Kapalı Kondens Sistemi Ne İşe Yarar?

Vaktiyle bir Alman mühendis Türkiye’yi geziyormuş ve akan bir nehri görmüş. Bu nehirden faydalanmak için hiçbir şey yapılmadığını öğrenince de bozuk Türkçesiyle  “bu su böyle akar…?” diye sormuş, “akar” yanıtını alınca da “siz böyle bakar…” diyerek şaşkınlığını anlatmaya çalışmış.

O dönemlerde bu söz, ”Bu su böyle akar… Siz böyle bakar…” şeklinde boşa giden ve heba edilen potansiyeli tanımlamak için bir deyim gibi kullanılırdı. Bu günlerde fabrikaların kazan dairelerinden havaya savrulan beyaz dumanı (flaş buharı) gördüğümde, nedense hep bu söz aklıma gelir.

Şimdi konumuza dönüp, “bu uçup giden beyaz dumana bakmak” dışında yapabileceğimiz birşeyler var mı sorusuna yanıt arayalım.

Akla gelen bir çok üretim sürecinde ısı ve çoğunlukla ısı taşıma aracı olarak buhar, yani su kullanılır. Su, kendinden beklenen işlevi yerine getirebilmesi için, buhar kazanı ile işletme arasındaki sonu gelmez yolculuğunda sürekli olarak “kılık” değiştirmek zorundadır. Faz değişikliği dediğimiz bu “kılık” değiştirme sayesinde, buharın taşıdığı ısıl enerji işe dönüşür. Ancak faz değiştirme, buhara, dolayısıyla da bize bir “fatura” çıkartır. Bu yazıda buharın bu “kılık” değiştirmesinin “kaça patladığını” ve bu “faturadan” kurtulma olanağı olup olmadığını tartışmak istiyorum.

İşi en başından ele alalım…

Kazan besi pompası, hiç üşenmeyip uğraşıp didinerek, atmosfer basıncındaki suyu buhar kazanı işletme basıncına ulaştırır ve kazana basar. Kazan ocağında “dünya” kadar yakıt harcayarak önce su sıcaklığını kazan işletme basıncı doyma sıcaklığına ulaştırmak için gerekli olan duyulur ısıyı suya veririz. Şimdi i-s eğrisinde X = 0 noktasına ulaşmış olduk. Bundan sonra ise sabit basınçta buharlaşma gizli ısısını vermek zorundayız. Böylece su ilk “kılık” değiştirme işini yapmış ve buhar fazına geçmiştir. Artık X = 1 noktasındayız ve buharımız yola çıkmaya hazır. Şimdi ana buhar vanamızı açarak buharın maceralı yolculuğunu başlatalım.
Buhar kazanından işletme basıncında yola çıkan buhar, 90 – 120 km/h arasında müthiş bir hızla kullanım noktasına erişir. Taşıdığı gizli ısıyı burada bırakarak üretimimizi gerçekleştiren buharla artık işimizin bittiğini düşünürüz. Ve çok yanılırız…

Görüldüğü gibi, flaş buhar kaybını azaltmak için ya buhar basıncımızı düşürmek, ya da kondens tankı basıncımızı yükseltmemiz gerekmektedir. Ya da hiç buhar üretmememiz… Elbette burada mantıklı olan kondens tankı basıncımızı yükseltmemiz veya kondens tankını tümüyle atmosfere kapatarak flaş buhar oluşumuna hiç izin vermememizdir. Hiç dudak bükmeyin, bu olanaklıdır.

(Durun! Hemen kazan dairesine koşmayalım! Kazanın buhar vanasını kapatmak veya kondens tankı havalığını tıkamak çözüm değil. Biraz daha sabredersek, daha uygun bir çözüm bulma olanağımız olabilir.)

Her neyse… Yeniden konuya dönelim. Bu flaş buhar kaybıyla kalsak yine iyi… Bu kaybın karşılığını ek besi suyu olarak sisteme eklemek zorundayız. Bunun sonucu, kondens tankında genişleme sonucu atmosfer basıncında doyma sıcaklığına düşen suya, kaybedilen flaş buhar kadar taze soğuk su eklediğimizde, kondens tankı sıcaklığı daha da düşecektir.

