Pülverize kömür yakıcısı aerodinamiğinin incelenmesi
Investigation on combustion aerodynamics of a pulverized coal burner
Yazar: MUHAMMED RAŞİT YILDIRAN
Danışman: PROF. DR. İSMAİL TEKE
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Yakma sistemlerinde yanma prosesinin temel bileşenlerinden biri olan yanma aerodinamiği bir yakıcı tasarımında ilk olarak ele alınması gereken konudur. Pülverize haldeki kömür partüküllerinin hava molekülleriyle en ideal şekilde karşılaşarak yanma veriminin yüksek olması ve kirletici emisyonların düşük olması için uygun bir girdap üreteci tasarlanmalıdır. Tasarımı yapılan girdap üreteci yanma prosesinde teknik koşulları sağlamalıdır. Bilhassa yanma odası içerisinde akışın geri dönüş bölgesi oluşturması ve bu bölgenin geometrisi yanma aerodinamiği üzerinde, dolayısıyla alev sıcaklığından tam yanmanın sağlanmasına ve kirletici emisyonların düşürülmesine kadar çok sayıda performans kriteri üzerinde etkilidir.
Çalışma kapsamında ilk aşamada 250 kWt gücünde bir yanma odasını temsil eden soğuk test düzeneği kurularak hız ölçümleri yapılmış, daha sonra sonlu hacimler yoluyla sayısal çözüm deney sonuçlarıyla karşılaştırılarak doğrulanmıştır. 6 farklı kanat açısı, 4 farklı kanat eğim açısı ve 7 farklı momentum oranı bu aşamada incelenmiş ve toplamda 168 analiz gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar yanma aerodinamiği performans parametrelerine göre değerlendirilerek en uygun girdap üreteci belirlenmiştir. Bu çalışmayı farklı kılan, akış merkezinde geri dönüş bölgesinin oluşması ve geometrik şekli üzerindeki etkin faktörlerin etraflıca araştırılmış olması ve çok sayıda hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri ile desteklenmiş olmasıdır. Ayrıca yapılan literatür çalışmasında görüldüğü kadarıyla kanat eğim açısı da ilk defa incelenen bir parametredir.
Elde edilen bulgulara göre incelenen her üç parametre de merkezi geri dönüş bölgesi oluşumu ve şekli üzerinde etkili olup, kanat açısı ve momentum oranının etkisi daha gözle görünürdür. En ideal geri dönüş bölgesi şekli 35.5° açıya sahip kanatlarda ve 20° - 25° aralığındaki kanat eğim açılarında gerçekleşmektedir. Ayrıca, optimum momentum oranı 0.38 ve 0.53 arasında, ortalama olarak 0.45 değerinde gözlenmiştir.

Abstract:
Combustion aerodynamics is one of the key subjects of combustion process that must be priorly handled during design of a burner. An appropriate swirler must be designed in order to attain ideal mixing between air molecules and pulverized coal particles, which results in high efficiency and low pollutant emissions.  Designed swirler must meet the technical conditions of combustion process. More particularly, formation of recirculation zone in flow domain and geometry of this zone is effective on combustion aerodynamics. Accordingly, it is effective on complete combustion, high flame temperature, reducing pollutant emissions.
Within scope of this study, cold test rig which represents combustion chamber is installed first, then velocity measurements have been done. After, numerical solution is verified with experimental data. 6 different blade angles, 4 blade slope angles and 7 momentum rates were investigated and 168 analyses have been completed. Results were assessed according to performance criteria. What makes this study unique is comprehensive research on effective factors on formation of recirculation zone and its geometry via so many computational fluid dynamics analyses. In addition, it is seen that from literature research, blade slope angle investigated in this study for the first time.
Based on findings, three parameters investigated are effective on formation and shape of central recirculation zone. Blade angle and momentum ratio is more substantial than blade slope angle. Results show that swirler having 35.5° blade angle and blade slope angle within scope of 20° and 25° is best for formation of optimum recirculation zone. Moreover, optimum momentum ratio takes place between 0.38 and 0.53 something about 0.45.