Yanma Verimliliği Analizi

Giriş

Yanma verimliliği analizi; doğal gaz, LPG, fuel-oil, motorin, biyogaz, biyokütle ve benzeri yakıtların kullanıldığı kazan, fırın, kurutucu, termal yağ kazanı ve diğer endüstriyel yakma sistemlerinin enerji performansını belirlemek amacıyla gerçekleştirilen ölçüm ve değerlendirme çalışmalarının bütünüdür.

Yanma prosesi sırasında yakıtın kimyasal enerjisinin mümkün olan en yüksek bölümü faydalı ısıya dönüştürülmelidir. Ancak yetersiz hava, gereğinden fazla yanma havası, hatalı brülör ayarı, kirli ısı transfer yüzeyleri, yüksek baca gazı sıcaklığı ve düzensiz proses yükleri enerji kayıplarına neden olabilir.

Yetersiz hava ile yanma, karbonmonoksit oluşumuna, kurum birikimine ve güvenlik risklerine yol açabilir. Gereğinden fazla hava ile yanma ise ısıtılması gerekmeyen fazla havanın bacadan atılmasına ve baca gazı kayıplarının artmasına neden olur.

Bu nedenle yanma optimizasyonunda amaç yalnızca baca gazındaki oksijen oranını düşürmek değildir. Yakıt türü, brülör teknolojisi, proses yükü, baca gazı sıcaklığı, karbonmonoksit seviyesi, emisyon değerleri, fırın veya kazan basıncı ve üretim kalitesi birlikte değerlendirilmelidir.

Üretim Süreci

Yanma sisteminin genel enerji dönüşüm akışı aşağıdaki gibidir:

Yakıt Besleme
↓
Yanma Havası Besleme
↓
Yakıt ve Havanın Karıştırılması
↓
Ateşleme
↓
Alev Oluşumu
↓
Isı Transferi
↓
Proses veya Akışkanın Isıtılması
↓
Baca Gazı Oluşumu
↓
Baca Gazı Tahliyesi

Yanma verimliliği, yakıtın sisteme girişinden baca gazının atmosfere atılmasına kadar geçen tüm süreç dikkate alınarak değerlendirilmelidir.

Enerjinin En Yoğun Kullanıldığı Sistemler

Yanma verimliliği analizinin uygulandığı başlıca sistemler aşağıdaki gibidir:

• Buhar kazanları
• Sıcak su kazanları
• Kızgın su kazanları
• Termal yağ kazanları
• Cam ergitme fırınları
• Çimento döner fırınları
• Tav fırınları
• Isıl işlem fırınları
• Ergitme fırınları
• Seramik ve tuğla fırınları
• Boya kurutma fırınları
• Tekstil ramözleri
• Gıda kurutma sistemleri
• Direkt ateşlemeli kurutucular
• Dolaylı ısıtmalı kurutucular
• Yakma ve incinerasyon sistemleri
• Kojenerasyon sistemleri
• Gaz motorları
• Gaz türbinleri
• Buhar jeneratörleri
• Proses ısıtıcıları
• Reaktör ısıtma sistemleri
• Brülörlü hava ısıtıcıları

En Sık Karşılaşılan Enerji Kayıpları

Endüstriyel yanma sistemlerinde gerçekleştirilen enerji etütlerinde aşağıdaki verimsizliklerle sık karşılaşılmaktadır:

• Gereğinden yüksek fazla hava oranı
• Yetersiz yanma havası
• Yüksek baca gazı sıcaklığı
• Yüksek karbonmonoksit seviyesi
• Eksik yanma
• Kurum oluşumu
• Brülör meme ve başlıklarında kirlenme
• Yakıt-hava oranının yükle birlikte değişmemesi
• Mekanik bağlantılı eski tip oran kontrol sistemleri
• Yanma havası fanlarının sabit hızda çalışması
• Damperle hava kontrolü
• Oksijen trim sisteminin bulunmaması
• Baca gazı analizörlerinin kalibrasyonunun bozulması
• Brülör modülasyon aralığının yetersiz olması
• Brülörün sık devreye girip çıkması
• Düşük yükte kararsız yanma
• Fırın veya kazan gövdesine kontrolsüz hava girişi
• Kapak ve menhollerden hava sızıntısı
• Negatif basıncın gereğinden yüksek tutulması
• Isı transfer yüzeylerinde kurum ve tortu
• Yanma havasının düşük sıcaklıkta alınması
• Atık ısının yanma havası ön ısıtmada kullanılmaması
• Uygun olmayan yakıt basıncı
• Düzensiz gaz basıncı
• Hatalı alev geometrisi
• Brülör kapasitesinin ekipmanla uyumsuz olması
• Proses yükü ile yakıt tüketiminin ilişkilendirilmemesi
• Baca gazı değerlerinin yalnızca periyodik ve anlık ölçülmesi
• Yanma performansının sürekli izlenmemesi

