SU YUMUŞATMA YÖNTEMLERİ VE CİHAZLARI

Su yumuşatma sistemi, sulardaki sertliği gidermek için kullanılır. Halk arasında sudaki kireç ya da kireçli su olarak tanımlanan sertlik esas itibariyle sudaki kalsiyum ve magnezyum iyonlarından ileri gelmektedir. Demir, mangan, çinko, kurşun gibi iki değerlikli metal iyonları da suya sertlik verir. Ancak bunlar suda önemli miktarda bulunmazlar. Sertlik, geçici sertlik ve kalıcı sertlik olmak üzere ikiye ayrılır. Geçici sertlik suyun ısıtılması ile giderilebilir. Suyun sertliğinin çeşitli mahsurları vardır;

• Sert sularda sabun sarfiyatı fazladır, sabun geç köpürür. Suyun içinde bulunan kalsiyum ve magnezyum sabun içinde bulunan sodyum ve potasyum ile yer değiştirdikten ve tamamen sarf edildikten sonra sabun köpürür.
• Sert sular ısıtma tekniği bakımından da uygun değildir. Bilhassa sıcak su tesisatı, buhar kazanları gibi tertibata ait borularda kısa sürede kireçtaşı bağlamasıyla kesitlerin daralmasına neden olur.
• Sert suların kullanıldığı dokuma sanayiinde boyaların dokular içerisine tam olarak nüfuz etmesi güçleşir.
• Sert sular mutfak işleri içinde elverişli değildir.
• Sertlik giderme metodları içinde en çok kullanılan yöntem iyon değiştirme yöntemidir.

Su Nasıl Yumuşatılır ?

Reçineli Su Yumuşatma Üniteleri

Su eğer 10 Fr üzerinde sertlikte ise mutlaka yumuşatılması gereklidir. Suyu yumuşatmanın en pratik yolu iyon değiştirici reçine kullanmaktır. İyon değiştirici reçineli sistemler genelde sodyum iyonları ile sertlik iyonlarını yer değiştirterek çalışırlar. Proses esnasında su reçine tanecikleri arasından süzülerek geçer. Reçine tanecikleri üzerindeki elektrik yükü sodyum iyonlarını reçine taneciği üzerinde tutar. Ancak, reçine taneciklerinin aynı zamanda sertlik minerallerini tutma kabiliyeti de vardır. Reçine taneciklerinin sertlik minerallerini tutma kabiliyeti sodyum iyonlarını tutma kabiliyetine göre daha fazladır. Bu şekilde iyon değişimi gerçekleşir. Belli miktarda sert su reçine yatağından geçtikten sonra, reçine tanecikleri tamamıyla, sertlik mineralleriyle kaplanır. Bu durumda sertlik minerallerinin tutulması son bulur. Sertlik iyonlarının tekrar sudan tutulabilmesi için reçine taneciklerinin sertlik minerallerinden kurtarılarak tekrar sodyum taneciklerinin bağlanması gereklidir. Bu işleme ‘rejenerasyon' adı verilir. Rejenerasyon esnasında tuzlu su reçine tankına verilir ve reçine sodyuma doyurulur. Reçine tankında biriken yüksek konsantrasyondaki sodyum iyonları sertlik iyonlarını reçine taneciklerinden ayırır. Reçine daha sonra temiz su ile durulanarak, fazla tuz ve sertlik mineralleri tanktan atılır. Reçine tankı tekrar sertlik iyonlarını tutmaya hazır durumdadır.

Aktif Karbon Yöntemi

Aktif karbonun yaygın uygulama alanı, suyun içinde mevcut organik madde, renk, koku, tat ve klor giderimidir. Ancak burada, söz konusu olan sadece fiziksel bir süzme işlemi değildir. Aktif karbon sistemler, fiziko-kimyasal arıtma yapan sistemlerdir ve suyun arıtılması esnasında adsorpsiyon mekanizması işlemektedir. Aktif karbon kömürümsü ancak çok geniş yüzey alanına (1000-1500 m2/gr) sahip bir malzemedir. Organik kirliliğin olduğu sularda ve klor giderme amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır.

