160 TON/SAAT BUHAR KAPASİTELİ BİR KAZANIN ENERJİ VE EKSERJİ ANALİZİ
Erhan EKER
YÜKSEK LİSANS TEZİ
MAKİNA EĞİTİMİ ANABİLİM DALI
GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
OCAK 2017
KAZANIN ENERJİ VE EKSERJİ ANALİZİ’’ adlı bu tezin Yüksek Lisans tezi olarak uygun olduğunu onaylarım.
Prof. Dr. Mustafa İLBAŞ
………..
Tez Danışmanı, Enerji Sistemleri Mühendisliği Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi
Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile Makine Eğitimi Anabilim Dalında Yüksek Lisans tezi olarak kabul edilmiştir.
Prof. Dr. Adem ACIR
………..
Enerji Sistemleri Mühendisliği Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi
Yrd. Doç. Dr. Özgür EROL
………..
Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Başkent Üniversitesi
Tarih: 07/01/2017 Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Yüksek Lisans Derecesini onamıştır.
Prof. Dr. Hadi GÖKÇEN
………..
Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü
Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tez Yazım Kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalışmasında;
Tez içinde sunduğum verileri, bilgileri ve dokümanları akademik ve etik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi,
Tüm bilgi, belge, değerlendirme ve sonuçları bilimsel etik ve ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu,
Tez çalışmasında yararlandığım eserlerin tümüne uygun atıfta bulunarak kaynak gösterdiğimi,
Kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı,
Bu tezde sunduğum çalışmanın özgün olduğunu,
bildirir, aksi bir durumda aleyhime doğabilecek tüm hak kayıplarını kabullendiğimi beyan ederim.
Erhan EKER 07/01/2017
160 TON/SAAT BUHAR KAPASİTELİ BİR KAZANIN ENERJİ VE EKSERJİ ANALİZİ
(Yüksek Lisans Tezi)
Erhan EKER
GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
Ocak 2017
ÖZET
Bu çalışmada 160 ton/saat kızgın buhar üretim kapasiteli mevcut bir enerji santrali üzerinde, tesisten alınan gerçek işletme verileri kullanılarak enerji ve ekserji analizi yapılmıştır. Öncelikle akış diyagramı oluşturulmuş ve bu diyagram üzerine tesiste ölçülen ekipman giriş ve çıkışlarındaki sıcaklık, basınç, debi ve akışkan tipi bilgileri işlenmiştir.
İşaretlenen 17 adet düğüm noktasının verileri kullanılarak bu noktalardaki ekserjiler hesaplanmış, sonrasında tesiste bulunan ekipmanlar için enerji ve ekserji analizleri yapılmıştır. Sonuç olarak genel enerji kaybında en yüksek değer (4154,4 kW - %15) besi suyu degazör ünitesinde olmakla beraber, genel ekserji kaybında en yüksek yüzdeli kayıp (90362,3kW - % 54) kazan sisteminde olmaktadır. Her iki ünite de ısı kayıplarına karşı incelenmelidir.
Bilim Kodu : 91436
Anahtar Kelimeler : Enerji ve ekserji, tersinmezlik Sayfa Adedi : 69
Danışman : Prof. Dr. Mustafa İLBAŞ
ENERGY AND EXERGY ANALYSIS OF A 160 TONS/HOUR STEAM CAPACITY BOILER
(M.Sc. Thesis)
Erhan EKER
GAZİ UNIVERSITY
GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES January 2017
ABSTRACT
In this study, energy and exergy analysis of a 160 tons per hour superheated steam capacity power plant has been performed under real operation condition datas collected from a steam generation plant. On the way of these datas the energy and exergy analysis are performed. Firstly, the flow diagram is drawn and the information acqvired of temperature, pressure frow rate and fluid type on the eqvipment inpust and outpust veasured on this diagram are pracessed. The exergies at these points were calculaded using the date of the 17 node points marked and energy and exergy analyzes were performed for the eqvipment that nas installed at the rater stage. Consequently, while the highest volve in genaral energy loses (4154,4 kW - %15) is at feedwater deaerator unit ,the highest percentage lost in genaral exergyis (90362,3 kW - % 54) at boiler system. Therefore, both units should be tested against heat losses.
Science Code : 91436
Key Words : Energy and exergy, irreversibility Page Number : 69
Supervisor : Prof. Dr. Mustafa İLBAŞ
TEŞEKKÜR
Çalışmalarım boyunca değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren hocam sayın Prof.
Dr. Mustafa İLBAŞ’a, tezin içeriğinin geliştirilmesinde yardımcı olan sayın Prof. Dr.
Adem ACIR ve Sayın Yrd. Doç. Dr. Özgür EROL ile araştırma görevlisi Dr. Serhat KARYEYEN’e ayrıca Kırka Bor İşletmeleri Buhar Tesisleri Çalışanları ve İşletme Yönetimine teşekkürü bir borç bilirim.
