Baca gazı bacası - Flue-gas stack

A baca gazı yığını GRES-2 Güç İstasyonu içinde Ekibastuz , Kazakistan , dünyada türünün en uzun (420 metre)

Bir baca gazı yığın olarak da bilinen, sigara dumanı , baca yığın ya da sadece olarak yığın , bir tür baca adı yanma ürünü gazların içinden dikey bir boru, kanal veya benzeri bir yapı baca gazları dış havaya atılır. Baca gazları, kömür, yağ, doğal gaz, odun veya başka herhangi bir yakıt endüstriyel bir fırında, bir elektrik santralinin buhar üreten kazanında veya başka bir büyük yakma cihazında yakıldığında üretilir . Baca gazı, genellikle karbondioksit (CO 2 ) ve su buharının yanı sıra alınan yanma havasından kalan azot ve fazla oksijenden oluşur . Ayrıca partikül madde , karbon monoksit , nitrojen oksitler ve sülfür oksitler gibi küçük bir kirletici yüzdesi içerir . Baca gazı bacaları, egzoz kirleticileri daha büyük bir alana dağıtmak ve böylece kirletici konsantrasyonunu hükümetin çevre politikası ve çevre düzenlemelerinin gerektirdiği seviyelere düşürmek için genellikle oldukça uzundur, 400 metre (1300 fit) veya daha fazladır. .

Baca gazları sobalardan, fırınlardan, şöminelerden, ısıtma fırınları ve kazanlardan veya meskenler, restoranlar, oteller veya diğer kamu binaları ve küçük ticari işletmelerdeki diğer küçük kaynaklardan dışarı atıldığında, baca gazı bacaları olarak adlandırılır.

Tarih

İlk endüstriyel bacalar, 17. yüzyılın ortalarında , yanma bölgesine hava akımını artırarak bir fırının yanmasını nasıl iyileştirebilecekleri ilk kez anlaşıldığında inşa edildi . Böylelikle, yankılanan fırınların ve erken Sanayi Devrimi'nin kilit sektörlerinden biri olan kömüre dayalı metalurji endüstrisinin geliştirilmesinde önemli bir rol oynadılar . 18. yüzyıldan kalma endüstriyel bacaların çoğu (şimdi yaygın olarak baca gazı bacaları olarak anılır ), bir ev bacası gibi fırının duvarlarına inşa edildi. İlk bağımsız endüstriyel bacalar, muhtemelen kurşun eritme ile ilişkili uzun yoğuşma bacalarının sonunda inşa edilenlerdi .

Sanayi devriminin karakteristik dumanla dolu manzaraları ile endüstriyel bacalar arasındaki güçlü ilişki , çoğu üretim süreci için buhar motorunun evrensel uygulamasından kaynaklanıyordu . Baca, buhar üreten bir kazanın bir parçasıdır ve evrimi, buhar motorunun gücündeki artışlarla yakından bağlantılıdır. Thomas Newcomen'in buhar motorunun bacaları, makine dairesinin duvarlarına yerleştirildi. 19. yüzyılın başlarında ortaya çıkan daha uzun, bağımsız duran endüstriyel bacalar, James Watt'ın "çift güçlü" motorlarıyla ilişkili kazan tasarımındaki değişikliklerle ilgiliydi ve Viktorya dönemi boyunca büyümeye devam ettiler. Dekoratif süslemeler, 1860'lardan kalma birçok endüstriyel bacanın bir özelliğidir, aşırı yelken kapakları ve desenli tuğlalar.

20. yüzyılın başlarında fan destekli zorunlu çekişin icadı, endüstriyel bacanın orijinal işlevi olan buhar üreten kazanlara veya diğer fırınlara hava çekme işlevini ortadan kaldırdı. Buhar motorunun ana taşıyıcı olarak değiştirilmesiyle, önce dizel motorlar ve ardından elektrik motorları ile, erken endüstriyel bacalar endüstriyel manzaradan kaybolmaya başladı. Taş ve tuğladan çeliğe ve daha sonra betonarme yapı malzemeleri değişti ve endüstriyel baca yüksekliği, hükümet hava kirliliği kontrol yönetmeliklerine uymak için yanma baca gazlarının dağıtılması ihtiyacıyla belirlendi .

Baca gazı bacası çekişi

Bacalardaki yığın etkisi: Göstergeler mutlak hava basıncını temsil eder ve hava akışı açık gri oklarla gösterilir. Gösterge kadranları artan basınçla saat yönünde hareket eder.

Baca gazı bacalarının içindeki yanma baca gazları, dış ortam havasından çok daha sıcaktır ve bu nedenle ortam havasından daha az yoğundur. Bu, dikey sıcak baca gazı sütununun tabanının, karşılık gelen bir dış hava sütununun tabanındaki basınçtan daha düşük bir basınca sahip olmasına neden olur. Baca dışındaki bu yüksek basınç, gerekli yanma havasını yanma bölgesine hareket ettiren ve ayrıca baca gazını bacadan yukarı ve dışarı doğru hareket ettiren itici güçtür. Yanma havasının ve baca gazının bu hareketi veya akışı "doğal çekiş", "doğal havalandırma" , "baca etkisi" veya " baca etkisi " olarak adlandırılır. Yığın ne kadar uzunsa, o kadar fazla taslak oluşturulur.

Aşağıdaki denklem, hava akımı tarafından oluşturulan (baca gazı bacasının altı ve üstü arasındaki) basınç farkının (Δ P ) bir tahminini sağlar:

nerede:

  • Δ P : Pa cinsinden mevcut basınç farkı
  • C = 0.0342
  • a : atmosferik basınç, Pa cinsinden
  • h : m olarak baca gazı bacasının yüksekliği
  • T o : K cinsinden mutlak dış hava sıcaklığı
  • T i : Baca içindeki baca gazının K cinsinden mutlak ortalama sıcaklığı.