ENERVIS Enerji Etüdü Yaklaşımı

ENERVIS enerji etüdü yaklaşımında yanma sistemi yalnızca brülör üzerinden değerlendirilmez. Yakıt besleme, yanma havası, alev, ısı transfer yüzeyleri, baca sistemi, proses kontrolü ve otomasyon altyapısı birlikte analiz edilir.

Yakıt Sistemi

• Doğal gaz hattı
• LPG sistemi
• Sıvı yakıt sistemi
• Biyogaz hattı
• Biyokütle besleme sistemi
• Yakıt basıncı
• Yakıt sıcaklığı
• Yakıt debisi
• Filtreler
• Regülatörler
• Kontrol vanaları
• Emniyet kapatma vanaları

Yanma Havası Sistemi

• Yanma havası fanları
• Hava kanalları
• Hava filtreleri
• Damperler
• Frekans konvertörleri
• Hava debisi
• Hava basıncı
• Hava sıcaklığı
• Yanma havası ön ısıtıcıları
• Reküperatörler
• Rejeneratörler

Brülör Sistemi

• Brülör kapasitesi
• Modülasyon oranı
• Alev geometrisi
• Ateşleme sistemi
• Alev dedektörü
• Yakıt-hava oran kontrolü
• Brülör başlığı
• Gaz lansları
• Yakıt memeleri
• Hava klapeleri
• Servo motorlar

Isı Transfer Sistemi

• Kazan boruları
• Fırın yüzeyleri
• Radyant bölge
• Konvektif bölge
• Ekonomizer
• Hava ön ısıtıcı
• Refrakter yapı
• İzolasyon
• Kurum ve tortu oluşumu

Baca ve Egzoz Sistemi

• Baca gazı sıcaklığı
• Baca gazı oksijen oranı
• Karbonmonoksit
• Karbondioksit
• Azot oksitler
• Kükürt oksitler
• Baca çekişi
• Egzoz fanları
• Baca damperleri
• Kaçak hava noktaları

Dijital Altyapı

• PLC
• DCS
• SCADA
• AMPTICA platformu
• SENSONIT Gateway
• Baca gazı analizörleri
• Yakıt debimetreleri
• Hava debimetreleri
• Basınç sensörleri
• Sıcaklık sensörleri
• Alarm yönetimi
• Trend analizi
• Yakıt ve üretim raporları

Ölçüm ve Veri Analizi

Yanma verimliliği analizi kapsamında aşağıdaki parametreler ölçülmekte ve değerlendirilmektedir:

• Yakıt türü
• Yakıt alt ısıl değeri
• Yakıt üst ısıl değeri
• Yakıt debisi
• Yakıt basıncı
• Yakıt sıcaklığı
• Yanma havası sıcaklığı
• Yanma havası debisi
• Baca gazı sıcaklığı
• Ortam sıcaklığı
• Baca gazı oksijen oranı
• Karbondioksit oranı
• Karbonmonoksit seviyesi
• Azot oksit seviyesi
• Kükürt dioksit seviyesi
• Baca gazı basıncı
• Fırın veya kazan iç basıncı
• Fazla hava oranı
• Alev sıcaklığı
• Proses sıcaklığı
• Buhar debisi
• Sıcak su debisi
• Termal yağ debisi
• Üretim miktarı
• Brülör yük oranı
• Brülör çalışma süresi
• Brülör devreye girme sayısı
• Elektrik tüketimi
• Fan motor yükü
• Enerji üretimi
• Faydalı ısı miktarı
• Özgül yakıt tüketimi

Yanma verimliliği değerlendirilirken baca gazı oksijen oranı üzerinden teorik fazla hava oranı hesaplanabilir. Ancak gerçek değerlendirmede karbonmonoksit, baca gazı sıcaklığı, yakıt türü ve sistem kaçakları da dikkate alınmalıdır.