İÇİNDEKİLER
Sayfa
ÖZET ... iv
ABSTRACT ... v
TEŞEKKÜR ... vi
İÇİNDEKİLER ... vii
ÇİZELGELERİN LİSTESİ ... ix
ŞEKİLLERİN LİSTESİ ... x
SİMGELER VE KISALTMALAR... xi
1. GİRİŞ
... 12. LİTERATÜR TARAMASI
... 33. ENERJİ VE YAKMA SİSTEMLERİ
... 73.1. Dünyada Enerji ... 7
3.1.1. Dünya enerji rezervleri ... 7
3.2. Türkiye’de Enerji ... 9
3.2.1. Türkiye’de enerji rezervleri ... 9
3.2.2. Türkiye’de enerji üretimi ... 10
3.2.3. Türkiye’de enerji tüketimi ... 11
3.3. Yakma Sistemleri ... 12
3.3.1. Yakıtlar ve yanma ... 12
3.3.2. Yakıt yakma sistemleri ve kazanlar ... 20
4. ENERJİ VE EKSERJİ ANALİZİ ...
374.1. Enerji ve Ekserji Kavramları ... 37
4.2. Ekserji ve Temel Varsayımları ... 38
4.2.1. Potansiyel ve kinetik ekserji ... 38
Sayfa
4.2.2. Fiziksel ekserji ... 39
4.2.3. Kimyasal ekserj ... 39
4.2.4. Tersinir iş ve tersinmezlikler ... 40
5. BUHAR SANTRALİ HAKKINDA GENEL BİLGİLER ...
415.1. Buhar Santrali Mevcut Bileşenlerinin Tanımlanması ... 41
5.2. Santralin Mevcut Bileşenlerine Enerji Analizinin Uygulanması ... 43
5.2.1. Besi suyu degazör ünitesi için enerji analizi ... 43
5.2.2. Kazan besi suyu ısıtıcısı için enerji analizi ... 44
5.2.3. Kazan kızgın buhar sprey hattı (Desuperheater) enerji analizi ... 45
5.2.4. Flaş kondens tankı enerji analizi ... 46
5.2.5. Buhar kazanı ünitesi enerji analizi ... 47
5.3. Santrale Ekserji Analizinin Uygulanması ... 49
5.3.1. Mevcut tesiste incelenen 17 nokta için kimyasal, termomekaniksel ve toplam ekserji değerlerinin tespiti ... 49
5.3.2. Santralin mevcut bileşenlerine ekserji analizinin uygulanması ... 56
6. SONUÇ VE ÖNERİLER ...
61KAYNAKLAR ... 63
EKLER ... 65
EK-1. Sistem düğüm noktalarını gösterir akış diyagramı ... 66
EK-2. Kazan montaj görüntüsü... 67
ÖZGEÇMİŞ ... 69
ÇİZELGELERİN LİSTESİ
Çizelge Sayfa Çizelge 3.1. 2014 Yılı itibarıyla dünya üzerindeki petrol ve doğal gaz
rezervlerini bölgesel dağılımı ... 8
Çizelge 3.2. Türkiye birincil enerji kaynak rezerv miktarları ... 10
Çizelge 3.3. Türkiye birincil enerji kaynak üretimi ... 11
Çizelge 3.4. Bazı yakıtların kalorifik değerleri ... 13
Çizelge 3.5. Bazı element ve yakıtlar için stokiyometrik (teorik) yanma denklemleri .. 16
Çizelge 5.1. Üniteler için enerji analizi ... 49
Çizelge 5.2. Üniteler için ekserji analizi ... 60
ŞEKİLLERİN LİSTESİ
Şekil Sayfa
Şekil 3.1. 2014 Yılı doğal gaz tüketiminin sektörel yüzde dağılımı ... 12
Şekil 5.1. Besi suyu degazör ünitesi giren ve çıkan enerji ... 43
Şekil 5.2. Kazan besi suyu ısıtıcısı giren ve çıkan enerji ... 44
Şekil 5.3. Kazan kızgın buhar sprey hattı giren ve çıkan enerji ... 45
Şekil 5.4. Flaş kondens tankı giren ve çıkan enerji ... 46
Şekil 5.5. Buhar kazanı ünitesi giren ve çıkan enerji ... 47
Şekil 5.6. Buhar santirali düğüm noktaları hesap sayfası ... 55
Şekil 5.7. Besi suyu degazör ünitesi giren ve çıkan ekserjiler ... 56
Şekil 5.8. Kazan besi suyu ısıtıcısı giren ve çıkan ekserjiler ... 57
Şekil 5.9. Kazan kızgın buhar sprey hattı giren ve çıkan ekserjiler ... 58
SİMGELER VE KISALTMALAR
Bu çalışmada kullanılmış simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur.
Simgeler Açıklamalar
̇ ̇ Ekserji (kW)
Ekserji kaybı (tersinmezlik) kW
̇ Tersinmezlik (kW)
Kimyasal ekserji
Termomekanik ekserji
Toplam ekserji (kW)
Ölü Hal Entalpisi (kJ/kg) Ölü Hal Entropisi (J/kgK)
Ölü hal Sıcaklık (°C ya da K)
Giren enerji
Çıkan enerji
Giren enerji
Çıkan enerji
Yakıt Alt Isıl değer
̇ Isı transferi
̇ İş Üretimi (W)
̇ Kütle akış oranı (kg/s)
Buhar Kazanı Isıl verimi
Buhar Kazanı Ekserjik verimi
1. GİRİŞ
Dünya enerji kaynaklarının sınırlı olması enerjinin daha verimli kullanılabilmesi çalışmalarına yol açmıştır. Mevcut fosil yakıt rezervlerinin hızla azalması ve bu hidrokarbonların neden olduğu küresel ısınma gibi problemler, yeni enerji kaynaklarının araştırılması ve bulunan enerji kaynaklarının daha verimli kullanılabilmesi gibi çalışmalar yapmayı zorunlu kılmıştır. Bu sebeple kayıp enerji tesbiti ve geri dönüşümü amacı ile enerji ve ekserji analizleri yapılmaktadır. Bu analizler, tesislerde enerji verimliliğinin yükseltilmesine yardımcı olacaktır. Aynı zamanda yakıt sarfiyatı, çevresel etkiler açısından ülke ekonomisine katkı sağlayacaktır.
Sanayileşmedeki gelişmeler, teknolojinin yürüme evresinden koşma evresine geçişi ile beraber enerji santrallerinde yakıt sarfiyatı, baca gazı emisyonları, çevre kirliliği, uzun tesis kullanım ömrü gibi terimlerin üzerinde yoğunlaşmıştır.sonuçta sadece elektrik ya da buhar üreten tesislerin kurulumundan ziyade enerji ve ekserji analizi yapılan, yakma optimizasyonları hesaplanmış, en düşük hidrokarbon girdisi ile en yüksek verimin elde edilebildiği sürdürülebilir tesislerin önemi her geçen gün artmaktadır.
