3.1. Dünyada Enerji
Birleşmiş Milletler 2015 dünya nüfus tahminleri raporuna göre dünya nüfusunun 2015 yılında 7,3 milyar iken, Afrika, Hindistan, Güneydoğu Asya ve Orta Doğu’daki yoğunluğun artmasıyla birlikte 2040 yılında 9,2 milyara ulaşacağı tahmin edilmektedir. Uluslararası Enerji Ajansının (UEA) dünya enerji görünümü 2015 raporuna göre, 2020’lerin ortasında Hindistan nüfusunun dünyanın en büyük nüfuslu ülkesi olan Çin’i dahi geçeceği öngörülmektedir. Ekonomik faaliyet modeli ile demografik değişimlerin düzeyinin de gelecek enerji trendlerinin önemli belirleyicileri olacağı düşünülmektedir. Birleşmiş Milletler dünya ekonomik durumu ve beklentileri 2016 raporuna göre, 2014 yılında önceki yıla göre % 2,6 artan dünya GSYİH’nın (Gayri Safi Yurt İçi Hasıla) 2013 - 2040 yılları arasında yıllık ortalama % 3,5 oranında artacağı tahmin edilmektedir. Bu da, Dünya GSYİH’nin halihazırdaki büyüklüğünün iki buçuk katına ulaşacağı anlamına gelmektedir.
Yakıt türleri itibarıyla 2013 yılında dünya birincil enerji talebinin %81’i petrol, doğal gaz ve kömürden karşılanmış olup, tüm senaryolara göre 2040 yılında baskın enerji kaynağı yine fosil yakıtlar olacaktır [22].
3.1.1. Dünya enerji rezervleri
Birçok açıdan oldukça önemli birincil enerji kaynağı olan doğal gaz ve petrol rezervlerinin dünya üzerindeki bölgesel dağılımı aşağıdaki tabloda verilmektedir.
Çizelge 3.1. 2014 Yılı itibarıyla dünya üzerindeki petrol ve doğal gaz rezervlerinin bölgesel dağılımı
Ham petrol rezervlerinin dünya üzerindeki bölgesel dağılımına bakıldığında; dünya ham petrol rezerv toplamının 2014 yılı itibarıyla 1.700 milyar varil olduğu, bu rezervlerin % 47,7’sinin Orta Doğu, %19,4’ünün Orta ve Güney Amerika, %13,7’sinin Kuzey Amerika, %9,1’inin Avrupa ve Avrasya, %7,6’sının Afrika ve %2,5’inin Asya Pasifik bölgesinde bulunduğu; Orta ve Güney Amerika bölgesinde %17,5 pay ile Venezuela; Orta Doğu bölgesinde %15,7, %9,3 ve %8,8 pay ile sırasıyla Suudi Arabistan, İran ve Irak; Kuzey Amerika bölgesinde %10,2 pay ile Kanada’nın dünyanın en büyük ispatlanmış ham petrol rezervlerine sahip ülkeler olduğu görülmektedir. 2014 yılındaki üretim hızları ile devam edildiği varsayımı ile 52 yıllık petrol ve 54 yıllık doğal gaz rezervi bulunmaktadır.
