BUHAR KAZANLARININ ISIL HESAPLARI – Kemal Onat – Osman F. Genceli – Ahmet Arısoy
ÖNSÖZ
Öğrencilerin proje çalışmalarına yardımcı olmak üzere Prof. Dr. Kemal Onat tarafından hazırlanan «Buhar Kazanlarının Isıl ve Mukavemet Hesapları» konulu kitabın mevcudunun tükenmesi ile doğan boşluğu daha geniş kapsamlı bir kitapla doldurmayı düşündük. Buhar kazanı esas itibariyle ocak içeren bir ısı değiştiricidir. Yanma ve ısı geçişi temel konularına ağırlık veren, genişletilmiş bir buhar 'kazanı kitabının öğrenciler ve pratikte çalışan mühendisler için daha yararlı olacağı inancı, elinizdeki kitabın meydana gelmesine ışık tutmuştur.
Birim olarak bütün dünyada hızla yerleşmeğe başlayan SI (International system of units) tercih edilmiştir. Memleketimizde şimdiki halde ısı, ısıl güç ve basınç karşılıklı olarak kcal, kcal/h ve at ile ifade edilmekte ise de bunların giderek yerlerini kJ, kW ve bar (Pa) birimlerine bırakacakları zorunlu görülmektedir. Bu bakımdan şimdiden bunlara kendimizi alıştırmamız gerefkir.
Sunulan kitap A, B, C, D bölümlerinde su buharının termodinamik özelikleri, yakacaklar ve
Eylül 1988, İstanbul
yanma, ısı geçişi, akışkanlar dinamiği giibi temel konulara yer vermekte, E bölümünde ise buhar kazanının ısıl hesap yöntemini açıklamaktadır, kitabın sonuna konulan Ekler bölümünde birim dönüştürme tabloları dahil ısıl hesap için gerekli tablo ve diyagramlar geniş bir şekilde verilmiştir.
Mukavemet hesapları kitabın kapsamı dışında bırakılmıştır, zira bu tür hesaplar çeşitli standartların konusudur ve hangi Standart esas tutulacaksa o alınacaktır, bunlar arasında bir karış-manın veya sentezin yapılmaması doğru olur.
Konstrüksiyon, işletme ve bakım kitabın içeriğini aştığından bahis konusu edilmemiştir.
Kitabımız hakkındaki eleştirileri memnunlukla karşılayacağımızı, bu eleştirilerin, daha sonraki baskılarda bize ışık tutacağını belirtmek isteriz.
Baskı harcamaları için bize büyük destek veren başta TERMAS firması olmak üzere diğer fir-malara ve kitabın dizgisini titizlikle yapan Denklem Matbaası’na candan teşekkürlerimizi arz ederiz.
K. Onat
O. F. Genceli
A. Arısoy
İÇİNDEKİLER
SUBUHARINA AİT TERMODİNAMİK KAVRAM¬LAR
BUHAR KAZANI VE SUBUHARINA AİT ÖN BİLGİLER
Buhar kazanlarının tanımı Subuharının termodinamik özelikleri
SUBUHARI ÇEVRİMLERİ Camot çevrimi Rankine çevrimi
Kızdı imalı Rankine çevrimi
Tekrar kızdırmalı Rankine çevrimi Rejeneratif çevrim
ISI ENERJİSİNİN KULLANILABİLİRLݬĞİ
Kapalı bir sistemin verebileceği en bü¬yük iş
Açık bir sistemin verebileceği en bü¬yük iş
Isı geçişi halinde enerji kaybı
SİMGELER
KAYNAKLAR
FOSİL YAKACAKLAR VE YANMA
FOSİL YAKACAKLAR Kömür
Kömürün analizi
Kömürlerin yaşlarına göre sınıf¬landırılması
Farklı sınıflardaki kömürlerin ge¬nel özelikleri
Nem
Uçucu maddeler
Sabit karbon
Kül
Kükürt
Kömürlerin fiziksel özelikleri
Türkiye’de üretilen kömürlerin özelikleri Sıvı yakıtlar Gaz yakıtlar
YANMA
Yanma denklemleri Yanma ısısı