Termodinamiğin birinci yasası enerjinin niceliği (miktarı) ile ilgilidir, enerjinin var veya yok edilemeyeceğini vurgular. Enerji analizinde bu yasa temel alınacaktır.
Termodinamiğin ikinci yasası ise enerjinin niteliği ile alakalıdır. Yani bir hal değişimi sırasında enerjinin niteliğinin azalması, entropi üretimi yapma olanağının değerlendirilememesi incelenir. Belirli bir halde ki sistemin yapabileceği en çok iş, kaybolan iş yapma olanağı ‘’Tersinmezlikler’’ yani kayıplar ekserji analizi ile bulunurken ikinci yasadan faydalanılmaktadır.
Bir sistemden elde edilebilecek en çok iş, sistem belirli bir başlangıç halinden, tersinir bir hal değişimiyle çevrenin bulunduğu hale (ölü hale) getirilirse elde edilir. Bu değer, sistemin verilen başlangıç halinde, yararlı iş potansiyelini veya iş yapma olanağını göstermektedir ve kullanılabilirlik olarak adlandırılır.
Ölü hal sıcaklığı ve basıncı T˳= 25C ve P˳= 101.325 kPa (1 atm) alınmalıdır [17].
Kullanılabilirlik (availability) terimi ABD ‘de 1940’lı yıllarda M.I.T mühendislik fakültesi’nde ortaya atılmış ve bilim çevrelerinde benimsenmiştir. Bugün 1950’li yıllarda Avrupa’da önerilen aynı anlamı ifade eden ekserji terimi tüm dünyada benimsenmiştir [17].
Tersinir (kayıpsız) bir çevrimin verimi, gerçek çevrimin ulaşabileceği en yüksek verimi belirler, ekserji analizi bu doğrultuda yapılmaktadır.
Bu çalışmanın temel amacı, Eti Maden İşletmeleri Kırka Bor İşletmelerinde kurulu olan buhar santrali için ekserji ve enerji analizlerini gerçekleştirmektir. Kazan, besleme suyu ısıtıcıları, ısı geri kazanım tankı (flash tank), besi suyu degazör ünitesi enerji ve ekserji verimliliği, ısıl kayıplar, ekserji kaybı (tersinmezlik) her bir ünite için belirlenmiştir.
Diğer taraftan santralin veriminin iyileştirilebilmesi için öneriler yapılmıştır.
2. LİTERATÜR TARAMASI
Günümüzde enerji santralleri için ekserji ve enerji analizleri yapılmaktadır, bu çalışmaların hedefinde sistemin ya da kısım kısım ünitelerin performanslarının ortaya konulması, yapılacak iyileştirmeler hakkında başlangıç bilgisinin elde edilmesidir.
Çomaklı, (2003). [1] tarafından yapılan çalışmada, bir ısıtma merkezinin enerji ve ekserji analizi yapılarak tersinmezlikler bulunmuş, bina ve otomasyon sistemlerinde yapılacak iyileştirmelerle yıllık yakıt tasarrufu tesbitinde bulunmuştur.
Rosen ve Dinçer, (2004). [2] tarafından yapılan çalışmada değişen ölü hal özelliklerinin ekserji ve enerji analizi üzerinde ki etkilerini incelemişlerdir. Analiz sonuçlarının değişen bu özellikler etkisiyle değişmediğini belirtmişlerdir.
Uludağ, (2014). [3] tarafından yapılan çalışmada, ekserji analizi ile kombine çevrim santrallerinde ki üç farklı atık ısı kazanının performans değerlendirmesi yapılmış, atık ısı kazan dizaynında yapılacak değişiklik ile ekserji verimliliğinin arttırılabileceğini bulmuştur.
Güngör, (2013). [4] tarafından yapılan çalışmada, dizel motorlu combine çevrim santralinin tersinmezlikleri hesaplanarak en büyük kayıpların dizel motor (%70) ve turbo kompresörde (%7) olduğunu tespit etmiştir.
Bilginsoy, (2012). [5] tarafından yapılan çalışmada, 160 MW güce sahip Ankara Çayırhan termik santraline ekserji analizi uygulanmıştır. Her ünite için enerji kayıpları hesaplanmış, sebepleri araştırılmıştır.
Karagöz, (2011). [6] tarafından yapılan çalışmada, doğalgaz combine çevrim güç santrali işletme verileri kullanılarak enerji ve ekserji analizi yapılmıştır.en büyük kayıpların bacada (%50,17) ve hava soğutmalı kondenserde (%39,67) olduğu tespit edilmiştir. En büyük ekserji kaybının ise yanma odasında (%48,43) olduğu tespit edilmiştir.
Kausik ve diğerleri, (2011). [7] Farklı termik santrallerin ekserji ve enerji analizi incelemeleri yapmışlardır. Maksimum ekserjik ve enerjik kaybın unite bazında incelemesini yapmışlardır.
Ünal, (2009). [8] tarafından yapılan çalışmada,bir termik santraldeki yirmiyedi adet düğüm noktasının termodinamik özellikleri belirlenmiş, ünitelerin enerji ve ekserji analizleri yapılarak kayıplar tespit edilmiştir.
Dazlak, (2006). [9] tarafından yapılan çalışmada, Bosen enerji santralinde kurulu bulunan bir atık ısı kazanının işletme verileri kullanılarak enerji ve ekserji analizi yapılmıştır.En büyük enerji ve ekserji kaybının buhar türbininde olduğu bulunmuştur.
