunur ve aşırı ısınmayı 200 0F
dolayında tutar. Buhar dramlarının çapı 42-72 inç, kapasitesi 4 000-525 000
lb/sa (1.8-238 ton/sa) olabilir.
Eğik Borulu Kazanlar
Geleneksel
Eğik-borulu kazanlarda eğik tüplerle bir, iki veya üç tane buhar-ve-su dramına
bağlanmış bir alt (veya çamur) dram bulunur. Yeni bazı dizaylar dışında ısıtma
yüzeyi, iki veya üç bank ve dikey baffıllar (şaşırtma çubukları) veya dik ve
çapraz baffıllardan oluşan sistemlerdir. Aşırı ısıtıcılar, ilk kazan bankındaki
tüp arasına veya birinci ve ikinci tüp bankları arasındaki bank arasına
yerleştirilmiştir. Dizayda esneklikler olması nedeniyle bu tip kazanlar 6000-2
000 000 lb/sa (2.7 –908 ton/sa) kapasitede ve 160 – 2700 psi (72.6-183.7 atm)
basınçta çalışabilir; buharın sıcaklığı 1100 0F (593 0C)
dır.
En fazla
kullanılan eğik-borulu kazan dört-dramlı olanıdır. Bunda üç tane üst buhar-ve-su
dramı bir tane alt veya çamur dramı vardır. Dramları birbirine bağlayan tüpler,
bafıllı üç bankta bulunur. Tüplerin her sıradaki tüp sayısı kazanın büyüklüğüne
ve alt dramın çapına göre değişir. Kapasite, kazanın genişliğini saptayan
faktördür ve aynı zamanda alt ve üst dramlar arasındaki dikey mesafeyi de
etkiler. Şekil-3 de dört-dramlı bir kazan görülmektedir.
Şekil-3: Dört dramlı
eğik-borulu bir kazanın şematik görünümü
Paket-Tip Kazanlar
Orta-basınçlarda,
4000-42000 lb/sa (1.8-19 ton/sa) kapasiteli, az yer kaplayan standart birimler
şeklinde paket-tip kazanlar dizayn edilmiştir (Şekil-4a). Bunlarda, çoğu kez,
eğik-borulu iki dram ve su-soğutmalı bir fırın vardır; yağ veya gazla çalışabilir. Tren yolu veya tankerle taşınabilir yapıdadır;
yakma sistemi, yağ pompası ve ısıtıcı takımı, zorlamalı çekiş fanı, ısıtma
regülatörü, besleme suyu regülatörü, kasa ve kontrol paneli, is çekicisi,
otomatik kontrol sistemi ile komple bir pakettir. Şekil-4(b) de küçük ve orta
büyüklükte endüstriyel bir paket buhar üretim ünitesi görülmektedir; kapasitesi
18 000-50 000 lb/sa (8-22.7 ton/sa) tir. Daha büyük kapasiteli bir ünite
Şekil-4(c) de verilmiştir; 425 000 lb/sa (193 ton/sa) 1250 psi (85 atm) ve 900
0F (482 0C) a ulaşılabilir. Pulverize yakıt, yağ ve gaz
yakıt kullanılabilir.
Şekil-4: (a) Paket tip bir kazanın
kesit görünümü, (b) yağ ve gaz yakabilen yaygın yollu komple bir kazan, (c) yağ
ve gaz yakabilen buhar jeneratörü
Yüksek-Basınç
Buhar Jeneratörü
Bu tip
buhar jeneratörleri modern merkezi ısıtma sistemlerinde çok kullanılır. Su
soğutmalı fırınlar, büyük aşırı-ısıtıcılar, tekrar- ısıtıcılar (bazan), kazan
konveksiyon bankı, ekonomizerler (bazan) ve büyük hava ısıtıcılarından oluşur.
İletim (konveksiyon) yüzeyinin miktarı, bir ekonomizer kullanılıp kullanılma-
masına bağlı olarak değişir. Ünitenin dizaynı tam olarak standardize
edilememiştir, fakat kurulacak tesise tam uygun standardizasyonlar yapılır.
Çoğunlukla iki basınç sınıflaması bulunur; 900-1100 psi (61.2--74.8 atm) ve
1200-2700 psi (81.6-230.8 atm). Üretilen buharın sıcaklığı 850-1100 0F
(454-593 0C) aralığında değişir. Maksimum yükten, önceden saptanan
yük noktasına inildiğinde sıcaklığın sabit kalması için gerekli önlemler
alınmıştır. Fırın hacmi aşırı-ısıtıcının konumu, şekli ve büyüklüğünün
seçiminde çok önemlidir; yüksek basınç ve yüksek buhar sıcaklığı için, tüm
fırın soğutma sistemi kullanıldığında, buharın çoğu fırın duvarında oluşur.
Sonuçta aşırı-ısıtıcı çıkışı ve ekonomizer girişi arasında küçük bir ısı iletim
bandı gerekir.