Yakıt ısıl değerinin ölçülmesi Alt ve üst ısıl değerler Yakıtın elemansel analizine göre ısıl değer hesabı
Yakıtın çabuk analizine göre ısıl değer hesabı Yakma havası miktarının bulunması. Yanma ürünleri miktarlarının bulun¬ması
Yakma havası ve yanma ürünleri mik¬tarları için deneysel bağıntılar
YANMANIN KONTROLÜ Ost\vald diyagramı
Kuru baca gazı hacimsel yanma di¬yagramı
Analitik bağıntılar SİMGELER KAYNAKLAR
Bölüm C İSI GEÇİŞİ
IŞINIM İLE ISI GEÇİŞİ Temel kavramlar Katı cisim ışınımı
Siyah cisim ışınımı Planck yasası Wien kayma yasası Lambert kosinüs yasası Lambert uzaklık yasası Gri cisim ışınımı Kirehoff yasası
Gerçek katı cisimlerin ışınım öze¬llikleri
Işınımın yöne göre değişmesi Işınımın yüzey sıcaklığına bağlılığı
Işınımın dalga boyuna bağlı¬lığı
Yüzey pürüzlülüğünün ve kirliliğin ışınıma etkisi Karşılıklı iki siyah yüzey arasında ışınım
Gri yüzeylerin net ışınımı Gri yüzeylerle çevrili, ışınım yut- mayan ortam içeren kapalı ha-cimlerde ışınım Gaz ışınımı
Beer ve Kirchoff kanunları 'Eşdeğer tabaka kalınlığı Yutma ve yayma katsayıların ta¬yini
Bir gaz ile kendisini çevreleyen yü¬zeyler arasında ışınım Gri yüzeylerle çevrili ışınım yutan ortam içeren kapalı hacimlerde ışınım Alev ışınımı îs ışınımı Tanecik ışınımı
Gaz ve alevin ortak yayma katsayısının bulunması
Izgaralı ocaklarda Tozkömür ocaklarında Sıvı yakacak ocaklarında
Işınıma ait sayısal örnekler
SİMGELER
KAYNAKLAR
İLETİM (KONDÜKSİYON) İLE ISI GEÇİŞİ
Düzlemsel yüzeylerde sürekli rejimde ısı iletimi
Silindirik ve küresel yüzeylerde sürekli rejimde ısı iletimi
Silindir hali Küre hali
Borularda Ikritik yalıtım çapı
Temas direnci ve kirlilik faktörü
Kanatlı yüzeylerde ısı geçişi
Sürekli rejimde çok boyutlu ısı geçişi
Grafik çözüm
Isı iletimi şekil faktörü
SİMGELER KAYNAKLAR
TAŞINIM (KONVEKSİYON) İLE ISI GE¬ÇİŞİ
Zorlanmış taşınım
Boru içinde zorlanmış akış
Dairesel kesitli boru içinde laminer akışta ısı
Hidrodinamik ve ısıl ba¬kımdan tam gelişmiş akım hali
Hidrodinamik ve ısıl ba¬kımdan tam gelişmemiş akım hali
Dairesel kesitli boru içinde türbülanslı akışta ısı taşım¬ını
| Hidrodinamik ve ısıl ba- Kımdan tam gelişmiş akım hali
Hidrodinamik bakımdan tam gelişmemiş akım ha¬li
Hidrodinamik ve ısıl ba- - kımdan tam gelişmemiş akım hali Dairesel kesitli boru içinde akışta çok kullanılan bazı akışkanlara ait basitleştiril¬miş bağıntılar
Hidrodinamik ve ısıl ba¬kımdan tam gelişmiş tür- bülanslı akış
Hidrodinamik ve ısıl bakımdan tam gelişmemiş | | türbülanslı akış Serpantin şeklinde kıvrılmış boru içinde akışta ısı taşım¬ım
Dairesel kesitli olmayan kanallarda laminer ve türbülanslı akışta ısı taşınımı Levha boyunca zorlanmış akışta ısı taşmımı
Laminer akış Türbülansü akış Hava halinde basitleştiril¬miş bağıntılar Silindir ve küreye zorlanmış dik akışta ısı taşınımı
Silindire dik akış Kürede zorlanmış akış Boru demetine dik akış Kanatlı borulara dik akış Doğal taşınım
