Sanayi tipi brülör-kazan sisteminde yanma emisyonlarının incelenmesi

Abstract

Bu tezde, sanayi tipi bir brülör-kazan sisteminde yanma emisyonlarını araştırmak için farklı brülör ısıl yüklerinde, hava fazlalık katsayılarında ve kazan boylarında deneysel testler gerçekleştirilmiştir. Sonrasında brülör-kazan test sonuçlarından elde edilen verilerle, yanma sisteminin Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) modeli oluşturulmuştur. ANSYS FLUENT 16 yazılımında bulunan farklı yanma ve türbülans modelleri ile sayısal simülasyonlar gerçekleştirilip, deneysel sonuçlar ile uyumlu yanma ve türbülans modelleri belirlenmiştir. HAD modelinin doğrulanması sonrasında deneysel test parametreleri HAD yöntemiyle de incelenmiştir. Öte yandan aynı sistemde doğal gaz, metan, doğal gaza ısıl yükçe %25, %50 ve %75 oranlarında hidrojen eklenmesiyle oluşan yakıt karışımları ve saf hidrojen (% 100) yanmasıyla oluşan emisyonlar incelenmiştir. Son olarak brülör üzerinde bulunan girdap üreteci yerine yanma emisyonlarını düşürmek amacıyla yeni bir girdap üreteci tasarlanmıştır. Tasarlanan yeni girdap üretecinin kanat sayısı (7, 9, 11, 13, 15, 17) ve kanat açısı (15°, 20°, 25°, 30°) parametrik olarak incelenmiştir. Böylece kanat sayısı ve kanat açısının yanma emisyonları üzerindeki etkileri tespit edilmiştir. Brülör-kazan sisteminde farklı ısıl yükler ile farklı kazan uzunluklarıyla yapılan deneysel çalışmalarda, yanma sonu gaz emisyonları olan NOx, CO ve CO2 değişimleri sınırlı seviyede kalmaktayken farklı hava fazlalık katsayılarında değişimler daha belirgindir. Örneğin, NOx emisyonu 32 ppm, CO emisyonu 46 ppm ve CO2 % 24 oranında değişmektedir. HAD sonuçlarına göre, doğal gaz metan gazı ile de modellenebildiği görülebilir. Ayrıca doğal gaz-hidrojen yakıt karışımında hidrojen miktarı arttıkça alev boyu ve çapının arttığı CO2 ve CO emisyon seviyelerinin düştüğü belirlenmiştir. Yakıt olarak %100 H2 kullanıldığında ise CO ve CO2 emisyonların oluşmadığı fakat NOx emisyonun önemli derecede arttığı görülmüştür. Son olarak yeni tasarlanan girdap üretecinin 11 kanatlı uygulaması en düşük NOx emisyonuyla sonuçlandı. Ayrıca kanat açısının artması baca gazındaki NOx emisyonunun azalmasına neden olduğu saptandı.