Buhar Sistemlerinde Enerji Tasarrufu:

1--Buharlı  Sistemlerde  Enerji Geri Kazanımı

1--Buhar Kullanan Sanayi ve Prosesler:  Buhar, çok iyi bir ısı taşıyıcısı olmasının yanı sıra, aynı zamanda sterildir ve böylece gıda, ilaç, sağlık endüstrisinde oldukça yaygın bir şekilde kullanılır. 

Ayrıca otel ve hastanelerde; çamaşırhanelerde yıkama, mutfakta pişirme amaçlı olarak kullanılmaktadır.

2--Buharın kullanıldığı sanayiler, çok büyük petrol fabrikalarından küçük çamaşırhanelere kadar çok çeşitlidir. Kağıt üretimi, tekstil, bira, gıda, lastik, binaların ısıtma ve nemlendirilmesi de yine buharın kullanıldığı alanlardır.

1—Yöntemler:

1--Kazan besi suyu sıcaklığının artırılması ile sağlanabilecek tasarruf:

1--Bir kısım işletmelerde, gaz alma işlemi basınçlı tip termik degazörlerde, besi suyu sıcaklığı 102°C’ye çıkarılarak yapılmaktadır. 

Ancak işletmelerin büyük bir çoğunluğunda degazör bulunmamakta ve gaz alma işlemi için kimyasal maddeler (sodyum sülfit vb.) kullanılmaktadır.

2--80 °C’de su içerisinde çözünmüş oksijen miktarı yaklaşık 3 ppm iken 90 °C’de yaklaşık 1,6 ppm’e düşmektedir. Yani besi suyu sıcaklığı arttıkça, su içerisindeki oksijeni konsantrasyonu azalmaktadır.

3--Bu ise sodyum sülfit için para ödenmesi-maliyet anlamına gelmektedir.Bu nedenle gaz alma işlemi için maliyeti azaltmak anlamında  termik degazör kullanılması uygun olacaktır.

4--Buhar aynı zamanda oldukça emniyetlidir. Kıvılcımlara yol açmaz ve yangın riski yoktur. Birçok petrokimyasal fabrikada buhar yangın söndürücüleri kullanılmaktadır. Dolayısıyla tehlikeli bölgelerde veya patlayıcı ortamlarda buhar kullanmak en idealidir.

2--Brülör yakma havasının ısıtılması ile sağlanabilecek  Tasarruf:

1--Brülör yakma havasının ısıtılması ile de kazan verimi artırılır.Bunun için ekonomizer kullanılabilir.

2--Ekonomizer ile baca gazı sıcaklı,brülör yakma havasının ısıtılmasında kullanılabilir.Büyük su borulu kazanlarda çoğunlukla su ısıtıcıları kazanın integral bir elemanıdır.

3--Bu gibi tesislerde ilave edilecek bir ekonomizörle önemli ölçüde yakıt tasarrufu yapmak mümkün olacaktır.

4--Alev duman borulu kazanlarla birlikte kullanılacak ekonomizörler, fanlarla baca kanalına bağlanacaktır.

5--Bu tip ekonomizörlerin kendi beton kaideleri olacaktır.Baca gazı sıcaklığı minimum 234 ºC olacaktır.

6--Bir ekonomizer  kullanılarak baca gazı sıcaklığını 150 ºC’ye kadar düşürebilir. Baca gazı sıcaklığının her 20 ºC düşürülmesi %1 verim artışı demektir.

3—Kazan İçi ve Borularda Kireç  Oluşumunu  önlemek  yoluyla  sağlanabilecek  tasarruf:

1--Kazan ısıtıcı yüzeylerinde biriken kireç taşı kalınlığına bağlı olarak, kazanda tüketilmesi gereken yakıt miktarı artacaktır .

2--Örneğin; 2 mm kireç tabakasından dolayı kazanda tüketilen yakıt miktarındaki artış yaklaşık %15 olacaktır. Dolayısı ile kireç oluşmaması için, kazan içerisindeki iletkenlik değerleri belirli mertebelerde tutulmaya çalışılır.

3--Bunun için kireç tutucu kimyasalların kullanılması yada kireç oranı düşük su kullanılması gerekir.

4--Tabaka Kalınlığına bağlı artan yakıt oranı(%):

Tabaka kalınlığı-mm)…2……4……6…8…10…12

Artan yakıt  oranı(%)…15…..30….40..48…56…67

4--Otomatik blöf  sistemi kurmak  yoluyla  sağlanabilecek  tasarruf:

1--Otomotik blöf istemi kurulması ile  çalışma eğrisi ortalama eğriye çok yakın hale gelir ve  enerji kaybı optimum olur.Bu anlamda kazanlarda yüzey blöfü  "otomatik blöf sistemleri"  kullanılarak yapıldığında blöf oranı düşmekte,  gereksiz blöf  önlenmektedir. Blöf oranının düşmesiyle su ve yakıt tasarrufu  sağlanmaktadır.

5-- Kondensten  Yaş Buhar Üretimi  yoluyla  sağlanabilecek  tasarruf:

1--Bir buhar sisteminin verimliliğini artırmak için kullanılacak yöntemlerden birisi de şaş  buhar kullanımıdır.Kazan yüzey blöfünden veya kondensten  daha düşük basınçta yaş  buhar elde edilebilir.

2--Bunun için yaş Buhar Tankı  kullanılır. Kullanma yerini terk eden yüksek basınçlı kondens, kondenstoptan  geçtiğinde basıncı düşerken bir kısım sıvı da buharlaşır.

3--Bu buhar da yaş buhardır. Bu buhar kondens tankında dışarı atılır. Bu kaybın önlenmesi için kondens dönüş hattında, sisteme karşı basınç oluşturmayacak şekilde şaş buhar tankı kullanmak olacaktır.

6-- Vana vb. Elemanlardan Buhar Kaçakları önleyerek  sağlanabilecek  tasarruf:

1--Zaman içinde buhar hatlarında meydana gelen delinmeler nedeniyle oluşan buhar kaçakları, önemli miktarda enerji kaybına neden olur.

7—Kondenstoplarda  buhar kaçaklarını önleyerek  sağlanabilecek  tasarruf:

1--Kondenstop buhar kaçaklarını önleyerek ve enerji geri kazanım uygulamaları yapılarak buhar maliyetleri önemli ölçüde düşürülebilir.

2--Kondenstoplar buhar sisteminin en önemli elemanlarından birisidir.

3--Kondenstoplar hava, gaz ve kondensi otomatik olarak tahliye eden şaş  buharı tutan cihazlardır.

4--Buhar hatlarında ve buhar cihazlarında oluşan kondensi tahliye amaçlı kullanılan kondenstoplar buhar kaçırmamalıdır.

4.1--Ancak, işletmelerde bulunan kondenstoplar ya kalitesi nedeniyle arızalanır ya da katı partikül nedeniyle buhar kaçırır.

5—Örnekler:

5.1—Örnek-1:

1--30 kg/h’ buhar kapasiteli ve 8400 saat çalışan bir tesiste  yıllık yakıt sarfiyatı 18 ton fuel oil eşdeğeri ise ;Bu  işletmede 1 adet kondenstopun buhar kaçırmasını önleyerek sağlanabilecek tasarruf:18 ton x 1.135 YTL = 20.430 YTL olacaktır.

5.2—Örnek-2:

1-- ………. Hastanesi Isı Merkezi, merkezi ısıtmalı bir kazan dairesidir. 

Bu merkezde 4 adet 10.000 kg /h kapasiteli   2 adet  buhar kazanı  ile 7 bar basınçta doymuş buhar üretilir. Yaz sezonunda biri, kış sezonunda dördü birden tam kapasite çalışmaktadır.

2--Üretilen buhar ile başta hastanemiz ameliyathaneleri sterilizasyon makinaları, çamaşırhane, kullanım sıcak suyu, hastane bloklarının ısıtmaları olmak üzere, tüm kampusun kışın ısı ihtiyacı karşılanır.

3--Kampus alanı içerisinde yer altında, kilometrelerce tesisat galerileri oluşturulmuştur. Kazanlardan çıkan buhar yaklaşık 3 km uzunluğundaki galerilerde, 8 km’lik DN100 ile DN300 çap aralığında oluşan bir boru ağı oluşturacak şekilde tasarlanmıştır.

3.1--Bu galeriler içerisindeki buhar boruları ile bina ve fakültelerin eşanjör dairelerine buhar ulaştırılır. Eşanjörlerde buhar enerjisini suya aktarır ve mahallerdeki fancoil, radyatör ve klima santralleri vasıtasıyla binalar ısıtılır.

3.2--Merkezi buhar sistemi ile binaları ısıtmanın çok büyük avantajları vardır. Bunların en önemlileri arasında; buharın çevre dostu oluşu, buhar sistemlerinin yatırım gideri azlığı,geri kazanım ile enerji tasarrufu imkanları, ısı kayıplarının sıcak su ve ısı transfer yağlarına göre daha az oluşu gibi sayabileceğimiz üstünlükleri vardır.

3.2.1--Ancak işletme esnasında dikkat edilmesi gereken önemli unsurları vardır. Kullanılmadığı halde açık kalan buhar hatlarının ısı kayıpları ve kondenstop buhar kaçaklarına dikkat edilmesi gerekir.

3.3--Bütün bina  yüklerini taşıyan buhar boruları yalıtımlı olsa dahi hat boyunca ortam sıcaklığına bağlı olarak ısıl kayıplara karşı  ana aktüatörlü kontrol vanaları konmuştur. Bu vanalar ile  kondens sularını tahliye eden ve buharı açmayı kademeli olarak yapması sağlanmıştır.

3.3.1--Böylelikle buhara yavaş yol vererek koç darbeleri önlenmiştir.Ömrünü tamamlamış ve yerine uygun olmayan kondenstoplar değiştirilmiş ve yerlerine uygun özellikte yeni kondenstoplar takılmıştır.

4--Yapılan çalışma ile buhar kayıpları 3 te 1 oranına düşürülmüş olup-tesis güvenliği de en yüksek mertebeye getirilmiştir.

2--Termokompresör

1--Birçok endüstriyel sanayi kuruluşu düşük basınçtaki buharı, basıncının düşük olması nedeni ile tekrardan prosese yönlendirememekte, dolayısı ile atmosfere atmaktadırlar.

1.1--Fakat termokompresör teknolojisi ile buharın basıncı ve sıcaklığı kolaylıkla yükseltilebilir ve böylece önceden atmosfere atılan enerjinin tamamı geri kazanılabilir.

2--Termokompresör, düşük basınçlı buharın yüksek basınçlı buhar kullanılarak sıkıştırılmasını sağlayan ve bunu yapmak için enerji dönüşüm kanunları ile çalışan jet akışkan cihazıdır.

3--Enerji üretim ve dağıtım sistemlerinde, termokompresörün kullanılıp kullanılamayacağına karar verilirken bazı kıstaslar dikkate alınmak durumundadır.

3.1--Termokompresör uygulamasını kısıtlayan bir takım termodinamik ve mekanik şartlar vardır Bunlar;

1--çıkış kesitindeki debi ve basınç,

2--emme ve yüksek basınçlı buhar giriş kesitindeki buhar debileri ve basınçları şeklinde belirtilebilir.

3.2--Bu şartlar yerine getirildiğinde, termokompresör sistemleri ile buhar sistemlerinde yüksek miktarda enerji geri kazanımı sağlamak mümkündür.

3.3--Karıştırma oranı, emiş buharının kütlesel debisinin (Ms) güdücü buharın kütlesel debisine (Mm) oranıdır (M/Mm).

3.3.1--Yüksek karıştırma oranı, daha fazla alçak basınçlı atıl buharın geri kazanılması anlamına geldiğinden, yüksek performanslı termokompresörlerin karıştırma oranı da yüksektir.

