Doğalgaz yakıtlı düz alevli endüstriyel brülör tasarımı
Design of a natural gas fired industrial flat flame burner
Yazar: NİHAT ENES TURAN
Danışman: PROF. DR. AYHAN ONAT ; DR. ÖĞR. ÜYESİ SELİM HARTOMACIOĞLU
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Endüstri Ürünleri Tasarımı = Industrial Design ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Dünya 'da enerji tüketimi her geçen gün hızla artmaktadır. Endüstriyel yanma esnasında kullanılan yenilenemez enerji kaynaklarının (doğalgaz, fuel oil, vb. yakıtların) sınırlı olması, endüstriyel tesislerin yıllık yakıt tüketimleri ve yanma sonucu açığa çıkan insan sağlığına zararlı baca gazları göz önünde bulundurulduğunda, enerji verimliliği üzerine yapılan çalışmalar dünya çapında büyük bir önem kazanmıştır.
Endüstrideki farklı yanma proseslerini gerçekleştirebilmek için çeşitli endüstriyel yakıcılar, brülörler kullanılmaktadır. Bu brülörler doğalgaz, fuel oil, dizel, LPG, COG, vb. yakıtlar ile çalışabilmektedir. Brülörler, alev şekillerine, çalışma prensiplerine, kullandıkları yakıt cinsine, vb. özelliklerine göre farklı şekilde isimlendirilirler. Örneğin, yüksek hız brülörü, sıvı yakıt brülörü, rejeneratif brülör, reküperatif brülör, alevsiz brülör, düşük NOx brülörü, hidrojen brülörü, düz alevli brülör, vb.
Bu tez çalışmasında bir düz alevli brülör tasarlanmıştır. Çeşitli modeller ve kabuller içeren hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD/CFD) yöntemleri ve ANSYS Fluent yazılımı kullanılarak numerik yanma analizleri yapılmıştır. Düz alevli brülörler, brülörün oluşturduğu alevin direkt olarak mamule temas etmesinin ve pik alev sıcaklıklarının oluşmasının istenilmediği, homojen sıcaklık dağılımının arandığı uygulamalar (Demir - Çelik, Isıl İşlem, Galvaniz, vb.) için tercih edilmektedirler. Oluşturdukları alev, konvansiyonel brülörlerdeki gibi uzun ve keskin bir form yerine; daha yassı, düz bir forma sahiptir. Bu sebeple, Düz Alevli Brülör (Flat Flame Burner) olarak adlandırılırlar.
Kullanılan CFD yazılımı ile farklı hava fazlalık kat sayılarının ve farklı yakma havası sıcaklıklarının yanma karakteristikleri üzerindeki etkisi gözlemlenmiş; fırın içerisindeki sıcaklık dağılımları, hızlar, basınçlar, vb. sonuçlar incelenmiştir.

Abstract:
Energy consumption in the world is increasing day by day. Due to the limited non-renewable energy resources (natural gas, fuel oil, etc.) used during the industrial combustion, the annual fuel consumption of industrial facilities and dangerous flue gas emissions against the human health and nature; studies on energy efficiency and reduction of flue gas emissions have gained great importance around the world.
Various industrial burners are used for different combustion processes in the industry. These burners use natural gas, fuel oil, diesel, LPG, COG, etc. as fuel source. They are categorized according to their flame shapes, working principles, used material types, fuel types, etc. For example, high velocity burners, liquid fuel burners, regenerative burners, recuperative burners, fuel oil burners, flameless burners, low NOx burners, hydrogen burners, flat flame burners, etc.
In this thesis, a flat flame burner is designed and numerical combustion analyses of this burner are made by using Fluent CFD software. Flat flame burners are preferred for applications where the flame created by the burner is not desired to directly contact with the product, peak flame temperatures are avoided and homojen temperature distribution is needed. Such as, iron & steel, aluminum, galvanizing and heat treatment industries. These burners are called Flat Flame Burners because of their flat flame shape unlike the conventional burners which have a long and sharp flame shape instead.
With the help of Fluent CFD software, the effects of different excess airs and different combustion air temperatures to the combustion characteristics are investigated and temperature distributions, velocities, pressures, etc. inside the furnace are evaluated.