Isıtma sistemlerinde kazanlar, çeşitli endüstriyel süreçler için gerekli Isı enerjisinin sağlanmasında hayati bir rol üstlenir. Bu sistemlerin kalbinde yer alan brülör, alev üretimi ve yanma enerjisinin teminiyle ısı üretiminden sorumludur. Brülörün doğru seçimi, sadece enerji verimliliğini artırıp yakıt tüketimini azaltmakla kalmaz; aynı zamanda sistem güvenliğini sağlar, ekipman ömrünü uzatır ve işletmenin istikrarlı bir şekilde çalışmasına katkıda bulunur. Uygun kazan brülörünün seçimi, kazan tipinin, ihtiyaç duyulan ısı kapasitesinin ve çevresel koşulların titizlikle analiz edilmesini gerektirir.
Bu makalede, doğru brülör seçiminin nasıl yapılacağı teknik ve adım adım bir yaklaşımla ele alınmaktadır. İlk olarak kazan tipi belirlenir, ardından giriş ve çıkış verileri kullanılarak ısı kapasitesi hesaplanır. Devamında brülörün giriş gücü tespit edilir ve çevresel koşullar dikkate alınarak brülör kapasitesi uygun şekilde düzeltilir. Böylece seçim süreci (Brülör Seçimi), mühendislik temelli, bilimsel ve doğru bir biçimde tamamlanmış olur.
Kazan Tipinin Belirlenmesi
İlk adım, kullanılacak kazan tipinin doğru bir şekilde belirlenmesidir. Kazanlar genellikle iki ana gruba ayrılır: sıcak su kazanları ve buhar kazanları.
Kazan için brülör seçimi, seçilen kazan tipine bağlıdır çünkü her tip, kendine özgü teknik özellikler taşır ve belirli çalışma koşullarına uygun, özel bir brülör gerektirir.
Sıcak su kazanlarında, kazan tipine bağlı olarak su, daha düşük bir sıcaklıktan (örneğin 60°C) tüketicinin ihtiyacına göre daha yüksek bir sıcaklığa ısıtılır. Örneğin, konut ısıtma sistemlerinde, bir sıcak su kazanı suyu yaklaşık 80°C’ye kadar ısıtmalıdır. Bu tür bir kazan için, suyun kütle akış hızı, kazanının çalışma basıncı ve suyun giriş ve çıkış sıcaklıkları, kazan kapasitesinin hesaplanabilmesi için bilinmelidir. Bu parametreler, sıcak su kazanı için brülör seçimi yaparken de son derece önemlidir.
Buhar kazanlarında, girişteki su önce, oksijen ve karbondioksit gibi çözünmüş gazları gidermek için deaeratöre girer ve sıcaklığı yaklaşık 100°C’ye çıkar. Ardından su, kazana girer ve belirli bir çalışma basıncında doygun sıvı sıcaklığına ulaşır, nihayetinde doygun buhara dönüşür. Bu nedenle, doygun buhar kazanının kapasitesini hesaplamak için yalnızca çalışma basıncı ve suyun kütle debisini bilmek yeterlidir. Bu parametreler göz önünde bulundurularak, buhar kazanı için uygun brülör seçimi doğru şekilde yapılmalıdır.
Eğer kazan Aşırı ısıtılmış (Aşırı doymuş) tipte ise, üretilen doygun buhar, süper ısıtıcıda tüketicinin ihtiyaç duyduğu daha yüksek sıcaklığa ısıtılır. Bu durumda, kazan kapasitesini belirlemek için, kazanının çalışma basıncı ve suyun kütle akış hızı ek olarak, aşırı doymuş buharın çıkış sıcaklığının da belirtilmesi gerekmektedir.
Kazan Isı Kapasitesi Hesaplaması (Qboiler)
Bir binanın, fabrikanın veya ısınma ihtiyacı duyan herhangi bir mekanın ısıl yükü bilindiğinde, bu değer kazan kapasitesi olarak kabul edilir ve ek bir hesaplama yapmaya gerek kalmaz. Ancak, kazan kapasitesi bilinmiyorsa, aşağıdaki denklemler kullanılarak belirlenebilir.
