Kazan Verimi Nasıl Hesaplanır?

Endüstriyel tesislerde buhar ve sıcak su üretimi için kullanılan kazanlar, toplam enerji tüketiminin önemli bir bölümünü oluşturabilir.

Kazanda kullanılan yakıtın tamamı faydalı ısıya dönüşmez. Enerjinin bir bölümü:

• Baca gazıyla,

• Kazan yüzeylerinden,

• Blöf suyuyla,

• Eksik yanma nedeniyle,

• Diğer yardımcı kayıplarla

sistemden uzaklaşır.

Bu nedenle bir kazanın yalnızca ne kadar buhar ürettiğini değil, bu üretim için ne kadar yakıt kullandığını da değerlendirmek gerekir.

Kazan verimi, yakıttan alınan enerjinin ne kadarının faydalı ısı veya buhar enerjisine dönüştürülebildiğini gösterir.

Spirax Sarco, kazan verimini temel olarak kazandan faydalı biçimde elde edilen ısının yakıtla sağlanan enerjiye oranı olarak tanımlamaktadır.

Kazan Verimi Nedir?

Kazan verimi yüzde olarak ifade edilir.

Örneğin bir kazanın verimi:

%90

ise yakıtla sisteme verilen enerjinin yaklaşık %90'ı faydalı enerjiye dönüşürken kalan bölüm çeşitli kayıplarla sistemden uzaklaşır.

Basit enerji dengesi:

Yakıt enerjisi = Faydalı enerji + Isı kayıpları

şeklinde ifade edilebilir.

ABD Enerji Bakanlığı kaynaklarında da kazan verimi, yakıt enerjisinin ne kadarının buhar enerjisine dönüştürüldüğünü gösteren oran olarak tanımlanmaktadır.

Kazan Verimi Hangi Yöntemlerle Hesaplanır?

Kazan veriminin belirlenmesinde temel olarak iki yöntem kullanılır:

1. Direkt yöntem

2. İndirekt yöntem

Direkt yöntemde kazana giren yakıt enerjisi ile kazandan çıkan faydalı enerji karşılaştırılır.

İndirekt yöntemde ise baca gazı, blöf, radyasyon ve diğer kayıplar hesaplanarak toplam kayıp %100'den çıkarılır.

Her iki yöntemin kullanım amacı ve doğruluk seviyesi farklı olabilir.

1. Direkt Yöntemle Kazan Verimi Nasıl Hesaplanır?

Direkt yöntem en kolay anlaşılır hesaplama yöntemidir.

Temel formül:

Kazan verimi (%) = Faydalı ısı enerjisi / Yakıt enerjisi × 100

Buhar kazanlarında faydalı enerji yaklaşık olarak:

Buhar debisi × (Buhar entalpisi − Besi suyu entalpisi)

üzerinden hesaplanabilir.

Yakıt enerjisi ise:

Yakıt tüketimi × Yakıtın ısıl değeri

olarak belirlenir.

Spirax Sarco'ya göre buharla taşınan faydalı enerji hesaplanırken besi suyu sıcaklığı, üretilen buhar basıncı ve buhar debisi dikkate alınır.

Direkt Kazan Verim Formülü

Buhar kazanı için formül şu şekilde ifade edilebilir:

η = [mᵦ × (hᵦ − hᵦₛ)] / (mᵧ × H) × 100

Burada:

• η: Kazan verimi (%)

• mᵦ: Üretilen buhar miktarı

• hᵦ: Buharın entalpisi

• hᵦₛ: Besi suyunun entalpisi

• mᵧ: Yakıt miktarı

• H: Yakıtın alt veya üst ısıl değeri

Hesaplama yapılırken kullanılan ısıl değerin alt ısıl değer mi yoksa üst ısıl değer mi olduğu açıkça belirtilmelidir.