Petrol Rezervleri Doğal Gaz Rezervleri Milyar Varil Toplamdaki Payı (%) Trilyon m³ Toplamdaki Payı (%) Kuzey Amerika 23 2, 5 13,7 12,1 6,5 ABD 48,5 2,9 9,8 5,2 Kanada 17 2, 9 10,2 2,0 1,1 Meksika 11,1 0,7 0,3 0,2 Orta ve Güney Amerika 33 0, 2 19,4 7,7 4,1 Venezuela 29 8, 3 17,5 5,6 3,0 Diğer Ülkeler 31,9 1,9 2,1 1,1 Avrupa ve Avrasya 15 4, 7 9,1 58,0 31,0 Rusya 10 3, 2 6,1 32,6 17,4 Kazakistan 30,0 1,8 1,5 0,8 Türkmenistan 0,6 0,0 17,5 9,3 Diğer Ülkeler 20,9 1,2 6,4 3,5 Orta Doğu 81 0, 7 47,7 79,8 42,7 Suudi Arabistan 2 6 7, 0 15,7 8,2 4,4 İran 1 5 7, 8 9,3 34,0 18,2 Irak 1 5 0, 0 8,8 3,6 1,9 Kuveyt 1 0 1, 5 6,0 1,8 1,0 Katar 25,7 1,5 24,5 13,1 Diğer Ülkeler 1 0 8, 7 6,4 7,7 4,1 Afrika 12 9, 2 7,6 14,2 7,6 Asya Pasifik 42,7 2,5 15,3 8,2 Çin 18,5 1,1 3,5 1,8 Hindistan 5,7 0,3 1,4 0,8 Diğer Ülkeler 18,5 1,1 10,4 5,6 Dünya 1.7 00, 1 100,0 1 8 7, 1 100,0
Doğal gaz rezervlerinin dünya üzerindeki bölgesel dağılımına bakıldığında ise; toplam 187,1 trilyon m3 olan dünya doğal gaz rezervlerinin %42,7’sinin Orta Doğu bölgesinde; %31’inin ise Avrupa ve Avrasya bölgesinde bulunduğu ve ülkeler bazında ele alındığında %18,2 ile İran’ın dünyanın en büyük doğal gazrezervlerine sahip olduğu, bu ülkeyi %17,4 ile Rusya Federasyonu, %13,1 ile Katar ve %9,3 ile Türkmenistan’ın takip ettiği görülmektedir [22].
3.2. Türkiye’de Enerji
Ülkemizin enerji talebi son yıllarda artış trendine girmiş olup, gelecekte de bu artışın devam etmesi beklenmektedir. Artan enerji talebinin bilinen kısıtlı yerli kaynaklarla karşılanmasının mümkün olmadığı görülmektedir.
2014 yılında 125,3 mtpe olan ülkemizin birincil enerji talebinin 2023 yılı itibarıyla 218 mtpe’ye ulaşması beklenmektedir. Halihazırda birincil enerji talebinin %35’i doğal gazdan, %28,5’u kömürden,%27’si petrolden, %7’si hidroelektirk santrallerinden, %2,5’u da diğer yenilenebilir enerji kaynaklarından sağlanmaktadır. Diğer taraftan tüketilen doğal gazın yaklaşık %99’u ve petrolün %89 ithal edilmektedir.
Türkiye yenilenebilir enerji kaynaklarının enerji talebi içindeki payını yükselterek ve nükleer enerjiden faydalanarak; enerjide kaynak bağımlılığını azaltama, yerli kaynak kullanımını maksimize etme ve iklim değişikliğiyle mücadele etme yönünde gayretlerini sürdürmektedir [22].
3.2.1. Türkiye’de enerji rezervleri
Son yıllarda denizlerimizdeki hidrokarbon arama çalışmalarına giderek artan ölçüde ivme kazandırılmıştır. Bu arada, hem doğal gazın önem kazanması hem de yeni kavramlarla birlikte yeni teknolojilerin geliştirilmesi ve uygulanmasıyla sığ ve derin hedefli doğal gaz arama projelerine önem verilmiştir.
Diğer taraftan, tüm dünyada doğal gaz piyasası dinamiklerini yeniden şekillendiren kaya gazının (shale gas) Türkiye’de aranmasına ve üretimine yönelik çalışmaların Güneydoğu
Anadolu Bölgesinde gerçekleştirilmesi planlanmaktadır.
Ülkemizin 2014 yılı sonu itibarıyla birincil enerji kaynakları rezervleri Çizelge 3.2’de yer almaktadır.
Çizelge 3.2. Türkiye birincil enerji kaynak rezerv miktarları
3.2.2. Türkiye’de enerji üretimi
Ülkemizin 2002-2013 yılları arasındaki dönemde petrol, doğal gaz, kömür ve diğer (hidrolik, jeotermal, rüzgar, güneş, odun, organik artıklar ve biyoyakıt) yakıtlar ile birlikte toplam birincil enerji kaynakları üretim miktarlarını gösteren tablo aşağıda yer almaktadır.
