Slider Altına

%109 verimli kazan sistemleri

05 Mart 1998 Dergi: Mart-1998

1. Giriş

Yoğuşmalı kazanlar günümüzde en yüksek ısıl verime sahip, dolayısı ile en az yakıtla ısıtma yapabilme imkanı sağlayan tip kazanlardır. İleri teknoloji ürünü olan bu kazanlar aynı zamanda çevre açısından da en düşük emisyon değerleri ile öne çıkmaktadır. Bu kazanlar tam otomatik çalışma yetenekleri, servis kolaylıkları, uzun ömürleri ile aynı zamanda konfor kavramı ile de tam uyum içindedirler.

Burada yoğuşmalı kazan teknolojisinden ziyade, yoğuşmalı kazan tipleri ve uygulamaları üzerinde durulacaktır. Bugün için 7 kW ile 1.500 kW değerleri arasında yoğuşmalı kazan bulmak mümkündür. Bu kapasite aralığında üç ana tip yoğuşmalı kazandan söz edilebilir. Ürün gamının tiplere ve güçlere göre dağılımı aşağıda verilmiştir

Güç Aralığı

Mamul Tipi

7-43 kW

Duvar lipi Yoğuşmalı K.

39-650 kW

Yer tipi Yoğuşmalı K.

770-1500 kW

D.S.K+Yoğuşmalı Eşanjör

 

ürünleri tek başına veya aynı tip kazandan paralel bağlı bir grup olarak veya bir yoğuşmalı kazan ile bir D.S.K. (düşük sıcaklık kazanı) birlikte olmak üzere kullanmak mümkündür. İhtiyacın birden fazla kazanla karşılanmasında belirli avantajlar ve dezavantajlar bulunmaktadır. Burada daha çok maliyetler ile ilgili avantajlar üzerinde durulacak ve sistem şemaları verilecektir.

Yoğuşma prensibi bütün yakıtlar için geçerli olmakla birlikte, kükürt içeren yakıtlarda ortaya çıkan kuvvetli asit korozyonu, "Yoğuşmalı Kazan" prensibinin esas olarak gaz yakıtlı kazanlarda uygulanması sonucunu getirmiştir. Burada sözü edilen bütün yoğuşmalı kazan tipleri gaz yakıtlı kazanlar olacaktır.

 2. Duvar tipi yoğuşmalı kazanlar

Yoğuşmalı kazanların en küçük kapasite aralığında duvar tipi cihazlar bulunmaktadır. Gaz yakıt yakan bu cihazların gelişmiş tipleri modülasyonlu kapasite kontrolu-na sahiptir. Bu durumda minimum kapasite, anma gücünün %30'u mertebelerine kadar inebilmekte ve cihazlar tam kapasite %100 ile minimum kapasite %30 arasında mo-dülasyon yapabilmektedirler. Sistem oda ve su sıcaklığından kontrol alarak kapasitesini ihtiyaca göre ayarlamaktadır. Bu cihazların ayrıca entegre boylerli tipleri de bulunmaktadır.

Kullanılan dönüş suyu sıcaklığına bağlı olarak cihaz verimi değişmektedir. Döşemeden ısıtma gibi düşük sıcaklık ısıtmalarında (40/30 C) baca gazı sıcaklığı 38 C değerine kadar inmekte ve verim %109 değerine ulaşmaktadır. Yine gelişmiş modellerde ateşleme elektronik olarak yapılmakta ve ön karışımlı seramik brülör kullanılmaktadır. Bu sayede tam yanma sağlandığı gibi, alev sıcaklığı da düşük tutulabilmektedir. Sonuç olarak hem CO ve hem de NOx değerleri çok düşük kalmaktadır. Ayrıca modü-lasyona bağlı olarak hava miktarı da özel bir basınç kontrol sistemiyle sürekli olarak ayarlandığından, hava fazlalık ve CO değerleri optümumda tutabilmekte ve tüm modülasyon oranlarında yüksek sıcaklıklar elde edilmektedir.

3. Kaskad sistem

Tek döşeme tipi yoğuşmalı kazan yerine, birden fazla sayıda duvar tipi cihazın paralel bağlanarak (kaskad sistem) kullanılması belirli kapasitelere kadar yatırım maliyeti açısından daha ekonomik olabilmektedir. Örneğin tek 80 kW döşeme tipi cihaz yerine iki 43 kW duvar tipi cihaz daha ekonomiktir.

Kaskad sistemde, özel kontrol sistemleri üzerinden, dört cihaza kadar duvar tipi yoğuşmalı kazanı birlikte çalıştırmak mümkündür.

3.1. Kaskad sistemin kumandası

Ana kumanda paneli ile dört kazana kadar kumanda etmek imkanı vardır. Kaskad sistemde çalışan kazanları günlük olarak otomatik rotasyonu yapılır. Kazan kapasitelerine kumanda edilir. Kaskad sistemde bütün kazanlar modülasyon-lu olarak çalıştırılmaktadır. Şekil 1 dört kazanlı kaskad sistemin ısıtma periyodundaki davranışlarını göstermektedir. Kazanların çalışmaları tesisatın ısı ihtiyacına göre değişmektedir.

