Buhar Kazanları Ders Notları

Buhar nedir?
Buhar: Suyun gaz durumuna denir. Su ve dolayısıyla buhar saf bir maddedir.
Termodinamik özellikleri, tablolardan veya diyagramlardan (Mollier diyagramı) bulunur. İki
özellik bilinirse diğer özellikler de hesaplanabilir veya diyagram ve tablolardan tespit
edilebilir..

 

 

 

 

 

 

 

 

Buhara Verilen Isının Hesabı

• 1-2 arası suyu doymuş hale getirme ( 2 noktası doymuş sıvı noktası)
• 2-3 arası doymuş sudan doymuş buhar haline getirme ( 3 noktası doymuş buhar
noktası)
Aynı zamanda 2-3 arası doymuş sıvı-doymuş buhar karışımı (ıslak buhar) dır. Bu bölgede
buhar miktarını tespit edebilmek için kuruluk değeri, x tanımlanır.
Buhar Kazanı için bu hesaplamalar kullanılabilir.
X= buhar/ toplam (x=kuruluk derecesi 0<X<1)
• 3- 4 arası doymuş buhardan kızgın buhar haline getirme ( 4 noktası kızgın buhar
noktası)
Suyun Kızgın buhar hale getirmek için gerekli toplam ısı miktarı;
QT=Q1+Q2+Q3
Burada m, kütlesel debi, Cp sabit basınçta özgül ısı ve h entalpiyi göstermektedir.

Buhar Nasıl Oluşur?

Buhar, sıvı ya da katı halden buharlaşma ya da sublimasyon yolu ile oluşur. Suyun
buharlaşması esnasında eşit miktarda sıvı ya da katı parçacıkların gaz haline geçtiği ve aynı
zamanda gaz halinden geri döndüğü bir dinamik denge kurulur.
Temel kavramlar:
Doyma sıcaklığı: Verilen basınçta suyun kaynamaya başladığı sıcaklığa doyma sıcaklığı
denir.
Doyma basıncı :Verilen sıcaklıkta suyun kaynamaya başladığı basınca doyma basıncı denir.
Sıkıştırılmış sıvı: Verilen bir basınçta suyun sıcaklığı doyma sıcaklığının altında ise
sıkıştırılmış sıvı olarak tanımlanır.
Doymuş sıvı: Verilen bir basınçta o basınca karşılık gelen doyma sıcaklığında olup, içinde
buhar zerresi olmayan suya doymuş sıvı denir. Su buharlaşmanın başlangıcındadır.
Doymuş buhar:Verilen bir basınçta o basınca karşılık gelen doyma sıcaklığında olup, suyun
tamamının buhar fazında olduğu durumdur.Buhar yoğuşma sınırındadır.
Kızgın buhar: Verilen bir basınçta buharın sıcaklığı o basınçtaki doyma sıcaklığından daha
yüksek ise buhar kızgın buhardır.
Buharın Kullanılma Nedenleri
• İdeal bir ısı taşıyıcı olması
• Küçük çaplı borularla daha fazla ısı taşıyabilmesi
• Çevre dostu olması(yani temiz olması)
• Geri kazanımı ile enerji tasarufu sağlanabilir
• Akışkanın taşınması kendi bsıncıyla gerçekleşir.Pompaya gerek yoktur.dolayısıyla
maliyeti düşüktür.
• Sıcaklık kontrolünü çok hassas bir biçimde gerçekleştirmek mümkündür.
• Buhar tesisattaki korozyon riskini azaltır.
• Isı kayıpları azdır yani ideal bir ısı taşıyıcısıdır. Küçük çaplı borular ile iletilmesi
nedeniyle ısı kayıpları diğer sistemlere göre daha azdır. Termodinamik özellikleri
iyidir.
• Yatırım gideri azdır, küçük çaplı boru kullanılır, yalıtım az yapılır, ucuz montaj.
• Buhar emniyetlidir yani alevlenme özelliği yoktur. Steril bir akışkandır.
• Buhar çevre dostudur. Saf maddedir.
Dezavantajı ise; yüksek enerji ve basınç olduğundan korunması yapılmalıdır.

