Endüstriyel Yakma Sistemlerinin Ana Hatları
Endüstriyel bir fırın veya proseste gerekli olan ısı, gaz gibi bir yakıtın yanması ile sağlanacaksa, yakma sisteminin tasarlanması gerekir. Teknik gerekliliklerin yanı sıra, emniyet için EN 746-2 ve ISO 13577-2 gibi standartlara uyulması gereklidir. Tasarım esnasında, proses, yani iş, ısıtma sisteminin şekillenmesinde çok önemli rol oynar. Bu amaçla, proses aşağıdaki ana başlıklar altında incelenmelidir.
Proses sıcaklığı
Düşük sıcaklık ( <600 °C). Ör. Gıda ve boya kurutma Orta sıcaklık (600-1050 °C). Ör. Metal gerilim alma, sertleştirme Yüksek sıcaklık (1050-1250 °C). Ör. Çelik tavlama Çok yüksek sıcaklık (> 1250 °C). Ör. Cam ergitme, teknik seramik pişirme
Tesis ve yakıcı kapasitesi, yakıcı çeşidi ve sayısı
Prosesin çalışma şekli: kontinü veya duraklamalı (batch)
Isıtma şekli: indirekt veya direkt
Fırın atmosferi: oksidatif (yükseltgen) veya redüktif (indirgen)
Yakma havası sıcaklığı: ortam havası, ısıtılmış hava
Bu konuların aydınlatılmasıyla ortaya çıkan endüstriyel gaz yakma tesisleri bir bütün halinde prosesin gerekliliklerine göre tasarlanmış dört bölümden oluşur.
Gaz Giriş Hattı
Hava Giriş Hattı
Yakıcı Kontrol Hattı
Proses Kumanda Sistemi
Gaz Giriş Hattı
Tesise gelen gaz basıncının, yakıcı ve cihazların çalışma basıncına düşürülmeleri, gazın emniyete alınması, tüketilen miktarın ölçülmesi için bu hatlara ihtiyaç vardır. EN 746-2 uyarınca imal edilen klasik bir hattın ana bileşenleri aşağıdaki gibidir;
| Poz | Örnek Cihaz | 746-2 Atıf | Öneri |
|---|---|---|---|
| 010 | AKT Küresel Vana | 5.2.2.1 | |
| 020 | GFK Gaz Filtresi | 5.2.2.2 | Seçilen filtre maksimum debide 10 mbar’dan daha fazla basınç kaybına yol açmamalıdır |
| 030 | DH Manometre musluğu | 5.2.2.1 | Manometre musluğu, ölçüm sonrası manometrenin maruz kaldığı basıncı düşürür ve manometreyi hat basıncından ayırır. |
| 040 | KFM Manometre | ||
| 050 | JSAV Emniyet Kapama Valfi | 5.2.2.4 | Regülatör ile aynı çapta seçilirse, boruda redüksiyona gerek kalmaz. |
| 060 | VGBF Regülatör | 5.2.2.4 | Regülatör mümkün olan en küçük boy ve uygun bir kontrol için, giriş çıkış basınç fark aralığının tamamı kullanılır şekilde seçim yapılmalıdır. |
| 070 | AKT Küresel Vana | 5.2.1.15 | İzinsiz müdahaleyi engellemek için, vana kolu sökülebilir. |
| 080 | VSBV Emniyet Firar Ventili | 5.2.2.4 | Emniyet firar ventili, belirli bir seviyeye kadar, hatta oluşan ve ani basınç yükselmesini düşürerek, emniyet kapama valfinin gereksiz devreye girmesini engeller. |
| 090 | DM, DE Debi Metre | ||
| 100 | DG Prezostat (Gas Min.) | 5.2.2.5.2.1 | Ayarlanacak min. değeri montaj pozisyonuna ve prosese bağlıdır. |
| 110 | DG Prezostat (Gas Max.) | 5.2.2.5.2.2 | Prezostatlar, membranları yatay veya dikey olacak şekilde monte edilmelidir ve nefeslenme delikleri kir ve nemden uzak tutulmalıdır. Ayarlanacak max. değeri montaj pozisyonuna ve prosese bağlıdır. |
| 120 | VAS Manyetik Valf (Manyetik valf) | 5.2.2.3 | |
| 130 | DG Prezostat | üSızdırmazlık kontrolü için, prezostatın giriş basıncının yarısına ayarlanması önerilir. | |
| 140 | TC Sızdırmazlık Kontrolü | 5.2.2.3.4 | EN 746-2, 1200 kW ve üzeri kapasitelerde sızdırmazlık kontrolünü zorunlu tutar, 1200 kW altı tavsiye eder. |
Fonksiyon Açıklaması
Ana küresel vana (010) açıkken, regülatör (060) yakma sistemi için gerekli gaz basıncını ayarlar. Hattan veya gazdan kaynaklanan muhtemel kir filtre (020) tarafından süzülür. Gaz regülatörünün hatalı çıkış basıncı yaratması durumunda (mesela membran yırtılması), gaz emniyet kapama ventili (050) tarafından kesilir. Emniyet firar ventili (080) emniyet kapama ventilinden kaçabilecek gazların tahliyesini ve geçici basınç dalgalanmalarında hat basıncını düşürerek emniyet kapama valfinin gereksiz devreye girmesini engeller. Böylelikle tesisin devamlılığı sağlanmış olur.