Tekel, (2006). [10] tarafından yapılan çalışmada, üç eş ölçülü linyit santralinin ekserji analizleri yapılmıştır. Verimlilik analizleri kıyaslanmıştır.
Akyol, (2006). [11] tarafından yapılan çalışmada , aynı tipte ki iki lojman binasının enerji ekserji analizi yapılmış, binalardan birine iyileştirmeler yapılmış (mantolama) diğerine yapılmamıştır. Sonuçta iyileştirme yapılan binanın ısı kayıpları %81 oranında azaldığı görülmüştür.
Can, (2005). [12] tarafından yapılan çalışmada, Esenyurt termik santrali enerji ve ekserji analizi yapılmıştır. Santral amortisman süresi tayini yapılmıştır.
Erduranlı, (1997). [13] tarafından yapılan çalışmada, mevcut bir enerji santrali işletme verileri kullanılarak enerji ve ekserji analizleri yapılmıştır. En büyük ekserji kaybının kazanda en büyük enerji kaybının kondenserde olduğu görülmüştür.
Wepfer ve Gaggioli, (1980). [14] yaptıkları çalışmada, kimyasal çevrimlerin ekserji analizinin genellikle değişen çevre sıcaklığı ve basınçlarına karşı etkilenmediğini belirtmişlerdir. Ölü hal özelliklerinde küçük değişikliklerin sistem performansı üzerinde çok az bir etkiye neden olduğunu belirtmişlerdir.
Çomaklı, K., Terhan, M. (2015). [15] Doğalgaz yakıtlı kazanın atık baca gazı ekserji analizi yapılarak, bir ısı geri kazanım sistemi hesaplanmıştır.
Bu çalışmada ise; 160 Ton/saat Kızgın Buhar kapasiteli bir buhar kazanının enerji ve ekserji analizi gerçekleştirilmiştir. Tesis Eti Maden İşletmeleri Kırka Bor İşletme müdürlüğü İçinde bulunmaktadır. Dünyanın en büyük Bor madeni yatağı, işletmenin kurulduğu Eskişehir ili Seyitgazi ilçesi Kırka Mahallesinde Bulunmaktadır. Bor türevi olan Borax Pentahidrat üretilen 4 nolu fabrikanın buhar ihtiyacı kurulan bu santralden karşılanmaktadır.
Santral başlıca bileşenleri; kazan, ekonomizer, düşük sıcaklık kızdırıcısı, yüksek sıcaklık kızdırıcısı, besi suyu ısıtıcısı, degazör ünitesi, kazan besleme pompası, flaş kondens tankı gibidir. Ayrıca çalışmada santralin veriminin iyileştirilebilmesi için öneriler de yapılmıştır.
3. ENERJİ VE YAKMA SİSTEMLERİ
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, Linyit (milyon ton) 5
Elbistan 4,8
45, 5
4,845,
Diğer 9. 5
1 4 6
768 ,9
4,5 9,919,
Toplam 13,9 4
91,5
768 ,9
4,5 14,764
Asfaltit (milyon ton) 82 ,9 82
Bitümler (milyon ton) 1,6 41, 4
1,641, Hidrolik 4
GWh/Yıl 59,2
45,8
59,245
MW/Yıl 22,7 ,8
48,9
22,748 Ham Petrol (milyon ,9
varil)
7.
12 3
7,12
Doğal Gaz (milyar m³) 24,4 3 24,4
Nükleer Kaynaklar (ton)
Tabii Uranyum 9.
1 0 0
9,10
Toryum 380,0 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 ,
24,26 200 8
3
2,375 56
1
48,56 ,
23,79 200 6
4
2,276 70
8
46,37 ,
24,32 200 9
5
2,281 89
7
60,76 6
24,55 200 0
6
2,176 90
7
64,25 5
26,58 200 0
7
2,134 89
3
75,36 27,45
200 5 8
2,160 1.0
17
79,40 2
29,20 200 9
9
2,237 68
5
79,49 8
30,32 201 8
0
2,544 68
2
73,39 9
32,49 201 3
1
2,433 79
0
75,97 8
32,22 201 9
2
2,324 63
2
71,46 1
31,96
2013 2,367 537 60,392 31,944 4
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
Kömür Buhar Üretiminde kullanılan fosil yakacaklar içinde en önemlisidir. Kömür büyük
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].
Çizelge 3.4. Bazı yakıtların kalorifik değerleri
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.
W : (ağırlık bakımından ) kömürün içinde ki nem oranı (%)
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.
Yakma tesislerini ayrıca içten ocaklı veya dıştan ocaklı olarak da ayırmak mümkündür.
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 büyüklüğüne, koklaşma derecesine ve ısıl değerine bağlı olarak % 20–50 arasında değişir.
Havanın ızgara alanlarından geçme hızı;
Tabii çekmede 0,75–2 m/s
Cebri çekmede 4–5 m/s değerlerini aşmamalıdır.
Sabit ızgaralı basamaklı ocaklar: Düz ızgaralı ocaklar, içinde fazla su bulunan kömürlerin yakılmasına elverişli değildir. Zira bunlarda kömürün kuruması, uçucu kısımlarının gazlaşması ve yanma aynı yerde meydana geldiğinden, kuruma anında ocak sıcaklığı yanmanın devamını sağlayamayacak derece düşmektedir.
Basamaklı ızgaralarda, kömürün gazlaşma ve yanma safhaları birbirinden oldukça ayrılmış durumdadır. Yükleme işi mekanik olmayıp, kömürün kendi ağırlığıyla aşağı kayması şeklinde olmaktadır.
Basamaklar dökme demirden ve plaklar halinde yapılmış olup, her iki tarafındaki yanaklarla birbiriyle temas halindedirler. Kömür iki plaka arasından geriye düşmeyecek kadar plakalar birbirleri üzerine bindirilmiştir.