Aktif karbon ile ilgili dikkat edilmesi gereken bir konu, bakteri üremesi için uygun ortam oluşturabilmesidir. Çünkü, aktif karbon organik maddeyi tutar ve eğer suda bakteri varsa, bakteri bu organik maddeyi besin olarak kullanarak üreyebilir. Bu gibi durumlarda bakteri kaçağı oluşumu mümkündür. Bu sebeple aktif karbonun öncesinde ve sonrasında suyun dezenfekte edilmesi önemlidir.

Aktif karbon sistemlerin dizaynında, ünite tankı içindeki yatak hızının klor giderimi için 25 mt/saat'i organik madde giderimi içinse, 6 mt/saat'i aşmaması gerekir. Bu hızı aşan durumlarda ünite verimli çalışmayacaktır.

Ters Ozmoz Yöntemi

Ters ozmoz, suyun içindeki istenmeyen tüm mineralleri sudan ayıran ve saf su ve içme suyu teminine yönelik olarak kullanılan membran filtrasyon prosesinin adıdır. Bu sistemler çapraz akışlı olarak çalışırlar. Bilinen anlamda filtrasyon prosesi değildir. Çünkü membran üzerinde suyun geçişine izin veren gözenekler son derece ufaktır. (Yaklaşık 1 mm'nin 2.000.000'da biri delik çapı). Böyle ufak bir gözenekten sadece su molekülleri ve bazı çok ufak inorganik moleküller geçebilmektedir. Diğer moleküller ise konsantre su fazında sistemden dışarı atılır

Yumuşatma Ünitelerinde Rejenerasyon Kontrolü

Genelde iki tip kontrol mekanizması vardır. Miktar (Debi) Kontrollü: Kontrol grubu bir su sayacına bağlıdır. Reçinenin yumuşatabileceği kadar su miktarı kontrol grubuna tanımlanır. Tank içinden belirlenen miktarda su geçtiğinde cihaz rejenerasyona geçmek üzere sinyal alır. Genelde iki depo arası sistemlerde kullanılır Zaman kontrollü: Kontrol grubu üzerindeki zaman saati vasıtası ile rejenerasyon kontrolü yapılır. Tank içinde iki rejenerasyon arası zaman aralığında yumuşatılacak su miktarına yeterli olacak kadar reçine bulunmalıdır.

Su Yumuşatma Cihazları

Filtrasyon sistemleri

Suyu tortu ve klordan arındıran, renk, tat ve koku giderimi yapan ön filtrasyon sistemleridir. Bu sistemler aynı zamanda kendilerinden sonra gelen su arıtma sistemlerini de koruyucu özelliğe sahiptir.

Su içinde sertliğe neden olan kalsiyum ve magnezyum iyonları bulunur. Su yumuşatma sistemleri, su içerisinde sertliğe neden olan iyonları tutarak yumuşak su elde edilmesini sağlayan, en yaygın su arıtma yöntemlerinden biridir.

Reverse Osmosis (Ters Ozmoz) su arıtma sisteminde su; delikleri ancak elektron mikroskobu ile görülebilen reverse osmosis membranından yüksek basınçla geçirilerek arıtılır. Reverse osmosis, organik bileşiklerin çoğunu ve tüm iyonları yüzde 99'a varan oranlarda sudan uzaklaştırır.

Reverse Osmosis Su Arıtma Cihazı

Reverse osmosis su arıtma cihazı, sudaki tüm iyonları, bakteri ve virüsleri %99'a varan oranlarda arıtır, içme suyunu evinizden ulaşılabilir hale getirir.

