Doğalgaz büyük oranda metandan(CH4) oluşmaktadır.Bileşimi bulunduu yere göre değişmektedir.Doğalgazda normal olarak soy gazlar (yanmayan parçalar) ile aır hidrokarbonlar da mevcuttur. Doğalgaz: Hu=8250 kcal/m³ Doğalgaza bio-gaz ve arıtma gazları ilave etmek mümmkündür, fakat bu iki gaz doğalgaz ile karıştırmadan da kullanılabilir.Burada gazların birbirlerine karıştırılması durumunda at ısıl değerlerinin değişeceği dikkate alınmalıdır.Bu durumda brülörün yeniden ayarlanması veya özel bir brülör kullanılması gerekmektedir.Sistem uygulanmasında ,kullanılan gazlardaki kükürt oranları da göz önünde bulundurulmalıdır.Bu durumda gaz ile temas eden armatürlerde paslanmaz çelik gibi yüksek kalitede malzemeler kullanılması gerekebilir.
ÇİFT YAKITLI BRÜLÖRLER
Bunlar genelde sıvı veya gaz yakıtla çalışan brülörlerdir.Yakıt türü, gaz beslenmesinin kesildiği zamanlarda manuel veya otomatik olarak sıvı yakıta değiştirilir.Bu tip brülörler genelde kesintisiz bir beslenme salayabilmek için büyük sistemlerde kullanılır.Sanayide çounlukla doğalgaz+LPG veya biogaz uygulamaları görülmektedir. Çift yakıtlı brülörlerde ,yakıtın dolaştığı güzegah tamamıyla ayrıdır.Sıvı yakıt,pompadan ve sıvı yakııt selenoidlerinden geçer.Yakıtın cinsine göre memede pülverize olur.Dolayısıyla sıvı yakıtın brülörü kirletmesi veya performansı düşürmesi söz konusu değildir.Endüstride yayagın olarak kulanılmaktadır.Her iki yakıt içinde panoda seçici bir anahtar vardır.Brülörün her iki yakıtada uyumlu tek bir brülör beyni ve alev sensörü vardır.Büyük brülörlerde her iki yakıt için ayrı kam düzeneği mevcuttur.
ÇOK YAKITLI BRÜLÖRLER
Büyük kapasiteli olan bu tiplerde, gaz ,sıvı yakıt ve kömür tozu kullanılır. Özellikle çimento ve kireç sektöründe kullanılmaktadır.
AKIŞKAN YATAKLI KAZANLAR
Akışkan yataklı reaktörlerin, kimya sanayisinde birçok proseste kullanımı daha eskilere dayanıyor olsa da, kömür yakan kazanlar olarak kullanılmasına 1970’li yıllardan sonra başlanmıştır.Sonrasında da akışkan yatakta yakma teknik olarak endüstriyel boyutlu buhar üretimi ve elektrik enerjisi üretiminde önemli bir yer edinmiştir. Akışkan yatakta yakma teknolojisinin, katı yakıtların yakılmasıyla buhar üretilmesinde belirgin avantajları bulunmaktadır. Bu sistemlerin anahtar noktası, yakıt esnekliği ve düşük emisyonlardır.Akışkan yataklı kazanların çalışma prensibini anlatabilmek için akışkanlaşma prensipleri ve endüstride birçok uygulama alanı olan akışkan yatağın ne olduğunu açıklamak gerekmektedir.
Akışkan Yatak Prosesi
Bir koln içinde yığılı durumda bulunan taneciklerin teşkil ettiği yatak bölgesine alttan düşük bir hızla hava verilmeye başlandıında, hava parçacıklar üzerinde fazla kuvvet uygulayamaz ve parçacıklar arasından kendine boşluklar bularak yukarı hareket eder.Bu durum parçacıkların hareket etmediği sabit yatak konumudur. Akış hızı artırıldıkça, hava arçacıklara daha fazla kuvvet uygulayarak, parçacıkların arasındaki yerçekiminden kaynaklana kuvvetleri azaltır.Hız dahada artırıldıığında. Parçacıkların üzerindeki kaldırma kuvveti yer çekimini dengeleyerek, yukarı doğru akan havanın içinde arçacıkların asılı kalmasını sağlar.Artık yatağı oluşturan parçacıklar akışkan özelliklerini sergilemeye başlamıştır ve bu durum minimum akışkanlaşma koşulu, bunu salayan gaz hızı da minimum akışkanlaşma hızıdır. Yatak bölgesinin kapladığı hacmi fazala değiştirmeyen bu konumda hızı daha da artırılırsa, yatak içinde hava kabarcıkları oluştuğu ve kabarcıkların yatağı , suyun kaynamasına benzer bir şekilde terk ettikleri görülür.Kabarcıklı akışkan yatak olarak adlandırılan bu sistemlerde , gaz-katı karışımının kapladıı hacim sabit yatak konumuna göre belirgin şekilde artmasına rağmen , yatak bölgesi ile üzerinde bulunan serbest bölge arasında halen kolaylıkla ayırı yapılabilmekte ve gözle görülür bir yatak yüzeyi blunmaktadır. Hava akışını daha da hızlandırılması durumunda , kabarcıklar daha da büyüyecek ve birleşerek yatakta daha büyük boşlular oluşturacaktır.Türbülanslı akışkan yatak olarak adlandırılan bu durumda, katılar yüksek katı derişimine sahip ,birbirine bağlı gruplar halinde bulunurlar.Eğer gaz akışı ile hareket eden katılar, havadan ayrıştırılarak yatağa geri döndürülürse , parçacılar bir döngüde dolaşmaya başlayacaklardır.Dolaşımlı akışkan yatak olarak tanımlanan bu tür sistemlerde . altta bulunan yoğun yataktan daha yukarıda bulunan seyreltik bölgeye doğru katı gittikçe düşse de, kabarcıklı