BUHAR KAZANLARI PROJESİ Leave a comment

BUHAR KAZANLARI PROJESİ

KAPASİTESİ 3200 KG/H VE TASARIM BASINCI 10 BAR OLAN

ÜÇ GEÇİŞLİ ALEV-DUMAN BORULU BUHAR KAZANININ TASARIMI

 

SECKİN TUNCER ERDOĞMUŞ

982561

 

Isıl Verim Tayini

Asıl ısıtma yüzeyi yükü40 kg/m2h seçiliyor. Buna göre ısıtma yüzeyi 3200/40=80 m2 bulunur. Kazanda yakacak olarak 40200 kJ/kg ısıl değerindeki 4 numaralı fuel-oil kullanılmaktadır.

Isıl veriminin bulunabilmesi için ısıl kayıpların bilinmesi gerekir. Sıvı yakacak kullanıldığından yanmamış yakıt kaybı yoktur. Yani Zy=0. Ze=0.005 almak doğrudur.

Sıcak cidar kaybı Ek E14 ten karakteristik numarasın 4 bulunur.

Zc=0.85 x 2.5= 0.0212

 

T bacagazı=Tdb+50…80oC                     Tbaca=180+60=240oC

Baca gazının entalpisi Ek E2′ den ib=80 kcal/Nm3=335 kJ/Nm3 bulunur.

Bacadaki hava fazlalık katsayısı Ek E3 den n=1.2 bulunur. Buna göre özgül duman miktarı Ek E4 ten Vg=13.1 Nm3/kg bulunur.

Havanın sıcaklığı Ta=25oC olduğu kabul edilirse havanın entalpisi Ek E5 ten ia=8.3 kcal/Nm3=35 kJ/Nm3  bulunur.

 

(1)

Normal yükte çalışmaya ait ısıl verim;

ή =1-(Ze+Zc+Zb)

ή =1-(0.005+0,0212+0,0977)

ή =%87 bulunur.                                                                                      (2)

Yakacak Miktarının Bulunması

Yakacak miktarı 3 bağıntısı ile bulunur.

 

(3)

besi suyu blöf ile atılmıyorsa m’b=m’bs (3) bağıntısı (4) şeklini alır.

(4)

Pt=10 bar             Pi=10/1.1  9 bar

Td9bar=175.36oC   is=2772.1 kj/kg

Basi suyunun 102 oC de girdiği kabul edilirse iba427.5 kj/kg olur.

 

Ocağın Boyutlandırılması

Kazanın gövde çapı Ф 2100 mm, boyu 4400 mm, külhan iç-dış çapları Ф 850 mm, Ф 950 mm ve boyu 3570 mm, cehennemlik çapı Ф 1450 mm ve boyu 650 mm.

1.boru geçişinde 48 adet Ф63.5 x 2.9 x 3570

2.boru geçişinde 46 adet Ф63.5 x 2.9 x 4400     seçiliyor.

1 m3alev hacmi başına saatte 100 kg sıvı yakacak yakıldığı varsayılırsa ortalama alev hacmi ve ortalama alev yükü;

 

 

Hm=1116,68 kW/m3

Alev ocağının tamamen doldurulduğu düşünülürse alev boyu

 

(6)

Ocak Sıcaklığının Tayini

Teorik özgül hava miktarı

Vho=0,293 x (Hu/1000)-1,37                                                                     (7)

Vho=10,4 Nm3/kg

Teorik özgül duman miktarı

Vgo=0,368 .(Hu/1000) – 3,765

Vgo=11,02 Nm3/kg

Gerçek özgül hava miktarı

Vh= ή . Vho = 1,2 . 10,4 = 12,48 Nm3/kg

Gerçek özgül duman miktarı

Vg= Vgo+(n-1) Vho=13,1 Nm3/kg

Havanın debisi

V’h=B . Vh=214,52 . 12,48 =2677,21 Nm3/h=0,7436 Nm3/s

Duman gazı debisi

V’g=B . Vg = 214.52 , 13,1 =0,7806 Nm3/s

Ocak verimi

ή0 = 1-Zc = 0,9788

havanın giriş sıcaklığı Th = Ta = 25oC kabul edilirse Ek E5 ten ih=ia=35 kj/Nm3bulunur.

