Air Preheater Verim Hesaplama

APH verimi ekranda tek yüzde gibi görünür; sahada öyle okunmaz. Gaz giriş sıcaklığı, gaz çıkış sıcaklığı, hava giriş sıcaklığı ve hava çıkış sıcaklığı aynı işletme anından gelmiyorsa çıkan değer yalnızca güzel biçimlendirilmiş bir tahmindir. Hele rotary air preheater’da leakage varsa, gaz çıkış sıcaklığı ilk bakışta insanı kandırabilir. DCS’te düşük baca gazı sıcaklığı görmek iyi hissettirir, ama seal tarafı kaçırıyorsa o iyilik kâğıt üzerinde kalır.

Verim yüzdesi hangi sıcaklık farkından gelir?

Air preheater, sıcak baca gazı ile soğuk yanma havasını birbirine yaklaştıran bir ısı değiştiricidir. Gaz tarafı soğur, hava tarafı ısınır. Hesap makinesinin yaptığı iş, bu sıcaklık değişimini iki farklı yönden okumaktır: gaz tarafı verimi veya hava tarafı verimi.

İki yöntemin ortak noktası, girişler arasındaki sıcaklık farkıdır:

$$
\Delta T_{head} = T_{g,in} - T_{a,in}
$$

Gaz APH’ye 340 °C’de, hava 30 °C’de giriyorsa eldeki sıcaklık farkı 310 K olur. Burada Kelvin ile Santigrat farkı aynı büyüklüğü verir; 340 - 30 neyse, 613,15 - 303,15 de odur. Hesap makinesi sonuçta bu farkı da gösterir, çünkü verim yüzdesinin dayandığı zemin orasıdır.

Gaz tarafı verimi için hesap şöyle kurulur:

$$
\eta_{gas} = \frac{T_{g,in} - T_{g,out}}{T_{g,in} - T_{a,in}} \times 100
$$

Hava tarafı verimi ise havanın kazandığı sıcaklığa bakar:

$$
\eta_{air} = \frac{T_{a,out} - T_{a,in}}{T_{g,in} - T_{a,in}} \times 100
$$

Aynı paydaya rağmen iki sonuç aynı çıkmak zorunda değildir. Hatta çoğu gerçek veride aynı çıkmaz. Gaz ve hava debileri eşit değildir, özgül ısılar farklıdır, leakage ölçümü bu hesapta yoktur, kanal içi sıcaklık dağılımı da her zaman düzgün değildir. Bu yüzden gaz tarafı ve hava tarafı verimini iki ayrı okuma gibi düşünmek daha doğru olur.

Bir mühendislik notunda “verim %80” yazıyorsa, o satırın yanına yöntemi de eklemek gerekir. Gaz tarafı mı, hava tarafı mı? Aynı yüzde, farklı yöntemle bambaşka anlama gelir.

Gaz tarafı hesabı: baca gazı ne kadar soğudu?

Gaz tarafı yöntemi, APH içinden geçen baca gazının ne kadar sıcaklık kaybettiğini ölçer. Gaz giriş 340 °C, gaz çıkış 150 °C, hava giriş 30 °C ise formül şöyle çalışır:

$$
\eta_{gas} = \frac{340 - 150}{340 - 30} \times 100
$$

Sonuç %61,29 çıkar.

Bu hesap gaz tarafı için oldukça pratik bir ilk okuma verir. APH kirliyse, basket yüzeyleri dolmuşsa, sootblower etkisi zayıflamışsa veya cold-end tarafında tıkanma başlamışsa gaz çıkış sıcaklığı yukarıda kalır. Gaz yeterince soğumaz. Formüldeki pay küçülür, verim düşer.

Yalnız gaz çıkış sıcaklığına fazla romantik bakmamak lazım. Rotary APH’de hava tarafı gaz tarafına kaçıyorsa ölçülen gaz çıkışı soğuk görünür. Bu, gerçek ısı transferi artmış gibi algılanabilir. DCS ekranındaki düşük değer raporda güzel durur; sonra leakage ölçümü masaya gelince aynı değere o kadar güven kalmaz.

Bu hesap makinesi leakage düzeltmesi yapmaz. No-leakage gaz çıkış sıcaklığı da üretmez. Elinizde ham gaz çıkış sıcaklığı varsa gaz tarafı verimi de ham sıcaklık verisiyle hesaplanır. Böyle yazmak lazım. Yoksa yüzde fazla iddialı görünür.

Gaz tarafı verimi özellikle aynı üniteyi zaman içinde izlerken işe yarar. Dün, geçen hafta, bakım öncesi, bakım sonrası. Ama karşılaştırmanın anlamlı olması için yük noktası benzer olmalı. Yakıt değişmiş, fazla hava oynamış, fan damperi başka yerde kalmışsa iki verimi yan yana koyup hüküm vermek kolay değildir. Excel’de iki satır aynı hizaya gelir, işletmede gelmez.

Bir örnek daha gerçekçi dursun: gaz giriş 346,7 °C, gaz çıkış 158,4 °C, hava giriş 32,1 °C. Gaz tarafı verimi yaklaşık %59,85 olur. Yuvarlak örneklerdeki düzen yoktur burada. Sahada da genelde yok zaten.

Hava tarafı hesabı: yanma havası nereye kadar ısındı?

Hava tarafı yöntemi APH’nin yanma havasını ne kadar yükselttiğine bakar. Gaz giriş 340 °C, hava giriş 30 °C, hava çıkış 280 °C değerleriyle hesap yapılırsa:

$$
\eta_{air} = \frac{280 - 30}{340 - 30} \times 100
$$

Sonuç %80,65’tir.

Aynı sıcaklık setinde gaz tarafı %61,29, hava tarafı %80,65 çıkmıştı. Bu tek başına arıza işareti değildir. Gaz tarafındaki sıcaklık düşüşü 190 °C, hava tarafındaki sıcaklık artışı 250 °C. Debi ve \(C_p\) hesaba girmediği için bu iki yüzdeyi enerji dengesi gibi okumak yanlış olur.

Hava tarafı verimi, brülöre giden havanın sıcaklığıyla ilgilenen biri için daha doğrudan konuşur. Hava çıkış sıcaklığı düşükse yanma tarafında yakıt, alev stabilitesi veya kazan verimi açısından takip edilmesi gereken bir durum olabilir. Ama burada da sensör yeri devreye girer. Büyük hava kanallarında karışım her zaman homojen değildir. Tek noktadan ölçülen sıcaklık, kanalın tamamını temsil etmeyebilir.

Hava giriş sıcaklığı mevsimden etkilenir. Kışın 5 °C giren hava ile yazın 35 °C giren hava aynı APH’de farklı yüzde verebilir. O yüzden aylar arası karşılaştırma yapılırken “hava giriş değişti ama verim aynı mı kaldı?” diye bakmak gerekir. Bazı raporlar bu ayrımı atlar. Sonra değerlerin neden kıpırdadığı anlaşılmaz.

Hava tarafı hesabında gaz çıkış sıcaklığı formülde yoktur. Yine de göz ucuyla takip edilir. Hava çıkışı iyi görünürken gaz çıkışı da olağandışı düşükse leakage şüphesi masadan kalkmaz. Hava iyi ısındı diye gaz tarafındaki hikâye kapanmış sayılmaz.

Girdilerde en çok nerede hata çıkar?

Hesap makinesinde dört sıcaklık alanı var: gaz giriş, gaz çıkış, hava giriş, hava çıkış. Bir de yöntem seçimi. Gaz tarafı seçildiğinde gaz giriş, gaz çıkış ve hava giriş değerleri kullanılır. Hava tarafı seçildiğinde gaz giriş, hava giriş ve hava çıkış değerleri öne çıkar. Sıcaklık farkı ise her durumda gaz giriş ile hava giriş arasından gelir.

Birim °C, °F veya K olabilir. Dönüşüm doğruysa yüzde değişmez. Hata daha çok değerin kendisinde olur: 340 °C yerine 340 K yazmak gibi. 340 K, 66,85 °C civarıdır. Hesap makinesi bunu kullanıcının niyetinden anlayamaz; sayıyı alır, hesabı yapar, sonucu verir. Sonra raporda tuhaf bir yüzde çıkar.

Ölçüm zamanı da birim kadar can sıkar. Gaz giriş 10:00 ortalaması, hava çıkış 10:30 anlık değeri, gaz çıkış ise yük düşerken alınmışsa hesap düzgün görünür ama veri aynı hikâyeyi anlatmaz. Stabil yükte 15-30 dakikalık ortalama çoğu pratik kontrol için daha iyi durur. Daha kısa aralıklar bazen yeterlidir, özellikle hızlı bir vardiya kontrolünde. Performans raporu için biraz daha sabır gerekir.

Sensör yerleşimi ayrıca not edilmeli. APH girişinde sıcaklık profili düzgün değilse tek prob yeterli olmayabilir. Gaz çıkışında stratification varsa bir köşeden alınan değer bütün kesiti temsil etmez. Hava çıkışında da benzer sorun var; kanalın bir yanı daha sıcak, öbür yanı daha soğuk kalabilir. Formül bunu bilmez.

Bazen hesap hatası dediğimiz şey ölçüm düzeni hatasıdır.

Bu yüzde enerji dengesi değildir

Burayı fazla uzatmadan net söylemek gerekiyor: bu hesaplayıcı debi ve özgül ısı kullanmaz. Yalnız sıcaklık farklarından gaz tarafı veya hava tarafı verimi çıkarır. X-ratio yok. Leakage düzeltmesi yok. No-leakage sıcaklığı yok.