sistemlerin aksine , iki bölge arasında belirgin bir geçiş bulunmamaktadır.Geri döndürülen katıların ağırlığı siistemden akan havanın ağırlığının yüzlerce katı olabilirken, bu durum, yataktaki katıların ağırlığının yarattığı basınç farkının artmasına sebep olur. Yanma odasındaki basınç farkı hava akışı ile değişmekte olup, minimum akışkanlaşma hızına ulaşana dek hızın artmasıyla artar.Bu noktada katılar havada asılı kaldıı için karşılaşılan direnç , sadece yataktaki katıların ağırlıına bağlıdır.Dolayısıyla katıların sistem dışına taşınmasına sebep olacak hıza erişilene kadar basınç farkı sabit kalacaktır ve bu noktadan sonra sistemden katıların kaçmasıyla toplam ağırlık düştüğü için basınç farkı azalacaktır. Şimdiye kadar anlatılan akınlaşma koşullarından sadece kabarcıklı ve dolaşımlı akışkan yataklar buhar üretimi için kullanılmaktadır.
Alışkan Yatak Teknolojisinin Gelişimi
1930’lu yıllar ve 1940’ların başında geniş çaplı araştırma ve geliştirme çalışmaları sonucunda akışkan yatakların katı-gaz teması gerektiren uygulamalardaki avantajların saptanması, ilk olarak benzin ve diğer petrol bazlı ürünlerin üretimi için akışkan yataklı katalitik ayırıcının geliştirilmesi sağlanmıştır.Bugün akışkan yataklar dünya çapında birçok endüstride çeşitli prosesler için kullanılmaktadır. 1960’ların başlarında, termik santrallerden kaynaklanan kükürt dioksit (SO2) ve azot oksit(NOx) emisyonlarının azaltılmasının gerektiği ve akışkan yatakta yakma prosesinin bu emisyonları azaltacağı düşüncesi , kömür yakan akışkan yataklı kazanın geliştirilme çalışmalarını başlamıştır.Bu çalışmalar sonucunda ,1970’li yıllarda kabarcıklı akışkan yataklı kazan teknolojisi geliştirildikten sonra 1980’lerde uygulamalar dolaşımlı akışkan yataklı kazanlara yönelmiş ve o tarihlerden bu güne sayıları hızla artan başarılı santral uygulamaları gerçekleştirilmiştir.Akışkan yataklı yakma teknolojileri , sanayide sıcak su, buhar. Kurutma amaçlı sıcak gaz ( örnek olarak ; çimento sektöründe hammadde kurutma) eldesinde kullanıldığı gibi termik santrallerde de enerji eldesinde kullanılmaktadır
Akışkan Yatakta Yakma ve Diğer Teknolojiller
Bütün yakma teknolojileri . bir şekilde yakıt ve havanın karışmasını sağlayarak , yakıtın yapısındaki kimyasal enerjinin kullanılabilir enerjiye çevrilmesini sağlamaktadır.Akışkan yatakılı kazanlar , katı yakıt,özelliklede kömür yakma işleminde kullanıldıı için kömür yakma teknolojileri ile karşılaştırılması uygun olacaktır. Pülverize kömür teknolojisi , mikron boyutunda kömürün yüksek sıcaklıkta yakılmasını gerektirir.Kömür parçacıklarının yanma odasına geniş ölçüde yayıldıı bu sistemlerde ,brülörün bulunduğu bölgede sıcaklık 1600-1900⁰ C’ye kadar ulaşır.Parçacıkların boyutu çok küçük olduğundan , kazan içinde kaldığı süreleri yanma gazlarınkine çok yakındır. Izgaralı kazanlarda ise parçacık boyutu pülverize kazanlara göre epeyce yüksektir.( 25- 30mm).Kömür parçacıkları hareketli ızgaranın üstünde havanın ve yanma gazlarının içinden aktığı sabit bir yatak oluşturur.Sıcaklıkların 1600⁰C’yi aştığı bu sistemlerde yakıtın ocak içinde kaldığı süre ızgaranın hızına bağlıdır. Akışkan yatakta yakma teknolojisinde parçacık boyutu bu iki sistemdeki parçacık boyutunun ortasına düşmektedir. Genel olarak 12 mm’den küçük boyuta kırılan kömür, yatak malzemesi içindeki oranları yaklaşık %2 olacak şekilde beslenerek,yukarı doru akan hava sayesinde akışkanlaşan yatak malzemesi içinde tutuşarak yanmaya başlar. Yatak malzemesi , yakıtın külü , SO2 gazının tutulması için yatak bölgesine beslenen kireçtaşı, kalsiyum sülfat ve bazen de kumdan oluşmaktadır. Yataktaki katıların sıcaklığı 750-900⁰C aralığında olurken, hava ve kömür besleme hızı ayarlanarak gereken miktarda enerjini elde edilmesinde süreklilik sağlanır. Kömürün sistemde kalma süresinin uzun olması ve yüksek kütle transferi sayesinde akışkan yataklı yakıcılarda kömür yada diğer katı yakıtlar ,konvansiyonel yakma proseslerinden çok daha düşük sıcaklıklarda verimli olarak yakılabilir. Yakıt arçacıkları yandıkça boyutları küçülür ve havanın kaldırma kuvveti ağırlıklarını yenecek boyuta ulaştıklarında, hava tarafından taşınarak yanma odasının dışına çıkarlar.Uçucu kül diye adlandırılan bu parçacıklar çıkışta tutularak yatağa geri gönderilebilir ve bu durumda yanmasını tamamlamış parçacıklar için yanma süresi sağlanmış olur.Bu sebeplerden dolayı, akışkan yatakta kömürün karbon yanma verimi %98’in üstünde olmaktadır.