Yukarıdaki denklem bir yaklaşımdır çünkü baca gazı ile dış havanın molar kütlesinin eşit olduğunu ve baca gazı bacasındaki basınç düşüşünün oldukça küçük olduğunu varsayar . Her iki varsayım da oldukça iyidir ancak tam olarak doğru değildir.

Çekişin neden olduğu baca gazı akış hızı

Bir "ilk tahmin" yaklaşımı olarak, aşağıdaki denklem, bir baca gazı yığınının çekişiyle indüklenen baca gazı akış oranını tahmin etmek için kullanılabilir. Denklem, baca gazının molar kütlesinin ve dış havanın eşit olduğunu ve sürtünme direncinin ve ısı kayıplarının ihmal edilebilir olduğunu varsayar :

nerede:

  • Q : baca gazı akış hızı, m³ / s
  • A : bacanın kesit alanı, m² (sabit bir enine kesite sahip olduğu varsayılarak)
  • C  : boşalma katsayısı (genellikle 0,65-0,70 olarak alınır)
  • g : deniz seviyesinde yerçekimi ivmesi = 9.807 m / s²
  • H  : baca yüksekliği, m
  • T i  : bacadaki baca gazının mutlak ortalama sıcaklığı, K
  • T o  : mutlak dış hava sıcaklığı, K

Ayrıca, bu denklem yalnızca, çekme akışına direnç, tahliye katsayısı C ile karakterize edilen tek bir delikten kaynaklandığında geçerlidir. Çoğu durumda olmasa da, çoğu durumda, direnç öncelikle baca bacasının kendisi tarafından uygulanır. Bu durumlarda, direnç, baca yüksekliği H ile orantılıdır. Bu, Q'nun baca yüksekliğine göre değişmez olduğunu öngören yukarıdaki denklemde H'nin iptaline neden olur.

Doğru miktarda doğal hava akımı sağlamak için bacalar ve yığınlar tasarlamak, aşağıdakiler gibi birçok faktörü içerir:

  • Yığının yüksekliği ve çapı.
  • Tam yanmayı sağlamak için gereken, istenen miktarda fazla yanma havası.
  • Yanma bölgesinden çıkan baca gazlarının sıcaklığı.
  • Baca gazı yoğunluğunu belirleyen yanma baca gazının bileşimi.
  • Baca veya bacayı oluşturmak için kullanılan malzemelere göre değişecek olan baca veya bacadan baca gazlarının akışına karşı sürtünme direnci.
  • Baca gazlarından bacadan veya bacadan geçerken oluşan ısı kaybı.
  • Deniz seviyesinin üzerindeki yerel yükseklik ile belirlenen ortam havasının yerel atmosferik basıncı.

Yukarıdaki tasarım faktörlerinin çoğunun hesaplanması, deneme-yanılma yinelemeli yöntemler gerektirir.

Çoğu ülkedeki devlet kurumları, bu tür tasarım hesaplamalarının nasıl yapılması gerektiğini düzenleyen özel kodlara sahiptir. Birçok sivil toplum kuruluşunun da baca ve bacaların tasarımını yöneten kodları vardır (özellikle ASME kodları).

Yığın tasarımı

Bir baca yığını üzerinde sarmal bir kaplama

Büyük yığınların tasarımı önemli mühendislik zorlukları ortaya çıkarır. Kuvvetli rüzgarlarda girdap dökülmesi yığında tehlikeli salınımlara neden olabilir ve çökmesine neden olabilir. Bu işlemin yığının rezonans frekansında veya yakınında meydana gelmesini önlemek için sarmal kaplama kullanımı yaygındır .

Diğer ilgi alanları

Bazı yakıt yakan endüstriyel ekipman, doğal hava akımına dayanmaz. Bu tür birçok ekipman öğesi, aynı amaçları gerçekleştirmek için büyük fanlar veya üfleyiciler kullanır, yani yanma odasına yanma havasının akışı ve bacadan veya bacadan çıkan sıcak baca gazının akışı.

Pek çok enerji santrali, kükürt dioksit (yani, baca gazı kükürt giderme ), nitrojen oksitleri (yani seçici katalitik indirgeme , egzoz gazı devridaimi , termal deNOx veya düşük NOx brülörleri) ve partikül maddeyi (yani , elektrostatik çökelticiler ). Bu tür enerji santrallerinde baca gazı bacası olarak bir soğutma kulesi kullanmak mümkündür . Örnekler Almanya'da Staudinger Grosskrotzenburg Elektrik Santrali'nde ve Rostock Elektrik Santralinde görülebilir . Baca gazı arıtımı olmayan elektrik santralleri, bu tür bacalarda ciddi korozyon yaşarlar.

Amerika Birleşik Devletleri ve diğer bazı ülkelerde, yerel hava kirliliği düzenlemelerine uymak için gerekli baca gazı bacası yüksekliğini belirlemek için atmosferik dağılım modelleme çalışmaları gerekmektedir . Amerika Birleşik Devletleri ayrıca, bir baca gazı bacasının maksimum yüksekliğini "İyi Mühendislik Uygulamaları (GEP)" baca yüksekliği olarak bilinen yükseklik ile sınırlar. GEP baca yüksekliğini aşan mevcut baca gazı bacaları durumunda, bu tür bacalar için herhangi bir hava kirliliği dağılım modelleme çalışmaları, gerçek baca yüksekliği yerine GEP baca yüksekliğini kullanmalıdır.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar