Dolaşımlı bir akışkan yataklı kazanın enerji ve ekserji analizi
Energy and exergy analysis of a circulating fluidized bed boiler
Yazar: MESUT YAZICI
Danışman: PROF. DR. RAMAZAN KÖSE
Kütahya Dumlupınar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Türkiye gibi enerjide dışa bağımlı ülkeler için kömür rezervleri ve bu rezervlerin değerlendirilmesi hayati bir durumdur. Bu noktada kömürün kalitesi belirleyici bir faktördür. Özellikle Türkiye'nin sahip olduğu kömürler; kalorifik değeri düşük, kül, nem ve SO2 oranı yüksek kalitesiz kömürlerdir. Bu tür kömürlerin verimli bir şekilde yakılması için, çevreyle dost akışkan yatakta yakma teknolojisi en etkili çözümdür. Bu yakma sistemi ne kadar yüksek teknolojiye sahip olsa da belli periyotlarla enerji ve ekserji analizi uygulanarak, kazandaki verimsiz noktalar tespit edilebilir. Böylece işletme maliyetleri düşer ve tüketilen birim yakıta karşı daha fazla enerji üretilebilir.
Bu çalışmada, Eskişehir'in Seyitgazi ilçesinde yer alan Kırka Bor Üretim Tesisindeki 75 t/h buhar kapasiteli dolaşımlı akışkan yataklı kazanının enerji ve ekserji analizi yapılmıştır. Kazanın tam yükte çalışma periyodunda analizler için gerekli ölçümler ile baca gazı ve kömürün kimyasal analizi yapılmıştır. Dolaşımlı akışkan yataklı kazanın enerji ve ekserji analizinde kazanın bölümler halinde incelenmesinden ziyade, kazan bir bütün olarak kabul edilmiştir. Bunun yanı sıra hava ısıtıcının kazandan bağımsız olarak enerji ve ekserji analizi yapılmıştır. Hem dolaşımlı akışkan yataklı kazan için hem de hava ısıtıcı için düğüm noktaları belirlenmiştir.
Belirlenen düğüm noktaları için enerji ve ekserji hesaplamaları uygulanmıştır. Bu hesaplamalar referans çevre şartları olan 25℃, 101,325 kPa ve 17,27℃, 89,4 kPa koşulları için ayrı ayrı yapılmıştır. Bu her iki referans çevre koşulları için dolaşımlı akışkan yataklı kazan ile hava ısıtıcısına giren-çıkan enerji ve ekserji değerleri hesaplanmıştır. Sonrasında enerji ve ekserji dengeleri oluşturularak enerji kayıpları ve ekserji yıkımları hesaplanmıştır. Analizin son aşamasında ise hem  
dolaşımlı akışkan yataklı kazanın hem de hava ısıtıcının termodinamiğin birinci ve ikinci yasasına dayanan enerji ve ekserji verimleri hesaplanmıştır. 
Yapılan çalışmada dolaşımlı akışkan yataklı kazanın ve hava ısıtıcının ekserji verimliliğinin referans çevre koşullarından önemli ölçüde etkilendiği görülmüştür. Referans çevre (ölü hal) koşullarında görülen düşüş, ekserji veriminde artış yaşanmasına yol açmaktadır. Enerji verimliliği açısından değerlendirdiğinde ise, dolaşımlı akışkan yataklı kazanın enerji verimliliği hesabında kullanılan parametrelerinin referans çevre koşullarından bağımsız olduğu görülmüştür. Ancak hava ısıtıcısının enerji verimliliğinin hesaplanmasında kullanılan girdi ve çıktıların referans çevre koşullarından etkilendiği ve buna göre verimin değiştiği tespit edilmiştir.

Abstract:
Coal reserves and exploit of this reserves plays a vital role for countries such as Turkey depending on energy imports. In this point, quality of coal is a decisive factor. Especially, Turkey's coal reserves have properties such as low calorific value and high ash, humidity and SO2 rate. Fluidized bed combustion technology is the most effective solutions for efficiently burning of this coals. Even if this combustion system has the higher technology than other combustion systems, inefficient points in combustor are determined by applying energy and exergy analysis at certain times. Therefore, operational costs can be decreased and more energy can be produced against consumed per unit mass fuel.
In this study, energy and exergy analyses of 75 t/h steam capacity circulated fluidized bed combustor in Kırka Boron Production Plant located Seyitgazi district of Eskişehir was made. When boiler was operated at full load, real data was obtained by making measurements for to use in calculations. Moreover, chemical analyses of flue gas and coal was made. In the energy and exergy analyses of FBC, combustor was considered as a whole rather than examined in case of sections. Besides, energy and exergy analyses of air heater was separately made from boiler. Node points were determined for both CFBC and air heater.
Energy and exergy calculations were implemented for determined node points. These calculations were made for death state conditions (25℃, 101.325 kPa and 17.27℃, 89.4 kPa), respectively. Input and output energy and exergy values to CFBC and air heater were calculated for these reference environmental conditions. After that energy losses and exergy destruction were determined by creating energy and exergy balances. At the end of the analysis, energy and exergy efficiencies of CFBC and air heater, which based on the first and second laws of the thermodynamic. 

In this study has demonstrated that exergy efficiency of CFBC and air heater are significantly affected from reference environmental conditions. Consequently, decline in the reference environmental conditions give rise to increase in exergy efficiency. When we evaluate in terms of energy efficiency, it is seen that input and output values of the CFBC are independent of reference environmental conditions in energy efficiency calculation. However, input and output values used in energy efficiency of air heater are affected by reference environmental conditions. According to this result, change in efficiency have been detected.