Basamakların tutturulduğu mesnetler, kömürün yuvarlanma açısına bağlı olarak genellikle 30–40 derece kadar meyilli yapılır. Kömürün kayması, basamak aralarında sürülen itme çubukları vasıtasıyla hızlandırılır.
Basamaklar, hareket edebilen bir düz ızgara üzerinde son bulur. Bu düz kısım, zaman zaman ileri geri çekilerek yanma artıkları, kül çukuruna düşürülür. Kömürün kuruması, uçucu kısımlarının gazlaşması ve tutuşması radyasyonla aldığı ısı vasıtasıyla meydana gelir ve en alttaki düz kısımda yanmasını tamamlar.
Sabit ızgaralı alttan itmeli ocaklar: Bu cins ocaklarda kömür, bir piston ya da salyangoz vida vasıtasıyla alttan ızgara üzerine itilir. Kömür basamaklı olarak yerleştirilmiş ızgara elemanları üzerinde yanarken yavaş yavaş aşağıya kayar ve yanlarda toplanır. Yanma artıkları ön taraftan kolayca dışarıya alınabilir. Alttan itmeli büyük tesislerde ızgara elemanlarına da mekanik hareket verilerek kömürün kayması kolaylaştırılmaktadır.
Bu ızgaralar 5–15–30 uçucu ihtiva eden özellikle tozlu kömürleri yakmaya elverişlidirler.
Izgarası mekanik hareket alan ocaklar
Kayan basamaklı ızgaralı ocaklar: Bu ocaklar her iki sıradan birisi hareket eden ve basamak şeklinde yerleştirilen ızgaralarla beslenir. Kömürün şevki hem ağırlık kuvveti hem de ızgara elemanlarının hareketi yardımıyla sağlanır. Basamaklar düz bir ızgara üzerinde nihayet bulur. Yanma artıklarının toplandığı bu düz kısım, zaman zaman ileri geri çekilerek artıklar kül çukuruna alınır. Izgaranın eğimi genellikle 10–15 derecedir.
Izgaranın hareketli elemanları, tespit edildikleri mesnetleri vasıtasıyla bir araba üzerine bağlanmış olup, bir krank-muylu sistemi arabaya ileri-geri hareket sağlar.
Döner ızgaralı (sonsuz zincirli) ocaklar: Izgara elemanları nihayetsiz bir zincir ve yatay taşıyıcılar üzerine tespit edilmiş olup, yanma sırasında ocak içine doğru hareket ederler.
Izgaranın hızı 40–250 mm/dakika (alttan üflemeli olanlarda, 600 mm/dakika kadar) dolaylarındadır. Bu ızgaralarda 50 mm parça büyüklüğüne kadar kömürler yakılabilir.
Yanma artıkları ızgara sonunda mekanik olarak ızgaradan kazınıp küllüğe düşürülür.
Izgara aralıklarından dökülebilecek kül vs. İçin ızgara altında da kül toplama kaplan bulunur. Havanın ızgara altından üflenmesi halinde, yakma gücü önemli ölçüde artar.
Hava aynı zamanda ızgara elemanlarının soğumasını sağlar.
Küçük su ve alev-duman borulu kazanlar için serpme ile yüklenen döner ızgaralar da yapılmaktadır. Bunlarda ızgara hareketi öne doğru olup, kül kazanın ön kısmından alınır.
Kömürler ızgara üzerine serpilirken, yani havada iken tutuşur.
Püskürtmeli ocaklar
Püskürtmeli Ocaklar iki grupta incelenebilir;
1. Toz Kömür Yakma Tesisleri
2. Sıvı Yakıt Yakma Tesisleri (Brülörler) 2. Gaz Yakıt Yakma Tesisleri (Brülörler)
Toz kömür yakma tesisleri: Kazan gücü 80 ton/h 'e çıkınca, genellikle kömürün toz haline getirilerek yakılması gerekmektedir. Bu yakma tarzında kömürün uçucu kısımlarının
gazlaşması, tutuşması ve yanması boşlukta meydana gelir. Kömür taneciklerinin reaksiyonu hızlandıran üst yüzeyleri, hacimlerine oranla büyük olduğundan yanma zamanı da oldukça kısa olup, gaz ve sıvı yakıtların yakılmasına benzemektedir. Bu cins yakıtlar istenen kapasitede imal edilebilmektedir.
Kömür yakılmadan önce ya merkezi veya münferit öğütme tesislerinde toz haline getirilir.
Merkezi öğütme tesislerinde toz kömür, bir bunkerde toplanıp özel pompalarla kullanma yerlerine sevk edilir. Büyük tesislerde ise, her kazanın ayrı öğütme tesisi bulunmaktadır.
Öğütmeden önce özellikle linyit kömürlerinde kurutma söz konusudur. Kurutma buhar, sıcak hava veya baca gazlarının yardımıyla yapılır. Öğütmeden sonra da bazı halde eleme söz konusu olabilir.
Yakıt hızlı ya da yavaş dönen değirmenlerde öğütülür. Hızlı değirmenlerde kömür, hızla dönen bir motor tarafından sabit öğütücü yüzeylerine fırlatılarak parçalanıp ufaltılır.
Yavaş dönenlerde ise, kömür ya iki merdane arasında sıkıştırılıp ezilir ya da dönen öğütme tamburunda bulunduğu hareketli çelik bilyalar tarafından parçalanır.
Hızlı dönenler ucuzdurlar, ancak daha kolay parçalanan kömürler için elverişlidirler.
Yavaş dönenler ise pahalı olmakla beraber, parçalanması çok zor kömürleri öğütebilmektedirler.
Tane büyüklüğü ince delikli eleklerde 0,09 mm, kaba delikli eleklerde 0.2 mm kadardır.
Kömür tanecikleri ne kadar çok küçültülürse yanma zamanı da küçülür, ancak maliyet artar.