Buharın Kullanım Alanları
• Petrokimyada
• Termik santrallerinde elektrik üretiminde (Buhar türbinleri)
• Sterilizasyon amacı ile ilaç ve gıda endüstrisinde
• İnşaaat malzemelerin endüstrisinde
• Buharlı ısıtma sistemleri (kalorifer tesisatlar)
• Rafinerilerde
• Kimyasal prosesler
• Gıda endüstrisinde
• Sterilizasyon (ambalaj ve gıda)

 

 

ISI ENERJİSİ NAKLİNDE KULLANILAN AKIŞKANLAR

Isı enerjisi naklinde, sıcak su, kızgın su, alçak ve yüksek basınçlı buhar, kızgın yağ olmak üzere dört cins akışkan kullanılır.

1. SICAK SULU ISITMA SİSTEMLERİ

TS 2796 veya DIN 4751 normlarına göre, çıkış suyu sıcaklığı 110 o C değerine kadar olan ısıtma sistemleri bu grup içine girer. Maliyeti en ucuz, buna karşılık ısıyı en iyi taşıyan akışkan sudur. Suyun özgül ısısı yaklaşık 1kcal / kg oC = 4,19 kj/kg.K değerindedir. Binaların ısıtılması için genel olarak, sıcak sulu ısıtma sistemleri tesis edilir. Yıllardan beri alışılmış olan sistem gidiş sıcaklığı 90 oC, dönüş sıcaklığı 70 oC olan ısıtma sistemidir. Hastanelerde daha sağlıklı olarak gidiş sıcaklığı 80 oC, dönüş sıcaklığı 60 oC olarak tercih edilmiştir. Gerek Avrupa’da gerekse ülkemizde bugün geçerli ısı tasarrufu yönetmenlikleri veya kanunlarına uygun olarak binalar izole edildiğinden radyatör yüzeyleri daha küçük çıkmakta, işletme sıcaklıkları, 80◦C / 60, oC , 70 oC / 50 oC, veya 65 oC / 45 oC değerlerinde tutularak daha sağlıklı ısıtma yapabilmektedir. Böylece şebeke kayıpları da azaltılabilmektedir. Döşemeden ısıtma yapılması durumunda gidiş sıcaklığı 55◦C, dönüş sıcaklığı 45o C alınabilmektedir. Çıkış sıcaklığı 90◦C değerine kadar olan sistemler, suyun kaynama sıcaklığının altında olduğundan buharlaşma olması söz konusu değildir ve sistem atmosfere açık olarak dizayn ve tesis edilebilir. Çıkış suyu sıcaklığı 110◦C değerine kadar olan sistemlerde buharlaşma basıncı, genleşme deposu üzerine takılan bir güvenlik sifonu ile temin edilebilir.

DIN 4751 dört bölümden meydana gelmiştir Bölüm 1 ( Kasım 1962 ) :

Çıkış sıcaklığı 110 o C değerine kadar olan atmosfere açık veya DIN 4750’ye uygun bir güvenlik sistemi veya emniyet ventili ile kapalı, statik basınç en alt noktada 50 mSS değerini geçmeyen, sıcak sulu ısıtma sistemlerinin güvenlik donanımını içerir.

Bölüm 2 ( Eylül 1968 ) : 300 000 kcal/h kapasite sınırına kadar atmosfere açık veya kapalı, sıcaklığın 110 o C değerinin üzerine çıkması, termostatik olarak önlenmiş ve alt noktada statik basınç 15 mSS değerini geçmeyen ısıtma sistemlerinin güvenlik donanımını içerir ( Türk standardı TS 2797 ).

Bölüm 3 ( Mart 1976 ) : Kapasite sınırı 150 kW (130 000 kcal/h) değerine kadar, termostatik güvenlikli, su hacmi 10 litre değerine kadar olan ani geçişli (kombi tipi) ısı üreteçli açık ve kapalı, en alt noktadan statik basıncın 15 mSS değerini geçmediği ısıtma sistemlerinin güvenlik sistemini içerir.