Görünü r
Muhtemel Mümkün Toplam Taşkömürü (milyon ton) 51
7, 5 425 ,0 368, 4 1,310, 5 Linyit (milyon ton)
Elbistan 4,8 45, 5 4,845, 5 Diğer 9. 1 4 6 768 ,9 4,5 9,919, 4 Toplam 13,9 91,5 768 ,9 4,5 14,764 ,9
Asfaltit (milyon ton) 82 82
Bitümler (milyon ton) 1,6 41, 4 1,641, 4 Hidrolik GWh/Yıl 59,2 45,8 59,245 ,8 MW/Yıl 22,7 48,9 22,748 ,9 Ham Petrol (milyon
varil) 7. 12 3 7,12 3
Doğal Gaz (milyar m³) 24,4 24,4
Nükleer Kaynaklar (ton)
Tabii Uranyum 9. 1 0 0 9,10 0 Toryum 380,0 00,0 380,000 ,0
Çizelge 3.3. Türkiye birincil enerji kaynak üretimi
3.2.3. Türkiye’de enerji tüketimi
Yıllar itibarıyla talebin artış göstermesindeki en önemli faktörler şehirleşme ve şehirlerde yaygınlaşan doğal gaz kullanımıdır. Ayrıca, sanayide 2002 yılından itibaren kullanılan sistemlerin doğal gaz dönüşümü ile ciddi bir artış göstermiştir.
Petrol tüketimi ise 2001 yılından 2008 yılına kadar olan dönemde birincil enerji kaynakları tüketiminde birinci sırada yer alırken bu yıldan itibaren yerini doğal gaza bırakarak en çok tüketilen ikinci enerji kaynağı konumuna gelmiştir. Ülkemiz birincil enerji kaynakları tüketiminde kömür üçüncü sırada yer almakta olup, kömürü sırasıyla yenilenebilir enerji kaynakları ve hidroelektrik takip etmektedir.
Türkiye toplam enerji tüketiminin yaklaşık %90’ı petrol, doğal gaz ve kömür olmak üzere fosil yakıtlardan sağlanmakta olup, bu yakıtların arzı büyük ölçüde ithalata dayanmaktadır [22].
Yıll ar
Petrol
(bin ton) Doğal Gaz (milyon m3) Kömü r (bin ton) Toplam (bin ton petrol
eşdeğeri) 200 2 2,442 37 8 53,98 , 24,26 8 200 3 2,375 56 1 48,56 , 23,79 6 200 4 2,276 70 8 46,37 , 24,32 9 200 5 2,281 89 7 60,76 6 24,55 0 200 6 2,176 90 7 64,25 5 26,58 0 200 7 2,134 89 3 75,36 27,45 5 200 8 2,160 1.0 17 79,40 2 29,20 9 200 9 2,237 68 5 79,49 8 30,32 8 201 0 2,544 68 2 73,39 9 32,49 3 201 1 2,433 79 0 75,97 8 32,22 9 201 2 2,324 63 2 71,46 1 31,96 4 2013 2,367 537 60,392 31,944
Şekil 3.1. 2014 Yılı doğal gaz tüketiminin sektörel yüzde dağılımı
2015 yılında 37,84 milyar ABD doları olarak gerçekleşen toplam enerji ithalatı, 54,89 milyar ABD doları olan 2014 yılı gerçekleşme rakamıyla kıyaslandığında %45’lik bir azalma meydana gelmiştir. Enerji tüketim miktarında büyük bir değişim yaşanmadığı göz önünde bulundurulursa, Ülkemizin ithalat faturasının azalmasında birincil etken petrol fiyatlarındaki düşüştür.
