15 Nisan 2006
TAŞ FIRINLARIN, DOĞALGAZDA KULLANIMINDA..
EKMEK ÜRETİMİNDE KULLANILAN TAŞ FIRINLARIN, DOĞALGAZDA KULLANIMINDA KARŞILAŞILAN PROBLEMLER VE ÇÖZÜM ÖNERİLERİ
ÖZET
Doğal gaz temiz ve verimli yakılabilirlik açısından üstün niteliklere haiz bir yakıttır. Ancak bu niteliklerden maksimum ölçüde faydalanabilmek, en son teknoloji ile donatılmış kazan/fırın ve brülör sistemlerinin kullanım gereksinimi ile birlikte, hassas bir yanma ayarı ve doğru hava/yakıt oranlarının sağlanmasına bağlıdır. Hali hazırda doğal gaz kullanan ve kullanacak olan taş fırınların bu çizgiye çekilmesi bu çalışmanın amacıdır.
1. GİRİŞ
Dünyada doğal gazın oldukça büyük rezervlerde olması, fiyatlarının makul olması, çevreye olan etkilerinin diğer fosil yakacaklara oranla çok iyi olması gibi temel sebeplerle uygulanan ulusal programlar dünya ölçeğinde ve ülkemiz ölçeğinde doğal gaz tüketiminde yükselen bir trendi desteklemektedir. Ülkemizin içinde bulunduğu enerji krizinin aşılmasında doğal gaz, çok etkin ve ekonomik bir enerji kaynağı konumuna gelmiştir.
İçindeki karbon (%C) miktarının diğer yakıtlara göre az olması nedeniyle doğal gaz mavi ve mat bir alev ile yanar. Bu ise ocaklarda ışınım sebebiyle olan ısı transferini azaltır. Doğal gazın içindeki hidrojen (H) miktarı da oldukça fazladır (yaklaşık %24). Yanma neticesinde ortaya çıkan yanma ürünleri içindeki su buharı miktarı daha fazladır. Temiz bir yakıt olan doğal gaz yanmayan partiküller, kükürt vs olmadığından çevresel etkileri oldukça iyidir. Bu nedenle doğal gaz yakma sistemlerinde ısı geçişinin büyük oranlarda taşınım ile olduğu düşünülürse ısı transfer yüzeylerinde kirlenmeyle ısı geçişini kötüleştiren şartlar oluşmaz ve sistemde stabilite sağlanır. Yanmayı tamamlamak için gereken zaman 0,4-0,6 saniye mertebesinde olup kısadır. Bu nedenle ocak hacmi küçük yakma sistemleri yapılabilir. Gerek ocak yükünün fazla olması, gerekse alevde is ve katı taneciklerin olmaması ışınım ile ısı geçişinin az olmasına neden olur ve dolayısıyla ocak sıcaklığı yüksek olur.[1]
Bu çalışma da;
1.Taş fırınlarda hali hazırda, doğal gaz kullanımındaki mevcut durum ve bunun yapısal değişikliklerle iyileştirilmesi,
2.Uygulanacak yalıtımla yapılacak enerji tasarrufu ve optimum çözüm bulunarak bunun geri dönüş zamanının tespiti,
3.Taş fırında kullanılacak baca ve duman kanalı tasarımının yapılaması,
4. Kullanılacak brülör seçimi,
5.Emniyet açısından yapılması gereken otomasyonun tespiti ve işletme şartlarının iyileştirilmesi incelenmiştir.
2. MEVCUT DURUM VE YAPISAL DEĞİŞİKLİKLER
Taş fırınlarda; verim değerlerini yükseltmek, yanmayı iyileştirmek, emniyetli ve çevreye zarar vermeyecek şekilde kullanımının nasıl olacağına dair teorik ve pratik bir çalışma yapılmıştır. Taş fırınlarda yanma odası dikdörtgenler prizması şeklinde olup, yanmış gazların tahliyesi tam olarak mümkün olamamaktadır. Özellikle yanma odası köşelerin de ölü bölgeler oluşmaktadır. Bildiğimiz sıcak su kazanlarda, yanma odası silindirik olduğundan, yanmış gazların tahliyesi daha kolay olmaktadır:[6] Bu durum da emniyeti sağlamaktadır. Bu tür fırınlarda, yanma hücresinin köşeleri mümkün olduğu kadar yuvarlatılarak gaz birikmesi önlenmeli, ortamdan hava alışı engellenerek sızdırmaz yapılmalıdır. Taş fırınlarda brülör ile yanma hücresi arasında fazla hava girişine müsaade eden, kontrol dışı istenmeyen aralıklar bulunmakta, brülör dış etkilere ve bilinçsiz müdahalelere açık olarak çalışmaktadır. Bu durum brülörün bir flanş yardımıyla yanma hücresine sabitlenerek ve sızdırmaz hale getirilerek ortadan kaldırılabilir.Bu tür fırınlarda genelde iki göz bulunmaktadır. Bir gözde yaklaşık olarak 220 ekmek pişirilmekte, bir ekmek için ideal olarak 33 kcal /18 dak lık enerji harcanmaktadır. Fakat 77 kcal /18 dak hatta 110 kcal /18 dak enerji verilerek ekmek üretimi yapılan yerler mevcuttur.