Yani 1000 kg/h ve 6 bar bir buhar çevriminde her saat 123 kg flaş buhar kaybedildiğine göre, kondens tankında 877 kg su kalmakta ve çevrime sürekli olarak 123 kg/h taze besi suyu eklenmesi gerekmektedir. Bu su sıcaklığını 10 °C kabul edersek o zaman kondens tankından kazan basılan su ısı tutumu teorik olarak.

Şimdi de bunun hesabını yapalım. Yine 1000 kg/h’lik kapasiteyi ele alalım. Kondens tankı su ısı tutumunu, i₂ = 88.4 kcal/kg olarak hesaplamıştık. 6 bar kazan işletme basıncında doymuş su ısı tutumunun ise i₁ = 165.6 kcal/kg olduğunu buhar tablosundan okumuştuk. Buna göre, buharlaşma öncesi kazanda suya vermek zorunda olduğumuz duyulur ısı miktarı:

77 500 kcal/h ısı demek, fazladan saatte 10.7 Nm³/h gaz tüketimi, yani saatlik 2.75, günlük 27.50 ve yıllık 8,250.00 Euro ek yakıt maliyeti demek oluyor. Değişik işletme basınçlarında harcanan bu duyulur ısı miktarları Şekil 2’de gösterilmiştir.

Bu arada bir de zavallı pompamızın fazladan ne kadar elektrik tükettiğine bakalım.

Bunlara ek olarak, havaya attığımız flaş buhar kadar besi suyu kaybettiğimizin de altını çizelim. Oysa bu besi suyunu hazırlamak için de ne kadar uğraşıyoruz. Filtreleme, yumuşatma, gaz giderme vb. Bir de bunlara harcadığımız paraları düşünün. Sanki parayı “sokaktan süpürüyoruz”…

Moralimizi bozmaya devam ediyorum ama iş bunlarla da bitmiyor. Bir de gündelik olarak ölçülemeyen maliyetler var. Bunların başında soğuttuğumuz kondens suyunu, yüksek sıcaklıktaki kazana bastığımızda oluşan ısıl şokların kazan ömrünü kısaltması ve bakım maliyetlerimizi arttırması geliyor. Ayrıca besi pompasının emiş basıncının düşük olması sonucu ortaya çıkan ve kavitasyon olarak adlandırılan sorun nedeniyle pompanın kısa sürede aşınması ve aşırı enerji tüketmesi söylenmesi gerekenlerden yalnızca bir kaçı.

Peki, artık uzatmayalım ve çözümün neler olabileceğini irdeleyelim. Önce bu güne kadar çözüm olarak neler sunulduğuna bakalım.

Çünkü ek besi suyu demek, kazan su kalitesinin sürekli olarak bozulması demektir. Kazan su kalitesinin korunması için bir sürü ve pahalı kazan donanımı gereklidir.

Doğru olan ise, termodinamiğin (yani doğa) yasalarına karşı çıkmak yerine bu yasaları kendi lehimize uygulamaktır.

Daha “Türkçesi”, yukarıda saydığımız bir dünya maliyetin ortadan kaldırılmasında en uygun çözüm KAPALI KONDENS TANKI uygulamasıdır.

        Q_dı = D_h (i₁ – i₂) = 1000 x (165.6 – 159.3) = 6 300 kcal/h

olacaktır. Bunun maliyeti ise bu kez, saatlik 0.20, günlük 2.00 ve yıllık 600.00 Euro olacaktır.

Pompa enerji tüketimi ise:

Konuyu fazla dağıtmadan 6 bar işletme basıncında 1000 kg buhar üretimi için buraya kadar söylediklerimizi şöyle bir tabloda toparlayalım:

Diğer yakıtlar için ise en küçük ekonomik kapasite 500 kg/h buhar üretim kapasitesi civarındadır. Bu kadarı herhalde ekonomiklik konusu için yeterli…