Manyetik ventiller (120), düşük ve yüksek basınç prezostatları (100/110) ve sızdırmazlık kontrol cihazı (140) emniyet sisteminin parçalarıdır. Bunların devreye girmesi proses kontrol sistemi üzerinden gerçekleşir. Yetersiz veya çok yüksek gaz basıncı olması durumunda, proses kontrolü bir sinyal alır ve her iki ventili de kapatarak gazı emniyete alır. Sistemin her başlatılma veya kapatılması sonrası sızdırmazlık test cihazı (140) valfleri (120) kontrol eder.
Tüketilen gaz miktarı, debi metre üzerinden (090) okunabilir, giriş ve çıkış basınçları manometreler (030/040) ile görülebilir.
Gaz basınç regülatörünün, emniyet kapama valfinin ve emnyet firar ventilin optimal olarak ayarlanması için, cihazların devreye girme, kapama ve tolerans gruplarının dikkate alınması gerekir. Toleranslar sebebiyle, ayar değerlerinin örtüşmesini engellemek için, basınç basamak diyagramı oluşturulması önerilir.
Hava Giriş Hattı
Endüstriyel yakıcıların çoğu atmosferik basınçtan daha yüksek basınç değerleri ile çalışır. Merkezi bir fan ile havanın yakıcılara temini ve denetlenmesi için hava giriş hatlarına ihtiyaç vardır. EN 746-2 uyarınca imal edilen klasik bir hattın ana bileşenleri aşağıdaki gibidir.
| Poz | Örnek Cihaz | 746-2 Atıf | Öneri |
|---|---|---|---|
| 010 | Fan ve hava giriş filtresi | Fanın önüne bir filtre kullanılması önerilir | |
| 020 | KFM Manometre | ||
| 030 | DH Manometre musluğu | ||
| 040 | DG Prezostat | 5.2.2.5.1 Hava | Hava min. prezostatı |
| 050 | DG Prezostat | 5.2.2.5.1 Hava | Havanın akım yaptığını denetlemek için, fark basınç prezostatı. |
| 060 | VMO Ölçüm Orifisi | Fark basınç prezostatına, akım esnasında fark basıncı yaratmak için. |
Fonksiyon Açıklaması
Fan (010) ile meydana getirilen hava basıncı, hava min. Prezostatı (040) ile denetlenir. Fanın başlatılmasını takiben, proses kontrolü tarafından prezostatın anahtarlama yapması denetlenir.
Ön süpürme esnasında, fark basınç prezostatı (050) ve orifis (060) hava akımının varlığını denetler. Hava min. Veya fark basıncın belirlenen değerin altına düşmesi halinde, sistem hata kilitlemesine geçer.
746 – 2, fanın giriş filtresinde bir denetleme yapılmasını önerir.Bu filtreye takılacak bir fark basınç prezostatı veya ya da fanın çıkış tarafına takılacak bir basınç prezostat ile yapılabilir.Filtre kontrolü uyarı sinyali verir fakat bu sinyalin emniyet zincirine dahil edilmesi zorunlu değildir.
Bir çok tesis için, fanın emme havasının tesisin binasının dışından(açık havadan) alınması önerilir. Böylelikle filtrelerin bakım ihtiyacı azalacaktır.Fakat, havanın dışarıdan çekiliyor olması, filtre ihtiyacını ortadan kaldırmaz.
Yakıcı Kontrol Hattı
Yakıcı kontrol hatlarının tasarlanması için, aşağıdaki konularda karar vermiş olmak gerekir.