İdeal olarak;
220 Adet x 33 kcal/18dak = 7260 kcal /18dak
1 göz için = 24200 kcal /h
2 göz için = 48400 kcal /h
220 Adet x 77 kcal/18dak = 16940 kcal /18dak
1 göz için = 56466 kcal /h
2 göz için = 112933 kcal /h
220 Adet x110 kcal/18dak = 24200 kcal /18dak
1 göz için = 80666 kcal /h
2 göz için = 161333 kcal /h
11.000 - 12.000 adet tuğla kullanarak taş fırın yapılmakta ve fırın duvar kalınlığı 60 cm den az imal edilmemektedir. Tuğla boyutları 20x10x6 cm olup, fırın yapımında kullanılan harç; bir torba çimento , bir torba kireç ve 3 torba kumdan oluşmaktadır. Mukavemet acısından 50 cm veya 40 cm’ lik fırın duvarları imal edilmemektedir.
Ocak kısmı belirtildiği gibi 42x160x250 cm ebadında ateş tuğlasından yapılmaktadır. Yanma hücresindeki ısıyı, ekmek pişirmek için tuğlalara ileten ve içersinde su dolaşan boruların yerleşim düzeni ve mesafeleri Şekil 3. de gösterilmiştir. Boruların ocaktaki çıkış metrajları ve brülör alevinin bu borulara olan mesafesi, boruların ömrü acısından büyük bir öneme sahiptir. Çünkü bu boruların maliyeti ciddi rakamları bulmaktadır.
Duman kanalı kemer şeklinde yapılarak mukavemet artırılıyor ve uzun ömür sağlanıyor. Dikdörtgen şeklindeki duman kanalında dayanımın azaldığı görülmüştür.
Mevcut durumda kullanımda olan taş fırınların duvar kalınlığı L=0,6 metre olup, bu kalınlık için yapılan 0,03 – 0,05 – 0,08 – 0,1 – 0,12 – 0,15 metrelik yalıtım kalınlıklarına göre ısı kayıpları hesaplanmış ve Şekil 6. da grafik olarak gösterilmiştir.
L =0,4 metre duvar kalınlığı için 0,03 – 0,05 – 0,08 – 0,1 – 0,12 – 0,15 metrelik yalıtım kalınlıklarına göre ısı kayıpları hesaplanması ile ortaya çıkan grafik Şekil 7. de gösterilmiştir.
Sonuçlar karşılaştırıldığında; fırınların duvar kalınlıkları L=0,4 metreye düşürülerek toplamda kullanılan tuğla sayısı yaklaşık 12000 adet tuğladan 8000 adete düşmekte ve ısı kayıpları da aynı seviyede tutula bilinmektedir. Taş fırın duvar kalınlığının 0,6 metre alınmasında önemli bir sebep de, yüksek sıcaklığa maruz kalan fırın duvarlarının çatlamasını önlemektir. Yalıtımsız halde fırın duvar kalınlığı L=0,6 metre olduğun da, fırın duvarları yaklaşık 250 °C ‘lik sıcaklık farkına maruz kalmakta buda fırın duvarlarında çatlamalara sebep olmaktadır. Isı yalıtımı yapılarak duvar kalınlığı L=0,4 metre alınabilir ve fırın duvarları da yaklaşık olarak 50 °C lik sıcaklık farkına maruz kalması sağlanır, böylece çatlama problemi ortadan kaldırılmış olur. Yalıtım malzemesi izolasyon = 0,0344kcal/mh°C olan taş yünü kullanılması uygun olacaktır.
4. KULLANILACAK BRÜLÖR SEÇİMİ
Sıcak su kazanları için imal edilmiş brülörlerin, taş fırındaki çalışma ortamları dikkate alındığında, brülörün alevi yanma hücresine uygun şekilde oluşturulmalı, bu mümkün değilse yanma hücresinin dizaynı yeniden yapılmalıdır. Brülörün bulunduğu ortamın temiz hava ihtiyacı (alt havalandırma) ve egzoz havasının (üst havalandırma) kesinlikle müdahale edilemeyecek şekilde yapılması ve konumlandırılması gerekmektedir. Toplamda 50.000 kcal / h lik bir brülör yeterli olmasına rağmen üst sınırı 150.000 kcal /h lik bir brülör kullanarak pişirme işlemleri gerçekleştirilmektedir. Brülör, fırın içi sıcaklığını (ekmek pişirme için gerekli) ayarlayan termostad ile birbirleriyle irtibatlı olarak çalışmalıdır.[3]
5. BACA VE DUMAN KANALI TASARIMI
Baca ve duman kanalının boyutlandırılmasında TS 2165 (DIN 4705) kullanılmıştır. Hesaplamalarda gerekli olan ana veriler şunlardır; yakacak cinsi, kazan ve brülör özellikleri, deniz seviyesinden jeodezik yükseklik, baca gazı miktarı, baca gazının kazandan çıkış sıcaklığı, kazanın bulunduğu hacime giden havanın , kazanın ve bağlantı parçalarının gerekli üfleme basınçları, bağlantı parçasının konstrüksiyonu ve uzunluğu, baca malzemesi, konstrüksiyonu ve yüksekliği. [2]
Taş fırınlarda kullanılacak bacaların, paslanmaz çelikten çift cidarlı ve izolasyonlu yapılmalı, baca gazı emisyon ölçümleri için de ?15 mm delik bacaya uygun bir yerde açılmalıdır. Deliğe, sökülüp takılabilir vida-somun sistemi kaynatılmalıdır. Baca gazı analiz cihazlarıyla O2 ve CO2 yüzdelerini, CO, SOx, NOx miktarlarını, ortam ve baca gazı sıcaklıklarını, hava fazlalık katsayısını, verimi, baca kayıplarını, islilik miktarını, basınç değerlerini v.s kolayca elde etmek mümkün olmaktadır. Yapılan baca gazı analizi neticesinde elde edilen emisyon değerleriyle yanma verimin hesaplanmıştır. [1]
