Akışkan yataklı kömür yakma sistemlerinde otomatik kontrol tasarım ve uygulaması
Automatic control design and application in fluidized bed coal combustion systems
Yazar: SİNAN DÜLGER
Danışman: YRD. DOÇ. DR. HÜSEYİN TOPAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu yüksek lisans tezinin amacı, dolaşımlı akışkan yataklı laboratuar ölçeklikömür yakma sisteminde belirlenmiş bir algoritmayı kullanarak verimli vedüşük emisyonlu yanmayı sağlamaktır. Akışkan yatakta verimli bir yanmasağlanabilmesi için hava ve kömür oranının; yatak malzemesine, yataksıcaklığına ve emisyonlara bağlı hesaplanması gerekmektedir. Yanma odasınaverilmesi gereken hava miktarı öncelikle hidrodinamik özelliklere, yakıtınözelliklerine, havadaki nem miktarına, dış sıcaklığa ve hava basıncına göredeğişebilmektedir. Genellikle yanma sırasında, fazla miktarda hava yanmasıcaklığının düşmesine neden olur. Düşük hava miktarı ise tamamlanmamışyanmaya ve böylece CO ve hidrokarbon oluşumuna neden olur. Kömür yakmasistemlerinde, özellikle Akışkan Yatakta otomatik kontrol en önemliproseslerdendir. İyi tasarımlanmış bir otomatik kontrol sistemi, sistemindevrede kalmasını ve istenen verimi sağlamasını garanti altına alır.Laboratuar ölçekli dolaşımlı akışkan yataklı sistem reaktörüne ve bacayayerleştirilmiş sensörler yardımı ile reaktörden ve baca gazından gerekli verileritoplayarak elde edilen sinyaller ile önceden belirlenmiş bir algoritmaya bağlıolarak, geri bildirim sinyalleri oluşturmak ve böylece, kömür besleme motorunuve hava akış fanını kontrol etmek amaçlanmıştır.Yanma verimini etkileyen parametrelerin tespit edilmesi ve incelenmesialgoritmayı oluşturmada öncelikli işlerdendir. Yakıt kaynaklı ve yakma sistemikaynaklı etkiler yanmayı doğrudan etkilemektedir.Doğru çalışmakta olan bir sistem kurulduktan sonra yakıt boyutlu engelleraşıldığında sistem verimli yanma yolunda çalışmaktadır. DAY yakmasistemlerinin verimi oldukça yüksektir. Yanmanın 3 koşulunu gerektiği gibisağlayabilecek yapıya sahip olan bu yakma sistemleri, emisyon değerlerinibelirtilen sınırlar dahilinde tutmak için ilave filtre tesislerine ihtiyaçgöstermezler. Dolayısı ile kurulum maliyeti açısından sağlanan bu avantaj,sistemi diğer yakma sistemleri ile kıyaslandığı zaman ön plana çıkaran enbüyük faktörlerden biridir.Bu tez kapsamında üzerinde çalışılan sistem, Gazi Üniversitesi MühendislikMimarlık Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Isıl Güç Laboratuarındabulunmakta olan laboratuar ölçekli, son yenilemeler ile birlikte kapasitesi250kW'a yükseltilmiş olan DAY yakma sistemidir. Reaktör üzerinde 2 adetdiferansiyel basınçölçer, 3 adet termo eleman ve bacada bulunan bir ZirkonyumOksijen Sensörü ile gerekli ölçümler sürekli olarak yapılmaktadır. Sonrasındaalgoritmanın yüklü olduğu işlemciye ulaşan bu değerler işlenerek gerektiğindekömür besleme motorunun frekansı, gerektiğinde hava besleme fanını kontroleden motorun frekansı, yükseltilerek veya azaltılarak; sıcaklık, basınç düşümüve baca gazındaki fazla oksijen miktarı set değer aralığında tutulacak şekildekontrol sağlanmaktadır.

Abstract:
Purpose of this M. Sc. Thesis is to provide the efficient and low emissionscombustion by using a determined algorithm in a laboratory scaled circulatingfluidized bed type coal combustion system. To be able to provide the efficientcombustion, air/fuel ratio must be calculated according to bed material, bedtemperature and emissions. The amount of air, which enters the combustionroom, can be varied according to hydrodynamics properties, fuel properties,and amount of humidity, outer temperature and air pressure. Generally, in themoment of combustion, excess amount of air causes a decrease in thecombustion temperature. Uncompleted combustion, CO and hydrocarbons areformed because of low amount of air. Automatic control is one of the mostimportant processes in the coal burning systems, especially Fluidized Beds. Awell-designed automatic control system keeps the values in desired level andguarantees the efficiency when it runs.In this project, to constitute feedback signals according to pre-determinedalgorithm by collecting necessary data signals from reactor and flue andcontrol coal feed motor and air flow fan with the help of sensors, which areplaced in laboratory scaled circulating fluidized bed system reactor and flue,was aimed.One of the first steps of constituting algorithm is determining and studying theparameters which affect the combustion efficiency. The effects, which are basedon fuel and combustion system, affect combustion directly.After a system installed, when the fuel based difficulties are overcame, systemworks effectively. The efficiency of CFB combustion systems is quite high. Thesecombustion systems, which have structure that provides three conditions ofcombustion, don?t need any additional filter establishment to keep the emissionvalues in the desired intervals. Hence, the advantage about establish cost pointsout the system when system is compared to other combustion systemThe studied system as a scope of this thesis is, laboratory scaled CFBcombustion system which the capacity was increased to 250kW with the lastupgrades where was placed in Gazi University, Engineering and ArchitectureFaculty, Mechanical Engineering Department, Thermal Power Laboratory.With two differential pressure transmitters, three thermocouples on the reactorand a Zirconium Oxygen Sensor at the flue, required measurements will betaken continuously. Subsequently, the values are executing by CPU which hasthe algorithm to control the system between pre-determined set value intervalsof temperature, pressure decrease and excess oxygen in the flue gas byincreasing or decreasing the motor frequency of coal feed and motor frequencyof air feed fan.