Örnek Direkt Kazan Verimi Hesabı

Bir doğalgazlı buhar kazanının aşağıdaki koşullarda çalıştığını varsayalım:

• Buhar üretimi: 10.000 kg/h

• Buhar entalpisi: 2.780 kJ/kg

• Besi suyu entalpisi: 420 kJ/kg

• Doğalgaz tüketimi: 300 Sm³/h

• Doğalgaz alt ısıl değeri: 34.000 kJ/Sm³

Öncelikle bir kilogram buhar için kazanın aktardığı enerji hesaplanır:

2.780 − 420 = 2.360 kJ/kg

Toplam faydalı enerji:

10.000 × 2.360 = 23.600.000 kJ/h

Yakıtla sağlanan enerji:

300 × 34.000 = 10.200.000 kJ/h

Bu örnek sayılarda faydalı enerji yakıt enerjisinden büyük çıktığı için fiziksel olarak mümkün olmayan bir sonuç oluşur. Bu, hesapta kullanılan buhar üretimi, yakıt tüketimi veya ısıl değer verilerinden en az birinin gerçek sistem koşullarıyla uyumlu olmadığını gösterir.

Bu örnek önemli bir noktayı gösterir:

Kazan verimi hesabında tüm saha verilerinin aynı zaman diliminden ve doğru ölçüm cihazlarından alınması gerekir.

Şimdi daha tutarlı bir örnek kullanalım.

Düzeltilmiş örnek

• Buhar üretimi: 4.000 kg/h

• Buhar entalpisi: 2.780 kJ/kg

• Besi suyu entalpisi: 420 kJ/kg

• Doğalgaz tüketimi: 330 Sm³/h

• Alt ısıl değer: 34.000 kJ/Sm³

Faydalı enerji:

4.000 × (2.780 − 420)

4.000 × 2.360 = 9.440.000 kJ/h

Yakıt enerjisi:

330 × 34.000 = 11.220.000 kJ/h

Kazan verimi:

9.440.000 / 11.220.000 × 100

≈ %84,1

Bu örnekte kazanın direkt yöntemle hesaplanan verimi yaklaşık %84 olur.

Direkt Yöntemin Avantajları

Direkt yöntem:

• Basittir,

• Hızlı hesaplanabilir,

• Yakıt ve buhar sayaçları varsa kolay uygulanır,

• Günlük işletme takibinde kullanılabilir.

Özellikle tesislerde:

• Buhar debimetresi,

• Yakıt sayacı,

• Besi suyu sıcaklık ölçümü

bulunuyorsa gerçek zamanlı performans takibine uygundur.

Spirax Sarco'nun güncel enerji izleme sistemleri de yakıt, besi suyu, buhar üretimi, kondens dönüşü ve blöf gibi ölçümleri kullanarak gerçek zamanlı kazan verimini takip edebilmektedir.

Direkt Yöntemin Dezavantajları

Direkt yöntem kazanın toplam verimini gösterir ancak verim düşüşünün nedenini doğrudan açıklamaz.

Örneğin verimin %88'den %81'e düştüğünü görebilirsiniz ancak bunun:

• Fazla havadan,

• Yüksek baca gazı sıcaklığından,

• Kirlenmiş ısı transfer yüzeyinden,

• Yüksek blöf oranından,

• İzolasyon kaybından

hangisinin kaynaklandığını doğrudan göremezsiniz.

Bu durumda indirekt yöntem daha detaylı bilgi sağlar.

2. İndirekt Yöntemle Kazan Verimi Nasıl Hesaplanır?

İndirekt yöntem, diğer adıyla ısı kayıpları yöntemi, kazandaki farklı enerji kayıplarını hesaplar.

Temel yaklaşım:

Kazan verimi = 100 − Toplam ısı kayıpları

ABD Enerji Bakanlığı'nın buhar sistemi rehberinde indirekt verim yöntemi:

η = 100% − kabuk kaybı − blöf kaybı − baca kaybı

şeklinde ifade edilmektedir; gerekli durumlarda diğer kayıplar da eklenebilir.

Kazandaki Başlıca Isı Kayıpları Nelerdir?