3.3. Yakma Sistemleri
3.3.1. Yakıtlar ve yanma
Yakıtlar
Yakıldıkları zaman, ortama kullanılabilir miktarda ısı veren maddelere, yakıt denir. Fiziksel durumlarına göre;
Katı yakıtlar Sıvı yakıtlar
Gaz yakıtlar olarak sınıflandırılır.
En çok kullanılan yakıtlar temelde hirojen ve karbondan oluşur. Bu yakıtlara hidrokarbon yakıtlar yakıtlar adı verilir ve genel formülü ile belirtilir [17].
Katı yakıtlar
ağaçların ve çalılıkların üst üste devrilerek bir yığın meydana getirmesi ve bu yığına serbest oksijen ulaşımının engellenmesi ile oluşmuştur. Bu yolla odun ve bitkisel maddeler değişime uğrayarak once kahverengi kömür ve linyite, daha sonra da alt bitümlü (yarı yağlı), bitümlü (yağlı) kömüre ve nihayet antrasite dönüşür [19].
Kömürü meydana getiren bileşenler pratikte çabuk analiz ve elemansel analiz yöntemi ile tespit edilebilir. Çabuk analiz yönteminde nem, uçucu madde,sabit karbon ve kül tespiti yapılır. Bu yöntem ASTM D 3176 ile standart hale getirilmiştir.
Elemansel analiz yönteminde nem, karbon, hidrojen, kükürt, azot, oksijen ve kül miktarı tespiti yapılır, bu yöntem de ASTM D3176 ile standardize edilmiştir [19]. Antrasit yoğun, sert, parlak siyah renkte yavaş yanan kömür çeşididir.
Yağlı kömürler daha fazla uçucu madde içerdiklerinden kolay yanarlar ve yüksek ısıl değere sahiptirler.
Yarı yağlı kömürler kızılımsı siyah ve siyah renkte, %15-30 a varabilen yüksek oranda nem içeren kömür türüdür.
Linyitler kahverengi yapıda, ısıl değeri düşük bir kömür türüdür. Ayrıca odun talaşı, odun ve çeşitleri katı yakıtlara örnektir [19].
Sıvı yakıtlar
Buhar Üretimi amacı ile en yaygın kullanılan sıvı yakıt, yakıt yağı (fuel oil) dir. Yakıt yağları terimi petrol ürünlerinin geniş aralığını kapsar. TS 2177 standart olarak yakıt yağlarının sınıflandırılmasını düzenlemektedir [19].
Yakıt yağları yoğunluk ve vizkositelerine gore 1 den 6 numaraya kadar harflendirilmiştir. 1 ve 2 numara olarak bilinen yakıtlar gazyağı ve motorindir. 3 ve 4 numaralı yakıtlar kalorifer yakıtı olarak bilinir. 5 ve 6 numaralı yakıtlar ise sanayi yakıtı olup ağır fuel oil olarak bilinirler.
1 numara en hafif, 6 numara ise en ağır yakıt yağıdır. Yakıt yağları yakıcıda, iyi bir atomizasyon sağlamak için, ısıtılarak vizkositeleri düşürülür. Parlama Noktaları No.1 ve 2 için 38 C derece, No.3,4,5 ve 6 için 55 C derece olarak öngörülmektedir [20].
Isıtıcı cidarlarındaki sıcaklıkların 120-130 C derece değerinin altına düştüğü kazanlarda yakıt olarak fuel oil kullanmak doğru değildir çünkü %2-3 oranında kükürt içeren fuel oil yakıldığında asit buharlarının yoğuşma sıcaklığı bu derecelerdir. Baca gazı korozyona sebep olacak, sisteme zarar verecektir.
Gaz yakıtlar
Hava gazı, su gazı gibi yapay olanları ile ham petrolün damıtılmasından üretilen sıvılaştırılmış petrol gazı (LPG) ve doğalgaz gibi çeşitleri vardır. Ticari kullanım için en önemli gaz yakıt doğalgaz dır.
Doğalgaz genel olarak Metan ( , Etan ( , Propan ( gibi hidrokarbonlarla, karbondioksit ( , Azot ( , Hidrojensülfür ( , Helyum (He) gazlarının karışımından oluşan renksiz kokusuz bir gazdır.
