Kazanlar, çeşitli endüstrilerde ısıtma ve buhar üretim sistemlerinin kalbi olarak hizmet eder ve enerji taleplerinin karşılanmasında hayati bir rol oynar. Farklı kazan türleri arasında, su borulu kazanları, özellikle yüksek basınç ve sıcaklıklarda gösterdikleri olağanüstü performans nedeniyle önemli bir ilgi görmüştür. Eşsiz tasarımları, yüksek kapasitelerde buhar ve sıcak su üretimine olanak tanır ve bu da onları termal santraller, petrokimya tesisleri ve gıda endüstrisi gibi sektörlerde yaygın olarak kullanılmasını sağlar.
Bu makale, su borulu kazanlarının bileşenlerini, çalışma prensibini, avantajlarını ve dezavantajlarını inceleyecektir. Ayrıca, bu kazanlar ile ateş borulu kazanları karşılaştıracak ve her birinin farklı endüstrilerdeki çeşitli uygulamalarını değerlendirecektir. Teknoloji gelişmeye devam ederken ve endüstri ihtiyaçları değiştikçe, bu kazanlar hakkında derinlemesine bir anlayış, verimliliği artırmaya ve süreç optimizasyonuna katkı sağlayabilir.
Kazanlar ve ısıtma sistemleri hakkında temel bir bilgi edinmek için, şu makaleyi okuyarak başlayabilirsiniz: Endüstriyel Kazan Çeşitleri
Su borulu Kazan Nedir?
Kazanlar, çeşitli endüstriler ve ısıtma sistemleri için sıcak su veya buhar üretmek amacıyla kullanılan temel endüstriyel ekipmanlardır. Yapılarına ve çalışma prensiplerine göre genellikle iki ana gruba ayrılırlar: su ve ateş borulu kazanlar. Su borulu tiplerde, su sıcak gazlarla çevrelenmiş borulardan akar, bu da onları yüksek basınç ve yüksek kapasiteli uygulamalar için uygun hale getirir. Bu kazanlar, termik santraller, petrokimya tesisleri ve kimyasal işleme tesisleri gibi endüstrilerde buhar veya sıcak su üretimi için yaygın olarak kullanılır.
Bir Su Borulu Kazanın Çalışma Prensibi
Bu tür kazanda, yanma işleminden elde edilen ısı enerjisini bir sıvıyı ısıtmak için kullanır. Bu kazanlar, duvarları birbirine yakın düzenlenmiş borulardan oluşan odalardan meydana gelir. Su bu borulardan içeri akar, alev odanın içinde oluşur. Yanma ürünlerinden gelen ısı, radyasyon, konveksiyon ve iletim mekanizmaları aracılığıyla suya aktarılır ve sıcak su veya buhar üretilir.
Su borulu ve Ateş borulu Kazanlar Arasındaki Fark
Su borulu ve ateş borulu kazanlar, isimlerinden de anlaşılacağı gibi, tasarım ve çalışma prensipleri açısından farklılık gösterir. Su borulu kazanlarda su borulerin içinden akar, ateş borulu kazanlarda ise yanma gazları tüplerin içinden geçer ve alevler bir borulu odasında oluşur.
Ateş borulu kazanlar genellikle daha düşük kapasite ve 30 bar’a kadar olan basınçlar için kullanılırken, su boulu kazanlar daha yüksek kapasite ve 30 bar üzerindeki basınçlar için tasarlanmıştır.
Ateş borulu kazanlar hakkında daha fazla bilgi için “Ateş Borulu Kazan Çeşitleri ve Bileşenlerine Genel Bakış” başlıklı makaleyi okuyabilirsiniz.
Su borulu Kazanın Yapısı
Bir su borulu kazanı, aşağıdaki gibi birkaç önemli bileşenden oluşur:
Yanma Odası
Yanma odası, kazan içerisinde yanma işleminin gerçekleştiği merkezi bölümdür. Duvarları, birbirine yakın şekilde dizilmiş yükseltici tüplerden oluşur. Bu odada, yakıt ve hava bir kimyasal reaksiyona girerek termal enerji üretir.