1. Baca gazı kaybı

Çoğu klasik fosil yakıtlı kazanda en önemli enerji kayıplarından biridir.

Baca gazı ne kadar yüksek sıcaklıkta çıkarsa atmosfere taşınan enerji de genel olarak o kadar artar.

Spirax Sarco, baca gazı kaybının kazanlarda en büyük tekil kayıp kaynaklarından biri olabileceğini ve yüksek baca sıcaklığının düşük kazan veriminin önemli göstergelerinden biri olduğunu belirtmektedir.

2. Fazla hava kaybı

Yakıtın tamamen yanması için teorik miktardan biraz daha fazla hava verilmesi gerekir.

Ancak gereğinden fazla hava:

• Fırını soğutur,

• Baca gazı debisini artırır,

• Daha fazla sıcak gazın bacadan atılmasına neden olur.

Bu nedenle fazla hava oranının doğru ayarlanması kazan veriminde kritik öneme sahiptir.

Spirax Sarco, fazla havanın gereğinden yüksek olmasının faydalı ısının baca gazıyla uzaklaşmasına neden olduğunu belirtmektedir.

3. Eksik yanma kaybı

Hava yetersiz olduğunda yakıt tamamen yanmayabilir.

Bunun sonucunda:

• Karbonmonoksit,

• Yanabilir gazlar,

• Kurum

oluşabilir.

Bu durum hem enerji kaybı hem de güvenlik problemidir.

4. Radyasyon ve konveksiyon kayıpları

Kazan gövdesi çevresinden ortama ısı yayılır.

İzolasyon:

• Hasarlı,

• ince,

• eksik

ise bu kayıp artar.

Spirax Sarco, iyi izole edilmiş yaklaşık 5 MW veya üzeri shell ve water-tube kazanlarda çevreye olan radyasyon kaybının tam yük kapasitesinin yaklaşık %0,3–0,5'i seviyesinde olabileceğini belirtmektedir. Bu kayıp düşük yüklerde oransal olarak daha önemli hâle gelir.

5. Blöf kaybı

Kazan suyu içerisindeki çözünmüş katıları kontrol etmek amacıyla belirli miktarda sıcak su sistemden tahliye edilir.

Bu su yüksek sıcaklıkta olduğu için enerji de beraberinde kaybedilir.

Blöf miktarının gereğinden yüksek tutulması:

• Su tüketimini,

• Kimyasal tüketimini,

• yakıt tüketimini

artırabilir.

6. Yanma kaynaklı diğer kayıplar

Katı ve sıvı yakıtlarda:

• Yakıttaki nem,

• Hidrojenden oluşan su buharı,

• Kül içerisinde kalan yanmamış karbon

gibi kayıplar da dikkate alınabilir.

Baca Gazı Analizi Kazan Veriminde Neden Önemlidir?

İndirekt kazan verimi hesaplanırken baca gazı analizi çok önemlidir.

Genellikle ölçülen temel değerler:

• O₂,

• CO₂,

• CO,

• Baca gazı sıcaklığı,

• Ortam sıcaklığı.

Özellikle:

baca gazı sıcaklığı + O₂ oranı

yanma ve baca kaybı hakkında önemli bilgi sağlar.

ABD Enerji Bakanlığı'nın Steam System Survey Guide dokümanı, indirekt kazan veriminin ilk tahmininin baca gazı sıcaklığı ve oksijen içeriğinden yapılabileceğini belirtmektedir.

Kazanlarda Oksijen Oranı Neden Ölçülür?

Baca gazındaki O₂ miktarı, yanmaya ne kadar fazla hava verildiğinin önemli göstergelerinden biridir.

Çok düşük O₂:

• Eksik yanma,

• CO oluşumu,

• Kurum

riskini artırabilir.

Çok yüksek O₂ ise:

• Gereksiz fazla hava,

• Daha yüksek baca gazı debisi,

• Baca kaybının artması

anlamına gelebilir.

Bu nedenle amaç O₂ değerini mümkün olan en düşük seviyeye indirmek değil, güvenli ve tam yanmayı sağlayan optimum seviyede tutmaktır.