3.3.2--Genişleme oranı, yüksek basınçlı güdücü buharın mutlak basıncının, emiş buharının mutlak basıncına oranıdır (Pm/Ps). Termokompresörden istenilen per-formansın elde edilebilmesi için, bu oran en az 1.2 olmalıdır.

3.3.3--Sıkıştırma oranı, orta basınçtaki karışım buharının mutlak basıncının, düşük basınçlı emiş buharının mutlak basıncına oranıdır (Pd/Ps). Termokompre-sörler sıkıştırma oranı 6:1 değerine kadar ekonomik olarak kullanılabilmektedir

3.4--Ancak, güdücü buharın basıncının yüksek olması, aynı sıkıştırma oranı için karıştırma oranını düşürmektedir. Dolayısıyla, gerçekleştirilebilir termokompresör uygulamaları için sıkıştırma oranı 2.5 civarındadır.

3.5--Termokompresör uygulamalarının yapıldığı bazı sektörler;

1--Kağıt endüstrisi,2--Şeker endüstrisi, 

3--Kojenerasyon sistemleri, 4--Petro-kimya endüstrisi, 5--İlaç endüstrisi, 6--Kimya endüstrisi, 

7--Lastik/kauçuk endüstrisi, 8--Tekstil endüstrisi, 

9--Gıda endüstrisi şeklinde örneklendirilebilir.

4—Örnek Uygulama-1:

4.1--Endüstriyel firmada, buhar kazanında 12 barg işletme basıncında buhar üretilmekte ve bir prosesinde 3,5 barg’de 7.965 kg/h buhar kullanılmaktadır.

4.2--Bu basınç ve debiyi karşılamak üzere, termokompresör uygulaması öncesi 6.295 kg/h buhar ana buhar hattından basınç düşürücü ile, geri kalan 3,5 barg’deki 1.670 kg/h’lik buhar ise atık ısı kazanında 56.000 Nm3/h’lik baca gazı debisinin 180°C’den 157°C’ye düşürülmesi yoluyla elde edilmektedir.

4.3--Termokompresör uygulaması ile, basınç düşürme işlemi uygulanmadan ve atık ısı kazanında sıcaklık 130°C’ye düşürülerek daha fazla enerji geri kazanımı sağlanmış ve 1 barg basınçta buhar elde edilerek prosesin gerekli basınç ve debideki toplam buhar ihtiyacı karşılanmıştır.

4.4--Uygulanan enerji geri kazanım sisteminde termokompresör dizayn parametreleri aşağıdaki gibidir;

Emiş buhar basıncı (Ps)          : 1 barg

Güdücü buhar basıncı (Pm)    : 12 barg

Çıkış basıncı (Pd) : 3,5 barg

Emiş buhar debisi (Ms) : 1.670 kg/h

Çıkış debisi (Md) : 7.965 kg/h

Emiş buhar entalpisi (hs)       : 2.706,7 kJ/kg

Güdücü buhar entalpisi (hm)  : 2.787,6 kJ/kg

Çıkış buhar entalpisi (hd)       : 2.743,7 kJ/kg

Emiş buhar giriş hızı (Vs)       : 23 m/s

Güdücü buhar giriş hızı (Vm) : 30 m/s

Çıkış buhar hızı (Vd)    : 29,6 m/s

4.5—Yapılan hesaplara göre:

1--Atık ısı kazanı yatırım maliyeti : 180.000 TL

2—Yıllık doğalgaz tasarrufu:435.456 TL/yıl

3--Toplam yatırım maliyeti    : 320.750 TL

4--Yatırım geri ödeme süresi  : 8,8 ay olarak bulunmuştur.

5—Sonuç olarak Termokompresör uygulaması ile yüksek oranda yakıt tasarrufu sağlanabilmekte ve amortisman süresi kısa süreli olmakta, bu da termokompresör sistemlerinin uygulanabilirliğini artırmaktadır

Kaynak:Buhar Sistemlerinde Yeni Enerji Tasarruf Teknolojisi: Termokompresör-Onur ÜNLÜ-Anıl DOĞUŞ-Mert GÖKKAYA-Tesisat Mühendisliği - Sayı 137 - Eylül/Ekim 2013