Bu tip bir
buhar üretim ünitesi Şekil-5 te görülmektedir; sürekli kapasite 1 000 000
lb/sa, (454 ton/sa), basınç 1675 psi (114 atm) ve sıcaklık 955 0F
(513 0C), verim %88.8 dir. Burada ısı absorblama yüzeyleri (hava ısıtıcısı
hariç) %14.6 kazan, %12.4 fırın, %34.7 aşırı-ısıtıcı ve %38.3 ekonomizerdir.
KONTROLLÜ
SİRKÜLASYON
"Kontrollü
Sirkülasyon", fırın duvarlarına, kazan bölmelerine veya tüplere önceden
saptanmış (veya herhangi) bir zamanda, belirli sınırlar içinde toplam akımı
veya dağılımı değiştirebilmektir. İşlem buhar üretim çevrimi girişinde bulunan
orifislerle sağlanır. Sirkülasyon pompaları, kazan dramı ve su girişi (ısı
absorblama yüzeyine) arasındadır; böylece her zaman pozitif bir akış bulunur.
Isı absorblayan yüzeyin özelliklerine göre ısı
uygulandığında pompaya yardımcı olan bir sirkülasyon yüksekliği oluşur.
Kontrollü
sirkülasyon küçük çaplı ve ince duvarlı tüplerin bazı koşullarda kullanımına
olanak verir; bu koşullar doğal olarak ısıyla meydana gelen sirkülasyonun
yetersiz olduğu dizaynlar veya su ve buhar yoğunluklarının, yüksek çalışma basınçlarında
birbirine yaklaşarak ısıyla sirkülasyonun düştüğü hallerdir.
Elektrik
üretim istasyonlarının çoğunda kontrollü sirkülasyon uygulanır. Kapasite
aralığı 700 000 - 2 200 000 lb buhar/sa (318-1000 ton/sa), basınç 1650-2650 psi
(115-180 atm) ve sıcaklık 1000-1100 0F (538-593 0C) dır.
Sıcak-Su Kazanları
Yüksek
çalışma verimi ve düşük bakım gereksinimleri nedeniyle "yüksek- sıcaklıktaki
su sistemleri" iyi bir ısı dağıtma ortamıdır. Bu tesisler 350 0F
(177 0C) dolayında çalışırlar ve 160 psi (11 atm) lık doygun buhar
verirler. Sistem kapalı olduğundan besleme miktarı oldukça düşüktür. Özel dizaynlarda
ısı duvarları ve konveksiyon bölmeleri giriş ve çıkış aynalarına bağlı, küçük
çaplı tüplerden oluşan bir dizi paralel devrelerdir. Suyun devrelere düzenli
olarak dağıtılması, taşkan (surge) tankı ile kazan girişi arasına konulan bir
sirkülasyon pompasıyla sağlanır (kontrollü sirkülasyon).
Monotüp Buhar Üretim Ünitesi
Kritik
basıncın üstünde veya altındaki çalışmaları kapsayan yüksek- basınçlı buhar
çevrimi isteği monotüp kazan dizaynlarını gündeme getirmiştir.
Monotüp
uygulamada, kritik basıncın altındaki çalışmalar için ekonomizer kısmına bir
pompayla verilen besleme suyu sonra buharlaştırma bölümüne akar; burada az bir
miktarı buhara dönüşür. Bu buhar ve su karışımı bir ayırıcıya (seperatör)
geçerek su ve varsa katı safsızlıklarını bırakır. Sonra buhar, konveksiyon
aşırı-ısıtıcıya gider ve son olarak ta radyant ısıtıcı bölgeye girer.
Monotüp
ilkesi (zorlamalı sirkülasyon), doğal veya kontrollü sirkülasyonlardan
farklıdır; buhar üretim devresi boyunca akan suyun ayırıcıda ayrılan az bir
miktar dışında tamamı, doğrudan buhara dönüşür.
KIZDIRICILAR (AŞIRI ISITICILAR,
SUPERHEATERS)
Kızdırıcı,
doygun buhara ilave ısı vererek sıcaklığını ve hacmini artıran bir sistemdir.
Sistem yakıt gazı yolu üzerinde bulunan ve kazanın üretim kısmından çıkan doygun
buharın geçtiği absorblayıcı bir yüzeydir.
Kızgın
(aşırı ısınmış) buharın özellikleri mükemmel gazlara yaklaşır; nem içermez,
doygun buhar sıcaklığına gelinceye kadar yoğunlaşmaz. Doygun buhardaki kullanılabilir ısı tümüyle basınca bağlı
olduğu halde, kızgın buharda, kızdırma derecesiyle orantılı miktarda ilave ısı
bulunur. Sabit buhar sıcaklığı "by-pas" damper kontrolüyle sağlanır;
kızdırıcı yüzey üzerinden geçen sıcak gaz miktarı bu sistemle ayarlanarak
buharın sıcaklığı istenilen seviyede tutulur. "Ayarlanabilen fırın
brülörleriyle de buhar sıcaklığının istenilen düzeyde olması sağlanabilir. Ayrıca,
kızdırıcılar arasına yerleştirilen "desüperheater" de buhar
sıcaklığını düşürmek için uygulanan sistemlerdir.
