Ağır yakıt, Mazut gibi, kullanan endüstriyel brülörler, enerji santralleri, petrokimya tesisleri ve çimento sanayileri gibi ağır sanayilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Mazutla çalışan brülörler, yüksek ısı verimi ve yüksek sıcaklıklarda çalışabilme yetenekleri nedeniyle uzun süreli ve yoğun sanayi proseslerine uygundur. Ancak, ağır yakıtların kullanımı özel ekipman, ileri düzeyde yanma yöntemleri ve düzenli bakım gerektirir. Bu makale, farklı ağır yakıt türlerini, fiziksel özelliklerini ve çeşitli yanma yöntemlerini incelemektedir.
Bu makaleyi okumadan önce, yakıt ve çeşitleri konusunu daha iyi anlamak için “Endüstriyel Brülör Yakıtı: Yakıt Çeşitleri ve Özellikleri” başlıklı kapsamlı bir makale okumanız önerilir.
Ağır Yakıt Nedir?
Mazot gibi ağır sıvı yakıtlar, ham petrolün işlenmesiyle elde edilir ve içerdikleri karbon zincirleri, yoğunluk ve viskozitelerini artırır. Doğal gaz gibi hafif yakıtlara kıyasla, büyük ölçekli enerji üretimi için ekonomik bir seçenek olarak kabul edilir. Ancak, yüksek sülfür ve ağır metaller gibi kirleticiler nedeniyle, hafif yakıtlara göre daha fazla kirlilik üretir.
Mazot gibi ağır sıvı yakıtlar, yüksek viskozite, yoğunluk ve yüksek sülfür ve kirletici içeriği nedeniyle, yanma sürecini daha karmaşık hale getirir. Bu yakıtın yanma işlemlerinde kullanılabilmesi için, kirleticilerin temizlenmesi amacıyla arıtma işlemi yapılması gereklidir. Ayrıca, viskozitenin azaltılması ve akışkanlığın iyileştirilmesi için ön ısınma işlemi gereklidir. Bu özelliklerine rağmen, mazut yüksek enerji üretim kapasitesine sahiptir ve özellikle endüstriyel uygulamalar için uygundur.
Viskozite ve Sıcaklığa Göre Ağır Sıvı Yakıt Türleri
Ağır sıvı yakıtlar, viskoziteye ve kullanıldıkları sıcaklığa göre kategorize edilir. Viskozite, sıcaklıkla ters bir ilişkiye sahiptir, yani sıcaklık arttıkça viskozite azalır. Aşağıdaki grafik, ağır yakıtın sıcaklık ve viskozite arasındaki ilişkiyi gösterir; sıcaklık arttıkça viskozite azalır ve yakıtın akışkanlığı iyileşir. Bu durum, yakıtın pompalanmasını ve püskürtülmesini kolaylaştırır.
Bu grafikte, her biri belirli bir yakıt kategorisini temsil eden farklı bölgeler gösterilmektedir:
A Aralığı: Düşük sıcaklıklarda sıvı halde kalabilen hafif yakıtlar için minimum ve maksimum viskozite.
B Aralığı: Yüksek akışkanlığa sahip ağır yakıtlar için tanımlanmış aralık. Bu aralıkta, ağır yakıtların ek ısınmaya ihtiyaçları yoktur ve sıvı halde kolayca püskürtülebilirler.
C ve D Aralıkları: Bu iki aralık, yüksek yoğunluklu ve daha yüksek viskoziteye sahip ağır sıvı yakıtlar içindir. Uygun akışkanlık sağlanabilmesi için sıcaklığın yeterince artırılması gerekir, böylece viskozite azalır.
E Aralığı: Yakıtın kolayca püskürtülüp optimum yanma sağlanabileceği, nozuldaki viskozite için önerilen aralık. Bu aralıkta yakıt sıcaklığının ayarlanması, eksik yanmayı önlemeye ve kirletici üretimini azaltmaya yardımcı olur.
