BUHAR KAZANLARI

Suyun İçinde Erimiş Olarak Bulunan Katı Maddeler:

Kalsiyum sülfat ( CaSO4), kalsiyum hidroksit (CaOH ) sodyum (Chlorür NaCI). Gemilerden konuştuğumuza göre, deniz suyunun içinde, yukarı bahsedilen tuzlardan başka, daha birçok erimiş halde tuzlar bulunur İşte, deniz suyunun eveporeyterde buharlaştırılıp   kondenserde yoğunlaştırılarak elde edilen damıtık (distile), suda bütün bu ermiş tuzlar, kışır halinde evaporeyter de, boruların içinde toplanır. Zaman zaman , evaporeyter boruları, kimyevi ilaçlarla temizlenir. Gemilerde, evaporeyter temizliği, önemli bir bakım tutumu gerektirir. İhmal edildiği takdirde, evaporeyterin distile su yapma kapasitesi düşer. Gemilerde kullanılan evaporeyter temizleme ilacı, özel olarak hazırlanmış hidroklorik asitin (HCL) ticari şeklidir (commercial hidroklorik asit). Fid suyunun kazana girmeden evvel dışarıdan kontrolü, yukarıda bahsettiğimiz usulde yapılır. Kara tesislerinde, büyük termik elektrik santrallerinde kullanılan kazanlarda fid suları (akarsular), Zeolit olarak adlandırılan su yumuşatıcıları kullanılır. Zeolit maddesinin içinden geçen kaba tatlı su, kalsiyum ve manganezyum tuzlarını 0 ila 2 miligram/litrede indirebilir. Bu zeolit maddelerini, bir kapta ısıtarak tekrar kullanılabilir bir hale getirebiliriz. Zeolit  (alüminyum slicate) granüle halinde piyasada

satılır. Demek ki gemilerde kullanılan kazan suyu, deniz suyundan elde edilen damıtık saf sudur. Kazanlara damıtık su göndermekle, kazan problemlerini çözmüş olamayız. Kazan suyunu alkali durumda bulundurmak ve erimiş gazlardan (oksijen O2 ve karbon dioksit C02), arıtmamız gerekir. Alkali anlamı, suyun asit durumunda olmadığı anlaşılır. Bu da ph derecesi ile ölçülür. 7 ph suyun nötr olduğu. 7 ‘ nin altı asit. 7 nin üstü alkali. 

Kazan Sularında Ph Alkali Kontrolü: 

Kazan suyunun ph kontrolü, fosfat tuzları ile yapılır. Piyasada, muhtelif ph ayarlayıcı kazan ilaçları vardır. Kazan sularında erimiş gazlar Kazan sularında erimiş gazlar (oksijen, karbondioksit) olarak bulunur.

Kazanda korozyon yapıcı elemanlardır. Hıdrazın denilen kazan ilaçları ile birleşerek, tesirsiz hale getirilir. Bütün bu kazana çektirilen ilaçlar, kazan suyunun dansitesini (özgül ağırlığı), yükseltir. Bunun önüne geçmek için, ölçümlere istinaden, Zaman zaman kazan, alttan (deep blodown) ,üstten (surface blodown) blöf yapılarak, suyun densitesi düşürülür. 

Kazanlarda Duman Tarafı Temizliği (Scotblowing). Kurum Temizliği:

Su borulu, yüksek buhar kapasiteli, superhit kazanların, boru yüzeylinde biriken yanmış gazların kurum birikintilerini, periodik bir şekilde temizlemek gerekir. Kazanların boru demetlerine isabet eden yerlere yerleştirilen nozullar vasıtası ile, superhit sitim püskürtülerek, boruların üzerlerine yapışmış kurumlar temizlenir. Bu operasyon, kazan suyunu temizlemek kadar mühimdir. Günde en az bir defa bu operasyon tekrarlanır ve her senede, boruların dış yüzeyleri, tatlı su ile yıkanarak, birikmiş kurumlar tamamen temizlenir.

Kazan Besleme Suyunun İyileştirilmesini Aşağıdaki Gibi Özetleyebiliriz:

• Kışır yapan tuzları kazan besleme suyundan ayırmak. Evaporeyter kullanarak damıtık su elde etmek.
• Kazan suyunu alkali hale getirmek. Ph derecesini 9/10 çıkarmak için, fosfat çektirilmesi.
• Kazan suyunda ayrışmış olan katı madde miktarlarını en aza indirme
• Kazan suyu yoğunluğunu en azda tutmak için kontrollü blöf yapma.
• Fid suyunda erimiş gazları (oksijen/karbondioksit) yok etmek. Hidrazin ve sodyum sülfid kullanarak fid suyunu iyileştirmek.

NOT : Kazan Besleme Suyu (Feed Water) Daima Damıtık Su Olmalıdır:

Damıtık suyun içinde, kışır yapacak tuzlar bulunmaz. Fakat bu damıtık su asit özelliğindedir ve içinde korozyon yapabilecek ermiş gazla vardır. Oksijen (02) ve karbon dioksit. Biliyorsunuz yukarıda bahsedilen asit özelliği gösteren suyun (ph) değeri 7 nin altındadır. Bu değeri 8/9 yapabilmek için, alkali maddeler kazan suyuna ilave edilir.  NaOH (kostik soda) ve NA3PO4 (trisodium fosfat) alkaliyi arttıran kimyevi maddelerdir. Oksijen , hıdrazın ve sodyum sulfid ile giderilir.

Sodyum sülfid 2NA2SO3 + O2—— 2NaSO4

Hıdrazıne 2NaH4      + O2——2NH3 + 2H2O

Kışır Yapan Maddeler:

Magnesium chloride (MgCL2)/magnesium sulphate (MGSO4) / calcium

Sulphate (CaSO4) bu tuzlar, trisodium phosphate ile yumuşatılır.

YANMA, YAKIT BARNERLERİ VE YANMANIN KONTROLÜ (combustion, fuel oil , burners and control of combustion)

Fahrettin KÜÇÜKŞAHİN’in gemi makineleri kitabının “yakıt barnerleri sayfa 117/119 gemilerde kullanılan mekanik püskürmeli barnerleri çok iyi bir anlatımla bizleri bilgilendiriyor. Ben burada, yanmanın özelliklerinden bahsedeceğim: Bir bilgi olarak, tarihçe düşürecek olursak; 1914 % 2,62’sini oluşturan 364 adet ticaret gemisi kazanlarını sıvı yakıt (fuel oil) ile çalıştırıyor. Yüzde 90,18 kazanlarında yakıt olarak kömür kullanıyor. 1921 dünya denizlerinde dolaşan toplam gemilerin % 20 sini oluşturan 2536 adet ticaret gemisinin kazanlar, yakıt (fuel oil – sıvı yakıt) ile fayrap ediliyor; geriye kalan % 80 ticaret gemisinin kazanları kömür ile fayrap ediliyor. Gittikçe bu oran % 100 sıvı yakıtla kazanların yakılmaları öne çıkıyor. Halen, kara termik santrallarında, elektrik üretiminde, turbo altrernatörlere sitim üreten kazanlar, pülverize olmuş çapı 75 mikrondan (0.075 mm) daha küçük kömür parçacıklarını brülörlerde püskürterek yakarlar. Yine birçok elektrik üreten kara tesislerinde kazanlar doğal gaz ile çalışırlar.

