Silindirik Alev Duman Borulu Kazanlar ile Su Borulu Kazanların Karşılaştırılması

Yazan: Atakan Gümüş, Bosch Termoteknik Ürün Yöneticisi

Endüstriyel buhar üretimi, 200 yıldan uzun bir geçmişe sahiptir. 1875 yılında, James Watt buhar kazanını ve buhar makinesini icat ettikten tam 106 yıl sonra, Steinmuller firması ilk su borulu kazanı tasarlamıştır. 1927’de ilk Benson kazanı 180 bar basınçta ve 450 ˚C sıcaklıkta 30 t/h kapasiteyle işletime alınmıştır. 1960’lı yıllarda, 350 bar üzerinde basınçlara ve 600 ˚C sıcaklıklara sahip kazanlar tasarlanmıştır. 1970’li yıllarda kapasite sınırı 1000 t/h seviyesine kadar ulaşmıştır. Bundan sadece 5 yıl sonra, 2000 t/h’in üzerinde buhar kapasitesine sahip su borulu kazanların üretilmesi mümkün hale gelmiştir.

Böylesine muazzam kapasiteler ve ekstrem buhar parametreleri, tasarım ilkeleri nedeniyle silindirik alev duman borulu kazanlardan elde edilemez. Ancak silindirik alev duman borulu kazanlar hâlâ geliştirilmeye devam etmektedir. Şu anda Bosch Industriekessel GmbH tarafından üretilen silindirik alev duman borulu kazanlar ile 55 t/h buhar kapasitesi emniyetli ve ekonomik bir şekilde sağlanabilir. Boyuta bağlı olarak, 30 bar seviyesine kadar buhar basıncı ve 300 ˚C’ ye kadar kızgın buhar sıcaklığı elde edilebilir.

Bu rapordaki amaç, her iki kazan tasarımının var olacağı durumlarda; güvenlik, işletim, fiziksel karakteristik ve maliyet gibi kriterleri karşılaştırmaktır.

Bazı gelişmekte olan ülkelerde alev duman borulu silindirik kazanların kullanımı yaygın değildir. Yerel silindirik kazan üreticilerinin ürünleri gerekli standartları karşılayamaz. Aynı durum, aşırı basınç ve su seviye kontrolü için gerekli olan emniyet donanımlarında da geçerlidir. Bu nedenle emniyet standardı da düşüktür. Buhar kazanının yıkıcı sonuçlarından duyulan korku ve su borulu kazanların, silindirik kazanlara nazaran daha az su içeriğine sahip olmaları nedeniyle, su borulu tasarım tercih edilir. Güvenlik konusunun dışında, yerel olarak üretilen alev duman borulu silindirik kazanların kullanım ömürlerinin kısa olması da tercih için belirleyici bir etkendir.

Son 20 yılda, alev duman borulu kazanların bulunduğu tesislerde meydana gelen kazalarda ciddi oranda azalma gözlenir. Aşırı basınç kontrolü, su seviye kontrolü ve sınırlanması için geliştirilen emniyet ekipmanları, bu kazaların minimuma indirilmesini sağlayan en önemli etkenlerdir. Önemli olan bir başka etken ise yükseltilmiş test basınç değerleri ile kazan hidrostatik testlerinin uygulanması olmuştur. Bu, alev duman borulu silindirik kazanların durumunu ve emniyetini çok basit ve çok güvenilir bir şekilde değerlendirme yöntemidir. İmalat ve tasarımda kaliteye önem verildiğinde ve gerekli emniyet tedbirleri alındığında, silindirik alev duman borulu kazanlar daha yüksek güvenilirliğe ve sağlamlığa sahiptir. Dolayısıyla mühendislik firmaları ve kullanıcılar, yalnızca güvenli şekilde çalışmakta olan ve yıllar boyunca hasar görmemiş çok sayıda referans tesis gösterebilecek durumda olan imalatçıları tercih etmelidir.

Kazan suyunun ve besleme suyunun kalitesi, tüm buhar kazanı tasarımlarında çok önemli bir kriter olarak görülmelidir. Ama her iki kazan dizaynı arasında, su kalitesi gereksinim seviyesi ile alakalı farklılıklar bulunur.

