Brülörde Yanma Temelleri

YANMA VE YAKIT BİLEŞİMİ

Yanma, yakıt içerisindeki yanabilir elemanların havanın oksijeni ile hızla kimyasal birleşmeleri ve ısı açığa çıkması olarak tanımlanır. Yakıt içerisindeki temel yanabilir elemanlar karbon, hidrojen, bunların bileşikleri ve sülfürdür.

 

Karbon + Oksijen Karbondioksit + Isı
Hidrojen + Oksijen Su buharı + Isı
Sülfür + Oksijen Sülfürdioksit + Isı

Yanma için gerekli oksijen kaynağı havadır. Hava, oksijen, azot, az miktarda su buharı, karbondioksit, argon ve diğer elemanların karışımı olmakla beraber; yanma olayında hacimsel olarak %21 oksijen, %79 azot kabul edilmiştir.

Yakıtlar, birincil enerji kaynakları dediğimiz, kömür, fuel oil ve/veya motorin ve gaz olmak üzere fosil yakıtlardır.

Her fosil yakıtın element analizi değişiktir. Sıvı yakıtın karbon içeriği, doğal gaza göre daha zengindir. Kömürün karbon miktarı ise kaynağa bağımlıdır ve geniş bir aralık içinde değişebilir.

Gazdaki hidrojen miktarı yaklaşık olarak sıvı yakıttakinin 2 katı, kömürdekinin ise 7 katıdır. Bu sebeple gazlarda, yanma ürünü olarak su buharı fazla miktarda çıkar.

Sıvı yakıtlar ve kömür gaza kıyasla kükürtçe zengin yakıtlardır. Gazlarda eser miktarda kükürt bulunur. Her ne kadar kükürt yanabilen bir madde olarak yakıtın ısıl değerine belirli ölçüde bir katkıda bulunsa da, bileşiklerinin korozif karakteri dolayısıyla zararlıdır, ve hava kirliliğine sebebiyet verir.

Kömürdeki kül yüzdesi kaynağa bağlı olarak geniş bir aralıkta değişir. Yanmadan arta kalan partiküller ciddi doğa kirliliğine yol açar.

YANMA ISISI VE YAKMA YÖNTEMLERİ

Yakıtın içeriğindeki karbon, yanma ısısını temin eden ana elemandır.

1 kg C + 2.666 kg O2   →   3.666 kg CO2 + 8056 kcal ISI

veya

C + O2     →    CO2 + 94,013 kcal/kmole  ISI

Karbon havanın oksijeni ile tam yanmayıp, CO oluşması halinde ısıl değer aşağıda belirtildiği gibi olur.

1 kg C + 1.333 kg O2    →    2.333 kg CO + 2417 kcal ISI

veya

C + 0,5 O2   →    CO + 26,384 kcal/kmole ISI

Yukarıdaki denklemlerde görülen önemli husus karbonun oksijenle iki biçimde reaksiyona girebilme ihtimalinin olmasıdır. Yakma yönteminin tasarımında yakıt – oksijen karışımındaki karbonun yanmasında son ürünün tamamen CO2 olmasının gerçekleştirilmesini sağlamalıdır. Aksi takdirde yanma veriminde ve açığa çıkan ısıda önemli kayıplar meydana gelir.

OPTİMUM YANMA

İdeal durumda, yanma olayı oksijen ve yakıt elemanlarının teoride istenen tam oranlarda (stokiyometrik oran) karıştırılması ile meydana gelir. Ancak bir yanma olayında, her zaman teorik ihtiyaçtan daha fazla hava verilir. Zira belirlenen hava debisinde, havanın sıcaklığına bağlı olarak, O2 mol. sayısı değişir veya elektrik beslemesindeki oynamalara göre hava fanı debisi değişebilmektedir.

Birim miktarda yakıtı yakmak için verilen gerçek hava debisinin,   stokiyometrik hava debisi oranına ‘’Hava Fazlalık Katsayısı (l) denir. (Bkz. Şekil 1) Çok özel durumlar haricinde, her zaman l katsayısı 1’den büyüktür. Optimum yanma, hava fazlalık katsayısının (l) 1’e yakın değerde olmasıdır.

FAZLA HAVA İLE YANMA

Eğriden de görüleceği üzere fazla hava, alevin yanma sıcaklığını, dolayısıyla ocak sıcaklığını düşürür. Bu da kazan kapasitesinin düşürür. Aynı kapasiteyi sağlayabilmek için daha fazla yakıt yakmak gerekir. Alevin soğuması ile de kızgın C molekülleri is ve kuruma dönüşür. Fazla hava yanmış gazlar içerisindeki O2’nin artmasına ve dolayısı ile CO2 hacimsel yüzdesinin azalmasına neden olur

Yakıt tipine göre, yanma için gerekli fazla hava ve emisyonlardaki karbondioksit yüzdeleri değişkendir.

 

Tipik Fazla Hava Kuru Baca Gazındaki Yaklaşık
Yakıt (%) CO2 Miktarı
Kömür (Izgaralı) 30 – 50 14 – 12
Kömür (pülverize) 15 – 35 16 – 14.5
Sıvı Yakıt 10 – 30 14.5 – 12. 5
Doğal Gaz 7 – 25 11.5 – 10
AZ HAVA İLE YANMA

 Az hava ile yanmada, yetersiz O2 sebebiyle, C moleküllerinin, CO2 yerine CO oluşumu söz konusudur. C partikülleri is ve kuruma dönüşerek ısı transferini azaltır. Böylece hem çevre kirlenmesi hem de kazan verimi düşer. Duman borularının aşırı islenmesi ve kurumla dolması, karşı basıncı artırıp, alevin teşekküllünü de engeller.

İYİ BİR YANMANIN SAĞLANABİLMESİ İÇİN GEREKLİ KRİTERLER

• Seçilen yakıtın özelliğinin sürekliliği önemli bir kriterdir. Gazlarda, doğal gaz veya L.P.G’de sürekli aynı basınçta verilmesi mümkündür. Sıvı yakıtlarda, değişik viskositede ve ısıl değerde yakıt verilmesi halinde, yakıcının da bu değerlere göre ayarlanmasını

• Optimum yakıt-hava karışım oranının sağlanması ve kontrol altında tutulması Yakıtın kompozisyonuna göre yakma havası miktarı değişiktir. Örneğin 1 Nm3 doğal gaz için takribi 10 Nm3 hava gerekirken, 1 Nm3 L.P.G için 26 Nm3 hava gerekir.

• Yakıtın yanma evrelerini tamamlayabileceği yeterli yanma zamanına ihtiyaç vardır.

• Yanma hücresinin, istenilen kapasitedeki alev boy ve çapına göre uygun ölçü ve konstrüksiyonda olması gerekmektedir. Yetersiz ocak ebatları istenilen yanma sıcaklığına ulaşılmasını engeller. Düşük alev sıcaklıkları, eksik yanmanın yanı sıra alev kopmalarına sebebiyet

• Yanmayı sağlayacak yakma elemanı olarak brülörlerin uygun tip ve kapasitede seçilmesi

Haziran 2021

Kaynak / DENKO ISI KONTROL TEKNİĞİ VE SERVİS A.Ş.