Genel enerji dengesi aşağıdaki şekilde ifade edilebilir:

Yakıt Enerjisi = Faydalı Isı + Baca Gazı Kayıpları + Yüzey Kayıpları + Eksik Yanma Kayıpları + Diğer Kayıplar

Yanma verimi ise genel olarak şu yaklaşımla değerlendirilebilir:

Yanma Verimi = 100 - Toplam Yanma Kayıpları

Bu hesaplamada kullanılan yöntem, ekipman türüne ve kabul edilen standarda göre değişebilir.

Süreç Bazlı İnceleme

Yakıt Besleme Sistemi

Yakıt basıncı, debisi, sıcaklığı, filtre durumu ve kontrol vanalarının çalışma karakteristiği incelenir. Düzensiz yakıt basıncı alev kararlılığını ve yakıt-hava oranını olumsuz etkileyebilir.

Yanma Havası Sistemi

Fan kapasitesi, hava filtresi basınç kaybı, kanal kaçakları, damper konumu ve hava sıcaklığı değerlendirilir. Fanın gereğinden yüksek debide çalışması fazla hava oranını ve elektrik tüketimini artırabilir.

Brülör Performansı

Brülörün minimum ve maksimum yükteki performansı, modülasyon aralığı, alev şekli, ateşleme güvenilirliği ve yanma kararlılığı analiz edilir.

Alev Geometrisi

Alevin proses ekipmanına çarpması, kısa veya uzun olması, asimetrik gelişmesi ve ısı transfer yüzeylerinde lokal sıcaklık oluşturması değerlendirilir.

Kazan ve Fırın İç Basıncı

Sistemin pozitif veya negatif basınçta çalışma koşulları incelenir. Gereğinden yüksek negatif basınç, dış ortam havasının sisteme girmesine ve baca gazı kayıplarının artmasına neden olabilir.

Baca Gazı Sistemi

Baca gazı sıcaklığı, oksijen, karbonmonoksit, karbondioksit ve emisyon değerleri farklı yük noktalarında ölçülür. Tek bir yükte yapılan ölçüm, sistemin gerçek yıllık performansını temsil etmeyebilir.

Isı Transfer Yüzeyleri

Kurum, kireç, tortu ve refrakter bozulmaları incelenir. Isı transfer yüzeylerindeki birikimler baca gazı sıcaklığını ve yakıt tüketimini artırabilir.

Düşük Yük Çalışması

Brülörün düşük yükte sık devreye girip çıkması, purge kayıpları ve kararsız yanma açısından değerlendirilir. Brülör kapasitesinin gerçek proses yüküne uygun olması gerekir.

Yanma Havası Ön Isıtma

Baca gazı enerjisinin reküperatör, rejeneratör veya hava ön ısıtıcı aracılığıyla yanma havasına aktarılma potansiyeli analiz edilir.

Emisyon Performansı

Enerji verimliliği ile NOx, CO ve diğer emisyonlar birlikte değerlendirilir. Oksijen oranının kontrolsüz şekilde düşürülmesi CO artışına ve güvenlik risklerine neden olabilir.

SCADA ile Sürekli Enerji Yönetimi

Yanma sistemlerinde optimum ayarların yalnızca periyodik baca gazı ölçümleriyle korunması zordur. Yakıt kalitesi, proses yükü, ortam koşulları, brülör kirliliği ve ekipman yaşlanması nedeniyle yanma performansı zamanla değişebilir.