Fuel oil sıvı yakıtın elde edilmesi (fuel oil derived from crude oil)

Fuel oil (sıvı yakıt) bir ham petrol (crude oil) ürünüdür. Rafineriler de, son damıtım olarak elde edilir. Ham petrol, dünyamızın değişik yörelerinde, Satıhta ve binlerce metre yer kabuğunun altında, tabii gazlarla birlikte bulunur. Renk ve viskozite olarak, değişik durumlar arz eder. Ham petrolün içinde, karbon ( C ), hidrojen (H), nitrojen (N-azot) oxygene (O2) ve sulphure (S) kükürt bulunur. Kimyasal bileşik olarak, sıvı yakıtın bileşikleri hydrocarbon olarak karbon ve hidrojenden oluşur. CxHy  (x) ve (y) yüzlerce değişik bağlantılarla yakıtı meydana getirirler. En basit hidrokarbon bileşiği gazlardır. Methan gazı (CH4), ethylene (C2H4) , ethan ( C2H8) Sıvı yakıtta, (fuel oil) karbon (C) ve hidrojenden (H) başka, kükürt (S) (sulphure) bulunur. Gemi, diesel motorların yakıtı MDO (marine diesel oil) – siyah motorin) içinde, %1 kükürt (S), yine, gemi dıesel motorların yaktığı fuel oil (ağır yakıt -1500/1800saniye) içinde, %3/4/5 kükürt (S) bulunur. Kazanların yaktığı (6000 saniye) ağır yakıtta %5 üzerinde kükürt bulunur. Ham petrol ve fuel oil’in elde edilişine giriş yaptıktan sonra, yakıtın, kazanlarda yanmasını anlatalım:

Yanma (Combusition):

Yanma, özel bir oksidasyondur. Yani, oksijenle birleşme. Havanın içindeki oksijenin (O2), yakıt elemanları ile karbon (C) , hidrojen (H) ve sülphüre (S) ile birleşmesidir. Kükürt daha ziyade, ileride anlatacağımız gibi, yakıtın içinde istenmeyen bir elemanadır. Yanmanın oluşabilmesi için aşağıdaki üç (3) “T” şartının gerçekleşmesi gerekir. Time (süre) , temperature (sıcaklık), turbulance (türbülans – girdap)

1. Time (süre): Yakıtın double bottom tanklarından settling tanklarına basılması. Buradan pompalar vasıtası ile, filtre ve yakıt hiterlerinden geçirilerek( ağır yakıt püskürme sıcaklığına kadar ısıtılır. Sıcaklık derecesi, elde mevcut grafiklere göre ayarlanır), kazan burnerlerine 10 kg/cm2 basınçtan az olmamak üzere, burnerlere gönderilmesi olayıdır. Hava fanları ile yakıtın yanmasını sağlayacak olan oksijenin (hava) temini. Bu hazırlık süresini “time “(zaman) olarak değerlendiriyoruz..
2. Temperatüre (sıcaklık): Yukarıda bahsettiğimiz gibi, yakıtın püskürme sıcaklığında ısıtılması. (yakıtın viskozitesine göre, bu sıcaklık 80/110 derece arasında değişir). Yanmayı sağlayacak olan oksijenin (havanın) fanlar vasıtası ile burner odasına (air register) gönderilmesi. İlk yanmada, gönderilen hava soğuktur. Yanma süresince, sıcak gazlar bacayı terk etmeden önce, bir hava ısıtıcısından geçerek (air heater) ısıtılır. 50/60 derece. Demek ki, yakıt ve hava ısıtılarak, burner ve burner etrafına gönderilir. Bu olayda sıcaklığı, ısıtılmayı oluşturuyor.
3. Türbülance (Türbülans – girdap): Burnerden püsküren yakıtın, hava ile iyice karışabilmesi için türbülansa gereklilik vardır.

Püskürme ve sıcaklık ile gaz haline gelmiş yakıtın, her bir zerresinin, hava ile çevrilip tam biryanmasını sağlamak türbülansla temin edilir. Püskürmedeki türbülansı, burner memesine ucundaki püskürtücü (şekil 2), havanın türbülansını, barnerin ucunda sabit, etrafı delikli demir döküm huni temin eder. (şekil 3/3). Şekil 1, sitim ile çalışan bir brülör görülüyor. Sitim yakıtın kolaylıkla atomize olmasını sağlar. Gemilerde artık bu usul (sitim yardımı ile püskürme kullanılmıyor. Gemilerde kullanılan brülörler, mekanik püskürmeli brülörlerdir. Şekil 1/2/3 ileride daha etraflıca anlatılacaktır.