F Aralığı: Bu aralık, ağır yakıt pompalama için optimum viskozite sınırını belirtir.
Ağır Yakıt Devresi
Ağır sıvı yakıtın, örneğin mazotun, kullanımını optimize etmek için, yakıtın viskozitesini azaltmak ve pompalanma ve yanma için uygun sıcaklığa getirmek amacıyla ön ısınma gereklidir. Bu ön ısınma, ısıtıcılar kullanılarak yapılabilir. Isıtıcı elektrikli olabilir veya buhar ya da sıcak yağ kullanılarak ısınma işlemi gerçekleştirilebilir. Mazot pompası, lance ve ön ısıtıcılar, yakıtın soğumasını engellemek ve viskozitesini pompalanma ve yanma için uygun aralıkta tutmak amacıyla ısıtıcılarla donatılmalıdır.
Ağır yakıt brülörlerinin yakıt besleme devresi iki bölümden oluşur: birincil/transfer ve ikincil/ana. Birincil devrede, mazutun depolama koşulları ve hazırlığı, ikincil devreye girmeye uygun hale gelene kadar yapılır. Birincil devrenin çıkışındaki yakıtın uygun viskozitesi 75 santistokstan daha az olmalıdır. Bu nedenle, mazut yaklaşık 70-80°C’ye kadar ısıtılmalıdır. Ayrıca, ikincil devredeki ana brülör pompasının giriş basıncını sağlamak için, birincil devrenin çıkışındaki mazutun 3 ile 4 bar arasında bir basınca sahip olması gereklidir.
Birincil yakıt devresinde, ana kaynaktan gelen yakıt bir vanadan geçer ve ardından büyük kirleticileri temizlemek için kaba bir ağ filtresinden geçer. Yakıt daha sonra bir pozitif deplasman pompasına girer ve 3 ila 4 bar arasında bir basınca getirilerek ikincil devreye girer.
İkincil devrede, yakıt önce ince bir ağ filtresinden geçer ve ardından ikincil pompayla devam eder. Bu pompa, yakıtın basıncını 25 bar’a kadar yükseltir ve ardından ön ısıtıcıya girer. Ön ısıtıcıda, yakıt ısıtılır ve viskozitesi, püskürtme için uygun bir seviyeye düşürülür. Ön ısıtıcıdan geçtikten sonra yakıt, brülöre girer.
Yakıt Devresinin Bileşenleri
Yakıt devresi, mazot gibi yakıtların depolanması, arıtılması, transferi ve hazırlanması için tasarlanmış, verimli bir şekilde yanma sağlamak amacıyla ocaklar ve brülörlerde kullanılan temel bileşenlerin bir araya geldiği bir sistemdir. Bu bileşenler, yakıtın püskürtülmesi, hava ile karışması ve ateşlemesi için optimal koşulları sağlamak amacıyla birlikte çalışır. Aşağıdaki bölümler, bu bileşenlerin her birini tanıtmaktadır ve incelemektedir:
Yakıt Yağı Günlük Tankı
Bu tank, yakıt depolamak için kullanılır. Bu tanktaki mazotun sıcaklığı, ağır yakıt türüne bağlı olarak, pompalanabilir bir sıcaklığa kadar ısıtılmalıdır.
Filtre
Ağır yakıtlardaki (mazot) yüksek safsızlık seviyesi nedeniyle, yakıt birkaç aşamada filtre edilerek safsızlıkların nozullar ve lance’a ulaşması engellenir.
Birincil Pompalar
Bu pompa, pozitif deplasman tipindedir ve birincil devrede yer alır. Yakıt basıncını 4 bara kadar artırır. Bu pompadan sonra, yakıt ikincil devreye geçer.