Duman gazının alacağı entalpi değeri

 

(9)

Külhan çapı d, külhan boyu L, alev boyu L0, olmak üzere ışınım yapan Aa yüzeyi ve ışınım yutan Aw yüzeyi aşağıdaki formüllerle hesaplanır.

Aa=π . d . L0 +(π . d2/4)= π . 0,85 . 3,782 + (π . 0.852/4) = 10,6671 m2

Aa=π . d . L +(π . d2/4)= π . 0,85 . 3,570 + (π . 0.852/4) = 10,0972 m2

 alev ocağının tamamen doldurulduğu düşünülerek Vo alev hacmi ve Ao ocak hacmi olmak üzere eşdeğer tabaka kalınlığı;

Gazın εg katsayısının hesaplanabilmesi için ocak gazındaki CO2 ve H2O gazlarının basınçlarının bilinmesi gerekir. EK E6  da verilen hacimsel oranlar doğrudan kısmi basınç olarak alınabilir.

 

PCO2 =0,128 bar                      PH2O=0,088 bar

Gaz alevinin eşdeğer tabaka kalınlıkları aynı alınabilir.

PCO2 . Le = 0,128 . 0,717 = 0,091 bar.m

PH2O . Le = 0,088 . 0,717 = 0,063 bar.m

Ocak sıcaklığı geçici olarak 1170oC seçiliyor. Buna göre Ek 7 den gazlar için ışınım yayma katsayıları bulunur.

εCO2=0,09             εH2O=Kp . εo H2O =1,52 . 0,065=0,0988

ışınım yutan cidarlar için ortalama yayma katsayısı ε w=0.9 almak uygundur.

 

(10)

Ocaktaki taşınım ışınıma %89 ek katkı yaptığı kabul edilirse Ck=1.128 değerini alır. Su ile temasta olan ısıtıcı yüzeyler için Tw=200oC  değerini kullanmak doğru olur.

 

(11)

ocak sıcaklığı Tgo=1170oC karşı Ek E2 den igo=1840 kJ/Nm3 bulunur.

 

(12)

Seçilen ocak sıcaklığı yaklaşık olarak doğrudur.

Alev borusunda normal şartlarda gaz hızı ve gerçek hız aşağıdaki şekilde hesaplanır.

Taşını         ma ait film katsayısı aşağıdaki formüllerle hesaplanır.

 

(13)

Ocaktaki tasarım ısıtma yüzeyi A0=π . 0,85       . 3,57 =9,53 m2

Taşınım ısısı yüzey sıcaklığı Tw=200oC

Qk=hk . A0 . ∆T=103,52 kW

Ocaktan suya verilen toplam ısı

Qtop=V’g(ith-igo)= 0,7806. (3037-1840)

=934,3782 kW

Ck=Qk/Qtop

=%0,128

Taşınım yüzeyleri tayini

 

Külhan (0-1 Arası)

Külhanda çıkış sıcaklığı Tg1=1160oC kabul ediliyor. V0=1,376 m/s d=0,85m Tg=1165oC değerlerine göre boru içindeki akışta film katsayısı hk=9,3 W/m2C bulunur.

 

CO2 gazının ışınım akısı qCO2=24082 W/m2 ve su buharının ışınım akısı qH2O=13654 W/m2

∆T=Tg-Tw=1165-200=965oC

hr=0,93(qCO2+qH2O)/∆T=36,36

h=hk+hr=9,3+36,36=45,66 W/m2C

 

Toplam ısı geçişi katsayısına yüzey iç ve dış taraftaki Ck=0.85 lik kirlilik katsayısı ilave edilir.

K=0,85 . h = 38,82 W/m2C

Duman gazı ile su arasındaki ortala logaritmik sıcaklık farkı

(15)

Gazın entalpisindeki azalma;

 

(16)

Ek E2 den Tg1=1160oC bulunur. Başlangıçta seçilen değerin aynısıdır.

Cehennemlik (1-2 arası)

Cehennemlik çıkış sıcaklığı Tg2=1110oC kabul ediliyor.

 

Cehennemlik 1450 mm çapında ve 650 mm boyundadır.

Duman gazı boru içi akıştaki film katsayısı EK E9 dan hk=3.25 W/m2C bulunur.

Gaz kütlesinin eşdeğer tabakası cehennemlik hacminin V12 ve cehennemlik hacmini çevreleyen yüzeyinin A12 bulunmasıyla hesaplanır.

 

Le=4.  (V12/A12) = 1,45 m.