Akışkan Yatak Teknolojisinin Avantajları
Akışkan yatakta yakma teknolojisinin ilk geliştirilme sebebi olan kükürt dioksit ve azot oksit emisyonlarının düşürülmesi, yatak içerisine kireç taşı ilavesi ile kükürt dioksitin tutulması ve düşük yanma sıcaklıklarında azot oksit oluşumunun azalmasıyla ilave gaz arıtma tesisi gerektirmeden sağlanabilmiştir.Daha sonraları yapılan çalışmalar , bu teknolojinin pratikte diğer teknolojilerle değerlendirilmesi mümkün olmayan düşük kaliteli yakıtları yakılabileceğini göstermiştir.Ayrıca akışkan yataklı kazanlar, kaynağa göre büyük farklılıklar gösteren kömür bileşimindeki değişikliklere karşı da daha esnektir.Özelikle düşük yanma sıcaklığı ve yatak içinde gerçekleşen mükemmel katı-gaz karışımı , akışkan yataklı kazanlara birçok avantaj sağlamaktadır.
Yüksek Yanma Verimi ve Yüksek Isı Transfer Katsayısı
Akışkan yataklı kazanlarda mükemmel katı-gaz karışımının sağlanması ve parçacıkların yatakta kalış süresinin uzunluğu nedeniyle yüksek yanma verimi elde edilmektedir.Yanma verimi kazanı terj eden parçacıkların tutularak sisteme geri gönderilmesi ile daha da artırılır.Bunlara ilaveten yatak içerisinde ısı transfer katsayısı çok yüksek olduğu için ısı transfer yüzey alanları ve dolayısıyla kazan boyutları konvansiyonel kazanlara göre daha küçüktür ve daha az yatırım maliyeti gerektirir.
Yakıt Hazırlama Kolaylığı
İri tana boyutu nedeniyle pulverize kömür tesislerine nazaran daha düşük yatırım maliyetine sahip yakıt hazırlama tesisleri kurulmaktadır.Özelllikle yüksek küllü kömürlerde, pulverize yakıt hazırlama sistemleri sıklıkla bakım gerektirmektedir.Dolayısıyla, akışkan yataklı kazanlar için 12mm’nin altında kırılan yakıtın hazırlamak daha kolay ve daha ucuzdur.
Yüksek Emre Amadelik
Özellikle erime ve yapışma ihtimali olan kül erime noktası düşük yakıtların akışkan yataklı kazanlarda yakılması durumunda, erime noktasının altında sıcaklıklarda çalışıldığı için , ısı transfer yüzeylerine kül yapışması sonucu oluşacak bir çok kazan işletme problemine rastlanmaz.Dolayısıyla, akışkan yataklı kazanlarda %90-95 düzeyinde emre amadelik söz konusudur.
Yakıt Bileşimine Esneklik
Yatak malzemesinin yüksek ıısıl kapasitesi sayesinde ,yakıtın yataa girdiğinde anında ısınması ve parçacıklara yanma için uzun süre sağlanması, akışkan yataklı kazanlarda , düşük ısıl değerli yakıtların bile rahatlıkla yakılabilmesini salamaktadır.Aynı sebeplerden akışkan yataklı kazanlar, kül ve kükürtçe zengin yakıtların deerlendirilmesine ve düşük kaliteli ikinci yakıtlarla beraber yakma işlemine uygundur.Ayrıca akışkan yataklı kazanlar, çok daha geniş bir yelpazedeki yakıt bileşimini yakabilecek şekilde tasarlanabilir.Yakıt bileşimine esneeklik konusunda dolaşımlı akışkan yataklı kazanlar, kabarcıklı sistemlerden daha başarılıdır.Ancak bu sistemlerde tasarım değerlerini zorlayan bir yakıtın kullanılmasının önünde sınırlar olduğu unutulmamalıdır.