Ticari kullanıma sunulan doğalgaz %80-95 metan, %5-19 etan, propan ve azottan oluşur. Doğalgaz mavi bir alevle yanar ve havayla %5-15 oranında karıştığında patlayıcı özelliği vardır. Bu nedenle kullanıma sunulan doğalgaz yapay olarak kokulandırılmaktadır. Ayrıca havadan hafif olduğundan üst tarafta tavana veya çatıya yakın yerlerde birikir.
Doğalgaz da hava kirliliğine yol açan kükürt yok sayılabilir, ayrıca kül ve nemde içermez. Doğalgaz da parçacık olmadığı için ısı geçiş yüzeyleri kirlenmez.
Doğalgazın karbon yüzdesi kömür (%78) ve Fuel oil (%86) den daha azdır. Karbon oranının artması alev rengini kırmızı yapar ve parlak kırmızı alevde ışınımla (radyasyonla) ısı geçişinin fazla olmasına neden olur.
Doğalgaz kükürt içermediğinden baca gazlarının yoğunlaşma sıcaklığı düşüktüri çiğ noktası 60°C derece gibi düşük bir seviyede olduğundan baca kayıpları azaltılabilir.
Sıvılaştırılmış petrol gazı (LPG), ham petrolün damıtılması sırasında elde edilen Bütan, Propan, İzobütan, Propilen ve Butilen gazlarının belirli oranlarda karıştırılması ile elde edilir. Renksiz, kokusuz ve havadan ağır bir maddedir. Tesisat kaçaklarının fark edilmesi için rafinerilerde kokulandırılır [20].
Yanma
Yanma, yakıt içerisindeki yanabilir elemanların havanın oksijeni ile hızlı kimyasal birleşmeleri olayı şeklinde tarif edilebilir. Yakıt içerisinde ki temel yanabilir elemanlar karbon, hidrojen ve bunların bileşikleridir. Yanma işleminde bu yanabilen elemanlar ve bileşikler karbon diokside ve su buharına dönüşürler.
Yakıtların çoğunda az oranda kükürt bulunur. Hernekadar kükürt yanabilen bir madde olarak yakıtın ısıl değerine belirli ölçüde katkıda bulunsa da, bileşiklerinin korozif karakterleri dolayısı ile zararlıdır.
Kazanlarda, yanma için gerekli oksijenin kaynağı havadır. Hava, oksijen, azot, ve az miktarda su buharı, karbondioksit,argon ve diğer elemanların karışımı olmakla beraber yanma olayında hacimsel olarak %21 oksijen, %79 azot olarak Kabul edilir [19].
Çizelge 3.5. Bazı element ve yakıtlar için stokiyometrik (teorik) yanma denklemleri
Bu denklemlerde ayrıca ifade edilen reaksiyon sonunda açığa çıkan ısı enerjisi de belirtilmiştir.
Yakıt isıl değeri ölçümü
Yakıt ısıl değeri 1kg (veya 1Nm3) yakıtın tam yanması sonucunda, yanma ürünleri çevre sıcaklığına getirildiğine gore, üretilen ısı enerjisi olarak ifade edilir. Yakıtın ısıl değeri yakıt cinsine bağlıdır ve yakıtın tam yakılması şartı ile yanma şekline göre değişmez.
Yakıt ısıl değeri genellikle kalorimetrede yanma sırasında otaya çıkan ısının doğrudan ölçülmesi ile belirlenir.katı ve sıvı yakıtlar için çoğunlukla bomba kalorimetresi kullanılır ve yanma sabit hacimde meydana gelir. Gaz yakıt kalorimetreleri ise daha ziyade sürekli akış biçimindedir ve yanma sabit basınçta olur [19].