Duman gazının ışınım film katsayısı hr=38,28 W/m2C

Toplam film katsayısı;

 

h=hk+hr=41.53 W/m2C

Yüzeyin kirlilik katsayısı 0,85 ve ölü bölge oranı %20 alınarak duman gazının entalpisindeki azalma hesaplanır.

A12=π D L=2,96 m2

İç Taraftaki Duman Boruları (2-3 Arası)

İç taraftaki duman boruları Ф63,5 x 2,9 x 3570 boyutlarında ve 48 adettir. Duman borularının çıkışındaki gaz sıcaklığı Tg3=515oC olduğu kabul ediliyor. Gazın entalpisi ig3=751 kJ/Nm3 tür.

Normal şartlar altındaki gaz hızı V0 ve gerçek hız V;

 

Duman gazının boru içi akıştaki film katkısı hk=34,8 W/m2C dir.

Borunun boyun çapına göre çok daha büyük olduğundan eşdeğer tabaka kalınlığı boru çapının 0,95 katı olur.

 

Le = 0,95 . D =0,0603 m

PCO2 . Le=0,00775 bar m

PH2O . Le=0,00517 bar m

 

CO2 gazının ışınım akısı qCO2=3712 W/m2  ve  su buharının ışınım akısı qH2O=539,5 W/m2 dır.

 

qr=qCO2+qH2O=4251,5 W/m2

hr=qr/∆T=7W/m2C

h=hk+hr=41,8 W/m2C

Yüzey kirlilik katsayısı 0,85 ve ölü bölge oranı %10 kabul edilecek duman gazının entalpisindeki azalma hesaplanır.

K=0,85.h=35,53 W/m2C

Bulunan duman gazının entalpi değeri başlangıçta seçilen sıcaklığın entalpi değerine yakın olduğundan seçilen değer doğrudur.

Duman Kutusu (3-4 Arası)

Duman kutusunda sıcak cidardan çevreye olan ısı kaybı nedeniyle soğur. Söz konusu bölgenin dış yüzey oranı % 5 kabul edilirse kayıp ısı miktarı hesaplanabilir.

A 34 / A top = 0,05

Zc34 = A34.Zc/A top                                                                                                                                               (17)

Zc34=% 0,1

Qc34=Zc34 . B . Hu                                                                                                                                                (18)

Qc34=0,001 . 214,52 . 40200/3600

Qc34=2,4 kW

 

(19)

Bulunan duman gazının entalpi değerine göre çıkış sıcaklığı Tg4=510oC bulunur.

Dış Taraftaki Duman Boruları (4-5 Arası)

 

Dış taraftaki duman boruları Ф 63,5 x 2,9 x 4400 boyutlarında ve 46 adettir. Duman borularının çıkışındaki gaz sıcaklığı Tg5=295oC seçiliyor ve EK E2 den gazın entalpi değeri ig5=414 kJ/Nm3 tür.

Normal şartlardaki gaz hızı V0 ve gerçek hız V ;

Duman gazının boru içindeki akıştaki film katsayısı hk=32,48 W/m2C dir.

CO2 gazının ışınım akısı qCO2=417,6 ve su buharının ışınım akısı

qH2O=170 W/m2 dir.

qr=qCO2+qH2O=587,6  W/m2

hr=qr/∆T=2,9  W/m2C

h=hk+hr=35,38  W/m2C

Yüzey kirlilik katsayısı 0,85 ve ölü bölge oranı %10 kabul edilecek duman gazının entalpisindeki azalma hesaplanır.

K=0,85.h=35,53 W/m2C

Seçilen  değer doğrudur.

Duman Kanalı (5-6 Arası)

A 56 / A top = 0,07

Zc56 = A56.Zc/A top                                                                                                                                              

Zc56=% 0,15

Qc56=Zc34 . B . Hu                                                                                                                               

Qc56=0,0015 . 214,52 . 40200/3600

Qc56=3,6 kW

Bulunan duman gazının entalpi değerine göre çıkış sıcaklığı Tg6=280oC bulunur.

————————————————————————————————-

ASIL ISITMA YÜZEYİ

Asıl Isıtma Yüzeyi
Külhan π . 0.85 . 3,57 . 1,14 10,87 m2
Cehennemlik π . 1,45 . 0,65 2,96 m2
İç duman boruları π . 0,0635 . 48 . 3,57 34,18m2
Dış duman boruları π . 0,0635 . 46 . 4,40 40,377 m2
                                                                         Toplam:    88,387 m2

 

Kazanın asıl ısıtma yüzey yükü normal çalışmalarda olur.