ABD Enerji Bakanlığı, özellikle büyük kazanlarda baca gazındaki oksijeni izleyerek hava-yakıt oranını otomatik ayarlayan oxygen trim sistemlerinin kullanılmasını önermektedir.

Baca Gazı Sıcaklığı Neden Yükselir?

Baca gazı sıcaklığının zaman içerisinde yükselmesi şu sorunlara işaret edebilir:

• Kazan ısı transfer yüzeyleri kirli,

• Kurum tabakası oluşmuş,

• Su tarafında kireçlenme var,

• Kazan aşırı yükleniyor,

• Brülör ayarı uygun değil,

• Ekonomizer kirli veya devre dışı.

Spirax Sarco, yüksek baca sıcaklığının ısı transfer yüzeylerinin kirlenmesi veya brülörün gereğinden fazla ısı üretmesiyle ilişkili olabileceğini belirtmektedir.

Kazan Verimini Artırmanın Yolları

Kazan veriminin artırılması genellikle tek bir uygulamaya bağlı değildir.

1. Baca gazı sıcaklığını düşürün

Baca gazındaki enerjinin bir bölümü ekonomizerle geri kazanılabilir.

Ekonomizer:

baca gazı → besi suyu

arasında ısı transferi sağlar.

Böylece besi suyu daha sıcak şekilde kazana girer.

2. Fazla hava oranını optimize edin

Brülör hava-yakıt oranı düzenli olarak kontrol edilmelidir.

Büyük sistemlerde O₂ trim otomasyonu kullanılabilir.

3. Isı transfer yüzeylerini temiz tutun

Kurum ve kireç tabakaları ısı transferini azaltır.

Bunun sonucunda:

• Baca sıcaklığı yükselir,

• Yakıt tüketimi artar.

4. Besi suyu sıcaklığını yükseltin

Kondens geri dönüş oranının artırılması ve ekonomizer kullanılması besi suyu sıcaklığını yükseltebilir.

Böylece kazan suyu buharlaştırmak için daha az yakıt kullanır.

5. Blöf oranını optimize edin

Gereğinden yüksek blöf sıcak su ve enerji kaybına neden olur.

Otomatik TDS kontrolü değerlendirilebilir.

6. Blöf ısısını geri kazanın

Blöf suyunun enerjisi:

• Besi suyunun,

• Makyaj suyunun

ön ısıtılmasında kullanılabilir.

7. Kondensi geri kazanın

Sıcak kondens kazana geri gönderildiğinde:

• Enerji,

• Su,

• Kimyasal

tasarrufu sağlanabilir.

8. Kazan izolasyonunu kontrol edin

Hasarlı izolasyon yüzey kayıplarını artırabilir.

9. Kazanı uygun yükte çalıştırın

Çok düşük yükte çalışan büyük kazanlarda sabit yüzey kayıpları toplam enerji içerisinde daha büyük bir pay oluşturabilir.

Spirax Sarco da radyasyon kayıplarının kazan düşük yükteyken oransal olarak daha önemli hâle geldiğine dikkat çekmektedir.

Kazan Verimi ile Yanma Verimi Aynı Şey midir?

Hayır.

Bu iki kavram karıştırılabilir.

Yanma verimi

Yakıtın ne kadar iyi yandığını ve baca gazı kaynaklı kayıpları değerlendirir.

Genellikle:

• O₂,

• CO,

• Baca sıcaklığı

üzerinden hesaplanır.

Kazan verimi

Kazanın tamamını değerlendirir.

Baca kayıplarının yanında:

• Radyasyon,

• Blöf,

• Yüzey kayıpları,

• Diğer termal kayıplar

da dikkate alınabilir.

Bu nedenle baca gazı analiz cihazının gösterdiği “combustion efficiency” değeri her zaman kazanın gerçek toplam verimiyle aynı değildir.