Kazan kapasitesini hesaplamak için aşağıdaki parametrelere ihtiyaç vardır:
- Giriş su sıcaklığı
- Çıkış su sıcaklığı (sıcak su kazanlar için) veya buhar sıcaklığı (aşırı ısıtılmış buhar kazanlar için)
- Kazanın çalışma basıncı
- Suyun kütle akış hızı
Kazan içinde su sıcaklığı arttıkça, entalpi de artar. Entalpi, sıvıda depolanan ısıl enerjinin bir ölçüsüdür; yani sıcaklık ne kadar yüksekse, entalpi de o kadar büyük olur. Termodinamiğin birinci yasasına göre, kazan içindeki suyun aldığı ısı, başlangıç ve son hal arasındaki entalpi farkına eşittir. Bu değer, sıvıyı ısıtmak için gereken enerjiyi temsil eder ve uygun ısıl kapasiteye sahip bir brülör seçimi yaparken büyük önem taşır.
![\[ Q = \dot{m} \cdot (h_2 - h_1) \]](https://raadmanburner.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-d839401fb61402c606700a21323e64c0_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Q: Suya verilen ısı
ṁ: Suyun kütle akış hızı
h₁: Suyun ilk entalpisi
h₂: Nihai entalpi (su veya buhar)
Dolayısıyla su ısıtıldıkça entalpisi artar ve bu artış, kazan tarafından sağlanan ısı enerjisine karşılık gelir. Bu nedenle, suyun giriş ve çıkış entalpilerinin belirlenmesi gerekir. kJ/kg cinsinden ifade edilen entalpiler, termodinamik tablolar kullanılarak elde edilir. Kazan basıncı (Pboiler) ve su sıcaklığı (T) bilindiğinde entalpi hesaplanabilir. Su doymuş sıvı veya doymuş buhar halinde ise yalnızca kazan basıncını bilmek yeterlidir.
h₁ = h (Pboiler, T₁)
h₂ = h (Pboiler, T₂)
Aşağıdaki tabloda, belirli basınç ve sıcaklıklarda sıvı su ve buharın entalpileri verilmiştir.
| Sıvı Türü | Sıcaklık (°C) | Basınç (bar) | Entalpi (kJ/kg) |
| sıvı su | 40 | 1 | 167/6 |
| sıvı su | 40 | 5 | 168 |
| sıvı su | 60 | 1 | 251/2 |
| sıvı su | 60 | 5 | 251/6 |
| sıvı su | 60 | 10 | 252 |
| sıvı su | 80 | 1 | 335/1 |
| sıvı su | 80 | 5 | 335/4 |
| sıvı su | 80 | 10 | 225/8 |
| sıvı su | 100 | 5 | 419/5 |
| sıvı su | 100 | 10 | 419/8 |
| sıvı su | 100 | 15 | 420/2 |
| sıvı su | 150 | 5 | 632/2 |
| sıvı su | 150 | 10 | 632/5 |
| sıvı su | 150 | 15 | 632/8 |
| doymuş buhar | 99/6 | 1 | 2674/9 |
| doymuş buhar | 151/8 | 5 | 2748/1 |
| doymuş buhar | 180 | 10 | 2777 |
| doymuş buhar | 198/3 | 15 | 2791 |
| doymuş buhar | 212/4 | 20 | 2798 |
| doymuş buhar | 234 | 30 | 2803 |
| Aşırı ısıtılmış buhar | 150 | 1 | 2777 |
| Aşırı ısıtılmış buhar | 200 | 5 | 2856 |
| Aşırı ısıtılmış buhar | 230 | 10 | 2898 |
| Aşırı ısıtılmış buhar | 250 | 15 | 2924 |
| Aşırı ısıtılmış buhar | 270 | 20 | 2953 |
| Aşırı ısıtılmış buhar | 280 | 25 | 2960 |
| Aşırı ısıtılmış buhar | 300 | 30 | 2994 |
Genellikle suyun kütlesel debisi ton/saat cinsinden ifade edilir. Ton/saat (ton/saat) birimini kilogram/saniye (kg/s) cinsine dönüştürmek için aşağıdaki dönüşüm kullanılır:
ṁ [kg/s] = 0.2778 × ṁ [ton/hr]
Bu nedenle, termodinamik tablolardan entalpiler hesaplanarak ve suyun kütle akış hızı bilindiğinde, kazan kapasitesi belirlenir.
Qboiler [MW] = 0.001 × ṁ [kg/s] × (h2 – h1)
Brülörün Giriş Gücünün Hesaplanması (Qinput)
Kazanlar %100 verimliliğe sahip olmadığından, brülör için gereken giriş gücü her zaman tüketicinin ihtiyacı olan ısıl güçten daha fazla olacaktır. Aslında, kazana giren enerjinin bir kısmı ısıl kayıplar nedeniyle kaybolur. Bu durum, aşağıdaki denklemle ifade edilebilir:
![\[ Q_{input} = \frac{Q_{boiler}}{\eta_{boiler}} \times 100 \]](https://raadmanburner.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-ea7419350debc13104e760f895208064_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Qinput: Brülörün giriş gücü
Qboiler: Kazan kapasitesi
ηboiler: Kazan verimliliği
Yoğuşmasız kazanların verimliliği genellikle ekonomizatörsüz %85, ekonomizatörlü ise %92 civarındadır, oysa yoğuşmalı kazanların verimliliği %95 civarında kabul edilmektedir. Bu nedenle, bir brülör seçerken, bu kayıplar dikkate alınmalı ve brülörün giriş gücü, kazan verimliliğine göre hesaplanmalıdır.
