Pulverize kömür yakma kazanında sıcaklık dağılımı üzerine had çözümlemeleri
Cfd analyzes on temperature distribution in pulverized coal boiler
Yazar: NURİ CEYLAN
Danışman: DOÇ. DR. ÖZER AYDIN
Dumlupınar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Kömür yanması = Coal combustion ; Sayısal akışkanlar dinamiği = Computational fluids dynamic

Özet:
Türkiye'de termik santrallerde buhar üreten pülverize kömür kazanları yurtdışı firmaları tarafından kurulmaktadır. Türk linyitlerinin özeliklerinin farklı olması nedeniyle uygun olmayan tasarımlar, kazanlarda yapılan revizyonlar ve işletme şartlarının değişmesi gibi birçok neden bu kazanlarda verim, kapasite bakımından istenilen şartlarda enerji üretilmesinde sorunlar oluşturmaktadır. Tunçbilek Termik Santralinde (TTS) 4. ve 5. ünitelerinin kazanlarında alevin yanma odasında istenilen bölgede oluşmaması kazanda verim kayıplarına neden olmaktadır. İthal menşeli bu kazanlar benzer sorunlar nedeniyle geometrisinde revizyonlar yapılmış fakat sorunlar tam olarak çözülememiştir. Bu nedenle söz konusu problemlerin teşhis edilmesi ve öngörüde bulunarak, kazan davranışının belirlenmesini hedefleyen çalışmalara ihtiyaç duyulduğu görülmektedir. Bu amaçla; Tunçbilek Termik Santrali'nde pülverize kömür yakma sistemine sahip bu kazanlardan biri baz alınarak gerçek geometri ve çalışma şartlarında sayısal modelleme çalışmaları ANSYS-FLUENT 15.0 programı kullanılarak yapılmıştır.
Kazanın gerçek geometri ve çalışma şartlarında yapılan modelleme çalışmasında; kazanın farklı yüksekliklerinden ölçülen sıcaklık değerleri ile sayısal modelleme sonuçlarının genel olarak % 10 luk bir yaklaşımda olması ve aynı karakteristik özellikleri vermesi nedeniyle sayısal modelin doğrulamasının sağlandığını göstermiştir. Doğrulanmış bu sayısal  modelleme çalışmasında bazı bulguların alev oluşumu ve boru yırtılmaları üzerinde etkisi olabileceği yönünde tespitler yapılmıştır. Kazanın enine kesitlerindeki hız dağılımları incelendiğinde köşe brülörlerden çıkan hava ve yakıtın tam olarak merkeze yönlenemediği ve kazan duvarlarına yönlenen kömür partiküllerinin ekran borularına çarparak boru et kalınlıklarının azalmasına neden olabileceği tespit edilmiştir. Kazanın boyuna kesitindeki hız dağılımına bakıldığında; hooper bölgesinde oluşan girdapların bu bölgedeki boruların aşınmasına ve cüruflaşmaya neden olabileceği ve oluşan cüruflaşmanın kazan içindeki akışı etkileyerek alevin kaymasına neden olabileceği değerlendirilmiştir. Kazanda alev oluşum yeri ve boru yırtılmaları üzerinde kazanın işletme şartlarından (kömür hava debisi, partikül çapı vs) daha çok kazanın yapısal faktörlerinin etkili olduğu görülmüştür. TTS kazanında mevcut kazan geometrisinin optimum bir şekilde tasarlanamadığı görülmektedir. Proje süresince söz konusu problemlerin çözümüne yönelik kazan ana boyutları değiştirilmeden bazı küçük ekonomik tasarımlar yapılmış ve kazan içi akışta iyileşmeler görülmüştür. Fakat yine de Tunçbilek Termik Santrali kazanında kömür-kazan uyumunun optimum sağlanması amacıyla kazanın ana boyutlarında radikal değişiklikler yapılması gerektiği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
In thermal power plants, pulverized coal boilers generating steam have been established by foreign companies in Turkey. The reasons such as, discrepancies of Turkish lignite's chemical composition, the improper design that doesn't take account coal properties and revisions on the boiler and  changing operating conditions   cause  efficiency and capacity problems,  in terms of the desired energy generation in the boilers. Due to the flame cannot be grow out in the desired area of the boiler room causes( leads) efficiency loss in the boilers of  4th and 5th unit of Tuncbilek Thermal Power Plant (TTS). By reason of similar problems, geometrical revisions have been made in these imported boilers, nevertheless the problems have not been solved completely. Therefore, it is obvious that there is need to be done studies aiming at prediction and diagnosis of such problems and determining the behavior of the boiler. For this purpose, numerical modeling studies have been carried out, under actual operating conditions and geometries of one of pulverized coal boilers in TTS by using of ANSYS FLUENT 15.0.  
In the modeling studies based on actual Geometry and working conditions of boiler indicates that  there has been correlation 10% approximately between  the results of numerical models  and measured temperatures at different heights  of  boiler  and having the same characteristic  features  verified the numerical  modeling results. Some result of this Verified numerical modeling study shows that there might have an effect on flame   and pipe ruptures. When velocity distributions in the cross section of the boiler are examined, it is identified that air and fuel that flow the corner burner cannot be fully directed to the center and the coal particles that leads boilers wall may hit to the screen pipes and may cause wear on the pipes so thickness of the pipes decreases. When velocity distributions in the longitudinal section of the boiler are investigated, it is seen (evaluated) that the vortex in Hooper area may cause corrosion and slug. The slug may affect the flow in the boiler and it may cause a chance in the flame area. It is identified that structural factors of boiler are more affective on the flame formation and pipe ruptures than operating conditions of the boiler (coal, air flow rate, particle diameter, etc.). It is seen that the geometry of the existing boiler in the TTS is not designed in optimum style. During this project, in order to solve the mentioned problems above, without changing the main dimensions of the boiler, small economic designs have been done as a result of these some improvements have been observed in the flow of the boiler. But it was concluded that in order to achieve optimum accordance between coal and boiler there need to be done radical changes in the main dimensions of the boiler.