Spirax Sarco da yalnızca brülör veya yanma verimi yerine bütün kazanın yakıttan buhara enerji transferinin değerlendirilmesinin önemini vurgulamaktadır.

Alt Isıl Değer ve Üst Isıl Değer Arasındaki Fark

Kazan verimi hesaplanırken kullanılan yakıt ısıl değeri sonucu etkiler.

İki temel değer vardır:

Alt Isıl Değer — LHV / NCV

Yanma sonucu oluşan su buharının yoğuşma enerjisini hesaba katmaz.

Üst Isıl Değer — HHV / GCV

Yanma sonucu oluşan su buharının yoğuşmasıyla geri kazanılabilecek enerjiyi de içerir.

Spirax Sarco, gross ve net calorific value kavramlarının farklı enerji içeriklerini ifade ettiğini ve geleneksel buhar kazanlarında baca gazındaki su buharının çoğunlukla yoğuşturulmadığını açıklamaktadır.

Bu nedenle iki farklı kaynakta aynı kazan için farklı verim değerleri görülebilir.

Örneğin aynı sistem:

• Alt ısıl değere göre %94,

• Üst ısıl değere göre daha düşük

bir verime sahip görünebilir.

Karşılaştırma yapılırken kullanılan referans mutlaka aynı olmalıdır.

Kazan Verimi %100'ü Geçebilir mi?

Yoğuşmalı sistemlerde bazen kataloglarda %100'ün üzerinde verim değerleri görülebilir.

Bu durum enerjinin yoktan üretildiği anlamına gelmez.

Nedeni, verimin alt ısıl değer bazında hesaplanmasıdır.

Yoğuşmalı sistem, geleneksel alt ısıl değer hesabında dikkate alınmayan su buharının gizli ısısını da geri kazandığında LHV bazında %100'ün üzerinde görünen değerler oluşabilir.

Üst ısıl değer bazında gerçek termodinamik verim %100'ü aşmaz.

Kazan Verimi Ne Sıklıkla Ölçülmelidir?

Yalnızca yıllık bakım sırasında ölçüm yapılması yeterli olmayabilir.

Özellikle yüksek yakıt tüketen tesislerde aşağıdaki değerlerin sürekli veya düzenli takibi faydalıdır:

• Yakıt tüketimi,

• Buhar üretimi,

• Besi suyu sıcaklığı,

• Baca gazı sıcaklığı,

• Baca gazı O₂,

• Kondens dönüş oranı,

• Blöf miktarı.

Spirax Sarco'nun 2026 ürün dokümanında gerçek zamanlı kazan enerji izleme sistemlerinin yakıt, besi suyu, buhar, kondens ve blöf verilerini kullanarak yakıttan buhara enerji transfer verimini takip edebildiği belirtilmektedir.

Kazan Veriminin Düştüğü Nasıl Anlaşılır?

Aşağıdaki değişimler performans kaybına işaret edebilir:

• Aynı buhar üretiminde yakıt tüketimi artıyor,

• Baca gazı sıcaklığı yükseliyor,

• O₂ oranı artıyor,

• Kondens geri dönüşü düşüyor,

• Blöf miktarı yükseliyor,

• Buhar üretim kapasitesi düşüyor.

Örneğin geçmişte:

1 ton buhar için 70 Sm³ doğalgaz

kullanılırken bugün:

78 Sm³/ton

tüketiliyorsa kazan dairesi performansı incelenmelidir.

Ancak yalnızca bu değere bakarak karar verilmemeli; buhar basıncı, besi suyu sıcaklığı ve yakıt ısıl değeri de karşılaştırılmalıdır.

Kazan Verimi Hesabında Sık Yapılan Hatalar

Alt ve üst ısıl değeri karıştırmak

En sık yapılan hatalardan biridir.

Buhar miktarını tahmini kullanmak

Doğru debimetre verisi kullanılmalıdır.

Yakıt sayacını kalibre etmemek

Yakıt ölçüm hatası doğrudan verim hesabını bozar.