Su Borulu Kazan ve Brülörün İç Görünümü
Üretilen ısı, su dolu borulardan oluşan duvarlar tarafından emilir. Bu ısı transferi, borulerin içinde akan suyu ısıtır ve buhar kazanlarında, suyun buhara dönüşmesine neden olur.
Isı kaybını en aza indirmek için, yanma odasının dış duvarları refrakter yalıtım malzemesi ile kaplanır.
Brülör
Brülör, su borulu bir kazanının temel bileşeni olup, yakıt ve havayı sağlama ve yakıtı tutuşturarak kazan işletimi için gerekli ısıyı üretme görevini üstlenir. Etkili bir brülör, bu görevi yüksek verimlilik, minimum emisyon ve üstün stabilite ile gerçekleştirmelidir. Su borulu kazanlar, performansı optimize etmek için stratejik olarak düzenlenmiş birden fazla brülörle donatılabilir.
Bu brülörler, doğal gaz, dizel, sıvılaştırılmış petrol gazı (LPG), ağır yağ ve hidrojen gibi çeşitli yakıtlarla uyumlu olup, seçilen yakıt türüne uygun olarak tasarlanmış olmalıdır.
Yüksek performanslı ve akıllı bir brülör, yalnızca kazan verimliliğini ve güvenliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda kullanımını da kolaylaştırır. Güvenilirliği ile tanınan raadman brülörleri, buhar veya sıcak su kazanları için en iyi seçenekler arasında yer alır. Gelişmiş modülasyon yetenekleri ve akıllı kontrol sistemleriyle donatılmış olan bu brülörler, kazan performansını optimize etmede önemli bir rol oynar.
Buhar Tamburu
Buhar tamburu, kazan sistemlerinin üst kısmında yer alan yatay silindirik bir kaptır. Bu tambur, riser ve downcomer borularının bağlantı noktasıdır. Buhar, yanma odasını çevreleyen riser borularında üretilir ve ardından üst tambura yönlendirilerek toplanır.
Buhar tamburunda, sıvı su damlacıklarını buhardan ayıran siklon ayırıcılar gibi bileşenler bulunur. Bu ayırıcılar, yalnızca kuru buharın dışarıya çıkmasını sağlar. Ayrıca, bazı kimyasal bileşikler tambura eklenir, çünkü tambur içindeki akış türbülansı, bu bileşiklerin suyla karışmasına yardımcı olur.
Çamur tamburu
Çamur tamburu, kazanının en alt kısmında bulunan ve sudaki tortu ve kirleticileri toplayan bir bileşendir. Bazı durumlarda, kazanlar ayrı bir Çamur tamburu olmadan tasarlanabilir ve suyun alt header’ları bu fonksiyonu yerine getirir.
Başlıklar (Headers)
Başlıklar, kazanının üst ve alt kısmında yer alan, birçok borunun bu bileşenlerden dallandığı yatay silindirik parçalardır. Header’lar, çalışan sıvıyı çeşitli borulardan toplar veya bunu birkaç boru arasında dağıtarak işlem yapar. Su borulu kazanlarında genellikle iki tür başlıkbulunur:
Üst başlık: Risör borularından sıcak su ve buharı toplayarak buhar tamburuna iletir.
Alt başlık: Yükseltici borularının girişinde yer alır ve suyu Yükselticiler arasında dağıtarak işlem yapar.
Su Boruları
Bir su borulu kazanında, su borulardan geçerek yakma odasından ısı alır. Su boruları iki türe ayrılır:
Yükseltici Borular (Riser Tubes): Sıcak su ve buhar, yükseltici borularla alttan üst tambura doğru yükselir.
Aşağı inen borular (Downcomer Tubes): Soğuk su, buhar tamburundan düşen borularla aşağıya doğru akar.