Düşük NOx ve SO2 Emisyonları
Kükürt dioksit, özellikle asit yağmurlarına yol açması , dolayısıyla havda ve suda asit birikimi oluşturması sebebiyle önemle üzerinde durulan emisyonlerdan biridir.Yanma, sırasında yakıtın bünyesinde bulunan kükütdün oksitlenmesiyle kükürt dioksit oluşurken , akışkan yataklı kazanlarda yatak bölgesine kireçtaşı beslenerek bu kükürt dioksit tutulur.Kireçtaşı yataa beslendiği anda sıcakılığın etkisiyle endotermik kalsinasyon reaksiyonu gerçekleşir. CaCO3(k)→CaO(k)+CO2 Kalsiyum oksit oluştuğunda ise küküt dioksit ve oksijen gazları ile reksiyona girerek katı fazda kalsiyum sülfat oluşturur. CaO(k)+SO2(g)+1/2 O2(g) → CaSO4(k) Oluşan küküt dioksitin katı faza geçmesiyle ,yatak malzemesi ya da uçucu kül ile berabar sistem dışına taşınarak ortadan kaldırılacak katık haline gelir.Kalsiyum oksitten, kalsiyum sülfat oluşumunun gerçekleştiği yukaridaki reaksiyonla ilgili olarak ; kalsiyum sülfatın, akışkan yataklı kazanlara özgü düşük çalışma sıcaklıklarında (750- 900⁰ C) kimyasal olarak kararlı olduu için , katı fazda ve bozunmadan kazandan dışarı alınabildiği unutulmamalıdır. Yanma veriminin artırılmasına ilaveten , yukaridaki reaksiyon zincirinden en yüksek kükürt tutma verimini, alabilmek için , kazanı terk edip siklonda tutulan katı parçacıkların , kabarcıklı sistemlerde küçük bir kısmı , dolaşımlarda ise çok büyük kısmı , reaksiyonların devamı için kazana geri gönderilir.Geri gönderme işlemiyle , katıların gazla teması için daha çok süre , reasksiyon için ise dah çok yüzey alanı oluşturulduğu düşünülürse , dolaşımlı akışkan yataklı kazanlar, yanma veriminde olduğu gibi küküt tutma veriminde de kabarcıklı akışkan yataklı kazanlara göre daha üstündür. Azot oksitler , çevreyle etkileşimleri açısından kükürt oksitlerden çok daha geniş kapsamda etkileri olan gazalardır.Tüm çeşitlerinin tanımlanması için NOx formülü ile ifade edilen azot oksitlerin asit yağmuru, yer seviyesinde ozon oluşumu ,atmosferin üst seviyelerinde ozon tabakasının incelmesi , sera gazı etkisi ve fotokimyasal sis oluşumunda yer almasıyla çevre üzerinde belirgin etkileri vardır.Bu gazaların yanma sonucunda oluşması için iki kaynak vardır; yakıttaki azot ve yanma için beslenen havadaki atmosferik azot.Atmosferik azotun özellikle 1200⁰C ve üzerindeki sıcalıklarda oksijenle reaksiyona girmesi sonucunda oluşan ısıl-azot oksit, çok daha düşük işletme sıcaklıına sahip akışkan yataklı kazanlarda kayda değer miktarda oluşmamaktadır.Yakıt kaynaklı azot oksitlerin oluşumu ise değişik mekanizmaların beraber ilerlediği reaksiyonlarla gerçekleşir.Akışkan yataklı yakıcılarda azot oksit emisyonlarının azaltılması için kademeli hava beslenmesi yapılarak sisteme verilen havanın bir kısmı alttan, geriye kalan kısmı yatak üstünde çeşitli noktalardan beslenir.Bu uygulama ile indirgeyen atmosfer oluşturulması azotun oksitlenerek azot oksite dönüşmesini engeller. Sonuç olarak ,düşük yanma sıcaklıklığı (750- 900⁰ C) sayesinde düşük miktarda ısı NOx ve kademeli hava beslemesi sayesinde düşük yakıt kaynaklı NOx ve yakıcının içinde kireçtaşı ile SO2’nin tutulması sayesinde ,ilave baca gazı arıtma tesisleri olmaksızın .akışkan yataklı kazanlardan yönetmenliklerle belirlenmiş olan sınırların altında NOx ve SO2 emisyonları elde edilir.
Kullanılabilir Kül
Akışkan yataklı kazanlarda yakma işlemi sonucunda elde edilen kuru ve depolanabilir külün değişik kullanım alanları bulunmakta, yeni kullanım sahaları için de araştırma çalışmaları yapılmaktadır.Tarıma elverişli toprak eldesi , atık/çamur stabilizasyonu, yol yapımında taban malzemesi , atık alanları kapatılması gibi işlemlerde akışkan yataklı kazanların küllü kullanılabilmektedir.Kazanlara yakıt sağlayan açık maden ocaklarının geri kazanımında dolgu malzemesi olarak kullanılan bu külün , sıcak su üretimi için akışkan yataklı kazan bulunan çimento tesislerinde , üretime ham madde olarak aktarılmasıyla maliyetlerden tasarruf gerçekleşir.