Bu, hesabın işe yaramadığı anlamına gelmez; kapsamı böyledir.

Isı yükü hesabı yapılacaksa debi ve \(C_p\) gerekir. Hava tarafında kaba ısı kazanımı şöyle bulunur:

$$
Q_{air} = \dot{m}_{air} \times C_{p,air} \times (T_{a,out} - T_{a,in})
$$

Gaz tarafında da benzer okuma yapılır:

$$
Q_{gas} = \dot{m}_{gas} \times C_{p,gas} \times (T_{g,in} - T_{g,out})
$$

Bu iki hesap, sıcaklık verimiyle aynı şey değildir. Hava tarafı verimi %80 çıkabilir, gaz tarafı verimi %61 çıkabilir; debiler bilinmeden buradan “enerji kayboldu” ya da “hesap yanlış” sonucuna atlanmaz. Hava debisi, gaz debisi, özgül ısılar ve leakage bilgisi tabloya girmeden enerji dengesi kurulmaz.

Kömür kazanında gaz \(C_p\) kabulü başka, doğal gazda başka, biyokütlede daha başka davranabilir. Fazla hava oranı, nem, yakıt kompozisyonu, yük; hepsi gaz tarafını etkiler. Bu hesap makinesinin yaptığı şey daha dar: sıcaklık farkı ile hızlı bir APH verim yüzdesi vermek.

Sonucu sahada okurken

Düşük verim ilk anda kirlenmeyi düşündürür. Basket yüzeyleri dolmuş olabilir, sootblower düzeni zayıftır, APH yıkama zamanı gelmiştir, cold-end tarafı tıkanmaya başlamıştır. Bunlar gerçek ihtimaller. Yine de verim düşünce doğrudan bakım emri açmak acele olur.

Gaz giriş sıcaklığı düşük geldiyse payda değişir. Hava debisi artmışsa hava çıkışı düşer. Leakage yükseldiyse gaz çıkışı tuhaf biçimde iyi görünebilir. Pressure drop artmışsa kirlenme şüphesi güçlenir. Aynı yüzdeye farklı yollardan varılabilir; APH hesabının huzursuz tarafı da burada.

Yüksek verim de tek başına başarı belgesi değildir. Hava çıkış sensörü yüksek okuyor olabilir. Gaz giriş probu sıcak bölgeye denk gelmiştir. Ortalama süresi kısa tutulmuştur. DCS’te parlak görünen değer, sahada bazen zayıf ölçüm düzeninin ürünüdür.

Tasarım veya kabul değeriyle kıyas yapılacaksa sapma hesabı ayrıca kullanılabilir:

$$
Sapma\ (\%) = 100 \times \frac{\eta_{mevcut} - \eta_{tasarım}}{\eta_{tasarım}}
$$

Mevcut gaz tarafı verimi %61,29, tasarım referansı %65 ise sapma yaklaşık -%5,71 çıkar. Bu satır rapora girebilir. Yanına yük, yakıt, fazla hava ve ölçüm aralığı yazılmadıysa pek ikna edici olmaz.

Ben olsam rapora uzun açıklama yerine birkaç sert veri koyardım: yöntem, dört sıcaklık, yük, pressure drop, varsa leakage notu. Altı satır çoğu zaman iki paragraftan daha işe yarar. Özellikle bakım toplantısında kimse uzun süslü cümle okumuyor; değer nereden geldi, ona bakıyor.

Aracı kullanırken kısa not

Yöntem seçimiyle başlayın. Gaz tarafı verimi isteniyorsa gaz giriş, gaz çıkış ve hava giriş sıcaklığına odaklanın. Hava tarafı veriminde gaz giriş, hava giriş ve hava çıkış sıcaklığı hesabı taşır. Dördüncü sıcaklık yine ekranda durur; yorumda işe yarar.

340 °C gaz giriş, 150 °C gaz çıkış ve 30 °C hava giriş değerleri gaz tarafında %61,29 verir. Aynı gaz giriş ve hava giriş değerleriyle hava çıkışı 280 °C girilirse hava tarafı %80,65 çıkar. Bu iki test hesabı, aracın sıcaklık farkı mantığını kontrol etmek için yeterlidir.

Veriler farklı birimle girilecekse önce birim seçimine bakın. °F ile °C karışırsa sonuç fena sapar. Kelvin kullanırken de mutlak değerlerin doğru girildiğinden emin olmak gerekir; sadece “K daha teknik duruyor” diye çevirme yapmadan veri yazmak iyi fikir değil.

Son satırı şöyle bırakmak daha dürüst: çıkan yüzdeyi tek başına değil, aynı yük noktasındaki trendlerle birlikte okuyun. Gaz çıkış sıcaklığı, hava çıkış sıcaklığı ve pressure drop aynı yönde bir şey söylüyorsa hesap işe yarar. Biri başka yere gidiyorsa önce ölçüm tarafını kurcalayın.