AMPTICA Endüstriyel İzleme Platformu üzerinden aşağıdaki göstergeler sürekli izlenebilir:

• Yakıt tüketimi
• Yakıt basıncı
• Yanma havası sıcaklığı
• Yanma havası debisi
• Baca gazı sıcaklığı
• Baca gazı oksijen oranı
• Karbonmonoksit seviyesi
• Karbondioksit oranı
• NOx seviyesi
• Fırın veya kazan basıncı
• Brülör yük oranı
• Brülör çalışma süresi
• Brülör devreye girme sayısı
• Fan motor gücü
• Fazla hava oranı
• Hesaplanan yanma verimi
• Faydalı enerji üretimi
• Yakıt başına faydalı enerji
• Ton ürün başına yakıt tüketimi
• Buhar başına yakıt tüketimi
• Vardiya bazlı enerji performansı
• Alarm ve limit aşımı kayıtları
• Emisyon trendleri
• Bakım sonrası performans karşılaştırmaları

SENSONIT Endüstriyel Gateway, Modbus RTU, Modbus TCP, MQTT, OPC UA, Profinet, Ethernet/IP ve uygun uygulamalarda IEC 61850 protokolleri üzerinden baca gazı analizörleri, PLC sistemleri, yakıt sayaçları, fan sürücüleri, sıcaklık sensörleri ve basınç transmitlerinden gelen verileri SCADA ve AMPTICA platformuna aktarır.

Bu yapı sayesinde farklı yük noktalarındaki yanma performansı karşılaştırılabilir, fazla hava sapmaları erken aşamada tespit edilebilir ve brülör ayarlarının kalıcılığı doğrulanabilir.

ENERVIS Uygulama Yaklaşımı

Ön Veri Analizi
↓
Saha Keşfi
↓
Yakıt ve Yanma Sistemi İncelemesi
↓
Baca Gazı Ölçümleri
↓
Farklı Yüklerde Performans Testleri
↓
Yakıt-Hava Oranı Analizi
↓
Alev ve Brülör Kontrolü
↓
Isı Transfer Yüzeylerinin İncelenmesi
↓
Baca ve Çekiş Sistemi Analizi
↓
Brülör Ayarı ve Optimizasyon
↓
SCADA ve AMPTICA Entegrasyonu
↓
Enerji ve Emisyon Performans Modeli
↓
Teknik Fizibilite
↓
ROI Hesaplaması
↓
Uygulama
↓
Sürekli İzleme ve Raporlama

ENERVIS Saha Kontrol Listesi

• Yakıt ana giriş hattı
• Yakıt sayaçları
• Basınç regülatörleri
• Filtreler
• Kontrol vanaları
• Emniyet kapatma vanaları
• Gaz yolu armatürleri
• Brülör
• Brülör başlığı
• Yakıt memeleri
• Gaz lansları
• Ateşleme elektrotları
• Alev dedektörü
• Hava klapeleri
• Servo motorlar
• Yanma havası fanları
• Hava filtreleri
• Hava kanalları
• Hava damperleri
• Frekans konvertörleri
• Reküperatörler
• Rejeneratörler
• Hava ön ısıtıcıları
• Fırın veya kazan gövdesi
• Refrakterler
• İzolasyon
• Kapaklar
• Menholler
• Gözetleme camları
• Kazan boruları
• Isı transfer yüzeyleri
• Ekonomizer
• Baca kanalları
• Baca damperleri
• Egzoz fanları
• Baca gazı analizörleri
• Oksijen sensörleri
• Karbonmonoksit sensörleri
• Sıcaklık sensörleri
• Basınç transmitleri
• Debimetreler
• PLC
• DCS
• SCADA
• AMPTICA platformu
• SENSONIT Gateway
• Alarm ve emniyet sistemleri

Örnek İncelenen Sistemler

• Doğal gazlı buhar kazanları
• Sıcak su kazanları
• Kızgın su kazanları
• Termal yağ kazanları
• Çift yakıtlı kazanlar
• Cam ergitme fırınları
• Çimento döner fırınları
• Demir-çelik tav fırınları
• Isıl işlem fırınları
• Alüminyum ergitme fırınları
• Seramik fırınları
• Tuğla fırınları
• Boya kurutma fırınları
• Tekstil ramözleri
• Gıda kurutucuları
• Direkt ateşlemeli hava ısıtıcıları
• Yakma tesisleri
• Gaz motorları
• Gaz türbinleri
• Kojenerasyon sistemleri
• Rejeneratif brülör sistemleri
• Reküperatif brülör sistemleri
• Oksi-yakıt sistemleri
• Düşük NOx brülörleri
• Oksijen trim sistemleri