Doğalgaz büyük oranda metandan(CH4) oluşmaktadır.Bileşimi bulunduu yere göre değişmektedir.Doğalgazda normal olarak soy gazlar (yanmayan parçalar) ile aır hidrokarbonlar da mevcuttur. Doğalgaz: Hu=8250 kcal/m³ Doğalgaza bio-gaz ve arıtma gazları ilave etmek mümmkündür, fakat bu iki gaz doğalgaz ile karıştırmadan da kullanılabilir.Burada gazların birbirlerine karıştırılması durumunda at ısıl değerlerinin değişeceği dikkate alınmalıdır.Bu durumda brülörün yeniden ayarlanması veya özel bir brülör kullanılması gerekmektedir.Sistem uygulanmasında ,kullanılan gazlardaki kükürt oranları da göz önünde bulundurulmalıdır.Bu durumda gaz ile temas eden armatürlerde paslanmaz çelik gibi yüksek kalitede malzemeler kullanılması gerekebilir.
ÇİFT YAKITLI BRÜLÖRLER
Bunlar genelde sıvı veya gaz yakıtla çalışan brülörlerdir.Yakıt türü, gaz beslenmesinin kesildiği zamanlarda manuel veya otomatik olarak sıvı yakıta değiştirilir.Bu tip brülörler genelde kesintisiz bir beslenme salayabilmek için büyük sistemlerde kullanılır.Sanayide çounlukla doğalgaz+LPG veya biogaz uygulamaları görülmektedir. Çift yakıtlı brülörlerde ,yakıtın dolaştığı güzegah tamamıyla ayrıdır.Sıvı yakıt,pompadan ve sıvı yakııt selenoidlerinden geçer.Yakıtın cinsine göre memede pülverize olur.Dolayısıyla sıvı yakıtın brülörü kirletmesi veya performansı düşürmesi söz konusu değildir.Endüstride yayagın olarak kulanılmaktadır.Her iki yakıt içinde panoda seçici bir anahtar vardır.Brülörün her iki yakıtada uyumlu tek bir brülör beyni ve alev sensörü vardır.Büyük brülörlerde her iki yakıt için ayrı kam düzeneği mevcuttur.
ÇOK YAKITLI BRÜLÖRLER
Büyük kapasiteli olan bu tiplerde, gaz ,sıvı yakıt ve kömür tozu kullanılır. Özellikle çimento ve kireç sektöründe kullanılmaktadır.
AKIŞKAN YATAKLI KAZANLAR
Akışkan yataklı reaktörlerin, kimya sanayisinde birçok proseste kullanımı daha eskilere dayanıyor olsa da, kömür yakan kazanlar olarak kullanılmasına 1970’li yıllardan sonra başlanmıştır.Sonrasında da akışkan yatakta yakma teknik olarak endüstriyel boyutlu buhar üretimi ve elektrik enerjisi üretiminde önemli bir yer edinmiştir. Akışkan yatakta yakma teknolojisinin, katı yakıtların yakılmasıyla buhar üretilmesinde belirgin avantajları bulunmaktadır. Bu sistemlerin anahtar noktası, yakıt esnekliği ve düşük emisyonlardır.Akışkan yataklı kazanların çalışma prensibini anlatabilmek için akışkanlaşma prensipleri ve endüstride birçok uygulama alanı olan akışkan yatağın ne olduğunu açıklamak gerekmektedir.
Akışkan Yatak Prosesi
Bir koln içinde yığılı durumda bulunan taneciklerin teşkil ettiği yatak bölgesine alttan düşük bir hızla hava verilmeye başlandıında, hava parçacıklar üzerinde fazla kuvvet uygulayamaz ve parçacıklar arasından kendine boşluklar bularak yukarı hareket eder.Bu durum parçacıkların hareket etmediği sabit yatak konumudur. Akış hızı artırıldıkça, hava arçacıklara daha fazla kuvvet uygulayarak, parçacıkların arasındaki yerçekiminden kaynaklana kuvvetleri azaltır.Hız dahada artırıldıığında. Parçacıkların üzerindeki kaldırma kuvveti yer çekimini dengeleyerek, yukarı doğru akan havanın içinde arçacıkların asılı kalmasını sağlar.Artık yatağı oluşturan parçacıklar akışkan özelliklerini sergilemeye başlamıştır ve bu durum minimum akışkanlaşma koşulu, bunu salayan gaz hızı da minimum akışkanlaşma hızıdır. Yatak bölgesinin kapladığı hacmi fazala değiştirmeyen bu konumda hızı daha da artırılırsa, yatak içinde hava kabarcıkları oluştuğu ve kabarcıkların yatağı , suyun kaynamasına benzer bir şekilde terk ettikleri görülür.Kabarcıklı akışkan yatak olarak adlandırılan bu sistemlerde , gaz-katı karışımının kapladıı hacim sabit yatak konumuna göre belirgin şekilde artmasına rağmen , yatak bölgesi ile üzerinde bulunan serbest bölge arasında halen kolaylıkla ayırı yapılabilmekte ve gözle görülür bir yatak yüzeyi blunmaktadır. Hava akışını daha da hızlandırılması durumunda , kabarcıklar daha da büyüyecek ve birleşerek yatakta daha büyük boşlular oluşturacaktır.Türbülanslı akışkan yatak olarak adlandırılan bu durumda, katılar yüksek katı derişimine sahip ,birbirine bağlı gruplar halinde bulunurlar.Eğer gaz akışı ile hareket eden katılar, havadan ayrıştırılarak yatağa geri döndürülürse , parçacılar bir döngüde dolaşmaya başlayacaklardır.Dolaşımlı akışkan yatak olarak tanımlanan bu tür sistemlerde . altta bulunan yoğun yataktan daha yukarıda bulunan seyreltik bölgeye doğru katı gittikçe düşse de, kabarcıklı