Su borulu kazanlarda, çoğu konstrüksiyon türünde tuzlu su kullanılması önerilmez. Su borulu kazanlar için tuzluluk 2000 μS /cm’in altında bir iletkenlik demektir. Genellikle, 250 kW/m²’den büyük lokal ısı akışlarında, boruların tıkanmasını önlemek ve ısı transferinin engellenmemesini sağlamak için kazanda yumuşak su kullanılması gerekir. Su borulu kazanların işletimi için ihtiyaç duyulan bu su kalitesi gereksinimleri yalnızca karmaşık ve yüksek maliyetli su işleme sistemlerinin kurulmasıyla karşılanabilir.

Prensipte, alev duman borulu silindirik kazanlar tuzlu su ile çalıştırılabilir (iletkenlik< 6 000 μS/cm). Kazan ısıtma yüzeylerinin tuz birikmesi nedeniyle olumsuz etkilenmesi görülmez. Suyun işlenmesi için basit su yumuşatma tesislerinin kullanılması yeterli olabilir.

Alev duman borulu silindirik kazanlar ile su borulu kazanların bir başka işletim farklılığı ise, boyut ve ısıl kapasite farklılığıdır. Benzer kapasiteler için alev duman borulu silindirik kazanlar, su borulu kazanlara nazaran daha az yerleşim alanına ihtiyaç duyar.

Bakım işlemleri, su borulu kazanlarda olduğu gibi alev duman borulu silindirik kazanlarda kolay bir şekilde gerçekleştirilebilir. Bunu sağlayan ana etkenler ise kazanı çalıştırma ve kapatma işlemlerinin daha az zahmetli olması ve ısıtma yüzeylerine erişimin kolay olmasıdır.

Üretilen ısıl kapasiteyle ilişkili olarak, alev duman borulu silindirik tipte bir kazan, su borulu bir kazana göre çok daha yüksek su içeriğine sahiptir. Dolayısıyla alev duman borulu silindirik tipte bir kazan, geçici olarak kazanın anma kapasitesini aşan yük dalgalanmalarına veya yük taleplerine karşı daha dirençlidir. Buna karşın, alev duman borulu silindirik tipte bir kazanda, soğuk çalıştırma durumunda kazandaki yüksek su hacmi sebebiyle istenilen özelliklerdeki buharın elde edilmesine kadar geçen süre, su borulu kazanlara nazaran daha uzundur.

Kazanın ve sistemin uygun bir şekilde tasarlanmasının dışında brülör tarafından üretilen düşük ısıl yük de kazanlar için belirleyici bir faktördür. Su borulu kazanlarda, eğer brülör düşük ısıl yükte çalışıyorsa, bu ısıl yük kazana tedarik edilemez, bunun sebebi ise su tarafındaki debinin azalması ısıl transferini negatif olarak etkiler.

Belirli gereksinimler alev duman borulu silindirik kazan tipi tarafından karşılanabildiği sürece, imalat maliyetleri ve kalitenin uygunluğu ile ilgili herhangi bir eksiklik de yoksa,  alev duman borulu silindirik kazanların tercih edilmesi daha ekonomik bir alternatif olarak görülür. Ayrıca bu kazanlarda teslimat süreleri ve tesisin kurulumu için gerekli olan süreler daha kısadır.

Genellikle ışınım kayıplarının ve hat üzerinde ısı kaybının daha düşük olması sebebiyle alev duman borulu silindirik kazanlar benzer atık gaz sıcaklığı ve atık gaz bileşimine sahip su borulu kazanlara göre daha yüksek verim sağlar.

Kriterler	Alev duman borulu silindirik kazan	Su borulu kazan
Su kalitesi	Düşük gereklilik ve tuzlu su kullanılabilir.	Yüksek gereklilik ve düşük tuz seviyesi gerekli
Bakım	Kolay	Daha maliyetli
Testler	Basit, hidrostatik test ve ardından inceleme, ultrason testi nadiren gerekebilir.	Hidrostatik test ve ultrason testi gereklidir.
Verim	Yüksek	Düşük
Kısmi yük özellikleri	Minimum yük elde edilemediğinde, brülör sorunsuz şekilde kapatılabilir.	Belirli tasarımlarda kısmi yük sınırlı olmalıdır, brülör manuel olarak kapatılamaz.
Su içeriği	Yüksek	Düşük
Akümülasyon kapasitesi	Basınç ve yük dalgalanmalarından etkilenmez	Prosesten kaynaklanan basınç ve yük dalgalanmalarına duyarlı
Teslimat süresi	Daha kısa	Daha uzun
Gerekli alan	Az	Fazla
Montaj ve devreye alma süresi	Kısa	Daha uzun