Bölüm 4 (Eylül 1980 ) : Çıkış suyu sıcaklığı 120 oC değerine kadar, kapasitede sınırı 350 kW değerinin üzerinde en alt noktadaki statik basınç 15 mSS değerinin üzerinde olan, sıcaklık sınırı termostatik olarak güvence altına alınmış olan sıcak sulu ısıtma sistemlerinin planlanması ve gerçekleştirilmesini içerir.

2. KIZGIN SULU ISITMA SİSTEMLERİ

Genel Bilgiler:

a) Çıkış suyu sıcaklığını yüksek ve dönüş sıcaklığını düşük tutarak daha büyük (∆t) sıcaklık farkı elde edilmekte ve aynı su debisi ile daha çok ısı nakledilmektedir. Böylece boru ve armatür çapları ile sirkülasyon pompaları küçülür. Boru, armatür ve pompa malzemeleri aynı cins kalmak şartı ile sistemin ilk tesis maliyeti düşer. Su debileri küçüldüğü için pompaların elektrik sarfiyatı da düşer.

b) Fırın ısıtması, sınai banyo ısıtma gibi endüstriyel tesislerde, ısıtıcı serpantin kapasiteleri artar.

c) Gerekli takdirde 180 oC’ye kadar yüksek sıcaklıklara çıkarma imkânı vardır. TS 2736 veya DIN 4752 normlarına göre, çıkış sıcaklığı 110 o C değerinden daha yüksek olan ısıtma sistemleri bu grup içine girer. Kızgın sulu sistemler iki guruba ayrılır.

Grup 1: Müsaade edilen maksimum çıkış sıcaklığı 130 o C olan ısıtma sistemleri Grup 1a:Çıkış suyu sıcaklığı, basınç sınırlandırılmasıyla güvenceye alınan sistemlerdir. Emniyet ventili ayar basıncı 1.5 bar, statik basınç ise max. 50 mSS değerindedir.

Grup 1b : : Çıkış suyu sıcaklığı, sıcaklık sınırlandırılmasıyla güvenceye alınan sistemlerdir. Emniyet ventili ayar basıncı 1,5 ile 6,5 bar, statik basınç ise max. 50 mSS değerindedir.

Grup 2: Müsaade edilen çıkış suyu sıcaklığı 130 o C değerinin üzerinde olan veya 130 o C değerinin altında olmamakla beraber grup 1a ve grup 1b’ye girmeyen sistemlerdir. Hangi şartlarda sıcak su hangi şartlarda kızgın su? Konfor ısıtmasında, kat ısınmasından blok ısıtmasına ve hatta bölge ısıtmasına kadar, sıcak sulu ısıtma sistemleri kullanılmaktadır. Site veya bölge ısıtmasında belli bir kapasiteye kadar 110 o C veya 120 o C çıkış suyu sıcaklıklı sıcak sulu ısıtma sistemleri kullanılır. Büyük kapasiteli bölge ısıtmalarında 120 o C ile 180 o C arasında çıkış suyu sıcaklıklarında kızgın sulu ısıtma sistemleri kullanılır. Kızgın sulu ısıtma sistemleri ayrıca, proses ile ilgili yüksek sıcaklık ihtiyacı olan sanayi tesislerinde de kullanılır. Katı veya sıvı yakacak kullanılması halinde, eğer yakacakta kükürt miktarı yüksek ise kazana dönüş sıcaklığını ve buna bağımlı olarak kazandan çıkış sıcaklığını korozyonu önlemek maksadı ile yüksek tutmak gerekir.

3: BUHAR İLE ISITMA SİSTEMLERİ

A) Alçak Basınçlı Buharla Isıtma Sistemleri: Buhar basıncı TRD 701’e (Technische Regeln für Dampf Kessel – Buhar kazanı için teknik kurallar ) göre maksimum 1 bar olan sistemlerdir.