Alt ve üst isıl değerler
Hidrojen ve nem içeren bütün yakıtlarda yanma ürünleri içinde su buharı bulunur. Yakıtın ısıl değeri bu su buharının buhar fazında mı, yoksa yoğuşmuş olarak sıvı fazında mı bulunduğuna bağlı olarak değişir. Kalorimetre deneylerinde yanma ürünleri başlangıç sıcaklığına kadar soğutulduğundan bütün su buharı yoğuşmuş haldedir. Bu durumda suyun gizli buharlaşma ısısını da içeren yakıtın Üst ısıl değeri ölçülmüş olur. Halbuki buhar kazanlarında olduğu gibi bütün yanma ürünleri gaz fazında ise Alt ısıl değer söz konusudur ve bu değer üst ısıl değerden mevcut su buharının gizli buharlaşma ısısı kadar düşük
olacaktır.
Yanma ürünlerinin tamamının gaz fazında olması halinde tarif edilen bu ısıl değer ile üst ısıl değer arasında,
Şeklinde bir bağıntı vardır. Burada ( ) ( ) üst ısıl değer ve ( ) 1 kg yakıttan oluşan toplam su buharı miktarıdır. 2440 değeri ise suyun 25°C sıcaklıkta ki gizli buharlaşma ısısıdır [19].
Dr. Ing. Friedrich Münzinger alt ve üst ısıl değer hesabını şu şekilde tanımlamıştır.
Şayet 1 kg yakacak, sabit basınç veya sabit hacimde (aradaki fark, kömürde çok küçüktür.) artık bırakmaksızın, kuru havada yanarsa ve yanmadan sonar ortaya çıkan ürünler tekrar normal sıcaklığa veya 0°C ye kadar soğutulursa; yanma ısısı (alt ve üst ısıl değer) meydana gelir.
H2 ve suyu olmayan yakacaklarda, (CO veya saf karbon), yanma ısısı kesin olarak tayin edilir. H2 ve su mevcutsa, yanma ısısı biraz azalır (yararlı).zira yanmada meydana gelen suyun bir kısmı gaz şeklindedir ve bundan dolayı her (kg) buhar şeklinde ki yanma suyu başına takriben 600 kcal olan kendi buharlaşma ısısına tekabül eden miktarı absorbe eder.
Kayıpsız tam yanmada hasıl olan maksimum ısı; yanmada meydana gelen su buharının yanma ürünlerinin soğutulması, tamamen sıvı hale gelmesi ile oluşur. Bu ısıya üst ısıl değer ( denir.
Bütün suyun buhar halinde olduğu yanmada meydana gelen ısı minimum ısı miktarıdır ve alt ısıl değer ( adını alır. Bu iki ısıl değer arasında ki bağlantı şu formülle ifade edilir.
H : (ağırlık bakımından) kömürün içinde ki hidrojen (%)
: Kömürün üst ısıl değeri (Kcal/kg)
: Kömürün alt ısıl değeri (Kcal/kg)
Üst ısıl değer, fiziki olarak mükemmel bir kavramdır.
Üst ısıl değerin kullanılmasında, yanma suyunun buharlaşma ısısı ve higroskopik suyun yanma ısısı kayıp olarak Kabul ediliyor. Alt ısıl değerin kullanılmasında ise bu ısı önceden çıkarılıyor ve bundan dolayı hesabın içinde ortaya çıkmıyor [16].
Hava yakıt oranı (H/Y): Yanmanın gerçekleşmesi için yanma odasına alınan hava ile yakıtın hacimsel ya da kütlesel miktarlarının oranına denir. Genellikle kütlesel oran olarak alınır. H/Y ile gösterilir.
Teorik veya Stokiyometrik Hava/Yakıt Oranı: Bu oran yakıtın tamamen yanması için gerekli olan minimum hava miktarını verir. Buna göre kuruhava için teorik kütlesel hava yakıt oranı aşağıdaki gibi hesaplanır;
Burada birim kg yakıtın yanması için gerekli minimum oksijen ( ) miktarıdır ve 0,232 faktörü ise hava içindeki oksijenin (O2) kütlesel kesridir. Yani 1kg kuru havada 0,232 kg oksijen bulunur
Hava Fazlalık Katsayısı: (HFK), Birim miktardaki yakıt için kullanılacak gerçek hava miktarının, Teorik tam yanma için gerekli minimum hava miktarına oranıdır. λ ile gösterilir. Boyutsuz olduğu için kütle ve molar olabilir.