Yatırım Değerlendirmesi (ROI)

Yanma verimliliği projeleri değerlendirilirken aşağıdaki kriterler birlikte ele alınmaktadır:

• Mevcut yakıt tüketimi
• Yakıt türü
• Yakıt maliyeti
• Yıllık çalışma süresi
• Brülör yük profili
• Baca gazı sıcaklığı
• Baca gazı oksijen oranı
• Karbonmonoksit seviyesi
• Fazla hava oranı
• Mevcut yanma verimi
• Proses kapasitesi
• Faydalı enerji üretimi
• Brülör modülasyon aralığı
• Fan elektrik tüketimi
• Isı transfer yüzeyi temizliği
• Kaçak hava miktarı
• Yanma havası ön ısıtma potansiyeli
• Oksijen trim sistemi potansiyeli
• Frekans konvertörü uygulaması
• Brülör değişimi ihtiyacı
• Otomasyon yenileme ihtiyacı
• Emisyon azaltım potansiyeli
• Ürün kalitesine etkisi
• Üretim kapasitesine etkisi
• Bakım maliyetleri
• Beklenen yakıt tasarrufu
• Beklenen elektrik tasarrufu
• Karbon emisyonu azalımı
• Yatırım maliyeti
• Geri ödeme süresi
• Net bugünkü değer
• İç verim oranı

Brülör ayarı ve fazla hava optimizasyonu gibi düşük yatırım gerektiren uygulamalar kısa geri ödeme süreleri sağlayabilir. Ancak yalnızca anlık ölçüm sonuçlarına dayalı tasarruf hesapları yerine, yıllık yük profili ve gerçek çalışma saatleri kullanılmalıdır.

Sonuç

Yanma verimliliği analizi, yakıt kullanan endüstriyel sistemlerde enerji maliyetlerinin azaltılması, emisyonların kontrol edilmesi ve proses güvenilirliğinin artırılması açısından temel mühendislik çalışmalarından biridir.

Baca gazı sıcaklığı, oksijen oranı, karbonmonoksit seviyesi, fazla hava oranı, yakıt tüketimi ve faydalı enerji üretimi birlikte değerlendirilmeden sağlıklı bir yanma performansı analizi yapılamaz.

Uygun brülör ayarı, yakıt-hava oran kontrolü, oksijen trim sistemi, yanma havası ön ısıtma, ısı transfer yüzeylerinin temizliği ve çekiş kontrolü sayesinde önemli enerji tasarrufları sağlanabilir.

SCADA tabanlı sürekli izleme altyapısı ile yanma performansındaki bozulmalar erken aşamada belirlenebilir, enerji ve emisyon değerleri farklı yük noktalarında karşılaştırılabilir ve optimizasyon çalışmalarının kalıcılığı doğrulanabilir.

Neden ENERVIS?

ENERVIS, yanma verimliliğini yalnızca baca gazındaki oksijen oranı üzerinden değerlendirmez. Yakıt besleme sistemi, brülör, yanma havası, alev geometrisi, ısı transfer yüzeyleri, baca çekişi, proses yükü, otomasyon ve emisyon performansı birlikte analiz edilir.

Farklı yük noktalarında gerçekleştirilen saha ölçümleri sayesinde sistemin gerçek çalışma karakteristiği belirlenir. Yanma optimizasyonu önerileri enerji tasarrufu, proses güvenliği, ürün kalitesi ve emisyon sınırları birlikte dikkate alınarak hazırlanır.

AMPTICA ve SENSONIT altyapısıyla yanma verileri sürekli izlenebilir, performans sapmaları için alarm üretilebilir ve bakım sonrası verim değişimleri ölçülebilir.

İlgili Sayfalar

• Atık Isı Geri Kazanımı
• Endüstriyel Fırınlarda Enerji Verimliliği
• Endüstriyel Fanlarda Enerji Verimliliği
• Frekans Konvertörleri ile Enerji Tasarrufu
• Basınçlı Hava Sistemlerinde Enerji Verimliliği
• Enerji Etüdü Nedir?
• SCADA Nedir?

