Pelet yakıtlı bir sobada yanma haznesindeki hava giriş mesafesinin yanma performansına ve emisyonlara etkisinin deneysel olarak incelenmesi ve optimizasyonu
Experimental investigation and optimization of the effect of the air inlet position on combustion performance and emissions in a pellet-fuelled stove
Yazar: CEM BAŞAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BİLAL SUNGUR ; DOÇ. DR. ALİRIZA KALELİ
Samsun Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Emisyon = Emission ; Makine öğrenmesi = Machine learning ; Pelet = Pellet ; Soba = Stove ; Çok kriterli optimizasyon = Multi criteria optimization

Özet:
Bu çalışmada, bir pelet sobasında yanma haznesindeki besleme havası konumunun üç farklı hava fazlalık oranında (λ=1.7, λ=2.2 ve λ=3) ve üç farklı ısıl güç girişinde (6 kW, 9 kW ve 12 kW) yanma ve emisyon performansına etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Bu kapsamda dört farklı hava mesafesine sahip yanma hazneleri tasarlanarak imal edilmiş ve performans testleri gerçekleştirilmiştir. Bu çalışma, tüm besleme havası mesafelerinde, artan hava fazlalık oranı ile baca gazı sıcaklıklarının arttığını ve termal verimin düştüğünü göstermiştir. Tüm hava fazlalık oranları göz önüne alındığında, 6 kW durumunda, 75 mm mesafedeki verimler en kötü performansı gösterdiği, 9 kW durumunda 30 ve 60 mm mesafelerin daha iyi olduğu, 12 kW durumunda ise 30 mm mesafenin %80.80-89.48 değer aralığında en yüksek verime ulaştığı belirlenmiştir. En yüksek CO emisyonu, 2982 ppm değeri ile 12 kW güçte, yanma hava girişi yanma haznesinden 15 mm uzaklıkta ve λ=1.7 koşullarında elde edilmiştir. Bütün durumlarda, yaklaşık 28.6-56.6 ppm olan NOx emisyonu yanma hava giriş mesafesinin ihmal edilebilir bir etkiye sahip olduğu gözlemlendi. Ayrıca bu çalışmanın diğer ana amacı, bir pelet sobasında yanma hava girişini değiştirerek yanma haznesi tasarımının etkisini optimize etmektir. Bu amaçla, pelet sobasının giriş ve çıkış parametreleri arasındaki ilişkiyi belirlemek için optimize edilmiş hiper parametrelere sahip Gauss Proses Regresyonuna (GPR) dayalı kalibrasyon modeli önerilmiştir. Tasarlanan model deneysel verilerle doğrulandı ve çeşitli istatistiksel araçlarla ölçüldü. Modelleme bulguları, geliştirilen modelin verimli bir teknik olduğunu ve pelet sobasının çıkış özelliklerini yüksek doğrulukla tahmin etme potansiyeline sahip olduğunu göstermiştir.

Abstract:
In this study, the effect of burner pot design by changing supply airflow position at three different excess air ratios (λ=1.7, λ=2.2 and λ=3) and three different thermal power inputs (6 kW, 9 kW and 12 kW) on combustion characteristics and emissions at pellet stove experimentally investigated. In this context, burner pots with four different constructions were designed and manufactured, and performance tests were realised. This study showed that, in all supply airflow positions, the flue gas temperatures increased and efficiency decreased with increasing excess air ratios. Considering all excess air conditions, in the case of 6 kW, the efficiencies in the 75 mm distance showed the worst performance; in the case of 9 kW, the 30 and 60 mm distances are better, and in the case of 12 kW, it was determined that the 30 mm distance reached the highest efficiency with the value of 80.80-89.48%. The highest CO emissions obtained at the supply airflow distance of 15 mm and λ=1.7 conditions at 12 kW with the value of 2982 ppm. In all cases, it was observed that the supply airflow distance had a negligible effect on NOx emission, which was about 28.6-56.6 ppm. Also the other main aim of this study is to optimize the effect of burner pot design by changing supply airflow position in a pellet stove. For this purpose, the calibration model based on Gaussian Process Regression (GPR) with optimized hyper-parameters was proposed to determine relationship between input and output parameters of the pellet stove. The designed model was validated by the experimental data and was measured by several statistical tools. The modelling findings showed that the developed model was an efficient technique and has the potential to predict pellet stove output characteristics with high accuracy.