B) Yüksek Basınçlı Buhar İle Isıtma: Buhar basıncı 1 bar üstünde olan sistemlerdir. Günümüzde konfor ısıtması için buharla ısıtma sistemleri artık kullanılmamaktadır. Seyrek veya periyodik kullanılan ve çabuk ısıtması gereken fuar ve sergi salonları gibi özel durumlarda kullanılabilir. Buharla ısıtma yerine; sıcak sulu veya kızgın sulu ısıtma sistemi daima tercih edilmelidir. Buharın yüksek sıcaklık ve yüksek ısı taşıma özellikleri nedeni ile buhara ihtiyaç varsa, örneğin endüstriyel mutfaklar, çamaşırhaneler, fırınlar, otoklavlar vs. için buharlı ısıtma sistemi tercih edilir. Bazen sıcak veya kızgın sulu sistemin yanında ihtiyaca cevap verecek kapasitede ayrıca bir buharlı sistem tesis edilir. Yüksek basınçlı buharla, genellikle 10 bar işletme basıncına kadar ve buna bağlı olarak 180 o C işletme sıcaklıklara kadar, buharlı ısıtma kullanılır. Buhara nispeten az miktarda ve yerel ihtiyaç olan yerlerde buhar jeneratörleri de kullanılabilir.

4: KIZGIN YAĞ İLE ISITMA SİSTEMLERİ

Kaynama sıcaklıkları 260 o C ile 390 o C arasında değişen ısı transfer yağları kullanılan ısıtma sistemleridir. Tekstil, ağaç, otomotiv ve kimya sanayi gibi tesislerde endüstriyel ısıtma, kurutma ve pişirme gibi yüksek çalışma sıcaklıklarına ihtiyaç olan proseslerde, eskiden yüksek basınçlı buhar veya kızgın su kullanılırdı. Şimdi ise aynı maksat için 300 o C sıcaklıklara kadar, kızgın yağlı ısıtma sistemleri tercih edilmektedir. Proses ihtiyacı yüksek sıcaklık uygulamalarında kızgın yağ tercih edilmesinin en önemli nedeni; yüksek sıcaklık karşılığı olan buhar basıncının yüksek olmasıdır. Bu nedenle yüksek buhar basıncında çalışma riskini ortadan kaldırmak için kızgın yağ kazanları kullanılmaktadır. Sistemde en üst noktadaki basınç maksimum 1 bar, sistem yüksek basınçlı olmadığından daha güvencelidir, korozyon etkisi yoktur. Sistemin toplam maliyeti, genel olarak buharlı veya kızgın sulu sistemden daha azdır. Tesis lokal olarak ve sadece yüksek sıcaklık isteyen proses için kurulur. Bu tip akışkanların, su ve buhara göre başlıca üstünlükleri şunlardır:

1. Atmosferik basınçta yüksek kaynama sıcaklığına sahip oluşları dolayısıyla 350 o C sıcaklığa kadar “basınçsız” tesisler kurmak mümkündür.

2. Korozyon ve taşlama eğilimi olmadığından ısı taşıyıcının ön-hazırlama tesisine ihtiyacı yoktur.

3. Katılaşma esnasında hacmi artmadığından donmanın vereceği zararlar söz konusu değildir. Kızgın Yağdan İstenen Özellikler:

1. Atmosferik basınçtaki kaynama sıcaklığı yüksek olmalıdır.

2. Katılaşma ( donma ) sıcaklığı düşük olmalıdır.

3. İyi bir ısıl kararlılığa sahip olmalıdır.

4. Tüm sıcaklıklarda (hata ilk çalıştırma anında bile ) düşük vikoziteye sahip olmalıdır.

5. Isı transfer özellikleri iyi olmalıdır.

6. Buhar olarak kullanıldığında, buharlaşma gizli ısısı yüksek olmalıdır.

7. Kullanıldığı cihazların malzemeleri için korozyon eğilimi düşük olmalıdır.

8. Kokusuz ve zehirsiz olmalıdır.

9. Yabancı maddelere karşı hassasiyeti düşük olmalıdır.(örneğin oksijene karşı)

10. Sistemin sızdırması durumunda çevreye vereceği zarar riski minimum olmalıdır.

11. Yangın riski minimum olmalıdır.

12. İmha imkânları kolay olmalıdır.

13. Fiyatı ucuz olmalıdır.