Süper Isıtıcı
Buhar, buhar tamburundan çıktığında doygun durumdadır ve daha fazla ısıtılarak süper ısınmış buhara dönüşebilir. Bunu sağlamak için, süper ısıtıcı adı verilen bir ısı değiştirici kullanılır. Bir su borulu kazan birden fazla süper ısıtıcıya sahip olabilir. Süper ısıtıcıda, yanma gazlarından alınan ısı buhara aktarılır, böylece buharın sıcaklığı doygunluk noktasının üzerine çıkar ve süper ısınmış buhar üretilerek üniteden çıkar.
Ekonomizatör
Buhar kazanından çıkan baca gazları veya yanma ürünleri, hala önemli miktarda ısı içermektedir. Bu ısıyı kullanmak ve sistem verimliliğini artırmak için, bir tür ısı değiştirici olan ekonomizatör kullanılabilir. Soğuk giriş suyu, ana borulara girmeden önce ekonomizatörden geçer. Aynı zamanda, kazan çıkışından gelen yanma ürünleri de ekonomizatörden geçer. Bu süreç, giriş suyunun önceden ısınmasını sağlar ve yanma ürünlerindeki termal enerjinin etkili bir şekilde kullanılmasına olanak tanır.
Reheater
Bazı buhar santrallerinde, türbine giren buhar, birkaç genişleme aşamasından sonra tekrar kazana geri gönderilir, burada bir miktar enerji alarak türbinin sonraki aşamalarına devam eder. Bu işlem için, kazanda “reheater” adı verilen başka bir ısı değiştirici cihazının kurulması gerekmektedir.
Baca (Stack)
Yanma ürünleri, son aşamada baca sistemine girer ve atmosfere salınır. Ancak, bazı zararlı kirleticileri uzaklaştırmak ve emisyonları azaltmak için, egzoz gazları atmosfere salınmadan önce filtrelenebilir.
Su Besleme Pompası
Su besleme pompası, sistemde suyun dolaşımını sağlamak ve gerekli su veya buhar basıncını temin etmekten sorumludur.
Diğer Kazan Bileşenleri
Bir su borulu kazanının diğer bileşenleri, kontrol elemanları, ölçüm cihazları ve çeşitli vanalardan oluşur. Bunlar arasında şunlar yer alır:
- Su Seviyesi Göstergesi
- Emniyet Valfi
- Blowdown Vanası (Tahliye vanası)
- Kontrol Sistemi, kontrolör, sensörler, aktüatörler, göstergeler vb. dahil
- FGR Sistemi (Baca Gazı Geri Dönüşümü Sistemi)
Su Borulu Kazanların Sınıflandırılması
Bu kazanlar birkaç şekilde sınıflandırılabilir:
Çalışan Sıvı Türü: Çalışan sıvı su, yağ, erimiş tuz ve daha fazlasını içerebilir.
Çıktı Sıvısının Durumu: Sıcak su kazanlarında çıkış ısınmış sıvı su şeklinde olurken, buhar kazanlarında çıkış ya doymuş buhar ya da süper ısıtılmış buhar şeklindedir.
Su Dolaşım Mekanizması: Kazandaki su dolaşımı doğal ya da zorlanmış olabilir. Doğal dolaşıma sahip su borulu kazanlarda, su akışı, riser ve downcomer borularındaki sıvı yoğunluğu farkı ile sağlanır. Zorlanmış dolaşım sistemine sahip kazanlarda ise, riser ve downcomer borularındaki akışı sürdürmek için buhar tamburu ile çamur tamburu arasında bir pompa yerleştirilir.
İnşaat Yöntemi: Su borulu kazanları, inşaat açısından iki ana kategoriye ayrılır: konvansiyonel ve paket kazanlar. Paketli kazanlar, genellikle düşük kapasiteler için tercih edilir ve fabrikada önceden montajlanmış olarak gelir; bu kazanlar, çeşitli bileşenler ve brülörü içerir. Konvansiyonel su borulu kazanlar ise kurulum sahasında montajlanır ve daha yüksek kapasiteler için kullanılır.