BUHAR KAZANLARINDA ENERJİ VERİMLİLİĞİ

Kazan verimin artırılması gerekir.Buna bağlı olarak:

•Hava fazlalığı
• Baca gazı sıcaklığı
• Brülör ve yakıt cinsi
• Yakıtın nem içeriği
• Yanma verimi
• Blöf miktarı
• Besi suyu ve yakma havası

Gibi faktörlerin kontrol edilmesi gerekiyor.

KAZANLARDA ENERJİ VERİMLİLİĞİ

Kazanlarda enerji verimliliği, yanmanın mükemmelliğine ve yanma sonucu açığa çıkan ısı enerjisinin kazan içindeki akışkana transfer oranına, baca gazı emisyonları ise yine yanmanın kalitesine, ocak ve brülör tasarımına, ayrıca kullanılan yakıt içerisindeki kirleticilere bağlı olmaktadır. Bu nedenle, işletme döneminde, kazanlarda termik verimin sürekli olarak yüksek tutulabilmesi ve emisyonların kontrol edilebilmesi için "baca gazı analizörleri" yardımıyla, baca gazı bileşenlerinin sürekli veya periyodik olarak izlenmesi ve yanmaya etki eden parametrelere zamanında müdahele edilmesi, ayrıca brülörlerin duruş duruş zamanlarında kazanların neden olduğu iç soğuma kayıplarının minimize edilmesi önemli olmaktadır. Aşağıda kazanların verimli işletilebilmesini teminen, baca gazı analizlerinin irdelenerek brülörlerde alınması gereken önlemler, kazanlarda iç soğumaya neden olan faktörler ile yakıt ve yakıcılardan kaynaklanan emisyonlar konusunda somut baca gazı analiz örneklerinden de yararlanılarak anlatılmıştır.

BACA GAZI BİLEŞENLERİ, EMİSYONLAR

Oksijen (O2)

Yakıt cinsine ve hava fazlalık katsayısına bağlı olarak, karbonmonoksit oluşumuna neden olmayacak şekilde, baca gazları içerisinde oksijen oranının mümkün olduğunca düşük olması istenmektedir. Doğalgazda %2-3, sıvı yakıtta %3-4, katıyakıtta %5-6 oksijen oranı baca gazı analizleri için ideal değerler olarak kabul edilmektedir.

Karbondioksit (CO2)

Yakıt cinsine bağlı olarak karbondioksitin baca gazları içerisinde yüksek oranda bulunması tercih nedeni olmaktadır. Doğalgazda %11, sıvı yakıtta %14, katı yakıtta %14 karbondioksit değerleri, baca gazı analizleri için uygun mertebeler olarak söylenebilmektedir. Konumuzla direkt ilgili olmamakla birlikte, iyi bir yanmanın doğal sonucu olarak baca gazlarında yüksek oranda arzu edilen karbondioksit atmosferde neden olduğu sera etkisiyle son yıllarda emisyon kabul edilmektedir. Burada çözüm, düşük karbon oranlı, yüksek hidrojen ihtiva eden yakıtların yaygınlaşması ve fosil yakıt kullanımının zaman içerisinde sınırlandırılmasıyla mümkün görülmektedir.

Karbonmonoksit (CO)

Neden olduğu enerji kaybı ve islilik sonucu kirlenme nedeniyle karbonmonoksit, baca gazları içerisindearzu edilmemekte ve emisyon kabul edilmektedir. Yakıta verilen oksijen artırılarak, eksik yanmatamamlanmak suretiyle karbonmonoksit mutlaka karbondioksite dönüştürülmelidir. Baca gazıanalizlerinde karbonmonoksit miktarı 100 ppm değerine kadar normal kabul edilebilmektedir.

