ENVIRONMENTAL CHIMNEY DESIGN TO REDUCE EMISSIONS; CASE STUDY ON BULANIK DISTRICT

Yıl 2024, Sayı: Bulanık Sempozyumu Özel Sayısı, 42 - 51, 30.11.2024

Ahmet Karahan , Figen Balo

Öz

Considering the energy consumption of buildings, they are structures that cause high levels of environmental pollution. Especially considering the emissions released into nature from buildings designed as small or large industrial enterprises, they have a serious polluting effect on the atmosphere. Boilers used for heating purposes in buildings are systems that convert the chemical energy in the fuel into heat energy through combustion. They operate as closed systems that can operate at certain pressures in order to transmit heat energy to the carrier fluid. The optimum chimney design, which is made by considering the performance parameters between the boiler systems and the chimney system that allows the emissions to be carried to the atmosphere, directly affects the amount of emissions resulting from combustion.
In this study, a small confectionery workshop with a natural gas-powered heating boiler of 175,000 kcal/h capacity was designed in Bulanık district of Muş province according to the climatic conditions of the region. In case the chimney of the boiler system in the workshop is made of stainless steel, its forms were determined as oval and circular. In case of changing the number of elbows in the designed chimney system (1 elbow, 2 elbows, 3 elbows), the effects on environmental pollution were investigated together with the chimney performance parameters (chimney mouth section, chimney flow velocity, chimney exhaust gas density, chimney flow sound, -15ºC wind speed comparison, +15ºC wind speed comparison, stagnant pressure in the chimney, exhaust gas velocity, maximum negative pressure, exhaust gas temperature, internal wall temperatures of the chimney inside and outside the building, chimney material temperature, direct current temperature of chimney air, chimney sidewall (R12) temperature comparison). KesaAladin simulation program was used to determine the flue gas values ​​affecting environmental pollution. The design parameters investigated for the Bulanık district of Muş province were evaluated together and the most suitable design for the district in terms of minimum environmental pollution was determined. The study results are intended to guide decision makers and chimney designers regarding environmental management in the district.

Anahtar Kelimeler

Number of chimney elbows, Chimney design, Energy efficiency, Environment, KesaAladin simulation

EMİSYONLARININ AZALTILMASI İÇİN ÇEVRESEL BACA TASARIMI; BULANIK İLÇESİ ÜZERİNE ÖRNEK ÇALIŞMA

Öz

Binalar tükettikleri enerji oranı düşünüldüğünde yüksek oranda çevresel kirliliğe sebep olan yapılardır. Özellikle küçük veya büyük sanayi işletmeleri olarak tasarlanan binalardan doğaya salınan emisyonlar düşünüldüğünde atmosferi ciddi ölçüde kirletici etkiye sahiplerdir. Binalarda ısıtma amaçlı kullanılan kazanlar, yakıtta bulunan kimyasal enerjiyi yanma etkisiyle ısı enerjisine dönüştüren sistemlerdir. Isı enerjisinin taşıyıcı akışkana iletilmesi amacıyla belli basınçlarda çalışabilen kapalı sistemler olarak çalışırlar. Kazan sistemleri ile emisyonların atmosfere taşınmasını sağlayan baca sistemi arasındaki performans parametreleri dikkate alınarak yapılan optimum baca tasarımı yanmanın sonucu ortaya çıkan emisyon miktarını direk etkilemektedir.
Bu çalışmada, 175 000 kcal/h kapasitesinde doğal gaz ile çalışan bir ısıtma kazanına sahip küçük bir şekerleme atölyesi Muş iline bağlı Bulanık ilçesinde bölgenin iklim şartlarına göre tasarlamıştır. Atölye bünyesindeki kazan sistemine ait bacanın paslanmaz çelik olması durumunda formları oval ve dairesel olarak belirlenmiştir. Tasarlanan baca sisteminde dirsek sayısının değişmesi (1 dirsekli, 2 dirsekli, 3 dirsekli) durumunda çevre kirliliğine olan etkileri baca performans parametreleri (baca ağzı kesiti, baca akım hızı, baca atık gaz yoğunluğu, baca akım sesi, -15ºC rüzgar hızı karşılaştırması, +15ºC rüzgar hızı karşılaştırması, bacadaki durgun basınç, atık gaz hızı, azami negatif basınç, atık gaz sıcaklığı, bina içi ve bina dışı bacanın iç cidar sıcaklıkları, baca malzemesi sıcaklığı, baca havasının doğru akım sıcaklığı, baca yanak (R12) sıcaklığı karşılaştırması) ile birlikte araştırılmıştır. Çevre kirliliğine etki eden baca gazı değerlerinin belirlenmesi amacıyla KesaAladin simülasyon programı kullanılmıştır. Muş iline bağlı Bulanık ilçesi için araştırılan tasarım parametreleri hep birlikte değerlendirilerek minimum çevre kirliliği açısından ilçeye en uygun tasarım belirlenmiştir. Çalışma sonuçlarının ilçedeki çevre yönetimi ile ilgili karar vericilere ve baca tasarımcılarına, rehberlik etmesi amaçlanmıştır.