?          Birinci kazan çalışmaya başlar ve kapasitesini  %100'e çıkarır.

?          İkinci kazan minimum kapasitede devreye girer.

?          Birinci kazan modülasyon ile kapasitesini bir miktar geriye çeker. Bu geri çekme ikinci kazanın devreye girerken getireceği ek enerji ile aynı orandadır. Ardından tekrar %100'e çıkmaktadır.

?          İkinci kazan %100 kapasiteye doğru çıkmaya başlar.

?          Diğer kazanlar da devreye girerken aynı yolu izler.

Bir   önceki   kazanın,   diğer   kazandevreye girdiğinde kapasitesini düşürmesinin sebebi, bir anda oda sıcaklığında ani değişmelere neden olmamak içindir.

Şekil 2'de dörtlü kaskad yapan bir sistemin kapanırken izlediği yol görülmektedir. Kazanların davranışları tesisat yükü ile değişmektedir. Oda sıcaklığında bir değişme meydana geldiğinde;

?          Dördüncü kazan minimum kapasiteye ulaşıncaya kadar modülasyo-nu gerçekleştirir.

?          Üçüncü kazanda minimum kapasiteye ulaşıncaya kadar modülasyo-nu gerçekleştirir.

?          Dördüncü kazan kapanır.

?          Üçüncü kazan, dördüncü kazanın kapanmasından   kaynaklanacak   ısı farkını karşılayacak şekilde kapasitesini arttırır. Ardından yavaş yavaş minimum kapasiteye kadar yine kapasitesini düşürür.

?          İkinci kazan kapasitesini modülasyon ile minimum kapasiteye kadar düşürür.

?          Üçüncü kazan kapanır.

?          Diğer kazanlar da aynı davranışı sergileyerek sıra ile kapanır. Kapasite azaltarak kapama yapılması ve diğer kazanın kapanan kazanın ısı miktarını karşılaması oda sıcaklığındaki oynamaları önlemeye yöneliktir.     ^p Şekil 3'de örnek iki kazanlı kaskad sistem tesisat şeması verilmiştir.

Kaskad sistem ile çalışacak bütün tesisatlarda denge kabı bulunması gerekir. Bu şemada bir kazan sıcak su ısıtmasına çalışırken, diğeri tesisatı ısıtmaya devam edebilmektedir. Bu devrede kazanın kendi pompalarından yararlanıl-r ıdır. HK1 ve HK2 (yerden ısıtma) devrelerindeki dolaşım pompaları etrafındaki ÜV ile gösterilen fark basınç kontrollü by-pass devreleri, değişken debili pompa kullanıldığında iptal edilebilir. Burada HK1 kazan suyu sıcaklığı ile kontrol edilirken, HK2 bağımsız olarak üç yollu vana ile kontrol edilmektedir.

4. Döşeme tipi gaz yakıtlı yoğuşmalı kazanlar

Bu seri kazanlar 39-650 kW güç aralığında kullanılmakta ve 2 kademeli ön karışımlı seramik gaz brülörlü veya 2 kademeli üflemeli brülörlü olabilmektedirler. Ön karışımlı doğal gaz brülöründe "LCS" sistemi ile yakma havası otomatik olarak sürekli optimum değerde üflenmektedir. Bu kazanların yanma odası ve yoğuşmalı ısı geçiş yüzeyleri paslanmaz çeliktir. Yo-ğuşma doğrudan kazan içindeki ısıtıcı yüzeylerde meydana gelmektedir. Bu nedenle yüzeyler koroz-yona dayanıklı paslanmaz çelikten oluşturulmuştur. Gaz ve suyun akışı ters yöndedir. Gaz, sıcaklığının en düşük olduğu noktada sistemden dönen en soğuk su ile karşılaşmaktadır. Kazanda iki ayrı dönüş suyu giriş ağzı bulunmalıdır. Böylece iki farklı dönüş suyu sıcaklığı olan iki ayrı devreyi aynı kazana bağlamak mümkün olur. En soğuk dönüş suyu sıcaklığını daha yüksek sıcaklıkta dönen sularla karışma yapmaksızın yoğuştu-rucu yüzeylere doğrudan göndermek ve böylece sistem etkinliğini arttırmak   mümkündür.    Bu    yollayakıt giderlerinde tek giriş devresine göre, işletme koşullarına bağlı olarak, %4 mertebelerine kadar tasarruf yapılabilmektedir. Yer tipi yoğuşmalı kazanlarda yeni geliştirilen Türbo-yoğuşmalı ısı geçiş yüzeyleri kullanılabilmektedir. Türbo yüzeylerde ısı geçişini azaltan sıvı filmi oluşumu önlemekte yoğuşan sular damlacıklar halinde akarak dipte toplanmaktadır.

