Doğal gazlı sürekli ısıl işlem fırınlarında brülör tasarımı, imalatı ve baca gazı analizleriyle doğal gaz tüketiminin optimizasyonu
Burner designing and manufacturing in natural gas, continuous heat treatment furnaces and optimization of natural gas consumption by flue gas analysis
Yazar: SERDAR İSKENDER
Danışman: PROF. DR. H. MEHMET ŞAHİN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Baca gazı = Flue gas ; Brülör = Burner ; Egzoz emisyonları = Exhaust emissions ; Isıl işlem = Heat treatment ; Sürekli yanma sistemleri = Continuous combustion systems ; Yanma = Combustion

Özet:
Doğal gazlı sürekli yüklemeli, tel bant konveyörlü, azot-metanol atmosfer kontrollü, ısıl işlem fırınlarında kullanılmak üzere brülör tasarımı ve imalatı yapılmıştır. Tasarımı yapılan brülörde ki doğal gaz yanması, teorik ve deneysel olarak incelenmiştir. Değişken girdi olarak alınan brülör giriş doğal gaz ve hava basıncı değerlerine göre, hava fazlalık katsayısı, yanma (baca) gazı sıcaklığı, baca gazı emisyonları (oksijen, karbondioksit, karbonmonoksit, azotoksit, azotdioksit) ve doğal gaz tüketimi ölçülmüştür. Brülör girişi doğal gaz ve hava basıncı değerlerine göre hava fazlalık katsayıları tespit edilmiştir. Farklı hava fazlalık katsayıları için teorik olarak hesaplanan karbondioksit, oksijen ve azot emisyonları deneysel olarak ölçülmüştür. Sanayi Kaynaklı Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği'nde belirtilen emisyon değerleri dikkate alınarak, yanma deneyleri sonunda elde edilen hava fazlalık katsayıları, karbondioksit, karbonmonoksit, azotoksit, azot ve oksijen miktarları incelediğinde, en uygun emisyon değerlerinin hava fazlalık katsayısının 1,10 olduğunda ortaya çıktığı tespit edilmiştir. Hava fazlalık katsayısı tolerans değeri 1,10 +0,05 olarak alınmıştır. Hava fazlalık katsayısı 1,10 olduğunda kuru baca gazındaki hacimsel oksijen % 2,20?3,05, karbondioksit miktarı % 10,52?10,75, karbonmonoksit miktarı 0?10 ppm, azotoksitler ise 125?150 ppm aralığında ölçülmüştür. Yeni brülör tasarımıyla, doğal gazın yakılması sonucu ortaya çıkan baca gazı içerisindeki karbonmonoksit ve azotoksit emisyon değerleri yasal gerekliliklerin oldukça altında ölçülmüştür. Yeni brülör tasarımı için hava-yakıt oranı, çiğlenme noktası sıcaklığı, adyabatik alev sıcaklığı değerleri hesaplanmıştır. Yeni brülör tasarımı ve brülörlerde yanma için belirlenen hava fazlalık katsayısı 1,10 değeri için doğal gaz tüketim değerlerinde % 13,68 oranında bir iyileşme görülmüştür.Anahtar Kelimeler : Isıl i?lem, brülör tasarımı, baca gazı analizleri, doğal gaz yanması

Abstract:
Burner design and manufacturing were completed, for being used at natural gas, continious feeding, mesh-belt, nitrogen-methanol atmosphere controlled heat treatment furnaces. The natural gas combustion at the two designed burners have been examined as theoratically and experimentally. Excess air value, flue gas temperature, flue gas emission (oxygen, carbon dioxide, carbon monoxide, nitrogen monoxide and dioxide) and natural gas consumptions were examined according to air pressure and natural gas values in the entry of the burner which taken as variable input. Excess air value was determined according to air pressure and natural gas values in the entry of the burner. Theoratically calculated carbon dioxide, oxygen and nitrogen emissions for different excess air values were determined experimentally. By taking into account the emissions stated in ?Regulations For Control Of The İndustrial Sourced Air Pollution? when the achieved excess air values, carbon dioxide, carbon monoxide, nitrogen oxide, nitrogen and oxygen amounts were examined as a result of combustion experiments, the determined optimal excess air value to be 1,10. Tolerance value of excess air value was taken as 1,10 + 0,05. When excess air value was 1,10, the oxygen volume of flue gas was 2,20?3,05 %, amount of carbon dioxide was 10,52?10,75 %, amount of carbon monoxide is 0?10 ppm, nitrogen monoxide is 125?150 ppm. With the design of burner, the carbon monoxide and nitrogen monoxide emissions in the flue gas appearing due to combustion of natural gas, were measured considerably below the legal requirements. The air-flue ratio, dew point temperature, adiabatic flame temparature were calculated for the design of the new burner. A 13,68 % improvement in natural gas was obtained with the value of 1,10 for excess air value for combustion of the new burner and its design.Key Words : Heat treatment, burner design, flue gas analysis, natural gas combustion