Duman borulu kazanlarda duman boruları konstrüksiyonunun kazan verimine ve ocak yüküne etkisi
Effect of smoke tube constructions to boiler efficiency and furnace load at smoke tube boilers
Yazar: ZİYA YAMANER
Danışman: PROF. DR. GALİP TEMİR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2006
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Buhar kazanları günümüzde ısı transferi esasına göre çalışan makinelere verilebilecek enönemli örneklerdendir. Suyun termodinamik özellikleri dikkate alınarak gerçekleşen bu ısıtransferi sonucunda kazan gövdesinde bulunan su, alevlikteki alevden ve duman borularındangeçen duman gazından büyük ölçüde taşınım(konveksiyon) yoluyla ısı transfer ederek buharadönüşmektedir. Bu tezin konusu duman borularındaki ısı transferini çeşitli konstrüksiyonlarsayesinde artırmaya çalışmaktır.Boruların içinde akan duman gazı ile boru dış cidarındaki su arasında zorlanmış ısı transferiniartırmanın temelde 2 yöntemi vardır. Birincisi aktif yöntemler,ikincisi pasif yöntemlerdir.Aktif yöntemler dışarıdan ilave bir güç kullanarak ısı taşınımını artırmaktır. Pasif yöntemlerise herhangi bir dış güce gerek kalmadan ısı transferini artırırlar. Kanatlıborular,komposit(birden fazla tabakalı) borular ve türbülatörler pasif yöntemler içerisinegirerler. Kazanın ısıl kapasitesini artırmak için boruların içinden geçen sıcak dumangazlarının kolayca baca yoluyla dışarı atılması önlenmeli ve ısı transfer yüzeyi artırılarak yadaboruların içerisine türbülatör denen malzemeler konularak akışın hem yavaşlatılıp hem detürbülanslı hale getirilmesi ve ısı transferinin artırılması sağlanmalıdır.Basit bir eşanjör olarak hazırlanan deney düzeneğinde elektrikli hava ısıtıcısı vasıtası ileısıtılan havayı bir borunun içerisinden geçirerek ve bu boruyu içerisine alan daha büyük çaplıbir borudan da su geçirerek giren ve çıkan hava ile suyun sıcaklıkları ölçülmüştür. Bu işlemönce borunun içine türbülatör koymadan ve sonra 3 farklı türbülatör koyarak tekrarlanmıştır.Böylece farklı ısı transferi ve verim rakamları elde edilmiştir. Bu değerler termodinamiğin 2.kanununda uygulayarak ekserji analizi de yapılmıştır.Bulunan sonuçlar çerçevesinde boruiçine konan türbülatörlerin ısıl verimi %10-12 civarında artırdığı gözlemlenmiştir. Ayrıca 1.kanun veriminin artışıyla birlikte kullanılabilir enerji olan ekserjide ve 2. kanun verimindeihmal edilebilecek artışlar olduğu bulunmuştur. Farklı türbülatörler arasında verim açısındanbazı farklar bulunmasına rağmen türbülatör seçiminde maliyet,üretim kolaylığı ve kolaytemizlenebilme gibi özelliklerin de dikkate alınması gerekmektedir.Anahtar Kelimeler : Isı transferi , verim , türbülatörJÜR :1. Prof. Dr. Galip TEM R (Danışman) Kabul Tarihi: 20.06.20062. Prof. Dr. Olcay KINCAY Sayfa Sayısı: 923. Prof. Dr. Mesut ÖZGÜRLER

Abstract:
Steam boilers are one of the most important examples of machines working on the principleof heat transfer. As a result of this heat transfer occurring due to the thermodynamicproperties of water, the water present in the boiler's body is converted into steam by transferof heat via convection from the flames in the furnace and the smoke gas passing through thesmoke pipes. The subject of this thesis is the attempt to increase the transfer of heat in thesmoke pipes by various constructions.Basically there are two methods of increasing the forced transfer of heat between the smokegas flowing inside the pipes and the water on the outside wall of the pipe. The first are activeprocedures and the second are passive procedures. Active procedures involve increasing heattransfer by using an additional external force. Passive procedures increase heat transferwithout the necessity for any external force. Winged pipes, composite (multi-layered) pipesand turbulators are amongst passive procedures. In order to increase the thermal capacity ofthe boiler the easy discharge of hot smoke gasses passing through the pipes should beprevented and heat transfer should be increased by either expanding the transfer surface orreducing and turbulating the flow by placing equipment called turbulators inside the pipes.In the experimental design I prepared as a simple exchanger I passed air heated by anelectrical air heater inside a pipe and passed water inside a larger pipe encompassing this pipeand measured the temperatures of incoming and outgoing air and water. I repeated thisprocedure first without placing any turbulatos inside the pipe then by placing 3 differentturbulators. Thus I obtained different heat transfer and efficiency values. I also performedexergy analysis on these values applying the 2. law of thermodynamics. Withing the scope ofmy findings I observed that turbulators placed inside the pipe increased thermal efficiency by10 to 12 %. Furthermore I found that there are disregarded increases on the exergy which isusable energy and 2. law efficiency. Even though there are some differences in efficiencybetween various turbulators, properties such as cost, ease of production and ease of cleansingshould be taken into consideration when choosing turbulators.Key words: Heat transfer, efficiency, turbulatorJURY:1. Prof. Dr. Galip TEM R (Supervisor) Acceptance Date: 20.06.20062. Prof. Dr. Olcay KINCAY Page: 923. Prof. Dr. Mesut ÖZGÜRLER