5. İki farklı kazan kullanılan devreler

Yatırım maliyetlerinin düşürülmesi açısından imkanlardan biri de eşit kapasiteli bir DSK (düşük sıcaklık kazanı) ile bir yoğuşmalı kazanın birlikte kullanılmasıdır. Burada yoğuşmalı tip kazan lider kazan konumunda çalışmaktadır. Modülas-yonlu veya kademeli brülörlü değişken kapasiteli lider kazan yanında, sıra kazanı olarak bir DSK kullanılmaktadır. Bu durumda Şekil 4'te görüldüğü gibi birlikte çalışmada lider konumdaki yoğuşma-lı kazan toplam yıllık ısı ihtiyacının %86'sını karşılamaktadır. Aynı zamanda bunu kısmi yüklerde düşük    dönüş    suyu    sıcaklıkları    ile karşılandığından yüksek verim bölgesinde kalmaktadır. Bir DSK olan Kazan II payı ancak %14 olabilmektedir. Kazan H'nin devrede olduğu tam yük veya tam yüke yakın yüklerde istenen su sıcaklığı yüksek ve kazan performansı mükemmeldir. Bu durumda dönüş suyu sıcaklığını yükseltmek için ilave önlemlere gerek yoktur. Kazanların sıra kontrolü standart kontrol paneli ve kartları ile yapılabilmektedir. Sistem örnek tip tesisat şeması Şekil 5'de görülmektedir.

6. Yoğuşmalı ısı eşanjörü+DSK kombinasyonu

770-1.500 kW kapasite aralığında "yoğuşmalı sistem", DSK teknolojisine sahip bir sıcak su kazanı ile, bunun çıkışına bağlanan "Yoğuşmalı Eşanjör" kombinasyonu yardımıyla oluşturulmaktadır. £k: kombinasyon sistem olarak ele^nı-narak çözülmeli ve tam bir sistem olarak sunulmalıdır. Bu durumda yine yoğuşma tekniğine özgü yüksek verimler elde edilebilmektedir. Bu sistemde norm kullanma verimleri uygun şartlarda %108 değerine ulaşabilmektedir. Bu sistemde duman gazlarındaki ısının   büyük   kısmı,  olmadığı emniyetli kazan su sıcaklıklarında, kazan bölümünde suya geçirilmektedir. Geri kalan ısı ise ısı değiştirgeci bölümünde düşük su sıcaklıklarında ve düşük duman g sıcaklıklarında yüksek yoğuşma oranlarıyla kullanılmaktadır. Çelik DSK kazanlarında, duman boruları olarak çok katlı kompozit yapı kullanılmaktadır. İki katlı çelik boru arasında bulunan ve iki borunun temas yüzeylerini oluşturan spiral band hatvesinin ayarlanması ile boru boyunca değişen ısı geçiş katsayısı yaratılmasına imkan tanınmaktadır.

Buna göre düşük dönüş suyu sıcaklıklarında bile ısı geçiş yüzeylerinde kondensasyon meydana gelmemektedir. Yoğuşmalı ısı geçiş yüzeylerinde ısı geçişini opti-mize etmek üzere yeni ısı geçiş yüzeyleri geliştirilmiştir. Burada film oluşmasını önleyecek yapı bulunduğu gibi oval formdaki borular gaz geçiş kesitini aşağıdan yukarı doğru genişletmektedir. Böylece düşük basınç kaybı ile eşit yüksek ısı geçişini bütün yüzeyler boyunca mümkün kılan sabit hızlar elde edilmektedir. Isı geçiş yüzeylerinin düşey yapısı kondensin sürekli akışını da mümkün kılmaktadır. Bu yüzeylerde kondens oluşumunu ve kondens akışını kolaylaştıran ters akış prensibi uygulanmaktadır. Aşağıya doğru soğuyarak inen gazlar daha soğuk su ile karşılaşmakta, bir yandan yoğuşma artarken, bir yandan da kondens daha soğuk olan alt toplanma bölgesine sürüklenmektedir. Burada da kazanda ve eşanjörde, alçak ve yüksek sıcaklıkta iki devre oluşturma imkanı tanımak üzere çift geri dönüş ağzı kullanılmaktadır. Şekil 6'da sistem tesisat şeması verilmiştir.

7. Sonuç

Yoğuşmalı kazan teknolojisi sıcak sulu ısıtma sistemlerinde günümüzde erişilen son aşamayı temsil etmektedir. Çok yüksek ısıl verimleri ile ideale yakın bir enerji dönüşümünü mümkün kılmaktadırlar. Ancak özellikle korozyona dayanıklı yüzeyler oluşturma zorunlu-ğü, bu kazanları pahalı hale getirmektedir. Bu nedenle Batı'da pek-çok ülkede bu kazanların kullanımı çeşitli desteklerle teşvik edilmektedir. Benzer biçimde devlet desteğinin, yüksek enerji verim değerine sahip ürünlerin kullanımını teşvik için Türkiye'de de olması gerekir.

Kaynak

1.         Gerd Böhm, Auswahl  und Einsatz von  Heizkesseln und Warmwasserspeichern, Kari Kramer Verlag, 1996

2.         Buderus Katalogları

 

Mak.Yük.Müh.Rüknettin KÜÇÜKÇALI


Etiketler


Video İçerik

Performansa Dayalı Deprem Tasarımı Yaklaşımı

Sempozyum