ENERVIS Mühendislik Önerisi

Yanma optimizasyonu çalışmaları tek bir yük noktasında gerçekleştirilen baca gazı ölçümüne dayandırılmamalıdır. Brülörün minimum, orta ve maksimum yük seviyelerinde ayrı ölçümler yapılmalı; oksijen, karbonmonoksit, baca gazı sıcaklığı ve proses performansı birlikte değerlendirilmelidir.

Oksijen oranı azaltılırken karbonmonoksit artışı ve alev kararlılığı sürekli takip edilmelidir. En düşük oksijen değeri her zaman en yüksek verimi veya en güvenli çalışma noktasını ifade etmez.

Brülör ayarından önce ısı transfer yüzeyleri, hava kaçakları, baca çekişi ve sensör kalibrasyonları kontrol edilmelidir. Mekanik veya proses kaynaklı problemler giderilmeden yapılan brülör ayarı kalıcı sonuç sağlamayabilir.

Yanma havası fanlarında frekans konvertörü uygulaması planlanıyorsa fan hızı ile yakıt debisi arasında güvenli ve doğrulanmış bir kontrol ilişkisi kurulmalıdır.

ENERVIS Teknik Notu

Yanma sistemlerinde aşağıdaki performans göstergelerinin düzenli olarak izlenmesi önerilir:

• Baca gazı oksijen oranı
• Karbonmonoksit seviyesi
• Karbondioksit oranı
• NOx seviyesi
• Baca gazı sıcaklığı
• Ortam sıcaklığı
• Fazla hava oranı
• Yakıt debisi
• Yakıt basıncı
• Yanma havası sıcaklığı
• Yanma havası debisi
• Brülör yük oranı
• Brülör modülasyon seviyesi
• Fan motor gücü
• Fırın veya kazan iç basıncı
• Hesaplanan yanma verimi
• Yakıt başına faydalı enerji
• kg buhar/Nm³ doğal gaz
• Nm³ doğal gaz/ton ürün
• kWh termal/ton ürün
• Brülör devreye girme sayısı
• Purge süresi
• Düşük yük çalışma oranı
• Emisyon limit aşımı sayısı

Yanma verimi karşılaştırılırken ölçümlerin aynı yük, yakıt, üretim koşulu ve ortam sıcaklığında yapılmasına dikkat edilmelidir. Aksi halde ölçüm sonuçları doğrudan karşılaştırılabilir olmayabilir.

ENERVIS Güvenlik Notu

Yanma sistemleri; yanıcı ve patlayıcı yakıtlar, yüksek sıcaklık, basınç, alev, karbonmonoksit ve hareketli ekipmanlar nedeniyle yüksek risk taşımaktadır.

Brülör, gaz yolu armatürleri, yakıt vanaları ve emniyet sistemleri üzerinde yapılacak tüm çalışmalar yalnızca yetkili personel tarafından gerçekleştirilmelidir. Devreye alma ve ayar çalışmaları sırasında üretici prosedürleri ile tesisin yakıt güvenliği kurallarına eksiksiz uyulmalıdır.

Baca gazı ölçümleri sırasında sıcak gaz, karbonmonoksit, oksijen yetersizliği ve basınçlı gaz çıkışı riskleri dikkate alınmalıdır. Ölçüm noktaları güvenli erişime sahip olmalı ve uygun kişisel koruyucu donanımlar kullanılmalıdır.

Yakıt sistemine müdahale öncesinde hat güvenli biçimde izole edilmeli, gerekiyorsa gazdan arındırılmalı ve kilitleme/etiketleme prosedürleri uygulanmalıdır. Gaz kaçağı kontrolü uygun ölçüm cihazlarıyla gerçekleştirilmelidir.

Oksijen oranının kontrolsüz şekilde düşürülmesi eksik yanmaya, karbonmonoksit oluşumuna, kurum birikimine ve patlama riskine neden olabilir. Bu nedenle yanma ayarları yalnızca yetkin personel tarafından, sürekli baca gazı ölçümü ve alev gözetimi altında yapılmalıdır.