YÜK KAYIPLARININ HESAPLANMASI

 

Külhan (0-1 Arası)

V0=Normal şartlardaki gaz hızı  = 1,376 m/s

V =Gerçek hız                          =7,273 m/s

Tg=Ortalama gaz sıcaklığı        =1438 K

di =Külhan iç çapı                              =850 mm

L =Külhanın boyu                             =  3,57 m

 

 

(20)

 

∆P=0,479Pa

 

elde edilen yük kaybını kirlenme derecisine ve konstrüsiyona bağlı olarak hava için %40 ,duman gazı için %80-100 arasında arttırmak gerekir.

∆ps=1.95 . ∆P=0,936 Pa

ani kesit genişlemesinde yerel katsayı aşağıdaki şekilde hesaplanır.

Külhan girişi için alınması uygundur.

ζT12=0,671

ρ= ρ0 . 273 / (Tg1+273)= 1,3 . 273/(1160+273)

ρ=0,247 kg/m3

V=V0 (Tg1+273)/273=1,376 . (1160+273)/273

V=7,22 m/s

 

∆PgT . ρ . V2/2

∆Pg=0,671 . 0,247 . 7,222/2

∆Pg=4,32 Pa

∆P01=∆Ps+∆P ρ = 0,809+4,32=5,129 Pa

Cehennemlik (1-2 Arası)

Bu bölümde sadece gazın 180o dönüşümünde meydana gelen yön değiştirme kaybı söz konusudur.

ζ=2

ρ= ρ0 . 273 . /(Tg+273)=1,3 . 273 /(1100+273) = 0,252 kg/m3

∆P12=ζ . ρ .V2/2=2 . 0,252 . (2,4)2/2 = 1,451 pa

İç taraftaki Duman Boruları (2-3 Arası)

V0=Normal şartlardaki gaz hızı                          =5,135 m/s

V=Gerçek hız                                            =20,42 m/s

Tg=Ortalama gaz sıcaklığı                         =1085,5 K

di=Boru iç çapı                                          =63,5 mm

L=Boru boyu                                            =3,57 m

∆P=154,4 Pa

AQ1 / AQ2  =  0.002

Ani kesit daralmasına ait yerel kayıp katsayısı ζ1=0,5 bulunur. Duman borusuna girişteki direnç katsayısı ζ2=0,25 bulunur.

ζT12=0,75

ρ= ρ0 . 273 / (Tg1+273)

ρ=0,258 kg/m3

V=V0 (Tg2+273)/273

V=20,42 m/s

∆PdT . ρ . V2/2

∆Pd=0,75 . 0,258 . 20,422/2

∆Pd=40,33 Pa

Ön duman kutusu 0,34 m2 alınırsa basınç kaybı şu şekilde hesaplanır.

ρ= ρ0 . 273 / (Tg3+273)

ρ=0,45 kg/m3

 

V=V0 (Tg1+273)/273=5,135 . (1085,5)/273

V=20,42 m/s

Duman sandığına girişteki direnç katsayısı ζ2=3.

ζT12=3,968

∆PgT . ρ . V2/2

∆Pg=3,968 . 0,45 . 20,422/2

∆Pg=372,2 Pa

∆P23=∆Ps+∆Pd+∆Pρ = 154,4+40,33+372,2=566,92 Pa

Ön duman Kutusu(3-4 Arası)

Bu bölümde gaz 180o yön değiştirdiğinden sadece yön değiştirme yerel kaybı meydana gelir.

V0=V’g/A = 0,7806/0,34=2,296 m/s

ρ = ρ0 . 273/(Tg+273)=0,63

V=V0 . (Tg+273)/273=5,6811 m/s

∆P34=ζ . ρ . V2/2

=20,33 Pa

Dış taraftaki Duman Boruları (4-5 Arası)

V0=Normal şartlardaki gaz hızı                          =5,358 m/s

V=Gerçek hız                                            =13,258 m/s

Tg=Ortalama gaz sıcaklığı                         =402,5 K

di=Boru iç çapı                                          =63,5 mm

L=Boru boyu                                            =4,40 m

 

Sürtünme kaybı aşağıda hesaplanmıştır.