İkincil Pompa
Bu pompa ikincil devrede yer alır ve yakıt basıncını 25 bara kadar artırır. Ağır yakıtlar, örneğin mazot için kullanılan pompalar genellikle iç ısıtıcılarla donatılmıştır. Bu ısıtıcılar, doğrudan pompa içine yerleştirilir ve yakıtın, yakıt besleme sistemine pompalanmadan önce uygun sıcaklığa ulaşmasına yardımcı olur. Özellikle brülör kapalıyken, bu pompalar yakıt sıcaklığını sabit tutar. Isıtıcı yoksa, yakıt sıcaklığı düşer ve viskozitesi artar. Bu viskozite artışı, yakıtın pompada kalmasına yol açar ve sistemin çalışmasını bozar.
Mazut Ön Isıtıcı
Ön ısıtıcı, ısıyı çeşitli ısı kaynaklarından alarak mazota transfer eden bir ısı değiştirici türüdür. Isı kaynakları elektrik, buhar veya sıcak yağ olabilir. Elektrik kaynaklı mazot ön ısıtıcılarında, elektrikli ısıtma elemanları kullanılır. Bu elemanlar, ön ısıtıcı haznesinin içine yerleştirilir ve elektrik akımı aldıklarında ısınarak ısı üretirler. Bu ısı, yakıta transfer edilir ve yakıtın sıcaklığını, viskozitesinin yeterince azaldığı ve yanma için gerekli koşulların sağlandığı bir seviyeye yükseltir.
Isıtıcıyla Donatılmış Lance
Brülörlerde lance, yanma sisteminin bir parçası olarak işlev görür ve birincil görevi, yakıtı yanma odasına iletmektir. Mazut gibi ağır yakıtlar için kullanılan lancelerin ısıtıcılarla donatılmış olması gerekmektedir. Bu tasarımda, ısıtma elemanı lance’in etrafına spiral şekilde yerleştirilmiş olup, lance’in içindeki yakıtı sürekli olarak ısıtarak sıcaklık sağlar. Lanc’in etrafındaki ısıtıcı, yakıtın sıcaklığının sürekli olarak uygun bir aralıkta kalmasını sağlar ve viskozitesini düşürür, bu da yakıtın püskürtülmesini kolaylaştırır.
Ağır Yakıtların Yanma Yöntemleri
Ağır yakıtların, örneğin mazutun, optimal yanması için, yakıtın önce buharlaşması ve gaz fazına dönüşmesi gerekmektedir. Bu işlem, sıvı yakıtın çok ince damlacıklara dönüştürülmesini gerektirir, böylece hava ile temas yüzeyi artırılır ve yanma süreci tam olarak gerçekleşir. Bu, yakıtın atomizasyonu ile sağlanır. Mazut atomizasyonu için yaygın yöntemler arasında basınçlı atomizasyon, hava/buhar atomizasyonu ve rotary kap yer alır; her biri aşağıda açıklanmıştır.
Basınç Atomizasyonu
Basınç atomizasyonu, sıvı yakıtı yanma sürecinde ince damlacıklara dönüştürmek için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntemde, yakıt yüksek basınca (25 bar’a kadar) maruz bırakılır ve küçük bir memeden geçirilir. Memeden geçerken yakıtın hızı artar, bu da yakıtın küçük damlacıklara ayrılmasına yol açar. Bu ince damlacıklar, düşük basınç nedeniyle buharlaşır ve ardından yanma havasıyla karışarak yanmayı sağlar. Bu yöntemin verimli bir şekilde çalışabilmesi için, yakıtın viskozitesinin azaltılması ve memeden kolayca geçmesi için önceden ısıtılması gereklidir. Ayrıca, yüksek basınç sağlamak, damlacıkların düzgün bir şekilde üretilmesinde ve atomizasyon sürecinin istikrarının korunmasında kritik bir rol oynar.
Hava/Buhar Atomizasyonu
Hava veya buhar atomizasyonu, sıvı yakıtı ince damlacıklara dönüştürmek için sıkıştırılmış hava veya buhar jetleri kullanan verimli bir yöntemdir. Bu yöntemde, yakıt, basınç atomizasyonuna kıyasla daha düşük bir basınçla (genellikle 10 bara kadar) enjekte edilir ve hava veya buhar da benzer bir basınçla (10 bara kadar) enjekte edilir. Nozül içinde, yakıt ve hava veya buhar, küçük bir delikten geçer ve hava veya buhar akışı, yüksek kesme kuvveti uygulayarak yakıtı çok ince damlacıklara böler. Bu ince damlacıklar, yanma odasında eşit şekilde dağılır, hızla buharlaşır ve yanma havasıyla karışır.