sistemlerin aksine , iki bölge arasında belirgin bir geçiş bulunmamaktadır.Geri döndürülen katıların ağırlığı siistemden akan havanın ağırlığının yüzlerce katı olabilirken, bu durum, yataktaki katıların ağırlığının yarattığı basınç farkının artmasına sebep olur. Yanma odasındaki basınç farkı hava akışı ile değişmekte olup, minimum akışkanlaşma hızına ulaşana dek hızın artmasıyla artar.Bu noktada katılar havada asılı kaldıı için karşılaşılan direnç , sadece yataktaki katıların ağırlıına bağlıdır.Dolayısıyla katıların sistem dışına taşınmasına sebep olacak hıza erişilene kadar basınç farkı sabit kalacaktır ve bu noktadan sonra sistemden katıların kaçmasıyla toplam ağırlık düştüğü için basınç farkı azalacaktır. Şimdiye kadar anlatılan akınlaşma koşullarından sadece kabarcıklı ve dolaşımlı akışkan yataklar buhar üretimi için kullanılmaktadır.
Alışkan Yatak Teknolojisinin Gelişimi
1930’lu yıllar ve 1940’ların başında geniş çaplı araştırma ve geliştirme çalışmaları sonucunda akışkan yatakların katı-gaz teması gerektiren uygulamalardaki avantajların saptanması, ilk olarak benzin ve diğer petrol bazlı ürünlerin üretimi için akışkan yataklı katalitik ayırıcının geliştirilmesi sağlanmıştır.Bugün akışkan yataklar dünya çapında birçok endüstride çeşitli prosesler için kullanılmaktadır. 1960’ların başlarında, termik santrallerden kaynaklanan kükürt dioksit (SO2) ve azot oksit(NOx) emisyonlarının azaltılmasının gerektiği ve akışkan yatakta yakma prosesinin bu emisyonları azaltacağı düşüncesi , kömür yakan akışkan yataklı kazanın geliştirilme çalışmalarını başlamıştır.Bu çalışmalar sonucunda ,1970’li yıllarda kabarcıklı akışkan yataklı kazan teknolojisi geliştirildikten sonra 1980’lerde uygulamalar dolaşımlı akışkan yataklı kazanlara yönelmiş ve o tarihlerden bu güne sayıları hızla artan başarılı santral uygulamaları gerçekleştirilmiştir.Akışkan yataklı yakma teknolojileri , sanayide sıcak su, buhar. Kurutma amaçlı sıcak gaz ( örnek olarak ; çimento sektöründe hammadde kurutma) eldesinde kullanıldığı gibi termik santrallerde de enerji eldesinde kullanılmaktadır
Akışkan Yatakta Yakma ve Diğer Teknolojiller
Bütün yakma teknolojileri . bir şekilde yakıt ve havanın karışmasını sağlayarak , yakıtın yapısındaki kimyasal enerjinin kullanılabilir enerjiye çevrilmesini sağlamaktadır.Akışkan yatakılı kazanlar , katı yakıt,özelliklede kömür yakma işleminde kullanıldıı için kömür yakma teknolojileri ile karşılaştırılması uygun olacaktır. Pülverize kömür teknolojisi , mikron boyutunda kömürün yüksek sıcaklıkta yakılmasını gerektirir.Kömür parçacıklarının yanma odasına geniş ölçüde yayıldıı bu sistemlerde ,brülörün bulunduğu bölgede sıcaklık 1600-1900⁰ C’ye kadar ulaşır.Parçacıkların boyutu çok küçük olduğundan , kazan içinde kaldığı süreleri yanma gazlarınkine çok yakındır. Izgaralı kazanlarda ise parçacık boyutu pülverize kazanlara göre epeyce yüksektir.( 25- 30mm).Kömür parçacıkları hareketli ızgaranın üstünde havanın ve yanma gazlarının içinden aktığı sabit bir yatak oluşturur.Sıcaklıkların 1600⁰C’yi aştığı bu sistemlerde yakıtın ocak içinde kaldığı süre ızgaranın hızına bağlıdır. Akışkan yatakta yakma teknolojisinde parçacık boyutu bu iki sistemdeki parçacık boyutunun ortasına düşmektedir. Genel olarak 12 mm’den küçük boyuta kırılan kömür, yatak malzemesi içindeki oranları yaklaşık %2 olacak şekilde beslenerek,yukarı doru akan hava sayesinde akışkanlaşan yatak malzemesi içinde tutuşarak yanmaya başlar. Yatak malzemesi , yakıtın külü , SO2 gazının tutulması için yatak bölgesine beslenen kireçtaşı, kalsiyum sülfat ve bazen de kumdan oluşmaktadır. Yataktaki katıların sıcaklığı 750-900⁰C aralığında olurken, hava ve kömür besleme hızı ayarlanarak gereken miktarda enerjini elde edilmesinde süreklilik sağlanır. Kömürün sistemde kalma süresinin uzun olması ve yüksek kütle transferi sayesinde akışkan yataklı yakıcılarda kömür yada diğer katı yakıtlar ,konvansiyonel yakma proseslerinden çok daha düşük sıcaklıklarda verimli olarak yakılabilir. Yakıt arçacıkları yandıkça boyutları küçülür ve havanın kaldırma kuvveti ağırlıklarını yenecek boyuta ulaştıklarında, hava tarafından taşınarak yanma odasının dışına çıkarlar.Uçucu kül diye adlandırılan bu parçacıklar çıkışta tutularak yatağa geri gönderilebilir ve bu durumda yanmasını tamamlamış parçacıklar için yanma süresi sağlanmış olur.Bu sebeplerden dolayı, akışkan yatakta kömürün karbon yanma verimi %98’in üstünde olmaktadır.