Yanmanın Oluşumu:

Yukarıda da değindiğimiz gibi, yakıtın, havanın içindeki oksijenle birleşmesi, bir kimyasal oluşumdur. Havanın içinde, ağırlık olarak %23 oksijen (O2)% 77 nitrojen (N) azot yine havanın içinde hacim olarak % 21 (O2)   % 79 (N) bulunur. Hidrokarbon (fuel oil) yakıtın havanın içindeki oksijen ile birleşmesi ve elde edilen kaloriler:

C +  O2-Co2 (carbon dioxide)             8117.6 kcal/kg

2C +  O2-2C0 (carbon monoxide)         2 4 6 8.6 kcal/kg

2CO +  O2-2CO2 (carbondioxide)              5 64 9. 0 kcal/kg

2H2   +  O2-2H2O (water-su)                       34472.0 kcal/kg

S +  O2-SO2 (sulphuredioxide)           225 1 . 8 kcal/kg

Görülüyor ki, en büyük kalori, hidrojenin, oksijen ile birleşmesinden oluşuyor. En az kalori ise kükürt’ün oksijen birleşmesi. Demek ki, yanmanın devamı için, yakıt hava karışımı ve karışımın tutuşabilmesi için sıcaklık gerekiyor. Yakıtın, hava ile karışabilmesi için, hazırlanışı ve gaz haline gelerek brülörde yanabilmesi bir hazırlık gerektiriyor. Yukarıda da belirttiğimiz gibi yanmanın üç ” T ” şartında time (süreci) bu şekilde anlıyoruz. İkinci şart, temperature (sıcaklık). Yakıt ile havanın ısıtılması. Son olarak, üçüncü şart türbülance, gaz haline gelen yakıtın hava ile türbülance (girdap) halinde karışımı. Yakıtın mikron derecede (1 mikron – 1/1000 mm) püskürmesi, hava ile olan karışımını arttırarak, yakıtın gaz haline dönüşümünü kolaylaştırır. Yanma mahallinde sıcaklığı, karbon ve hidrojenin, oksijen ile birleşmesi oluşturur. Sülfür (S) hemen okside olarak yanmaya başlar ve düşükte olsa bir ısı oluşturur. Fakat kükürt’ün yakıtta bulunuşu sonuçta kötü oluşumlara yol açar. Kükürt dioksit (SO2) su buharının hidrojeni ile birleşerek, sülfirik asit (H2S)meydana getirir. Kazan boru ve cidarlarında korozyona ve aşınmaya sebebiyet verir.

Yanmanın Kontrolü: 

Yanmanın kontrolü demek, yanmayı temin eden oksijenin yani havanın kontrolü demektir.

Yanmaya iştirak eden, havanın az veya çok olması ne gibi sonuçlar meydana getirir aşağıda anlatılmıştır;

1. Az oksijen (hava) eğer az oksijen verilirse, karışım yakıt miktarı açısından zengin (rich) sayılır. Yanma düşük olur (yani kalorisi azdır) alev uzundur (longer) ve yanma siyah dumanlıdır. Yanma eksi olur ve yanma gazlarında, yanmamış yakıt, yani karbon parçacıkları, karbon monoksıt (CO) bulunur. Böyle yanmada elde edilen ısı azdır. Dumanı siyahlatan yanmamış karbon parçacıklarıdır.
2. Fazla oksijen (hava) verilirse, sonuç kısa alev ve dumansız yanma elde edilir. Fakat yanmaya iştirak etmeyen fazla hava, üretilen ısının bir kısmını alarak, verimi düşürür.

Bu durumda, fazla hava miktarı (oksijen) ile yanmada, bacada beyaz duman oluşur.