Toz haline getirilmiş kömür, soğuk veya hafif ısıtılmış hava ile karıştırılarak yanma odasına püskürtülür. Radyasyon ısısı alan kömür taneciklerinin sıcaklığı yükselir ve uçucu maddeleri buharlaşır. Yeteri kadar hava verildiyse, yanma başlar ve yakıcının kenarlarından verilen sekonder hava ile yanma tamamlanır.
Çoğu yakıcılar yakıtı ocağın bir duvarından ve yatay doğrultuda püskürtürler. Tangential yakıcılar ise köşelere yerleştirilmiştir ve ocağın ortasında tasarlanmış birdaire çevresine yöneltilmiş olmaları dolayısıyla yanma sırasında kuvvetli bir türbülans sağlamaktadırlar.
Siklon yakıcılarda, kömür toz haline getirilmeyip, ufak parçalara kırılmıştır. Parça kömür yüksek hızlı hava akımıyla teğetsel doğrultuda dairesel yanışlı yanma odasına girer. Bu kısmın çeperleri su soğutmalıdır. Kömür santrifüj kuvvet tesiriyle ocak çeperlerine savrulur ve çeperde ergimiş kül tabakası tarafından tutulur. Sekonder hava yüksek bir hızla ve primer hava-kömür karışımına paralel doğrultuda ocağa verilir. Kömür sıvılaşmış kül tabakası üzerinde yanmaya başlar, uçucu maddeler buharlaşır ve karbonlu kısım yanarak kül haline gelir. Uçucu maddelerin yanması, ocağın ikinci bölümünde tamamlanır. Ergimiş kül, santrifüj kuvvet etkisiyle yanma odası çeperlerine yapışır ve hafif kabaran yerlerinden koparılarak devamlı dışarı atılır. Bu yakma şekli, yanma gazlarının sürüklediği kül miktarını büyük ölçüde azaltmaktadır.
Sıvı yakıt yakma tesisleri (Brülörler)
Üç grupta incelenebilir;
1. Hava Veya Buhar Püskürtmeli Brülörler
2. Yüksek Basınçlı (Mekanik Püskürtmeli) Brülörler 3. Dönel Brülörler
Sıvı ve Gaz Yakıt Yakma Tesislerinde, Brülörler yakıt ve havayı uygun oranda karıştırmalarının yanı sıra yakıtı da yanmaya hazır hale getirmek zorunluluğundadır.
Bu amaçla;
1. Yakıt, brülör içinde ısıtılarak buharlaştırılır veya gazlaştırılır.
2. Yakıt, brülör içinde atomize edilir, buharlaşma yanma odasında olur.
Birinci grup buharlaştırıcı brülörler kullanıldıkları yakıt cinsleriyle sınırlı olduklarından buhar kazanlarında büyük ölçüde kullanılamamaktadır.
Yakıtın yanma odasında buharlaştırılması durumunda çok küçük zerrecikler haline getirilmiş ve böylelikle hacimlerine oranla, ısıya maruz dış yüzeylerinin arttırılmış olması gerekir.
Yakıt genellikle üç şekilde atomize edilmektedir;
1. Yakıtın basınçlı hava ve buharla püskürtülmesi,
2. Yakıtın ince bir delikten yüksek basınçla püskürtülmesi, 3. Yakıt filminin santrifüj kuvvetle yırtılarak parçalanması.
Buhar püskürtmeli brülörler hemen hemen her cins fuel-oili yakabilmektedir. İşletme masrafları yüksek olduğundan püskürtme vasıtası olarak hava daha az kullanılmaktadır.
Hava veya buhar püskürtmeli brülörler
İkiye ayırmak mümkündür;
İçerde karıştırmalı veya ön karıştırmalı brülörler yakıt ile buhar veya hava, brülörün içinde ya da püskürtülmeden evvel meme ucunda karıştırılırlar.
Dışarıda karıştırılmalı brülörler yakıt, brülörü terk ederken buhar veya hava huzmesi tarafından parçalara ayrılır.
Buhar püskürtmeli brülörlerin buhar sarfiyatı üretilen buharın % 1-5'i kadardır. Basıncı ise 5–11 atü dolayındadır.
Brülörde yakıt ortadaki kanaldan sevk edilir ve vidalı ayar çubuğu ile akış ayarlanır. Yakıt brülörün uç kısmında dönel bir hareketle, arkadan gelen buhar veya hava akımına dik yönde püskürür. Atomize edilmiş bu yakıt akımına, akış yolu üzerinde bulunan kanatlar dönme hareketi verirler. Yakıtın atomize edilmesi için hava kullanılması halinde basıncı 1 atü civarındadır.
Yüksek basınçlı (mekanik püskürtmeli) brülörler: Yakıtın iyi bir şekilde atomize edilmesi için çok ince bir delikten 5–14 atü basınçla püskürtülmesi gerekir. Genelde püskürtme deliğinden önce konan yarıklı bir disk, yakıta dönme hareketi verir. Yakıtın atomize derecesi püskürtme deliğinin genişliğine ve püskürtme basıncına bağlıdır. En iyi atomizasyon (parçalanma), brülör kapasitesinin oldukça, dar bir aralığında meydana gelmektedir. Bu sebepten kazan yükü değiştikçe bazı brülörlerin devreden çıkarılması veya devreye alınması ya da püskürtme deliği çapı ayarlanabilen brülörler kullanılması yoluna gidilmektedir. Anacak bu halde bir sistemin brülörlerinde tam püskürtme deliklerinin aynı açıklıkta olmasına dikkat edilmeli, değişik açıklıklara hiç bir zaman müsaade edilmemelidir.
Brülörde yakıt basıncı artınca hareketli bir piston püskürtme deliğinin teğetsel aralığını büyültmektedir. Sabit basınçlı diferansiyel valf veya piston, memeye giden ve dönen yakıt basıncını sabit tutmaktadır.