Çevresel Koşullar Göz Önünde Bulundurularak Brülör Kapasitesinin Hesaplanması (Qburner)
Brülörün doğru çalışabilmesi için, yanma havasının doğru bir şekilde sağlanması gerekmektedir. Brülörde yanma için gereken hava, bir fan tarafından sağlanır. Fanlar genellikle sabit bir hacimsel debi 
ile hava sağlayabilme kapasitesine sahiptir, yani birim zamanda brülöre belirli bir hava hacmi iletirler. Ancak brülörün sabit bir ısı kapasitesi ile çalışabilmesi için önemli olan, sadece hacimsel debi değil, havanın kütle debisidir
. Brülörün sabit bir kapasiteyle çalışabilmesi için, hava kütle debisinin sabit olması gerekir.
hava kütle akışı, sistemden birim zamanda geçen hava kütlesini ifade eder ve aşağıdaki denklemle elde edilebilir. Bu hesaplamalar, brülörün çevresel koşullara uyum sağlama yeteneğini göz önünde bulundurularak kazan brülörünün seçiminde doğrudan etkili olmaktadır.
![\[ \dot{m}_{air} = \dot{V}_{air} \times \rho_{air} \]](https://raadmanburner.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-0093ad41620e32f4492005089d348b1a_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
: Havanın kütle debisi 
cinsinden
: Havanın hacimsel debisi 
cinsinden
: Hava yoğunluğu 
cinsinden
Sonuç olarak, hava yoğunluğu ne kadar düşükse, brülöre hava hacminin o kadar fazla enjekte edilmesi gerekir ki ısıl kapasitesi sabit kalsın. Bu nedenle, farklı çevresel koşullar altında hava yoğunluğunu anlamak önemlidir. Hava genellikle ideal gaz olarak kabul edilir ve ilişkisi aşağıdaki gibi tanımlanır.
![\[ \rho = \frac{P}{RT} \]](https://raadmanburner.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-5a7d345438b7783ce5a2526afe8d5e69_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Hava yoğunluğu (ρ), hava basıncı (P), hava sıcaklığı (T) ve R, evrensel gaz sabitidir. Bu ilişkiye göre, hava yoğunluğu basınçla doğru orantılı, sıcaklıkla ise ters orantılıdır. Bu nedenle, hava basıncı azaldıkça ve hava sıcaklığı arttıkça, hava yoğunluğu azalır. Deniz seviyesinden yükseklik arttıkça atmosfer basıncı düşer. Bu basınç düşüşü, hava yoğunluğunun azalmasına yol açar. Aşağıdaki denklem, atmosfer basıncını deniz seviyesinden yüksekliğe göre hesaplamak için kullanılır.
![\[ P_{atmosphere} \; [\text{bar}] = 1.01325 \times \left(1 - 2.25577 \times 10^{-5} \times \text{Altitude} \right)^{5.25588} \]](https://raadmanburner.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-f3af88b00b0bffc62f86255fb553c598_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Patmosphere : Ortam basıncı (bar)
Altitude : Deniz seviyesinden yükseklik (m)
Sıcaklık için, farklı sıcaklıklarda hava yoğunluğunu hesaplamak amacıyla ideal gaz yasası kullanılabilir. Bu nedenle, bir brülörün değişen çevresel koşullar altında sabit kapasiteyle çalışabilmesi için kapasitesinin, referans çevresel koşullara göre düzeltilmesi gerekir. Brülörler için referans çevre koşulları 20°C sıcaklık ve 1.01325 bar basınçtır. Bu nedenle, brülör kapasitesi için bir düzeltme katsayısı tanımlanır ve bu katsayı CF ile gösterilir. Aşağıdaki şekilde ifade edilir:
![\[ CF = \frac{1.01325}{P_{atmosphere}} \times \frac{T_{atmosphere} + 273}{293} \]](https://raadmanburner.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-46e002a3c1f505e928e7ed5bd5f202fb_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Tatmosphere : Ortam sıcaklığı (°C)
Patmosphere : Ortam basıncı (bar)
Bu nedenle, brülör kapasitesi aşağıdaki denklem kullanılarak belirlenir:
![\[ Q_{burner} \; [\text{MW}] = Q_{input} \; [\text{MW}] \times CF \]](https://raadmanburner.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-eaab11f75b9e8518c484993d971b1bed_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Qinput : Referans koşullarındaki (20°C ve 1.01325 bar) nominal brülör kapasitesi
Qburner : Ortam koşullarındaki gerçek brülör kapasitesi
CF: Kapasite düzeltme faktörü
Örneğin, referans koşullara kıyasla daha yüksek rakımda veya ortam sıcaklığında hava yoğunluğu azalır. Bu nedenle, brülörün gerekli ısı kapasitesini sağlayabilmesi için düzeltme faktörü (CF) artar. Bu durum, projenin coğrafi konumuna uygun bir kazan brülörü seçerken özellikle önemlidir.
Örnek: 5 bar basınçta, suyun sıcaklığını 60°C’den 80°C’ye yükselten, saatte 10 ton debisi olan bir sıcak su kazanı için brülör kapasitesi aşağıdaki gibi hesaplanmaktadır. Deniz seviyesinden 1000 metre yükseklikte, hava sıcaklığı 40°C ve kazan verimliliği %85’tir.
Su kütle debisini kilogram/saniyeye çevirmek:
ṁ = 0.2778 × 10 = 2.778 kg/s
Termodinamik tablolardan suyun giriş ve çıkış entalpisinin hesaplanması:
h1= h (P=10 bar, T=60 C) = 251.7 kJ/kg
h2= h (P=10 bar, T=80 C) = 335.4 kJ/kg
Kazanın ısı kapasitesinin hesaplanması:
Qboiler =0.001 × ṁ (h2-h1) = 0.001× 2.778 ×(335.4-251.7) = 0.232 MW
Kazan verimliliğine dayalı olarak brülör giriş gücünün hesaplanması:
Qinput = 100 × (Qboiler/ η boiler) = 100 × (0.232/ 85) = 0.274 MW
Verilen irtifada çevresel basıncın hesaplanması:
Patmosphere = 1.01325 × (1-2.25577×10-5×1000)5.25588 = 0.898 bar
brülör kapasitesinin çevresel koşullara göre düzeltme faktörü:
![\[ CF = \frac{1.01325}{P_{atmosphere}} \times \frac{T_{atmosphere} + 273}{293} = \frac{1.01325}{0.898} \times \frac{40 + 273}{293} = 1.2 \]](https://raadmanburner.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-a044c358702d523496e9c8f28b164fbd_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Brülör Kapasitesi Hesaplaması:
Qinput = Qinput × CF = 0.274 × 1.2 = 0.329 MW
Yapılan hesaplamalara göre, bu sıcak su kazanı için belirtilen çevresel koşullarda gerçek brülör kapasitesi 0.329 MW’dır. Aslında, brülör kapasitesi, ortam sıcaklığı ve rakımın etkilerini dikkate almak için giriş gücünden yaklaşık %20 daha yüksek kabul edilmiştir.
Brülör Seçimi
Gerekli ısı kapasitesi belirlendikten sonra, bir sonraki adım brülör yakıtını, brülörün çalışma performansını ve brülör yapısını incelemektir. Raadman Sanayi Grubu, kullanılan yakıt türüne bağlı olarak, gaz, yağ, çift yakıtlı, mazot gibi ağır yakıt brülörleri ve hidrojen bazlı karışık yakıtlarla çalışan brülörler gibi farklı kategorilerde brülörler üretmektedir. Örneğin, R-Hydro brülörü, Raadman Grubu’nun hidrojen brülörlerinden birisidir.
Yakıt türü belirlendikten sonra, brülörlerin çalışma performansının incelenmesi gerekmektedir. Brülörler, çalışma şekillerine göre genel olarak üç kategoriye ayrılabilir:
- Tek kademeli brülörler: Bu brülörler yalnızca iki duruma sahiptir: kapalı ve açık. Yapıları basittir.
- Çok kademeli brülörler: Bu brülörler, çeşitli kapasite seviyelerinde çalışabilir ve böylece değişen ısı ihtiyaçlarına daha iyi uyum sağlar.
- Modülasyonlu brülörler: Bu brülörlarda, çıkış gücü, sistemin anlık koşullarına göre gelişmiş kontrolörler aracılığıyla ayarlanır. Bu kontrolörlerden biri, hem kazanı hem de brülörü aynı anda kontrol etmek için kullanılan AutoFlame MK8 MM’dir. Sürekli ve gelişmiş kontrol sayesinde, bu brülörler son derece hassas ve esnek bir çalışma sunarak, farklı koşullar altında yüksek verimlilik sağlar.
Brülörler yapısal olarak iki gruba ayrılır: Monoblok ve duoblok brülör yapısının doğru bir şekilde anlaşılması, uygun verimlilik ve boyutlara sahip bir brülör seçimi yaparken önemli bir faktördür.
Monoblok brülörler: Bu türde, fan ve brülör gövdesi tek bir ünite olarak entegre edilmiştir, bu da onları sınırlı alanlar için uygun hale getirir. Raadman monoblok brülörler, 22 megavat kapasiteye kadar üretilmektedir.
Duoblok brülörler: Bu tasarımda, brülör yapısı entegre değildir ve yanma hava temin bölümü (fan), brülörden bağımsız olarak yerleştirilmiştir. Fan, brülör gövdesinden belirli bir mesafede konumlandırılır ve yanma hava kanallar aracılığıyla brülöre yönlendirilir. Bu yapı, duoblok brülörleri yüksek termal kapasiteli uygulamalar için uygun bir seçenek haline getirir. Raadman Endüstriyel Grup, bu teknolojiyi kullanarak 60 megavata kadar duoblok brülörler tasarlar ve üretir.
Brülör Çalışma Diyagramı
Her brülör, değişen sistem basıncı koşulları altında gerekli ısıl kapasiteyi sağlama yeteneğini gösteren kendine özgü bir çalışma diyagramına sahiptir. Bu diyagramın yatay ekseni, brülörün standart referans koşullarındaki kapasitesini (20°C sıcaklık ve 1.01325 bar basınç) temsil ederken, dikey eksen kazan basıncını gösterir.
Brülörün doğru şekilde seçilebilmesi için ilk adım, kazan basıncının belirlenmesidir. Daha sonra bu basınca karşılık gelen yatay bir çizgi, brülörün çalışma diyagramı üzerinde çizilir. Bu çizginin, istenen brülör kapasitesini temsil eden dikey çizgiyle kesiştiği nokta, brülörün çalışma noktasını tanımlar. Eğer bu çalışma noktası diyagramın gölgeli alanı ya da kapsadığı aralık içinde yer alıyorsa, brülör belirtilen kazan basıncında istenilen çıktıyı sağlayabilecek kapasitededir. Ancak, eğer bu nokta diyagramın dışında kalıyorsa, seçilen brülör uygulama için yetersizdir ve daha yüksek kapasiteli bir model tercih edilmelidir.
Örneğin, bir brülörün 15 mbar kazan basıncında 20 megavat enerji üretmesi gerekiyorsa, RLGB-M/M-2250 çalışma diyagramına göre çalışma noktası A noktası olarak belirlenir. A noktası diyagramın kabul edilebilir aralığında yer aldığı için, bu brülör seçimi uygulama için uygundur ve doğru modelin seçildiği doğrulanmış olur.
Değerlendirme ve Mühendislik Yaklaşımı Brülör Seçimi İçin
Bu makalede, kazan sistemleri için uygun brülör seçimi konusunda yapılandırılmış ve mühendislik temelli bir yaklaşım ele alınmıştır. Süreç, kazan tipinin belirlenmesiyle başladı ve ardından termodinamik parametreler ile çalışma koşullarına göre gerekli ısı kapasitesi ve brülör çıkışı hesaplandı. Çevresel faktörler, örneğin ortam sıcaklığı ve kurulum yüksekliği gibi unsurlar da dikkate alınarak brülörün gerçek çalışma gereksinimleri belirlendi. Bu değerlendirmeler doğrultusunda, Raadman Industrial Group tarafından üretilen brülörler güvenilir ve verimli bir seçenek olarak öne çıkarıldı.
Brülör uygunluğunun değerlendirilmesinde temel araçlardan biri, kazan basıncı ile brülörün ısıl çıkışı arasındaki ilişkiyi açıkça gösteren çalışma diyagramıdır. Bu diyagramlar, mühendislerin sistem ihtiyaçlarını brülör kapasiteleriyle eşleştirerek uygulama için en uygun modeli güvenle seçmelerine olanak tanır.
Gelişmiş tasarımı, düşük emisyonlu yanma teknolojisi, akıllı kontrol sistemleri ve geniş kapasite aralığıyla Raadman brülörleri, endüstriyel ihtiyaçların geniş bir yelpazesinde yüksek verimlilikle ve sürdürülebilir şekilde hizmet vermeye hazırdır.