ISI GERİ-KAZANMA SİSTEMİ
Isı
geri-kazanma cihazı buhar üretim tesisinin bir parçasıdır, fakat buhar üretimi
veya aşırı ısıtma bölgelerinin birer bölümü değildir. Bir tesisin buhar üretim
bölgesinden çıkan yakıt gazından ısı kazanacak şekilde dizayn edilmiş olan,
besleme-suyu-ısıtıcısı ve hava-ısıtıcısı olarak çalışan sistemlere
ekonomizerler ve hava ısıtıcıları denir.
Ekonomizerler
Ekonomizerlerin
yapımında kullanılan en uygun malzeme çelik tüptür; tüp duvarları incedir, çapı
küçüktür, alanı homojendir, sıkı (kompakt) sistemler yapımına uygundur ve
pahalı değildir.
Ekonomizere
giren besleme suyunun sıcaklığının 200 0F (93 0C) ın
üzerinde olması önerilir. Çelik malzemeden yapılmış ekonomizerlerde besleme
suyunda çözünmüş olan oksijen iç korozyona yol açar, bu nedenle suyun kimyasal
yolla veya hava-çıkarıcı ısıtıcılarla oksijenden arındırılması gerekir.
Çelik-tüp ekonomizerler dikey (yekpare) veya yatay (ayrı) olarak
yerleştirilebilir.
Hava Isıtıcıları
Bir hava
ısıtıcısının görevi, atılacak yakıt gazındaki ısıyı geri- kazanmak ve havayla
fırına göndererek yakıt tasarrufu sağlamaktadır. Hava ısıtıcılar çalışma şekline
göre iki tiptir: Birincisinde iki akışkan, ısı transfer yüzeyi ile birbirinden
ayrılmıştır; akışkanın biri bir yönde, diğeri aksi yönde akar. Örneğin, tüpler
kullanıldığında akışkanın biri tüplerin içinden diğeri dışından; veya levha tip
bir ısıtıcıda akışkanlar levhanın ayırdığı iki bölmede akarlar. İkinci tip hava
ısıtıcılarda ısı transfer yüzeyinin her iki tarafı aralıklı olarak ısıtılır ve
soğutulur; önce akışkanın biri ısıtır, sonra diğeri soğutur.
FIRINLAR
Buhar
üretim tesislerinin fırınlarını dizaynında kuruluşlara özgü detaylı bilgiler
gerekir, bu nedenle her koşulda uygulanabilir standartlar verilemez.
Tek Yollu Fırınlar (Single-Retort
Strokers)
Dört
refraktör duvardan oluşan en basit fırın tipidir. (Şekil-1a ve 2). Isı oluşum
hızı 45000 Btu/ft3.sa ten fazla olmadığı durumlarda refraktör
malzeme uzun süre dayanır.
Çok yollu Fırınlar (Multiple-Retort
Strokers)
Bunlar
büyüklükleri dışında tek-yollu fırınlara benzer. Suyla soğutulan yüzeylerin
kullanılmasıyla refraktörlü fırınlarda karşılaşılan sınırlamalardan kurtulmak
için, yakıtın tümünün yakılabildiği dizaynlara yönelinmiştir. En yüksek ısı
çıkış hızı 35 000 Btu/ ft3.sa,tir.
Gaz
tabakalarını kıran fırın türbülensi çeşitli şekillerde oluşturulur; alev-üstü
ve buhar jetleri etkindir.
Yaygın Yollu Fırınlar (Spreader
Strokers)
Isı
akışının 35 000 Btu/ft3 sa in altında olduğu açık-tip fırınlar bu
şekilde kurulur. Su-soğutmalı yüzeyler önemlidir, ayrıca yakıt yatakları hava
akışına hassastır. Yakma için %90 veya daha fazla hava gerektiği durumlarda çok
verimlidirler.
Türbülent Süspansiyonlu Brülörler
Bu tip
brülörler, kule-tipi bir fırında oldukça iri yakıt taneciklerinin yukardan
aşağı doğru püskürtülmesi (duş şeklinde) olarak tarif edilebilir. Püskürtülen
yakıt yüksek türbülens gaz hacminden geçer ve yakma havasının etkisiyle kurur,
tutuşur ve düzenli olarak dağıtılır. Kapasite 8 000 - 300 000 lb/sa (36-136
ton/sa) buhardır. Şekil-6 da bu ilkeye göre çalışan bir ünite görülmektedir.
Şekil-6: Türbülent
süspansiyonlu brülörlü bir fırının şematik görünümü.
GERİ (proje çalışmaları)