Dönel brülörler: Yüksek hızla (3500 dev/dak) dönen konik veya silindirik bir borunun içine sevk edilen yakıt merkezkaç kuvvet tesiriyle parçalanarak boruyu terk ederken hava ile karıştırılır. Bu tip brülörlerde yakıtın boruya gönderilmesinin dışında basınca ihtiyaç yoktur. Fakat yakıtın gaz haline gelebilmesi için yüksek derecede ön ısıtma gereklidir.
Gaz yakıt yakma tesisleri (Brülörler)
Gaz yakıtlar, katı ve sıvı yakıtlar gibi yanma öncesi bir işlem gerektirmezler. Ancak yakıt ve hava oranının ayarlanması, karıştırılması çeşitli şekillerde yapılmaktadır. En basit yakıcı tip, evlerde de geniş ölçüde kullanılmaktadır. Alçak basınçla gelen gaz, yanma için gerekli havanın bir kısmını emerek karışır. Karışım, bir borudan yakma ucuna veya başlığına gelir ve buradan çıkarken tutuşur.
Yanmanın tamamlanması için gerekli hava (sekonder hava) bu sırada etraftaki atmosferden sağlanır. %30-70'lik karışım havasıyla oldukça iyi yanma sağlanabilmektedir, özel konstrüksiyonlarla ilk karışım havası %100'e kadar çıkarılabilmektedir.
Kazanlar
Buhar kazanları; istenilen miktar basınç ve özellikte buharın üretildiği sistemin ana elemanlarıdır. Buhar kazanları, herhangi bir yakıtın (katı, sıvı veya gaz) yakılmasıyla veya elektrik ya da nükleer enerji kullanılması suretiyle meydana getirilen ısıdan yararlanılarak su veya diğer bir sıvıdan istenilen sıcaklık, basınç ve miktarda ısı elde etmeye yarayan kapalı ve basınçlı düzeneklerdir.
Temel olarak kazanda elde edilen ısı enerjisinin, kapalı bir kap içindeki sıvıya verilerek bu sıvının buharlaşması temin edilir.
1720 yılında ilk endüstriyel buhar üretimini yapan Haycok’un depo şeklindeki buhar kazanı günümüze kadar çok önemli şekil, kapasite ve verim değişikliklerine uğramıştır. Günümüzde
buhar kazanları, çamaşırhane, boyahane gibi küçük işletmelerde saatte birkaç kilogram buhar üretimi kapasitelerinde kullanıldığı gibi, termik santrallerde saatte yüzlerce ton buhar üretimi kapasitelerinde de kullanılabilmektedir. Üretilen buhar basınçları 370 bar, kızgın buhar sıcaklığı ise 650°C değerlerinin üzerine çıkabilmektedir.
Buhar kazanları geleneksel olarak kullanılış yerlerine göre
Sabit, portatif, lokomotif ve gemi buhar kazanları şeklinde sınıflandırılır. Sabit kazanlar, karada sabit bir yere monte edilerek kullanılırlar. Portatif kazanlar bir araba üzerinde, küçük nehir gemilerinde veya benzeri hareketli vasıtalarda kullanılırlar. Lokomotif kazanları ise demiryolu lokomotifleri için, gemi kazanları ise okyanus yük ve yolcu gemileri için özel olarak yapılmış kazanlardır
Buhar kazanları basınçlarına göre;
1. Alçak basınçlı ( 1 atü’nün altında) kazanlar 2. Yüksek basınçlı (1 atü’nün üstünde) kazanlar
3. Süper kritik basınçlı (224,65 atü’nün ya da 225,65 atanın üstünde) kazanlar
Ocak cinsine göre;
Dıştan ocaklı kazanlar
İçten Ocaklı Kazanlar
Kullanılan yakıtın cinsine göre;
1. Kömür (parça kömür) yakan kazanlar , 2. Kömür (toz kömür) yakan kazanlar , 3. Sıvı yakıt kullanan kazanlar
4. Gaz yakıt kullanan kazanlar
Tarihsel gelişim göz önüne alınır ise buhar kazanları
Büyük su hacimli kazanlar
Genelde küçük sanayide ve küçük gemilerde kullanılır. Kazanın içindeki boruların dışında, buharlaşan su, boruların içinde ise sıcak duman gazları bulunur.
Su borulu kazanlara göre avantajları;
Konstrüksiyonları basittir. İmalatları kolaydır.
Yükün zamanla fazla değiştiği işletmeler için uygundur.(gemi)
Buharın suyla sürüklenmesi azdır. Dolayısıyla buharın kuruluk derecesi yüksektir.
Kazanın temizlenmesi kolaydır. Bu yüzden besleme suyunun fazla arıtılmasına gerek yoktur.
Sakıncaları ise;
Gövdeleri büyük olduğundan yüksek basınçlar için imalatı güçtür.(en fazla 20 bar)
Isıl verimleri düşüktür. Mekanik yüklemeli, su ısıtıcısı ve hava ısıtıcısı kullanıldığında en fazla 0,85 elde edilebilir.
Ağır ve büyüktürler.
Büyük hacimli olduklarından ilk hareketleri uzun zaman alır, durdurulduklarında ısı kayıpları fazla olur.