Anahtar Kelimeler

Baca dirsek sayısı, Baca tasarımı, Enerji verimliliği, Çevre, KesaAladin simülasyonu

Kaynakça

• [1] Guo, H. Source apportionment of ambient volatile organic compounds from petroleum and non-petroleum emissions. J. Pet. Environ. Biotechnol. 2012, 3, -112.
• [2] Bhanarkar, A.D.; Majumdar, D.; Nema, P.; George, K.V. Emissions of SO2, NOx and particulates from a pipe manufacturing plant and prediction of impact on air quality. Environ. Monit. Assess. 2010, 169, 677–685
• [3] Pang, S.;Wong, A. Challenges on the control of cooking fume emissions from restaurants. In Proceedings of the Better Air Quality in Asian and Pacific Rim Cities (BAQ 2002), Hong Kong, 16–18 December 2002
• [4] MEGEP, (2006). Tesisat Teknolojisi ve İklimlendirme. Bacalar ve Yanma Isısı. T.C. Millî Eğitim Bakanlığı Mesleki Eğitim ve Öğretim Sisteminin Güçlendirilmesi Projesi, Ders Notları.
• [5] Sinaga, A.J., Simanjuntak, S ve Manurun C. (2020). SJoME Vol. I No. 2, Maret 2020. E-ISSN 2685-8916. DOI: https://doi.org/10.36655/sproket.v1iNo%202.186
• [6] Tanrıver, K., Çavuşoğlu, İ., Ay, M., Kurt M. (2019). Biyogaz Yakıtlı Gaz Motorlu Kojenerasyon Sistemlerinde Egzoz Boru Tasarım İyileştirilmesi ile Verimlilik Artırımı. İCAR Congress 2020 Uluslararası Akademik Araştırmalar Kongresi, 11-18-19 Şubat 2020 ISBN: 978-605-7736-81-9, Bolu.
• [7] Terhan, M., Çomaklı, K. (2015). “Baca Gazı Atık Isısı ile Kazan Yakma Havasının Ön Isıtılmasının Fizibilitesi,” Mühendis ve Makina, cilt 56, sayı 668, s. 56-63.
• [8] Zdzislaw, P. (2019). Failure of a steel boiler chimney caused by corrosion of the structural shell plate. ICSF 2019 MATEC Web of Conferences 284,09007. https://doi.org/10.1051/matecconf /201928.
• [9] Figen Balo, Ahmet Karahan, Lutfu S. Sua, A simulation supported chimney design application for greener buildings, Proceedings of Engineering toThrive 2022: Water, Air, Shelter, and Food Symposium, June 23-24, 2022, University of Windsor, Ontario, CANADA
• [10] Ahmet Karahan, Figen Balo, Simulation-supported optimal chimney design to reduce the amount of waste gas of coal-fired boilers in Karabük province (Karabük ilinde kömürlü kazanların atık gaz miktarını azaltmak için simülasyon destekli optimal baca tasarımı), 1st International Urban and Regional Development Symposium (ISURDEV '23) (1. Uluslararası Kentsel ve Bölgesel Kalkınma Sempozyum) November 2-4, 2023, DİYARBAKIR