Günümüzde, artan enerji talebi ve çevresel endişeler, yanma yöntemlerinin optimize edilmesini giderek daha önemli hale getirmiştir. Bu nedenle, premix brülörler, verimliliği artırma ve kirletici maddeleri azaltma konusunda önemli bir rol oynayan yenilikçi bir çözüm olarak bilinmektedir. Bu brülörler, yanma odasına girmeden önce yakıt ve havayı homojen bir şekilde karıştırmak üzere tasarlanmıştır. Bu süreç, yakıt tüketimini ve zararlı gazların salınımını azaltmaya yardımcı olabilecek daha tamamlayıcı ve verimli bir yanma ile sonuçlanır. Bu makalede, bu brülörlerin yapısı, çalışma prensipleri, avantajları ve uygulamaları incelenecek ve farklı endüstrilerdeki etkileri değerlendirilecektir.
Yanma
Yanma süreci, bilimsel ve teknolojik olarak üç türe ayrılmaktadır:
- Önceden Karıştırılmış Yanma: Bu yöntemde, yakıt ve hava brülör başlığına ulaşmadan önce karıştırılır. Yakıt ve hava arasında alev oluşum yerinde bir kimyasal reaksiyon meydana gelir. Bu teknoloji, premix brülörlerde kullanılır.
- Nozul Karışım Yanması: Nozul karışım veya önceden karıştırılmamış yanmada, yakıt ve hava brülör başlığına ulaşmadan önce tamamen ayrıdır. Alev oluşum yerinde birbirleriyle temas eder ve reaksiyona girerler. Bu yöntemle oluşan alev, difüzyon alevi olarak da bilinir. Bu yöntem, yakıtın yanması için nozul karışımlı brülörlerinde kullanılır.
- Kısmen Önceden Karıştırılmış Yanma: Bu yöntem, önceki iki tür arasında yer alır; burada yanmanın bir kısmı önceden karıştırılmış, bir kısmı ise önceden karıştırılmamış olarak gerçekleşir.
Önceden Karıştırılmış Yanmanın Avantajları ve Dezavantajları
Yalın önceden karıştırılmış yanma, zararlı kirleticilerin (NOx ve CO gibi) emisyonunu önemli ölçüde azaltma gibi temel avantajı ile dikkat çeken oldukça yeni bir yanma teknolojisidir. Bu yöntem gaz türbinleri ve premix brülörlerde kullanılmaktadır. “Yalın” terimi, bu yöntemde hava/yakıt oranının stokiyometrik hava/yakıt oranından daha yüksek olacak şekilde ayarlandığı için kullanılmaktadır. Bu ayarlama, tam yanmaya yol açarken aynı zamanda alev sıcaklığını ve NOx emisyonunu da azaltır.
Önceden karıştırılmış yanmanın başlıca dezavantajlarından biri, alev kararsızlığının artma olasılığıdır. Bu durum sadece güvenlik tehlikeleri oluşturmakla kalmaz, aynı zamanda emisyon seviyelerinin de artmasına neden olabilir. Önceden karıştırılmış yanmaya özgü yaygın kararsızlık türlerinden biri, “geri dönüş” (flashback) olarak adlandırılan bir fenomendir. Yanma öncesinde yakıt ve havanın karıştırıldığı önceden karıştırılmış yanmada, karışım yanma odasına girmeden önce tutuşabilir. Bu, alevin brülöre geri dönmesine neden olur. Bu fenomen, alev hızının hava/yakıt karışımının akış hızını aştığı durumlarda meydana gelir.
Packman Premix Brülörleri
Packman’ın Premix Brülörleri, Metal Fiber Brülör olarak sınıflandırılmıştır ve aşağıdaki gibi iki türde üretilmektedir:
- Premix Brülörler (PE Serisi)
- Postmix Brülörler (PM Serisi)
Bu isimlendirme sisteminin, her ikisi de ön karışımlı metal lif yanıcı türüne ait olan Packman Brülörlerinin iki kategorisini ayırt etmek amacıyla kullanıldığını vurgulamak önemlidir. Fark, hava ve yakıtın karışım yerinde ve yöntemindedir; bu durum aşağıdaki şekilde şematik olarak gösterilmiştir. Takip eden bölümlerde, bu iki brülör kategorisinin her biri için daha detaylı teknik özellikler sağlanacaktır.
Metal fiber brülörler genellikle aşağıda gösterildiği gibi bir yanma başlığına sahiptir. Bu yanma başlığı, yan yüzeyinde birçok çok küçük delik bulunan metalik bir silindirdir. Ayrıca, yan yüzey, metalik liflerden oluşan dokuma bir katmanla kaplanmıştır. Bu benzersiz yapı, yakıt/hava karışımının yanma başlığı boyunca dağılımını kolaylaştırır ve tüpteki deliklerden neredeyse eşit bir çıkış sağlar. Ayrıca, metalik dokuma katman, yanıcı başlığı boyunca ısı dağılımını artırır ve alevden kazanı ısıtma radyasyonunu artırır. Bu süreç, alev sıcaklığını düşürerek NOx emisyonlarını önemli ölçüde azaltır.
Bu brülörlerin bir sınırlaması, giriş havasının büyük ölçüde tozdan arınmış olması gerektiğidir, çünkü toz parçacıkları yanma başlığındaki delikleri tıkayarak yakıcının çalışmasını olumsuz etkileyebilir. Bu nedenle, giriş havası yakıcıya girmeden önce toz parçacıklarını temizlemek için bir filtreden geçmelidir. Ayrıca, bu yakıcılarda sıvı yakıt kullanılamaz.
1- raadman Premix Brülörleri (PE Serisi)
Packman’ın premix brülörlerinde, yakıt fan girişine yerleştirilen bir ventüriye enjekte edilir. Ventüri, yakıtın hava akışına çekilmesine yardımcı olur. Böylece yakıt ve hava birlikte fana girer ve fan kanatlarından geçerken iyice karışır. Bu brülörlerde geri dönüş (flashback) daha zararlı olabilir, çünkü fan ve elektrik motoruna zarar verebilir.
Ayrıca, alev yanma odasından dışarı çıkabilir ve potansiyel güvenlik riskleri oluşturabilir. Hava ve yakıt karışımının istenmeyen ateşlemesini önlemek için bu brülörlerdeki fanlar kıvılcım geçirmez bileşenlerden yapılmıştır ve fırçasız motorlar kullanır. Aşağıdaki şekil, bir Packman ön karışımlı brülörü ve bileşenlerini göstermektedir.
Yakıt ve hava mikserinin uygun olmayan bir tasarımı, düşük karışım kalitesine yol açarak belirli bölgelerde aşırı fakir veya zengin koşullarda lokal yanmaya neden olur. Bu durum, yanma yüzeyinde yüksek sıcaklık ve düşük sıcaklık bölgelerinin oluşmasına sebep olur. Bu bölgelerde, NOx ve CO gibi lokal kirleticiler üretilir ve hatta geri tepme (flame flashback) olayı meydana gelebilir, bu da çeşitli riskler doğurabilir. Bu nedenle, mikserin kötü performansı, ön karışımlı yanma ve metal fiber brülörlerin kullanımının avantajlarını gölgeleyebilir.
Raadman’ın PM serisi brülörlerindeki mikserler, yakıt ve havayı en iyi şekilde karıştıracak şekilde tasarlanmıştır ve sonuç olarak çok düşük emisyon seviyelerine sahip kararlı bir alev oluşturur.
2- raadman Postmix Brülör (PM Serisi)
Postmix brülör, Packman’ın premix brülörlerinin bir başka çeşididir ve temel farkı, hava ve yakıtın karışımının yeri ve mekanizmasıdır. Postmix brülörlerde, fan çıkışından gelen hava ilk olarak bir yakıt ve hava karıştırıcısından geçer, ardından yakıt-hava karışımı yanma başlığına girer. Bu karıştırıcıda gaz yakıt, hava akışına enjekte edilerek yakıt ve havanın bir araya gelmesi sağlanır.
Bu işlem, yakıt ve havanın fan sonrasında karışmasını sağlayarak fan içinde ateşleme riskini ortadan kaldırır; bu sayede standart fanlar kullanılabilir. Ancak, bu sistemde yakıt ve havanın tamamen ve homojen bir şekilde karışması için daha az zaman olduğundan, karıştırıcının tasarımı büyük önem taşır.