Tasarım Tipi: Paket su borulu kazanlar, davlumbaz ve brülörlerin yerleşimine göre genellikle üç tasarım tipine ayrılır: Tip O, Tip A ve Tip D, aşağıda gösterildiği gibi.
Yoğuşmalı Su borulu Kazanlar
Yoğuşmalı su borulu kazanları, yanma sonucu elde edilen maksimum ısıl enerjiyi kullanacak şekilde tasarlanır. Bu kazanlarda baca gazlarının sıcaklığı, baca çıkışında 50°C’nin altına düşürülür. Fosil yakıtların yanma ürünleri genellikle önemli miktarda su buharı içerir. Bu sıcaklık aralığında, baca gazlarındaki su buharının bir kısmı yoğuşarak enerji geri kazanımına katkı sağlar. Bu sayede, su buharının gizli ısısı da ek enerji elde edilmesine olanak tanır.
Yoğuşmalı Kazanlar genellikle daha düşük kapasitelerle sınırlıdır ve yalnızca sıcak su temini için kullanılır. Bu kazanların yapısı, konvansiyonel su borulu kazanlarından farklıdır. Isı değiştiricileri daha kompakt olacak şekilde tasarlanmış ve farklı malzemelerden üretilmiştir.
Su borulu Kazanlarının Avantajları
- ateş borulu kazanlara kıyasla daha yüksek basınçlara dayanabilir.
- ateş borulu kazanlardan daha yüksek kapasiteleri yönetebilir.
- aynı kapasiteye sahip bir su borulu kazanı, bir ateş borulu kazanına göre daha az su içerir, bu da kazanların ısı yükü değişimlerine daha hızlı yanıt vermesini sağlar.
- daha güvenli bir tasarıma ve daha uzun bir çalışma ömrüne sahiptir.
Su borulu Kazanlarının Dezavantajları
- Ateş borulu kazanlara kıyasla daha yüksek başlangıç maliyeti.
- Ateş borulu kazanlara göre daha fazla alan kaplar.
- Daha zor ve pahalı bakım ve onarım.
- Yüksek çalışma basıncı nedeniyle tamamen montelenmiş paket olarak üretimde sınırlamalar.
Su Borulu Kazanlarının Uygulamaları
Bu kazanlar, çeşitli endüstriyel ve ticari sektörlerde sıcak su veya buhar sağlamak için kullanılır. Bu kazanların bazı uygulamaları şunlardır:
- Termik santraller
- Kimya ve petrokimya sanayileri
- Gıda sanayileri
- Bina ısıtma sistemleri, özellikle bölgesel ısıtma sistemleri
- Tekstil sanayileri
- İlaç sanayileri
Su borulu Kazanları ile Endüstriyi Devrim Yapmak: Uygulamalar ve Kapasiteler
Bu kazanlar, ateş borulu kazanlara kıyasla daha yüksek basınç, sıcaklık ve kapasiteyi yönetmek için özel olarak tasarlanmıştır. Bu kazanlar, genellikle duvarları birbirine yakın bir şekilde yerleştirilmiş sayısız boruden oluşan bir yanma odasına sahiptir. Su, bu borularin içinden akar ve yanma süreci, bu boru duvarlarıyla çevrelenen alanda gerçekleşir. Sonuç olarak, yakıtın yanmasıyla üretilen ısı, borulerin içindeki su tarafından verimli bir şekilde emilir. Su borulu kazanlarının en önemli avantajı, yüksek basınç, sıcaklık ve kapasiteler için tasarlanabilme yetenekleri olup, bu özellikleri onları büyük ölçekli endüstriyel işlemler, özellikle termik santrallerde kullanım için ideal hale getirir.