Düşey levhada doğal taşınım |Laminer bölge İTürbülanslı bölge
Deneysel bağıntılar
Yatay silindir etrafında doğal ta¬şınım
Yatay levha etrafında doğal taşınım
Eğik yüzeylerde doğal taşınım
İnce akışkan tabakalarında doğal taşınım
Taşınım ile ışınımın bir arada olması durumu
Akışkan yataklarda ısı geçişi
Akışkan yatak karakteristikleri Akışkan yataklarda ısı geçişi ba¬ğıntıları
Tanecikler ile akışkan ara¬sındaki ısı geçişi Yatak içine daldırılmış yü¬zeyler
SİMGELER
KAYNAKLAR
FAZ DEĞİŞİMİ HALİNDE ISI GEÇİŞİ
Yoğuşma halinde ısı geçişi
Düşey levha veya boru üzerinde yoğuşma
Eğik levha veya boru üzerinde yo¬ğuşma
Yatay boru üzerinde yoğuşma
Yatay boru demetinde yoğuşma
Kanatlı yatay borular üzerinde yo¬ğuşma
Yatay boru içinde yoğuşma
Sayısal örnekler Kaynama halinde ısı geçişi
Havuz kaynaması
Zorlanmış akışlı kaynama
Sayısal örnekler
SİMGELER
KAYNAKLAR
ISI DEĞİŞTİRİCİLERİ (EŞANJÖRLER)
Isı değişticilerinin akış şekline göre sınıflandırılması
Tek geçişli ısı değiştiricileri
Paralel akımlı ısı değiştirici¬leri
Ters akımlı ısı değiştirici¬leri
Çapraz akımlı ısı değiştirici¬leri
Çok geçişli ısı değiştiricileri
Çapraz-ters alkımlı düzenle¬me
Çapraz - paralel akımlı dü¬zenleme
Kovan akışkanın karıştığı, paralel-ters akımlı düzenle¬me
Kovan akışkanı karışmış, bölünmüş akımlı düzenleme
Kovan akışkanı karışmış, ay¬rık akımlı düzenleme
Paralel levha geçişli dü¬zenleme Değiştiricilerin ısıl hesapları
toplam ısı geçiş katsayısını et¬kileyen faktörler
ATm ortalama logaritmik sıcaklık farkı
İçiçe iki borulu ısı değiştiri¬cilerinde _\Tm
Diğer ısı değiştiricilerinde ATra
Etkenlik - transfer birimi sayısı Dolgu maddeli değiştiricilerin (Reje¬neratörlerin) ısıl hesapları
SİMGELER
KAYNAKLAR
AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ
TEMEL BİLGİLER
Açık sistemlerde enerji türleri Kinetik enerji Potansiyel enerji Basınç enerjisi İç enerji
Sürekli akış halinde genel enerji denklemi Sürtünme (kayıpları
Boru içinde laminer akışta sür¬tünme kayıpları
Boru içinde türbülanslı akışta sür¬tünme kayıpları Yerel kayıplar
Ani kesit daralması
Konik kesit daralması
Ani kesit genişlemesi
Konik kesit genişlemesi
Yön değiştirmeler Boru demetine dik akışta yük kayıpları . Boru demetine eğik akış hali
BUHAR VE SU DOLAŞIMI
Ocak - asıl ısıtıcı yüzey dolaşım sistem¬leri
Doğal dolaşım Pompalı ısü dolaşım Tek yönlü akış
Kapalı devre eklenmiş tek yönlü akış İki fazlı akış
Kritik altı basınçta bir su borusu dev¬resinde dolaşım Dolaşım oranı Doğal dolaşımın hesabı
Isıtılmış borularda akış Basit U devresi Dolaşımın hidrodinamik pren¬sipleri
Dolaşımın termodinamik prensipleri
SİMGELER
KAYNAKLAR
BUHAR KAZANLARININ ISIL HESAP YÖN- TEMİ
Bazı tanımlar
ISIL VERİMİN TAYİNİ Isıl kayıplar
Yanmamış yakacak kaybı (Zy) Curuftaki yanmamış kömür kaybı (Z,c)
Uçan kok kaybı (Z„,)
Izgara aralıklarından düşen kömür kaybı (Zsi)
İs kaybı (Z,,)
Curuftan gelen duyulur ve gizli ısı kıybı (Zd)
Eksik yanma kaybı (Z.)