- Kapasite kontrolü
- Modülasyon
- Kademeli kontrol
- Pulse firing
- Hava/gaz oranı
- Mekanik oransal
- Pnömatik oransal (eşit basınç regülasyonu)
- Elektronik oransal
- Alev gözetleme ve yakıcı hata davranışı
- İyonizasyon kontrollü
- UV kontrollü
- Cehennemlik sıcaklığı üzerinden kontrol
- Yakıcı ve bölge sayısı
- Tek yakıcı
- Çok yakıcı, tek bölge
- Çok yakıcı, çok bölge
- Yakma havası sıcaklığı
- Ortam havası (Soğuk havalı yakma)
- Sıcak hava, merkezi reküperasyon
- Sıcak hava, self reküperasyon
- Sıcak hava, rejenerasyon
- Yakıcı ateşleme
- Direkt ateşleme
- Pilot üzerinden ateşleme
- Sıcak fırında kendi kendine tutuşma
Prosesin gerekliliğine göre, yukarıdaki konularda seçimler yapılır. Bunların dışında, NOx gazlarının azaltılması amacıyla, alevsiz yanma, tufal azaltmak amacıyla oksijen trimming, çift yakıt, ön karışım (premix) yakma gibi konular da prosese göre, karar verilmesi konular arasında yer alabilir.
Bir örnek olması amacıyla, tek yakıcılı, soğuk hava ile çalışan, direkt ateşlemeli, pnömatik oransal, iyonizasyon kontrollü bir sistem açıklanmıştır.
| Poz | Örnek Cihaz | 746-2 Atıf | Öneri |
|---|---|---|---|
| 010 | VAS Solenoid Valf | 5.2.2.3.2 | |
| 020 | GIK Eşit Basınç Regülatörü | 5.2.3.3 | Regülatör mümkün olan en küçük boy ve optimal bir kontrol için, giriş çıkış basınç fark aralığının tamamı kullanılır şekilde seçim yapılmalıdır. |
| 030 | GIK’ya alternatif olarak VCG Kombinasyon Valf (VAS Solenoid Valf + VAG Eşit Basınç Regülatörü) | ||
| 040 | GEHV, GEH Debi Ayar Valfi | ||
| 050 | EKO Kompensatör | 5.2.1.5 | |
| 060 | BIO, ZIO, BIC, ZIC Yakıcı | 5.2.5.1 | Yakıcılar, bir bek taşı veya seramik namlu ile donatılabilir. Yakıcı seçimi proses, tesis, kapasite, sıcaklık, alev formu, alev hızı, yakıt tipi, izolasyon kalınlığı gibi parametreler gözetilerek yapılır. |
| 070 | BVA+IC Aktüatörlü ayar klapesi | Klape ayar karakteristiğinden azami faydalabilmek için, mümkün olan en küçük klape seçilmelidir. Klapenin kapalı konumdaki geçirgenliğine dikkat edilmelidir. | |
| 080 | BVA, DKR Kısma klapesi | 746-2 uyarınca, elle ayarlanan tüm hava ayar ekipmanları ayar noktalarında sabitlenmeli, izinsiz müdaheleye karşı emniyete alınmalıdır. | |
| 090 | BCU 370 Yakıcı Kontrol Ünitesi | 5.2.6.1 | Dahili ateşleme trafosu olan ünite, yakıcının yanına monte edilerek, kolay devreye alma sağlanır. |
Fonksiyon Açıklaması
Pota ısıtma, aluminyum ergitme gibi, sıcaklık kontrol hassasiyeti yüksek, maliyeti düşük ve basit bir yakma sistemi ihtiyacı olan prosesler için tasarlanmıştır.
Yakıcının kapasite ayarı, hava aktüatörü (070) üzerinden, örneğin 4-20 mA bir analog sinyal ile kademesiz olarak yapılır. Pnömatik bağlantı (020-030) gaz basıncını, hava basıncına oransal olarak ayarlar ve hava/gaz oranının sabit kalmasını sağlarken, aynı zamanda hava noksanlığına karşı emniyet görevi görür. Ayar ve kısma valfleri (040, 080) hava debisini sınırlar ve hava/gaz oranının ayarlanmasını sağlarlar.
Fırın iç basıncındaki dalgalanmalar, hem gaz, hem de hava debisine aynı oranda etki ettiğinden, hava/gaz oranını değiştirmez.
Yakıcı ateşleme ve alev denetimi BCU 370 (090) tarafından yapılır. BCU 370 fanı kumanda eder ve kumanda klapesini (090) ön süpürme ve ateşleme pozisyonlarına getirir. Ön süpürmeyi takiben, yakıcı ateşlenmesi gerçekleşir ve proses kumanda sistemine ayar izni verilir. Böylelikle proses kumanda sistemi, kapasite talebine göre aktüatör (070) üzerinden kapasite kontrolü yapar.
746-2:2010 uyarınca,120-360 kW arası yakıcı kapasitesinde, ateşleme ancak düşük kapasitede mümkündür (yavaş açar gaz ventili).