Alev Borulu Kazanlar iki grupta incelenir;
1. Yatay alev borulu kazanlar 2. Dik alev borulu kazanlar
Yatay alev borulu kazanlar: 1940’ lı yıllarda çok tercih edilen bir çeşittir. Bu kazanlar silindirik bir gövde ve bu gövde içine yerleştirilmiş bir, iki, üç veya dört alev borusundan meydana gelir. Düşük ısıl değerli yakacakların kullanılması halinde, alev borusunun ön kısmına, kazanın dışında bir ön ocak konulur. Elle yüklemeli veya otomatik yüklemeli bir ızgara üzerinde yanan katı yakacaktan veya doğrudan doğruya alev borusunun içinde yanan sıvı yakacaktan elde edilen sıcak duman gazları, alev borusu içinden geçerken ısısını suya verir, sistemde kızdırıcı varsa duman gazları kızdırıcı içinden geçirilerek aşağı döndürülüp, kazanın yan tarafından öne doğru ve tekrar döndürülerek kazanın alt tarafından arkaya doğru akıtılır. İstenirse duman gazları bacadan atılmadan önce bir su ısıtıcısı içinden geçirilerek, kazanın verimi arttırılır.
Dik alev borulu kazanlar: Küçük güçlerde kullanılmak üzere yapılmıştır. Yatay alandan kazanç sağlanmıştır.Bu kazanların işletmesindeki sakınca, bir tarafında buhar diğer tarafında duman bulunan yüzeylerdeki korozyondur. Buhar tarafındaki ısı taşınım
katsayısının kaynamakta olan su tarafındaki katsayıdan daha küçük olması nedeniyle, bu yüzeyler daha fazla ısınıp tahrip olmaktadır.
Duman borulu kazanlar üç grupta incelenebilir;
1. Dik Duman Borulu Kazan
2. Dönüş Buhar Duman Borulu Kazan 3. Lokomotif Kazanları
Bu tip kazanlarda, ocak adı verilen yerde yakılan yakıttan elde edilen sıcak duman gazları, çapları nispeten küçük olan çok sayıdaki duman boruları içinden geçirilerek, suyun buharlaşması sağlanır.
Dik duman borulu kazan: Küçük sanayide kullanılan bir kazan çeşididir. Verimleri 0,65, ısıtma yüzeyleri en fazla 20 m² ve buhar kapasiteleri en fazla 500 kg/h değerlerindedir.
Dönüş buhar duman borulu kazan: Bu kazanların imalatının kolay olması ve her türlü yakıtı yakması, sökülüp başka bir yere kolayca taşınabilmesi nedeniyle geçmişte çok kullanılmıştır. 15 bar basınca ve 500 ila 7000 kg/h buhar kapasitelerinde kullanılabilmektedir.
Lokomotif kazanları: Buhar makinesinin veriminin düşük olması sebebiyle bununla birlikte kullanılan lokomotif kazanları da günümüzde önemini kaybetmiştir. Hareketli bir kazan çeşidi olup, buhar yükü 55–60 kg/m²h değerlerindedir.
Alev - Duman borulu kazanlar dört grupta incelenir;
1. Lokomobil kazanları 2. İskoç tipi buhar Kazanı 3. Kalorifer kazanı (Dansk tipi) 4. Alev geri dönüşlü kazanlar
Hem alev borusundan, hem de duman borularından meydana gelmiştir. Yakacak alev borusunun içindeki ocak kısmında yakılır. Sıcak duman gazları, alev borusunun ocak olmayan diğer kısmını geçtikten sonra duman borularına girer. Isıtma yüzeylerinin büyük
kısmı duman borularından oluşur. Alev –duman borulu kazanlar, alev borululara göre daha az yer kaplarlar.
Lokomobil kazanları: 20.yy başlarında küçük sanayide çok kullanılmıştır. Ön ocak ilavesi ile düşük kalorili yakıtların yakılması mümkün olmuştur (örn: kereste).
İskoç tipi buhar kazanı: Günümüzde küçük ve orta büyüklükteki işletmelerin buhar ihtiyacı için çok kullanılan bir kazan çeşididir. İlk olarak gemilere uyarlanmıştır. Duman gazlarının kazan içindeki geçiş sayısı iki veya üç olabilir. Alev boruları genellikle dalgalı (Onduleli) tiptendir. Katı yakacak yakan kazanlarda ızgara, alev borusunun ön kısmındadır. Kazanda bir, iki ya da üç alev borusu olabilir.
Gemilerde kullanılan iskoç tipi kazanların boyları, çaplarından küçüktür ve ateş kutusu tavanı 10–15º eğimli yapılır. Bu şekilde geminin yalpa yapması esnasında kazan içindeki su seviyelerindeki değişimlerin kazanın cidarlarında yapabileceği tahribat önlenir.
Kalorifer kazanı (Dansk tipi): Günümüzde alçak basınçlı buhar üretimi için çokça kullanılmaktadır. İmalatları kolay, katı yakacak kullanımı halinde ızgara yerleştirmesinin ve kül almanın kolay olması başlıca avantajıdır, fakat ocağın alt kısmı su ile temasta olmadığından, ısıl kaybı fazla olmaktadır.
3 m² den 150 m² ısıtma yüzeyine kadar geniş bir aralıkta imalatları yapılmaktadır. Sıcak sulu ve kaynar sulu kalorifer tesisatlarında sıcak su veya kaynar su üretimi için aynı tip kazan kullanılabilir. Bu durumda buhar toplama hacmine gerek olmadığından, kazan yüksekliği daha küçüktür.
Alev geri dönüşlü kazanlar: Son yıllarda ısı taşınım katsayısı hız ile orantılı olması kullanılarak, duman gazının hızının artırıldığı basınçlı ocaklı alev- duman borulu kazanların imalatı ön plana çıkmıştır. Ocaktaki bu basınç, sıvı yakacaklarda brülörün vantilatörü, katı yakacaklarda ise ilave bir vantilatör ile sağlanır. Katı yakacaklı olanlarda ocakta daha fazla ısı geçişini sağlayabilmek için, ızgaranın içinden su geçirilen tipleri de yapılmaktadır. Borular içindeki duman gazı hızı, 20–30 m/s değerlerindedir. Buhar kapasitesi ise 13 t/h değerine çıkabilmektedir.