Packman premix ve postmix Brülörlerin Ek Bileşenleri
Önceki bölümlerde, Packman’ın premix ve postmix brülörlerinin temel bileşenleri tanıtıldı. Bu bileşenler şunlardır:
- Metal fiber yanma başlığı
- Fan
- Elektrik motoru
- premix brülörlerde hava/yakıt karıştırıcısı
- premix brülörlerde gaz enjeksiyon ventürisi
Ancak, bu brülörlerde ayrıca başka bileşenler de bulunur ve bu bölümde kısaca açıklanmıştır:
- Gaz Hattı: premix brülörlerde, zero governor regülatörlü özel bir çok bloklu gaz treni kullanılır. Bu sistemlerde, brülörün maksimum kapasitesine göre maksimum gaz akışını ayarlamak için bir kapak kullanılırken, “Offset” adı verilen ek bir ayar vidası minimum kapasiteyi ayarlamak için kullanılır. postmix brülörlerdeki gaz hattı, nozul karışımlı brülörlerinde kullanılanlara benzer yapıdadır.
- Alev Dedektörü: Hem premix hem de postmix brülörler, alevin düzgün bir şekilde oluştuğundan emin olmak için bir iyonizasyon çubuğu kullanır.
- Hava Filtresi: postmix brülörlerde, hava girişi kısmında toz parçacıklarının girmesini önlemek için bir hava filtresi bulunur. Ancak, premix brülörlerde fan girişinde hava filtresi yoktur, bu nedenle hava brülörün montaj yerinde filtrelenmelidir.
Premix Brülörlerin Uygulamaları
Günümüzde, ön karışımlı yanma, gaz türbinleri, içten yanmalı motorlar ve premix brülörler gibi çeşitli uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Metal fiber brülörlerin—Packman’ın premix ve postmix brülörleri gibi, 500 kW ile 4000 kW arasında kapasite üreten brülörlerin—en önemli uygulaması, yoğuşmalı kazanlardadır. Bu kazanların yanma odaları görece küçüktür, bu da büyük alevlere sahip memeli karışım brülörlerinin kullanılmasını imkansız kılar.
Bunun yerine, yanma başlığı içinde sıkışmış alevlere sahip ön karışımlı metal fiber brülörler kullanılmaktadır. Ayrıca, yoğuşmalı kazanlar, yanma sürecinde serbest kalan maksimum enerjiyi kullanmaktadır. Bu nedenle, bu kazanların premix veya postmix brülörlerle birlikte kullanılması, ısıtma sistemlerinde verimli ve temiz bir yanma sunan ideal bir kombinasyon olabilir.
Premix, Postmix ve Nozul karışımlı Brülörlerin Karşılaştırması
Aşağıdaki tablo, premix, postmix ve nozul karışımlı brülörlerinin özelliklerini sunarak bu brülör türleri arasında net bir karşılaştırma yapılmasına olanak tanımaktadır.
Metal Fiber Brülörlerinin Sınırlamaları
Metal fiber brülörlerinin sayısız avantajının yanı sıra, bu brülörlerin bazı sınırlamaları da bulunmaktadır. Bunların en önemlileri şunlardır:
- Alev geri tepme (flashback) olasılığı ve bu fenomenin brülör tasarımında ve bileşen seçimi sırasında dikkate alınması gerekliliği.
- Havada bulunan toza karşı duyarlılık, bu nedenle brülörün hava girişinde filtre kullanımını zorunlu kılar. Ayrıca, gaz ve hava filtrelerinin düzenli olarak denetlenmesi gerekir.
- Kapasite sınırlamaları: Metal fiber brülörler genellikle orta kapasiteyle sınırlıdır ve büyük kazanlar veya santraller gibi yüksek kapasiteli uygulamalarda kullanımları mümkün değildir.
- Yakıt sınırlamaları: Metal fiber brülörler sıvı yakıtları kullanamaz ve yalnızca doğalgaz veya LPG gibi gaz halindeki yakıtlarla çalışır.
Yüksek Verimli Premix Brülörler; Düşük Emisyon Çözümleri
Premix brülörler, yakıt ve havanın yanma başlığına girmeden önce karıştırıldığı bir endüstriyel brülör türüdür; burada kimyasal yanma süreci gerçekleşir. Bu brülörlerin avantajı, yüksek verimlilikleri ve çok düşük CO ve NOx emisyonlarıdır. Packman’ın premix (PE serisi) ve postmix (PM serisi) brülörleri, 500 kW ile 4000 kW arasında kapasite sunan premix metal fiber brülörlere örnek teşkil eder ve bu brülörlerin temel uygulaması yoğuşmalı kazanlardadır.