Akışkan Yatak Teknolojisinin Avantajları
Akışkan yatakta yakma teknolojisinin ilk geliştirilme sebebi olan kükürt dioksit ve azot oksit emisyonlarının düşürülmesi, yatak içerisine kireç taşı ilavesi ile kükürt dioksitin tutulması ve düşük yanma sıcaklıklarında azot oksit oluşumunun azalmasıyla ilave gaz arıtma tesisi gerektirmeden sağlanabilmiştir.Daha sonraları yapılan çalışmalar , bu teknolojinin pratikte diğer teknolojilerle değerlendirilmesi mümkün olmayan düşük kaliteli yakıtları yakılabileceğini göstermiştir.Ayrıca akışkan yataklı kazanlar, kaynağa göre büyük farklılıklar gösteren kömür bileşimindeki değişikliklere karşı da daha esnektir.Özelikle düşük yanma sıcaklığı ve yatak içinde gerçekleşen mükemmel katı-gaz karışımı , akışkan yataklı kazanlara birçok avantaj sağlamaktadır.
Yüksek Yanma Verimi ve Yüksek Isı Transfer Katsayısı
Akışkan yataklı kazanlarda mükemmel katı-gaz karışımının sağlanması ve parçacıkların yatakta kalış süresinin uzunluğu nedeniyle yüksek yanma verimi elde edilmektedir.Yanma verimi kazanı terj eden parçacıkların tutularak sisteme geri gönderilmesi ile daha da artırılır.Bunlara ilaveten yatak içerisinde ısı transfer katsayısı çok yüksek olduğu için ısı transfer yüzey alanları ve dolayısıyla kazan boyutları konvansiyonel kazanlara göre daha küçüktür ve daha az yatırım maliyeti gerektirir.
Yakıt Hazırlama Kolaylığı
İri tana boyutu nedeniyle pulverize kömür tesislerine nazaran daha düşük yatırım maliyetine sahip yakıt hazırlama tesisleri kurulmaktadır.Özelllikle yüksek küllü kömürlerde, pulverize yakıt hazırlama sistemleri sıklıkla bakım gerektirmektedir.Dolayısıyla, akışkan yataklı kazanlar için 12mm’nin altında kırılan yakıtın hazırlamak daha kolay ve daha ucuzdur.
Yüksek Emre Amadelik
Özellikle erime ve yapışma ihtimali olan kül erime noktası düşük yakıtların akışkan yataklı kazanlarda yakılması durumunda, erime noktasının altında sıcaklıklarda çalışıldığı için , ısı transfer yüzeylerine kül yapışması sonucu oluşacak bir çok kazan işletme problemine rastlanmaz.Dolayısıyla, akışkan yataklı kazanlarda %90-95 düzeyinde emre amadelik söz konusudur.
Yakıt Bileşimine Esneklik
Yatak malzemesinin yüksek ıısıl kapasitesi sayesinde ,yakıtın yataa girdiğinde anında ısınması ve parçacıklara yanma için uzun süre sağlanması, akışkan yataklı kazanlarda , düşük ısıl değerli yakıtların bile rahatlıkla yakılabilmesini salamaktadır.Aynı sebeplerden akışkan yataklı kazanlar, kül ve kükürtçe zengin yakıtların deerlendirilmesine ve düşük kaliteli ikinci yakıtlarla beraber yakma işlemine uygundur.Ayrıca akışkan yataklı kazanlar, çok daha geniş bir yelpazedeki yakıt bileşimini yakabilecek şekilde tasarlanabilir.Yakıt bileşimine esneeklik konusunda dolaşımlı akışkan yataklı kazanlar, kabarcıklı sistemlerden daha başarılıdır.Ancak bu sistemlerde tasarım değerlerini zorlayan bir yakıtın kullanılmasının önünde sınırlar olduğu unutulmamalıdır.