⁄ ⁄
Fazla Hava Yüzdesi: Teorik tam yanma için gerekli minimum hava miktarına göre gerçek hava miktarının fazlalığı veya azlığı % olarak verilebilir. Bu tip verilişler genellikle mol esasına göredir (%150-1,5 misli gibi).
Fazla Hava Yüzdesi = 100 (λ –1)
Yanma türleri
Teorik Tam Yanma (TTY): Reaksiyona giren yakıt moleküllerinin tamamının yandığı yanma gazları içerisinde sadece CO2 , H2O, SO2 ve N2’nin bulunduğu ve yanmada minimum miktarda O2’nin kullanıldığı yanma şeklidir. Yanmış gazlar içerisinde yanıcı bileşen bulunmamaktadır. Hava fazlalık katsayısı (HFK) = λ = 1.
Tam Yanma (TY): Yakıtın yanması için gerekli hava miktarı TTY da kullanılan hava miktarından fazladır ve yanma gazları içerisinde CO2, H2O, N2, SO2’den başka hava fazlalığı nedeniyle O2’de bulunur. HFK=λ > 1’dir.
Eksik Yanma (EY): Yetersiz hava kullanılması nedeniyle yanma ürünleri içerisinde CO2 , H2, CO2, H2O, SO2, N2 ‘nin yanı sıra noksan yanma ürünleri olarak bilinen CO, CnHm (yanmamış hidrokarbon) gibi bileşikler de bulunur. Özellikle içten yanmalı motorlarda, zengin karışım sebebiyle bazen zorunlu olarak karşılaşılır. HFK= λ< 1’dir.
Kısmi Eksik Yanma (KEY): Yanma odasındaki hava yakıt karışımının yetersiz olması, sıcaklık değişiklikleri (tutuşma noktası sıcaklığına çıkmayan bölgelerin olması) ve yakıtın yanma hacmi içerisinde kalış süresindeki yetersizlikler gibi nedenlerden HFK= λ> 1 olmasına rağmen yanma gazları içerisinde CO2, H2O, N2, SO2‘den başka O2 ve CO, H2 C (hidrojen ve karbon genellikle yanmamış hidrokarbon şeklindedir) gibi eksik yanma ürünleri görülen yanma şeklidir. Bu sadece lokal olarak yakıt/hava oranının düzgün dağılmayışından kaynaklanmamaktadır. Yüksek sıcaklıkta CO2, H2O molekülleri ısıl ayrışma (dissociation) ile CO ve H2 gibi EY ürünlerini oluşturmaktadır. Bu moleküllerin hızla düşük sıcaklığa getirilmeleri yeniden birleşme reaksiyonları için yeterli zaman bırakmamaktadır [25].
3.3.2. Yakıt yakma sistemleri ve kazanlar
Yakma sistemleri
Yakıtların cinsi açısından; katı, sıvı ve gaz yakıtları yakmak üzere üç çeşit yakma tesisatı ayırt edilmekle beraber, bunların müşterek özellikleri aşağıdaki gibi özetlenebilir;
1. Çeşitli yakıtları yakabilmelidir.
2. Mümkün mertebe tam yanmayı sağlamalıdır.
3. Yanmayı en az hava fazlalığı ile gerçekleştirmelidir. 4. Ocağı ve kazanı mümkün olduğunca az kirletmelidir. 5. Kazan yüzeylerine ısı geçişini kolaylaştırmalıdır. 6. Kullanılması kolay olmalıdır.