Besi suyu sıcaklığını dikkate almamak

100°C besi suyuyla 20°C besi suyu aynı enerji ihtiyacına sahip değildir.

Kondens dönüşünü görmezden gelmek

Kondens geri dönüş oranı kazan dairesinin toplam enerji performansını etkiler.

Sadece baca analiz cihazına bakmak

Yanma verimi ile toplam kazan verimi aynı değildir.

Tek bir ölçümle yıllık performans çıkarmak

Kazan yükü değiştikçe verim de değişebilir.

Bu nedenle farklı yük seviyelerinde ölçüm yapılmalıdır.

Kazan Verimi için Örnek Kontrol Tablosu

Bir enerji etüdünde aşağıdaki veriler kaydedilebilir:

Parametre	Ölçüm
Buhar debisi	kg/h
Buhar basıncı	bar
Besi suyu sıcaklığı	°C
Yakıt tüketimi	Sm³/h veya kg/h
Yakıt alt ısıl değeri	kJ/Sm³
Baca gazı sıcaklığı	°C
O₂	%
CO	ppm
Ortam sıcaklığı	°C
Blöf miktarı	kg/h
Kondens dönüş oranı	%

Bu veriler sayesinde hem direkt hem indirekt performans değerlendirmesi yapılabilir.

Kazan Verimindeki %1 Artış Önemli midir?

Büyük tesislerde oldukça önemli olabilir.

Örneğin yıllık yakıt maliyeti:

50.000.000 TL

olan bir kazan dairesinde, aynı faydalı üretimi koruyarak yakıt ihtiyacında yaklaşık %1 civarında bir düşüş elde edilmesi yüz binlerce liralık yıllık tasarrufa dönüşebilir.

Ancak verimdeki yüzde puan artışı ile yakıt tasarruf yüzdesi tam olarak aynı değildir. Daha doğru yakıt tasarrufu hesabında eski ve yeni verimler oranlanmalıdır.

Örneğin:

• Eski verim: %85

• Yeni verim: %90

Aynı faydalı enerji için yakıt ihtiyacı yaklaşık:

85 / 90 = 0,944

olur.

Yakıt tasarrufu:

1 − 0,944 = %5,6

civarındadır.

Yani verimin %85'ten %90'a çıkması 5 yüzde puanlık artış olsa da aynı üretimde yakıt tüketimi yaklaşık %5,6 azalabilir.

Sonuç

Kazan verimi temel olarak yakıttan alınan enerjinin ne kadarının faydalı buhar veya sıcak su enerjisine dönüştürülebildiğini gösterir.

İki temel hesap yöntemi vardır:

Direkt yöntem:

Faydalı enerji / Yakıt enerjisi

İndirekt yöntem:

100 − Toplam enerji kayıpları

Direkt yöntem hızlı performans takibi için oldukça kullanışlıdır.

İndirekt yöntem ise:

• Baca gazı,

• Fazla hava,

• Blöf,

• Radyasyon,

• Eksik yanma

gibi kayıpları ayrı ayrı görmeye ve verim düşüşünün nedenini bulmaya yardımcı olur.

Kazan verimini iyileştirmek için özellikle:

• Baca gazı sıcaklığının düşürülmesi,

• Hava-yakıt oranının optimize edilmesi,

• Isı transfer yüzeylerinin temiz tutulması,

• Ekonomizer kullanılması,

• Kondens geri kazanımı,

• Blöf ısısı geri kazanımı,

• Besi suyu sıcaklığının yükseltilmesi

önemli uygulamalardır.

Alfa Enerji; endüstriyel kazan sistemlerinde baca gazındaki enerjinin yeniden değerlendirilmesi için ekonomizerler, eşanjörler ve atık ısı geri kazanım sistemleri geliştirmektedir.

Kazanınızın baca gazı sıcaklığı, yakıt tüketimi ve proses değerleri analiz edilerek geri kazanılabilecek termal enerjinin ve olası yakıt tasarrufunun hesaplanması için Alfa Enerji ile iletişime geçebilirsiniz.