Düşük NOx ve SO2 Emisyonları
Kükürt dioksit, özellikle asit yağmurlarına yol açması , dolayısıyla havda ve suda asit birikimi oluşturması sebebiyle önemle üzerinde durulan emisyonlerdan biridir.Yanma, sırasında yakıtın bünyesinde bulunan kükütdün oksitlenmesiyle kükürt dioksit oluşurken , akışkan yataklı kazanlarda yatak bölgesine kireçtaşı beslenerek bu kükürt dioksit tutulur.Kireçtaşı yataa beslendiği anda sıcakılığın etkisiyle endotermik kalsinasyon reaksiyonu gerçekleşir. CaCO3(k)→CaO(k)+CO2 Kalsiyum oksit oluştuğunda ise küküt dioksit ve oksijen gazları ile reksiyona girerek katı fazda kalsiyum sülfat oluşturur. CaO(k)+SO2(g)+1/2 O2(g) → CaSO4(k) Oluşan küküt dioksitin katı faza geçmesiyle ,yatak malzemesi ya da uçucu kül ile berabar sistem dışına taşınarak ortadan kaldırılacak katık haline gelir.Kalsiyum oksitten, kalsiyum sülfat oluşumunun gerçekleştiği yukaridaki reaksiyonla ilgili olarak ; kalsiyum sülfatın, akışkan yataklı kazanlara özgü düşük çalışma sıcaklıklarında (750- 900⁰ C) kimyasal olarak kararlı olduu için , katı fazda ve bozunmadan kazandan dışarı alınabildiği unutulmamalıdır. Yanma veriminin artırılmasına ilaveten , yukaridaki reaksiyon zincirinden en yüksek kükürt tutma verimini, alabilmek için , kazanı terk edip siklonda tutulan katı parçacıkların , kabarcıklı sistemlerde küçük bir kısmı , dolaşımlarda ise çok büyük kısmı , reaksiyonların devamı için kazana geri gönderilir.Geri gönderme işlemiyle , katıların gazla teması için daha çok süre , reasksiyon için ise dah çok yüzey alanı oluşturulduğu düşünülürse , dolaşımlı akışkan yataklı kazanlar, yanma veriminde olduğu gibi küküt tutma veriminde de kabarcıklı akışkan yataklı kazanlara göre daha üstündür. Azot oksitler , çevreyle etkileşimleri açısından kükürt oksitlerden çok daha geniş kapsamda etkileri olan gazalardır.Tüm çeşitlerinin tanımlanması için NOx formülü ile ifade edilen azot oksitlerin asit yağmuru, yer seviyesinde ozon oluşumu ,atmosferin üst seviyelerinde ozon tabakasının incelmesi , sera gazı etkisi ve fotokimyasal sis oluşumunda yer almasıyla çevre üzerinde belirgin etkileri vardır.Bu gazaların yanma sonucunda oluşması için iki kaynak vardır; yakıttaki azot ve yanma için beslenen havadaki atmosferik azot.Atmosferik azotun özellikle 1200⁰C ve üzerindeki sıcalıklarda oksijenle reaksiyona girmesi sonucunda oluşan ısıl-azot oksit, çok daha düşük işletme sıcaklıına sahip akışkan yataklı kazanlarda kayda değer miktarda oluşmamaktadır.Yakıt kaynaklı azot oksitlerin oluşumu ise değişik mekanizmaların beraber ilerlediği reaksiyonlarla gerçekleşir.Akışkan yataklı yakıcılarda azot oksit emisyonlarının azaltılması için kademeli hava beslenmesi yapılarak sisteme verilen havanın bir kısmı alttan, geriye kalan kısmı yatak üstünde çeşitli noktalardan beslenir.Bu uygulama ile indirgeyen atmosfer oluşturulması azotun oksitlenerek azot oksite dönüşmesini engeller. Sonuç olarak ,düşük yanma sıcaklıklığı (750- 900⁰ C) sayesinde düşük miktarda ısı NOx ve kademeli hava beslemesi sayesinde düşük yakıt kaynaklı NOx ve yakıcının içinde kireçtaşı ile SO2’nin tutulması sayesinde ,ilave baca gazı arıtma tesisleri olmaksızın .akışkan yataklı kazanlardan yönetmenliklerle belirlenmiş olan sınırların altında NOx ve SO2 emisyonları elde edilir.
Kullanılabilir Kül
Akışkan yataklı kazanlarda yakma işlemi sonucunda elde edilen kuru ve depolanabilir külün değişik kullanım alanları bulunmakta, yeni kullanım sahaları için de araştırma çalışmaları yapılmaktadır.Tarıma elverişli toprak eldesi , atık/çamur stabilizasyonu, yol yapımında taban malzemesi , atık alanları kapatılması gibi işlemlerde akışkan yataklı kazanların küllü kullanılabilmektedir.Kazanlara yakıt sağlayan açık maden ocaklarının geri kazanımında dolgu malzemesi olarak kullanılan bu külün , sıcak su üretimi için akışkan yataklı kazan bulunan çimento tesislerinde , üretime ham madde olarak aktarılmasıyla maliyetlerden tasarruf gerçekleşir.
Buhar Kazanı yazısına buradan ulaşabilirsiniz.