7. Kullanılan malzeme ve kapladığı yer minimum olmalıdır. 8. Yedek parça ihtiyacı olmamalıdır.
9. Yardımcı makineleri fazla güç sarf etmemelidir
Kömür yakma tesisinin konstrüksiyonu da birinci derecede yakıtın özelliğine bağlıdır. Yakıtın ısıl değeri, su tutumu, kül miktarı, tane büyüklüğü, kok ve cüruf teşekkülü konstruktif açıdan önemli rol oynamaktadır. Bu nedenle yakma sistemi için karar vermeden önce yakıtın etraflı bir şekilde incelenmesi yararlıdır. Yakıtın ocakta bulunma süresi büyük önem taşır. Yeteri kadar hava verilmesi, katran buharlarının yeterli zaman öncesinde tutuşturulması ve yeterli yanma zaman öncesinde tutuşturulması ve yeterli yanma zamanı sağlanması, iyi bir yanmanın gerekli şartlandır. Yanması tamamlanmamış gazların soğuk yüzeylerle teması da önlenmelidir. Aksi halde yanmanın tamamlanması mümkün olmayacak ve is teşekkül edecektir. Izgara altından hava üflenmesi veya cebri çekiş, yanma gücünü arttırıcı yönde etki yapacaktır.
Yakma tesisleri genellikle yakıtın ocağa sevk edilme şekline bağlı olarak üçe ayrılmaktadır; 1. Elle veya serpmeli yüklemeli düz ızgaralı ocaklar,
2. Izgarası mekanik hareket alan ocaklar, 3. Püskürtmeli ocaklar.
Elle veya serpmeli yüklemeli düz ızgaralı ocaklar
Düz ızgaralı elle yüklemeli ocaklar: Basit düz ızgaralı ocaklar alev borulu, alev-duman borulu veya küçük su borulu kazanlar için uygun olup, ısıl değeri yüksek (taş kömürü, iyi cins linyit) katı yakıtların yakılmasına elverişlidirler. Izgara elemanları, mesnetlerin üzerine oturtulur. Izgara üzerindeki kömürlerin geriye düşmemesi ve yanma gazlarına türbülanslı bir hareket vererek iyi bir şekilde yanmalarının sağlanması için ızgara nihayetine ateş köprüsü denilen tuğla bir duvar örülür.
Yakma havası ızgara aralıklarından verilir. Primer hava denilen bu havaya ilaveten CO ve karbonlu hidrojenlerin (CmHn) tam yanmasını sağlamak amacıyla ızgara üzerine sekonder hava verilir.
Düz ızgaralı ocaklarda kömür, ızgara üzerine yukarıdan atılır. Elle yükleme halinde her seferinde ateş kapağının açılma zorunluluğu dolayısıyla ocak içine bol miktarda giren soğuk hava, yanma düzenini bozar ve ocak sıcaklığını düşürür. Sıcaklık düşüşü o kadar fazla olur ki, ocağa dolan soğuk hava yanma gazlan ile reaksiyona giremeyerek bacaya gider. Keza cüruf ve külün de elle alınması gerektiğinden aynı olay tekrar eder. Bu sebeple bu cins ocakların verimi oldukça düşüktür.
Düz ızgaralı serpmeli ocaklar: Elle yüklemeli düz ızgaralı ocakların yukarıda belirtilen mahzuru azaltmak için otomatik serpmeli yükleyiciler kullanılmaktadır.
Bu yükleme şeklinde kömür huni biçiminde bir depodan ateş kapısı önündeki küçük bir sandığa gelir ve buradan belirli zaman aralıklarında hareket eden bir kürek vasıtasıyla ızgara üzerine serpilir. Yükleme sırasında kapak kapalı kaldığından elle yüklemedeki mahzur önlenmiş olur. Ancak cüruf ve kül alınması bunlarda elle yapılmaktadır.
Izgara elemanları genellikle gri dökümden veya çelikten yapılırlar. İyi cins olanlar ise hematitli elektro-döküm veya alüminyum ve krom alaşımdan yapılırlar. Önemli olan ızgara malzemesinin içinde kükürt miktarının az olmasıdır.
Havanın geçtiği serbest kesitinin toplam ızgara alanına oranına oranı kömürün cinsine, tane