Sıcak cidar kaybı (Ze)
Baca kaybı (Zb)
Blöf kaybı (ZM)
Aralıklı (Fasılalı) çalışma kaybı (Zf)
Isıl verim (t})
OCAK BOYUTLANDIRMASI Izgaralı ocaklar *
Düz ızgara
Sonsuz zincirli ızgara Sabit basamaklı ızgara Kayan basamaklı ızgara Titreşimli ızgara Fırlatmalı ızgara Alttan beslemeli ızgara Tozkömür, sıvı ve gaz yakacak ocak¬ları
Ocaik hacminin şekillendirilmesi
OCAK SICAKLIĞININ TAYİNİ Genel düşünceler Hesap yöntemi : Izgaralı ocaklar . İç ocak
Tam yansıtıcı (Refrakter) duvarlı ocak Tozkömür, gaz ve sıvı yakacak ocakları
Ocak sıcaklığı için pratik değerler Ocak sıcaklığının tayinine ait sa¬yısal örnekler
TAŞINIM YÜZEYLERİNİN BOYUTLAN- DIRILMASI
Hesap yöntemi Asü ısıtma yüzeyinin tayini Kızdırıcı ısıtma yüzeyinin tayini Taşınımlı kızdırıcı
Sıcaklık düşürücü yoksa Sıcaklık düşürücü varsa Kızgın buhan su ile karış¬tırarak soğutma t Doymuş buhar ile karıştı¬rarak soğutma Yüzeyli sıcaklık düşürü¬cüde soğutma Işınımlı kızdırıcı Su ısıtıcı, ısıtma yüzeyinin tayini '* K toplam ısı geçiş katsayısının he¬saplanması
Ön buharlaştırıcı yüzeyinin bulun¬ması
Hava ısıtıcı ısıtma yüzeyinin tayini 1 Doğrudan (Reküperatif) hava ısı¬tıcı
Dolaylı (Rejeneratif) hava ısıtıcı
GAZLARIN DOLAŞIMI VE YÜK KAYIP¬LARI
Gazların dolaşımı
1.1. Baca çekişi
1.2. Statik, dinamik ve toplam basınç kavramları
Yük kayıplarının hesaplanması Izgaradaki yük kaybı (AP,) Ocaktaki yük kaybı (Apc)
Taşınım yüzeylerindeki yük kaybı (APk)
Sıcak gazların yükselme kuvveti
(AP,)
Bacadaki yük (kaybı (Apb)
Baca hesabı
Doğal çekişli bacalar
Baca yüksekliğini etkileyen dış etkenler Baca tasarımı Zorlanmış çekişli bacalar
Gerekli aspiratör gücünün hesabı
BUHARIN SUDAN AYRILMASI Buharı ayırmanın gerekleri Kazan deposu
Deponun iç yapısı Su ayırma kademeleri
Primer ve sekonder ayırıcı¬lar
Kurutucular Buhar yıkayıcılar
BUHAR KAZANLARININ ISIL HESAP¬LANMASINA AİT BÎR ÖRNEK
Isıl verimin tayini Yakacak miktarının bulunuşu Ocağın boyutlandırılması Ocak sıcaklığının tayini Taşınım yüzeylerinin tayini
Duman gazının yörüngesi boyunca soğuması
Alev borusunda Ateş kutusunda İç taraftaki duman borula¬rında
Duman kutusunda (kızdırıcı¬dan önce)
Kızdırıcıda
Duman kutusunda (kızdırıcıdan sonra)
Dış taraftaki duman borula¬rında
Duman kanalında (su ısıtıcı¬dan önce)
Su ısıtıcısında Taşınım yüzeylerinin boyutlandırılması
Asıl ısıtma yüzeyi
Kızdırıcı ısıtma yüzeyi
Su ısıtıcı ısıtma yüzeyi Yük kayıplarının hesaplanması
Alev borusunda Ateş kutusunda İç taraftaki duman borularında Ön duman kutusunda Kızdırıcıda Ön duman kutusunda Dış duman borularında Duman kanalında Su ısıtıcısında Baca hesabı 241 Doğal çekiş Zorlanmış çekiş . Isıl bilanço
Buhar kazanın ısıl hesaplarına ait örneğin özeti
ALEV GERİ DÖNÜŞLÜ, TÜRBÜLATÖR LÜ BİR KALORİFER KAZANININ ISIL HESABI
Isıl verim ve yakacak debisinin tayini Ocaktaki ısı geçiş Duman borularındaki ısı geçiş Isı bilançosu
DOĞAL GAZLI BİR ISKOÇ KAZANININ OCAK SICAKLIĞININ HESABI
SU BORULU BİR KAZANDA DOĞAL TAŞINIM HESABI ÖRNEĞİ
İterasyon
Özgül hacimlerin hesabı Yerel kayıp katsayıları Sürtünme kayıp katsayıları Hız değerleri Denge denklemleri
Kaldırma kuvvetlerinin yarat¬tığı basınç farkı Devredeki dirençlerin yarat¬tığı basınç Kinetik enerjideki artışın yarattığı basınç Eşitliğin kontrolü
İterasyon
Özgül hacimlerin hesabı Yerel kayıp katsayıları Sürtünme kayıp katsayıları Hız değerleri Denge denklemleri
Kaldırma kuvvetlerinin yarat¬tığı basınç farkı Devredeki dirençlerin yarat¬tığı basınç Kinetik enerjideki artışın yarattığı basınç Eşitliğin kontrolü
İterasyon
Özgül hacimlerin hesabı Yerel kayıp katsayıları Sürtünme kayıp katsayıları Hız değerleri Denge denklemleri
Kaldırma kuvvetlerinin yarat¬tığı basınç farkı Devredeki dirençlerin yarat¬tığı basınç Kinetik enerjideki artışın yarattığı basınç Eşitliğin kontrolü
SİMGELER
KAYNAKLAR
EKLER
SİMGELER
KAYNAKLAR
ENDEKS