Yanma daima biraz hava fazlası ile yapılmalıdır. Böylelikle, yakıtın hepsi yanmaya girerek verimi arttırır. Bir miktar fazla hava ile yanma siyah dumanın önüne geçildiği gibi, kazan borularının üzerinde kurum (soot) birikmesinin önüne geçilmiş olur. Bacada, siyah duman, yanmada eksik havayı. Bacada, beyaz dumanlanmada fazla havayı belirtir. İdeal yanma, bacada, görünür görünmez çok açık gri renkte duman tam yanmayı belirler. Bu demektir ki, hava yakıt karışım oranı tamdır. 

Hava Yakıt Karışım Oranının Ölçülmesi:

Hava yakıt karışım oranının tam veya tamama yakın olduğunu ORSAT aleti ile anlarız. Orsat aleti, yanmış baca gazlarını analiz eder. Yanmanın iyi olup olmadığını bizler, orsat aletinin baca gazlarında ölçtüğü, karbon dioksıt miktarının yüzdesi ile anlarız. Baca gazlarında ideal CO2 (carbon dioxite) yüzdesi (%12)dır. Orsat aletinde, % 21 ve yukarı CO2 yüzdesinin okunması siyah dumanı getirir. Orsat aletinin %10 CO2 okunması, yüzde yüz hava fazlalığı var, yani bacada beyaz duman görünür.

Baca gazlarında, %12 CO2 okunması, %20/% 30 hava fazlası ile yanma anlamına gelir. Bu da ideal yanmayı belirler. Baca gazlarında, CO2,CO,NOX nitrojen-azot) ve SO2 (sulphure dioxite) bulunur.

Pratikte, CO2 yüzdesi okunarak yanma havası ayarlanır. Yanma havasının ayarlanması demek; brülör hava registerinde şekil 3 klapelerin biraz daha açılması ile ayarlanır. Yazının sonunda şekiller etraflıca açıklanacak. Son model, gaz ölçümlerinde, infrared (kızıl ötesi) ışınları kullanılarak CO ve CO2 yüzdeleri ölçülür. Orsat aletinin bulunmadığı gemilerde, baca dumanının durumunu, kazan önünden, anlayabilmek için, şekil 4’te görünen duman göstergesinden (smoke indicator) faydalanabiliriz.. Burada aynalar vasıtası ile kazan önüne baca dumanı yansıtılır. Baca çıkısına yerleştirilen lamba, siyah dumanda görünmez. Dumansız ideal yanmada lamba kazan önünden aynada görünür. Buna göre hava miktarı, register klapelerinden ayarlanır.

Şekil 1 Buhar yardımı ile atomize edilen bir yakıt brülörü. 

Şekil 2 Mekanik püskürmeli bürnerin (atomayzer) uç kısmındaki, püskürtücü pulun, yandan ve karşıdan görüntüsünü veriyor. Karşıdan görüntüde, orta küçük yuvarlak deliğine, çevreden gelen, yakıt kanalları, yakıt türbülansını temin eder.

Şekil 3 Fahrettin KÜÇÜKŞAHİN’in kitabından alınan bu resim, ticaret gemilerinde kullanılan mekanik püskürmeli bir atomayzer ve ona bağlantılı, hava registerini gösteriyor. Resimdeki numaraların anlatımı. (15) demir döküm huni, üzerindeki delikler vasıtası ile türbülans temin edilerek, memeden püsküren yakıt ile tam bir karışım elde edilir. (5) hava klapeleri. Hava miktarı, buradan (8) kolu vasıtası ile klapelerin açılıp kapanması ile ayarlanır. (1) Ocak etrafı yanmaz malzeme ile sıvanır. (12) atomayzer (brülör)

Şekil 4 Kazan onu duman periskopu. Yukarıda dumanın nasıl görünüldüğü anlatıldı. Görüntü zayıfladığı zaman; aynalar temizlenir ve gerekirse lamba yenilenir.