Pnömatik oransallık ve ateşleme pozisyonunun hava ayar klapesiden tanımlanmış olması (070), 746-2:2010’da ateşleme by-pass valfi kullanımına eşdeğerdir. Hava ayar klapesinin (070) ateşleme pozisyonu, sonlandırma şalteri veya hava tarafındaki bir prezostat ile denetlenmelidir. Kapasitenin %33’üne kadar ve 3 sn’li bir güvenlik süresi, normun beklentisini karşılamaktadır. Yakıcı kapasitesi 1200 kW’ı aşarsa, sızdırmazlık kontrol cihazı kullanmak zorunludur. BCU 370, DG min’in hata sinyali durumunda 746-2:2010 uyarınca istenen kilitlemeyi gerçekleştirmez.
Proses Kumanda Sistemi
İyonizasyon kontrollü, gaz ve hava denetlemeli tek yakıcılı bir sistemin, sıcaklık kontrolünü de içeren örnek bir proses kumanda sistemi aşağıdaki gibidir.
| Poz | Örnek Cihaz | 746-2 Atıf |
|---|---|---|
| 010 | Besleme | |
| 210 | Yakma hava fanı | |
| 300 | Emniyet sınırlamaları | 5.2.2.3.1 |
| 311 | DG Hava min. prezostatı | 5.2.2.5.1 |
| 321 | DG Gaz min. prezostatı | 5.2.2.5.2.1 |
| 322 | DG Gaz max. prezostatı | 5.2.2.4 |
| 331 | Acil duruş butonu | 5.2.2.3.1 |
| 332 | Sıcaklık aşımı | 5.2.2.3.1 |
| 341 | Ön süpürme | 5.2.3.2 |
| 350 | TC 1-3 Sızdırmazlık Kontrolü | 5.2.2.3.4 |
| 410 | Klape kontrolü | 5.2.2.5.2.2 |
| 450 | BCU 460 Yakıcı Kontrol Ünitesi | 5.2.6.1 |
| 510 | Sıcaklık kontrol cihazı |
Fonksiyon Açıklaması
Besleme (100) üzerinden kumanda sistemine elektrik gerilim verilir. Yakma fanı (210) başlatılmadan önce hava. Min (311) üzerinden, fanın duruş pozisyonunda olduğu kontrol edilir. Emniyet sınırlamaları (300), emniyet ile alakalı, hava min. (311), gaz min. (321), gaz max. (322), acil duruş (331) ve sıcaklık aşımı (332) sinyallerin kontrolünü üstlenir.
Başlangıç sinyalinin varlığı ve tüm emniyet parametreleri kontrolünden (300) sonra, sızdırmazlık kontrolü (350) ve ön süpürme (341) başlatılır. Ön süpürmenin sonlanması (341) ve sızdırmazlık testinin ok sinyali (350) sonrası, emniyet zinciri kurulur (sarı) yakıcı ateşleme pozisyonuna getirilir (410) ve ateşlenir. Alev sinyalinin varlığı (450) ile yakıcı çalışır duruma gelmiş olur. Sıcaklık kontrol cihazı (510) artık kapasite kontrolü yapabilir.
Eğer, emniyet tedbirlerinden birisi bile sınır dışına çıkarsa, sızdırmazlık kontrolü (350) hata verirse ya da yakıcı kontrol cihazı (450) bir hata tespit ederse, sistem, hata kapatması yapar. Bu kapama sadece manuel olarak resetlenebilir. Güvenlik sınırları, proses ve tesisin ihtiyacına göre şekillendirilmelidir.
Yakıcı ateşleme ve alev denetimi BCU 460 (090) tarafından yapılır. BCU 460 fanı kumanda eder ve kumanda klapesini (090) ön süpürme ve ateşleme pozisyonlarına getirir. Ön süpürmeyi takiben, yakıcı ateşlenmesi gerçekleşir ve proses kumanda sistemine ayar izni verilir. Böylelikle proses kumanda sistemi, kapasite talebine göre aktüatör (070) üzerinden kapasite kontrolü yapar.
Yakıcı kontrol ünitesi (450) ve sızdırmazlık kontrol cihazı (350) aynı otomatik emniyet kapama valflerini kontrol etmektedir. Örnekte BCU 460 gösterilmiştir. Başka bir kontrol ünitesi kullanılması durumunda, farklı sinyallerin işlenmesi gerekebilir. Kontrol ünitesinin (450) başlangıç limiti (LDS) ek bir kumanda ile gerçekleştirilmelidir.
Yukarıda yer alan bilgiler klavuz özelliği taşımakta olup, değişiklik gösterebilir. En doğru ve güncel bilgiler için docuthek sitesinden yararlanınız.