Enerji ve Ekserji Analizlerinin Değerlendirilmes

Döner fırın bölümü bir bütün olarak değerlendirildiğinde, bölümün enerji verimi günlük ortalamalarda % 55.2 ile % 65.7 aralığında bulunmuş, yedi günlük ortalama ise % 58.79 olarak hesaplanmıştır.

Bölümün ekserji verimi; günlük ortalamalara bağlı olarak % 42.6 ile % 50.4 aralığında saptanmış ve yedi günlük çalışma verilerine göre, ortalama ekserji verimi % 44.8 olarak hesaplanmıştır.

Enerji ve ekserji analiz sonuçlarının bir başka değerlendirme ölçütü, kayıpların değerlendirilmesi olarak düşünülebilir. Özellikle her iki analiz arasındaki değerlendirmenin sağlıklı yapılabilmesinde, kayıpların ifade ettiği potansiyelin tanımlanması önemlidir. Ekserjetik kayıplar, sistemlerin verimsizliğinin değerlendirilmesinde bir başka yaklaşım olarak kabul edilebilir. Gerçek kayıpların açıklanmasına yönelik olarak, enerjinin nicel ve nitel kayıpları arasında bir değerlendirme yapılması, sistemlerin verimsizliklerinin değerlendirilmesinde önemli bir parametre olabilir. Bu çalışmada kayıplara yönelik elde edilen sonuçlar, yukarıda ifade edilen yaklaşımı desteklemektedir. Döner fırın bölümünde üretilen birim

klinker başına enerji akışı ile nicel olarak tüketilen kayıplar ve ekserjetik akışla fırında oluşan ekserji kayıpları, Şekil 7.1 ’de verilmiştir.

0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000

06 Tem. 7 Tem. 8 Tem. 9 Tem. 10 Tem. 11 Tem. 12 Tem.

Tarih K ay ıp (M J/ k g K li n .) Enerji kayıp Ekserji kayıp

Şekil 7.1 Enerji ve ekserji kayıplarının dağılımı

Çimento sektöründe fabrikaların yaptırdıkları analizlerin pek çoğunun enerji analizleri olduğu görülmüştür. 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60

06 Tem. 7 Tem. 8 Tem. 9 Tem. 10 Tem. 11 Tem. 12 Tem. Tarih E n er ji v e E k se rj i K ay ıp F a rk ı O ra n la rı Şekil 7.2 Kayıpların değişim oranı

Kayıp ve verimsizlik değerlendirmelerinde sistemlerin enerji analizlerini dikkate almaları gerçek verimsizlikler açısından önemli sapmalar yaratacağı değerlendirilmiştir.

Sistemlerdeki bu yanılgı, bu çalışmada da ele alınmış ve nicel ve nitel kayıpların değişim oranları yüzdesi Şekil 7.2 ’de verilmiştir. Kayıpların değişim oranları incelendiğinde nitel kayıpların nicel kayıplara oranla % 30 ile % 50 oranında daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Bölümün ekserjetik veriminin yükseltilmesi kayıpların azaltılması ile gerçekleşir ki bu da çimento fabrikası için hem enerji tasarrufu hem de maliyetlerde tasarruf anlamına gelir. Oluşan ısıl kayıpların sisteme tekrar kazandırılması ve döner fırın verimini yükseltmek için aşağıda bazı değerlendirmeler yapılmıştır.

Çimento üretim hattının enerji ve ekserji verimliliği açısından en verimli bölüm ön ısıtıcı siklonlardır. Siklonlarda farin akışı ile gaz akışı arasında siklonların yapısından dolayı zıt yönde türbülanslı akışlar oluşur. Bu akışların ve ürün emme basınçlarındaki dengesizliğin siklonlarda kayıpların oluşmasına neden olduğu değerlendirilmiştir.

Ön ısıtıcı siklonların farin çıkış noktalarında emme basınç kayıpları kemer oluşumundan da kaynaklanabilir. Özellikle türbülanslı akışın yarattığı savurma etkisi ile farinin bir kısmı siklonun dar çıkış noktasında yüzeylere yapışır. Bu yapışma yüzeyde toplanmalara dolayısı ile basınç ve enerji kayıplarının artmasına neden olur. Kemer oluşumuna karşı fabrikalarda farin akışı düzenli takip edilmelidir.

Ayrıca siklonlardan intikale kadar her ayrı siklonda dikkate değer sızıntı hava girişleri mevcuttur. Siklonlarda oluşan kayıpların en önemli nedenin sızıntı hava girişi olduğu değerlendirilmiştir. Sızıntı hava, gaz ısısının farine geçişinde kayıplara neden olur. Sızıntı hava girişinin olabileceği noktalar, siklon ile boru bağlantıları arasındaki noktalardır.