Kükürtdioksit (SO2)

Yakıt içerisindeki kükürtün yanmasıyla ortaya çıkan kükürtdioksit, çevre için tehlikeli emisyonların başında kabul edilmektedir. Brülör ve kazanda alınacak önlemlerle ilgisi olmayan bu gaz, ancak düşük kükürtlü yakıtlarla baca gazlarında azaltılabilmektedir. Doğalgaz kullanımında, baca gazında "0" olan kükürtdioksit değeri, %0,5 kükürt ihtivaeden ithal kömür kullanıldığında, baca gazlarında 150-200 ppm değerlerinde olabilmektedir. Kükürtdioksitin,baca gazlarında, düşük sıcaklıklarda, su buharı ile birleşerek sülfirik asite dönüştüğü ve kazanlarda tahribatlara neden olduğu bilinmektedir.

Azotoksitler (NOx)

Yakıt cinsine bağlı olarak, ocağa verilen havanın fazlalık katsayısı ile ocak dizaynından kaynaklanan nedenlerle oluşan azotoksitler, çevre açısından emisyon kabul edilmektedir. Yakıt hava ayarının elverdiği oran dışında azotoksitlere müdahale imkanı bulunmamakta, kazan alımı sırasında dikkate alınması gereken bir parametre olarak değerlendirilmektedir. Günümüzde yeni yeni tartışılmakta olan, “Düşük Ocak Yükü (Maksimum 1.3 MW/m³)” , Baca Gazları Resirkülasyon Sistemi” ve “Düşük NOx Brülörleri” azotoksitlerle mücadelede etkin yöntemler olarak kabul edilmektedir.

Baca Gazı Sıcaklığı (T)

Kazanı terk eden baca gazlarının, yakıt cinsine ve içerisindeki kükürt oranına bağlı olarak, mümkün mertebe düşük sıcaklıkta olması istenmektedir. Gereğinden fazla yakıt debisi, yetersiz kazan ısıtma yüzeyi ile duman borularındaki kirlilik, yüksek baca gazı sıcaklığına neden olmaktadır. Burada dikkat edilmesi gereken önemli husus, baca gazı analizlerinin kazan anma gücüne uygun yakıt debisinde yapılmasıdır. Zira, düşük kazan kapasitelerinde baca gazı sıcaklığının da düşük çıkması beklenen bir durum olmaktadır. Yüksek baca gazı sıcaklığı verim kaybı demektir. Baca gazı sıcaklıklarında düşülebilecek minimum değerler, baca gazlarının yoğuşma (çiğlenme) sıcaklığı, ayrıca yakıttaki kükürt (S) dolayısıyla baca gazındaki kükürt dioksit (SO2) ile ilgilidir. Baca gazları içerisindeki kükürt dioksit (SO2),subuharı (H2O) ile düşük sıcaklıklarda reaksiyona girerek sülfirik asit (H2SO4) oluşturmakta, bunun sonucu olarak da kazanlarda korozyonla istenmeyen tahribatlar meydana gelmektedir. Bu nedenle, içerisinde yoğuşmaya izin verilmeyen normal çelik kazanlarda, doğalgaz kullanımında 130-150 °C, katı ve sıvı yakıt kullanımında 130-175 °C baca gazı sıcaklıkları uygun değerler olarak kabul edilebilmektedir. Yüksek baca gazı sıcaklıklarında brülör ve kazana mutlaka müdahale edilmeli, kısmen kapasite düşürülerek veya kazan borularına türbülatörler ilave edilerek, baca gazı sıcaklığı düşürülmelidir. Her 20 °C baca gazı sıcaklık düşümü, verimde %1 artışa neden olmaktadır.

Su Buharı (H2O), Kondenzasyon

Hidrojen kökenli yakıtlarda yanma sonucu oluşan baca gazı bileşenlerinden birinin de su buharı (H2O) olduğu ifade edilmişti. Doğalgaz gibi hidrojen (H2) kökenli yakıtların kullanılmasında iki husus önem kazanmaktadır. Bunlardan birincisi, baca gazları içinde atılan su buharının bacada yoğuşması sonucu yaptığı çöküntü ve tahribatların neden olduğu kazalar ( örnek olarak 20 000 Kcal/h kapasiteli bir kombi tam kapasitede 4.0 kg/h su buharı üretmektedir ), ikincisi ise alt ve üst ısıl değerler arasındaki kullanılmayan farkın normal çelik kazanlarda yarattığı enerji kaybı olmaktadır. Alt ısıl değer baz alındığında, yakıt olarak, metan (CH4) kökenli doğalgazda bu fark %11, hidrojende %18.5 mertebelerinde olmaktadır. Yeni teknoloji ürünü kondenzasyonlu (yoğuşmalı) doğalgaz kazanlarında ise kazan içinde veya kazana entegre yoğuşturucuda, baca gazlarında bulunan su buharının yoğuşmasına izin verilmekte ve bu maksatla sistem dönüş suyu yoğuşturucudan geçirilerek, doğalgaz için baca gazı çiğlenme sıcaklığı olan 55 ºC ‘ye kadar baca gazı sıcaklıkları düşürülmekte, soğuyan baca gazının ısısına ek olarak, yoğuşan suyun gizli ısısı da kazan içindeki akışkana transfer edilmekte, yoğuşan su miktarına bağlı olarak normal kazanlara oranla %10-15 verim artışı sağlanabilmektedir. Alt ısıl değer esas alındığında yoğuşmalı kazan verimleri günümüzde %100’den büyük ifadelerle anılmaktadır. Ancak üst ısıl değere göre söz konusu verim her zaman %100’den küçüktür.

YANMA VERİMİ, KAZAN VERİMİ

Baca gazı analizörü tarafından, baca gazlarında ölçülen, oksijen, karbondioksit, karbon monoksit, baca gazı sıcaklığı ve ortam sıcaklığı gibi parametreler değerlendirilerek, yanma verimi (ηy) otomatik olarak hesaplanabilmektedir. İşletmeci tarafından yanma verimi üzerinde yorum yapılırken, sonuca etki eden faktörler kolayca görülebilmektedir. Yanma veriminden yola çıkarak, kazan veriminden (ηk) söz ederken, kazan radyasyon kayıpları, külde yanmamış karbon kayıpları gibi ölçülmeyen değerler için yakıt cinsine ve kazan kapasitesine bağlı olarak, yanma veriminden belirli bir oranda azaltma yapmak gerekmektedir. TS.4041 ’de kazan radyasyon kayıpları, kapasite ve yakıt cinsine bağlı olarak %0.7-3.0 arasında verilmektedir. Baca gazında is ve kurum ile küldeki yanmamış karbon (C) dikkate alındığında, yaklaşık kazan verimini belirlerken yanma veriminden radyasyon ve kül kayıpları olarak düşülmesi gereken miktar, yaklaşık olarak, doğalgazda %1, fuel-oilde %2-3, kömürde ise %4-5 olarak kabul edilmektedir. Ancak, belirtilen yöntemle, baca gazı analizörü kullanılarak kazan verimlerinin tespiti, işletmede yanmanın optimizasyonu ile verimin yüksek tutularak enerji ekonomisi sağlanmasına yönelik olmalı, söz konusu yöntem kazan verim ve kapasite değerlerinin tescilinde kullanılmamalıdır.

KAZAN KAPASİTESİ

İşletmede baca gazı analizörü yardımıyla kazan veriminin (ηkyaklaşık olarak tespitini takiben yine yaklaşık olarak kazan kapasitesinin belirlenmesi de mümkün olabilmektedir. Bunun için rejim haline getirilmiş kazanda, birim zamanda kullanılan yakıt miktarının doğru olarak tespiti gerekmektedir. Kazan kapasite formülünü hatırlarsak

Qk=BxHuxΔk [3] Qk = Kazan Kapasitesi ( Kcal/h )
B = Yakıt Debisi ( Kg/h, Nm³/h )
Hu = Yakıt Alt Isıl Değeri ( Kcal/kg, Kcal/Nm³)
ηk = Kazan Verimi ( % )

Rejim haline getirilmiş kazanda doğalgaz yakıt debisinin tespiti kolay olup, doğalgaz sayacından okunan değeri, sayaçtan geçen gazın basıncına göre Nm³/h olarak düzeltmek gerekir. Sıvı yakıtta ise yakıt debisinin tayini sayaç kullanılmıyorsa güçtür. Ancak istenildiği takdirde, hacimsel debi takip edilerek kütlesel debi hesaplanabilir. Katı yakıtlı sistemlerde ise rejim haline getirilmiş kazana katı yakıtın tartılarak beslenmesi gerekir. Mümkün mertebe sağlıklı bir kapasite ve verim tespiti yapılmak isteniyorsa, çıkan kül ve baca filtresinde (mevcutsa) biriken kurum miktarının tartılarak belirlenmesi, ayrıca katı yakıt ve kül+kurum karışımının alt ısıl değerlerinin uzman bir laboratuvarda tespiti gereklidir. Yoğuşmalı kazanlarda ise duyulur ısıdan kaynaklanan verim ve kapasitenin analizör yardımıyla tespitinden sonra, test sırasında birim zamanda yoğuşturucuda biriken su miktarı tartılıp kazana transfer edilen gizli ısı miktarı bulunarak (gizli ısı, 550 Kcal/kg-su üzerinden hesaplanabilir) duyulur ısı miktarına eklenmek suretiyle toplam ısı kapasitesi bulunabilir. Toplam ısı kapasitesinin yakılan yakıt miktarı ve alt ısıl değerinin çarpımına bölünmesiyle yoğuşmalı kazanın toplam verimi belirlenebilir. Alt ısıl değere göre hesaplanan bu verim değeri %100 ‘den büyük olabilir.

YAKMA YÖNETİM SİSTEMLERİ

Yakıt tüketimin büyük değerlere ulaştığı büyük kapasiteli kazanlarda, verimin kontrolü daha büyük önem arz etmekte ve bu iş için tam otomatik mikro modülasyonlu yakma yönetim ve oksijen trim kontrol sistemleri geliştirilmiş bulunmaktadır. Söz konusu sistem ile baca analizleri sürekli ve otomatik olarak yapılmakta, (O2), (CO2), (CO) ve baca gazı sıcaklığı gibi baca gazı parametreleri ile yanma verimi sürekli izlenmekte, yakıt karakterinde ve atmosferik şartlarda olabilecek değişikliklerin önceden ayarlanmış parametrelere etkisi sistemin yakıt/hava ayarına otomatik müdahalesi ile önlenebilmekte, gerektiğinde frekans konvertörlü brülör fanları ile eşgüdümlü çalışarak fan enerji tüketiminden tasarruf sağlanmakta, hassas ve oransal kontrol ile tam yanma sonucu sistem verimi yükseltilmekte ve yakıt tasarrufu sağlanmakta, ayrıca, sistem otomatik kalibrasyon ve hata tespitine imkan vermekte ve bina otomasyon sistemlerine de entegre edilebilmektedir.

İÇ SOĞUMA KAYIPLARI

Günümüzde kazan verimleri yıllık verim ifadesiyle anılmaktadır. Bu değer, kazanların bir işletme sezonu içerisinde, çalışma ve bekleme zamanlarının toplamında, ortalama olarak gerçekleştirdiği bir verim ifadesi olmaktadır. Brülörlerin çalışma sürecinde ortaya koyduğu verim, bekleme zamanlarında kazan iç soğuma kayıplarının etkisiyle, yıllık ortalamada daha küçük bir değer olarak karşımıza çıkmaktadır. Yıllık verimi, brülörlerin işletmede kalma süresinin büyüklüğü olumlu, kazan ve brülör niteliğinden kaynaklanan hava kaçakları ise olumsuz etkilemektedir.

Buhar Kazanı yazısına buradan ulaşabilirsiniz.

Bir önceki yazımız olan Besleme Suyunun Hazırlanışı başlıklı makalemizi de okumanızı öneririz.