∆P=295,6 Pa

∆Ps=1,95 . ∆P

=576,4 Pa

Duman borularına girişteki daralma kaybı

AQ2/AQ1 =  0,00931

ani kesit daralmasına ait yerel kayıp katsayısı ζ1=0,5 bulunur. Duman borusuna girişteki direnç katsayısı ζ2=3 bulunur.

ζT12=3,5

ρ= ρ0 . 273 / (Tg4+273)ρ=0,453 kg/m3

V=V0 (Tg2+273)/273

V= 7,89 m/s

∆PdT . ρ . V2/2

=42,3 Pa

Arka duman sandığının kesit alanı0.08 m2 ve uzunluğu 0,2 m alınıyor.

 

Duman borusundan çıkıştaki direnç katsayısı ζ2=3 bulunur.

ζT12=3,922

ρ= ρ0 . 273 / (Tg4+273)

ρ=0,453 kg/m3

V=V0 (Tg2+273)/273

V= 12,06 m/s

∆PdT . ρ . V2/2

=128 Pa

∆P45=∆Ps+∆Pd+∆Pg=746,7 Pa

Duman Kanalı (5-6 Arası)

Sürtünme kaybının bulunabilmesi için arka duman sandığının kesit alanı 0,08 m2 ve uzunluğu 0,2 m alınıyor.

V0=V’g/A =0,7806/0,08=9,7575 m/s

π.D2/4 =0,08 ise D=0,319m dir.

∆P=0,928 Pa

∆Ps=1,95 . ∆P

Bacada gaz 90o yön değiştirdiğinden yön değiştirme yerel kaybı ζ=1.

ρ= ρ0 . 273 / (Tg4+273)

ρ=0,633 kg/m3

V=V0 (Tg2+273)/273

V= 16,2 m/s

∆Py=ζ . ρ . V2/2

=83 Pa

∆P56=∆Ps+∆Py=84,87 Pa

Toplam basınç kaybı = ∆P01+∆P12+∆P23+∆P34+∆P45+∆P56

                                                    =1425,4 Pa

Buhar Hacim Yüklemesi Hesabı

BHY=2300.K-0,6 . P-0,7

Kazanlarda maksimum iletkenlik 6000 μs/cm dir. İletkenlik değerini 3000 μs/cm almak doğru olur.

0,1 . K ≈ 2000 μs/cm   K=0,15

BHY=2300 . K -0,6 . P-0,7

BHY=2300 . 0,15 -0,6 . P-0,7

r=Dram iç yarıçapı                          =1,14 m

LD=dram düz boyu                          =5,1 m

m’b=Buhar debisi                             =3200 kg/h

Vg=Buhar özgül hacmi                     =0,215 m3/h

X=Su seviyesinin eksenden uzaklığı =0,635 m

V’=Üretilen doymuş buhar debisi    =?????

VD=Dramı buhar hacmi                   =3,47 m3

247,85 m3/m3h     <       1212 m3/m3h

Bulunan buhar hacim yükü küçük olduğundan tasarıma uygundur.

ISIL BİLANÇO

 

Ocak V’g (ith-ig0)=0,7806(3037-1840) 934,3782
Külhan V’g (igo-ig1)=0,7806(1840-1836,45) 2,7711
Cehennemlik V’g (ig1-ig2)=0,7806(1836,45-1736,6) 78,1302
İç Duman Boruları V’g (ig2-ig3)=0,7806(1736,6-751) 769,3593
Duman Kutusu V’g (ig3-ig4)=0,7806(751-747,92) 2,4042
Dış Duman Boruları V’g (ig4-ig5)=0,7806(747,92-414) 260,6579
Duman Kanalı V’g (ig5-ig6)=0,7806(414-405) 7,0254
Isıl Kayıp V’g (ig6-ia)=0,7806(405-35) 288,822
Baca Eksik Yanma Ze . B .Hu =0,005 . 214,52 . 40200/3600 11,9773
TOPLAM
Yakacak Isıl Enerji B . Hu = 214,52 . 40200/3600 2395,47
Sıcak Cidar Kaybı Zc . B . Hu=0,212. 214,52 .40200/3600 507,84
Suya Geçen Isı (Qf) [B. Hu-(Ze+Zc+Zb).Hu.B]/3600 2098,671
Kazan Isıl Verimi (Qf.3600)(B.Hu) 0,87609=%87,6

 

 

Bir cevap yazın

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Translate »