Siklonun cidar yapısını oluşturan katmanlar, içeriden dışarıya doğru, ateş tuğlası, izoleli tuğla, sac ve dış kaplama sacıdır. Siklonların bu cidar yapısında

izolasyon kalınlığı ve yeterliliği, malzeme ömrü ve özelliği değerlendirilememiştir. Enerji tasarrufu açısından yapılacak iyileştirme çalışmasında izolasyon yapısı ve türü değerlendirilmelidir.

Isıl kayıpların azaltılması ve fırın veriminin yükseltilmesi için fırına giren maddelerin sıcaklık ve kütle miktarları kontrol edilmelidir. Bu nedenle döner fırına giren yakıtın nem oranı, taşıyıcı hava sıcaklığı ve özellikle sekonder hava sıcaklığı fırın iç sıcaklığının kontrolü açısından çok önemlidir. Ayrıca sızıntı hava miktarı burada da önem kazanmıştır. Sızıntı hava girişinin özellikle döner fırın yakıcılarının olduğu bölümde gerçekleştiği değerlendirilmiştir. Bu bölümde oluşan girişlerin kapatılması için yakıcı çevresi izole edilmelidir.

Kömür tüketiminin yüksek olduğu fırın sisteminde, yakıt debisine bağlı yakma hava miktarı da yüksektir. Gereğinden fazla yakma havası kullanımı, sistemdeki basınç kayıplarını ve fırın çıkış gaz duyulur ıs ı kaybını arttırdığı değerlendirilmiştir. Diğer yandan, yakıta bağlı özgül ısı tüketimi düştükçe gereken yakma havası miktarının da azalacağı açıkt ır. Dolayısıyla fırın çıkışında elde edilecek klinker için, asgari seviyede fırın sıcaklığı sağlayarak özgül ısı kapasitesini düşürmek, yakma hava miktarını düşürdüğü gibi yakıt tüketimini de düşürecektir. Bunun yanında sekonder hava miktarını düşürecek ve hava debisine bağlı sekonder sıcaklığını arttıracaktır. Burada bir başka parametre primer hava akışıdır. Primer hava sıcaklığının yükseltilmesi de özgül ısı kapasitesini etkileyecek ve yakıt tüketiminin azalmasına neden olacak önemli bir parametredir. Bu önlemlerin alınması durumunda fırın veriminin artacağı değerlendirilmiştir.

Döner fırından çıkan 1150–1550 °C sıcaklığına sahip klinkerin sıcaklığını 100 – 120 °C sıcaklığına düşürmek için kullanılan soğutucu ünitesinde, soğutma sonucu ortaya sıcak gaz çıkmaktadır. Çıkan gazın bir kısmı, sekonder hava olarak fırına, bir kısmı ısı kaynağı olarak kullanılmak üzere tras değirmenine, kalan bölümü ise multi-siklon bacasına gönderilir. Bacadan atılan bu atık enerjiden istifade etmek amacıyla baca hattı üzerine kurulan reküparatör sistemi ile fabrikada, idari binalar ve lojmanların ısıtma ihtiyacı

karşılanmaktadır. Fakat yinede sistemde ciddi oranlarda atık enerji mevcuttur. Bu enerjilerden istifade edilmesi ile dolaylı olarak bölümün veriminin yükseltilmesi sağlanabilir.

Soğutucu ı s ı l veriminin en önemli parametreleri, sekonder hava sıcaklığı ve sıcak klinker ı s ı s ı n ı n geri kazanılabilme oranıdır. Soğutucu ünitede kli n k e r ıs ıs ı n d a n g e r i k a z a n ı la n v e f ı r ın a g ö nd e r i le n s ıc a k h a v a d ebisinin veya s ıc a k l ığ ın ı n a r t ma s ı s is t e m i n v e r i m in in a r t ış ın ı o lu m lu e t k ile ye c e k t ir .

Döner fırın bölümünün enerji ve ekserji analiz sonuçlarına göre bölümde yüksek miktarda kayıpların olduğu hesaplanmıştır. Bu kayıpların yukarıda üniteler incelenirken ele alınan nedenlerden kaynaklandığı değerlendirilmiştir. Bu kayıplara başta sisteme giren sızıntı hava, soğutucudan gelen sekonder ve multi siklonlara giden havanın sıcaklık ve debileri, döner fırın mantosunda oluşan kayıplar neden olmaktadır. Bölümü oluşturan üniteleri birbirine bağlayan hatlardaki kayıplar ise, sistemin bütünü değerlendirildiğinde ortaya çıkmaktadır. Bu nedenle bölümün bağlantılarını oluşturan boru hatlarında yalıtım özellikleri de gözden geçirilmelidir.