Hava veya buhar atomizasyonu yöntemi, yakıt püskürtme kalitesini iyileştirmek, yanma verimliliğini artırmak ve kirletici emisyonları azaltmak için kullanılan yanma sürecindeki önemli bir tekniktir. Bu yöntem, özellikle mazot gibi ağır ve viskoziteli yakıtlar için son derece etkilidir ve yanma sistemlerinin performansını artırmaya yardımcı olur.
Rotary Cup Yöntemi (Rotary Cup Atomizasyonu)
Rotary cup yakıt atomizasyonu yöntemi, sıvı yakıtı ince damlacıklara dönüştürmek için etkili bir tekniktir. Bu yöntemde, yakıt yüksek hızla dönen bir “rotary cup” adı verilen bir kaba girer. Bu dönüş, santrifüj kuvveti yaratır ve yakıtın ince damlacıklara ayrılmasına ve kabın kenarlarından dışarı atılmasına neden olur. Yakıt dönen kaptan çıktığında, yüksek hızlı bir hava jeti yakıt akışına çarpar. Bu çarpışma, kesme kuvveti yaratır ve yakıtı ince damlacıklara dönüştürür.
Rotary cup yöntemi, mazot gibi ağır yakıtlar için etkili bir yöntemdir çünkü yakıtı ince damlacıklara dönüştürür ve yüksek hızlı hava jeti yardımıyla buharlaşmayı iyileştirir. Mazot yakıtındaki safsızlıklar nedeniyle, rotary cup yönteminin kullanılması, nozulların tıkanması gibi sorunları engellemeye yardımcı olur. Ancak, bu yöntem daha fazla kirletici emisyonuna yol açabilir.
Bu yöntemin bakımı, diğer iki yöntemden daha zordur, çünkü elektrikli motorlar ve kayışlar ile makaralar gibi döner ekipmanlar içerir ve bunlar daha fazla bakım ve özen gerektirir. Bu bileşenler, yüksek hızla hareket ettikleri için daha fazla aşınma ve yıpranma ile karşı karşıya kalır ve bu da daha sık onarımlar ve periyodik bakım gerektirir.
Ağır Yakıtların Verimliliğini Artırma
Sonuç olarak, mazot gibi ağır yakıtları kullanan endüstriyel brülörler, özellikle enerji santralleri, petrokimya ve çimento endüstrileri gibi ağır sanayilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Mazotla çalışan brülörler, yüksek ısı üretmek için uygundur ve yüksek sıcaklıklarda çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Ancak, yüksek yoğunluk ve viskoziteleri nedeniyle, bu brülörler optimal pompalama ve yanma için ön ısıtma ve özel ekipmanlar gerektirir. Ayrıca, ağır yakıtlar yüksek miktarda kükürt ve kirletici madde içerir, bu da kirletici üretimine yol açabilir; bu nedenle, bu kirleticilerin azaltılması için arıtma sistemlerinin kullanılması gereklidir.
Mazotun optimal yanması için, her biri kendine özgü özelliklere sahip olan basınç atomizasyonu, hava/buhar atomizasyonu ve rotarlı kupa atomizasyonu gibi çeşitli yöntemler kullanılmaktadır ve her biri verimliliği artırmaya ve çevresel sorunları azaltmaya katkı sağlar.
Raadman Endüstriyel Grubu tarafından üretilen mazotlu brülörlerde kullanılan basınç atomizasyonu yöntemi, yanma verimliliğini artırmada, enerji tüketimini azaltmada ve çevresel kirleticileri en aza indirmede ileri düzey ve verimli bir çözüm olarak önemli bir rol oynamaktadır.
