Endüstriyel Fırınlarda Hava Perdesi Kullanımı ile Sağlanan Enerji Tasarrufu:
1--Ülkemizde, sanayide % 15, yerleşim yerlerinde % 35 ve taşımacılık maliyetlerinde % 15 enerji tasarruf potansiyeli mevcuttur. Bu potansiyeller; yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edebilecek enerjiden daha yüksektir
2--Demir-çelik sektörü yıllık yaklaşık 24 EJ (x1018) enerji tüketimi ile en çok enerji tüketen sektörlerden birisidir ve dünyanın toplam enerji tüketiminin % 5’ine karşılık gelmektedir
3--Tav fırınları; çeliklerin haddelenmesinde, hadde bandı üzerine yerleştirilen ve çeliklerin 1050-1300 °C sıcaklık aralığında ısıtılmasında kullanılan ve sürekli çalışan fırınlardır
3.1--Endüstriyel tesislerde enerjiyi en yoğun kullanan ünitelerin başında fırınlar gelmektedir. Endüstriyel fırınlar ergitme, ısıl işlem, pişirme, kurutma, temperleme vb. süreç leri gerçekleştirmektedir.
3.2--Fırınlara, tasarlandıkları süreçlerin için gerekli hammadde ve enerjinin beslenmesi gerekir.
3.3--Fırınlar, özelikle yüksek sıcaklıklarda çalışan tavlama fırınları, endüstriyel işletmelerde gerek yakıt tüketimi açısından gerekse çevreye verdiği atık gazların oluşturduğu kirlilik açısından mümkün olduğunca verimli çalıştırılması gereken sistemlerdir
4—Fırınlarda verim Artıran Uygulamalar:
4.1--Ertem vd. yaptıkları çalışmada endüstriyel tav fırınlarında enerji kaybının görüldüğü başlıca kısımları incelemiş, enerji verimlilik analizi yapmış, ısıl verimi bulmuş ve kayıpları tespit etmişlerdir.Çalışma sonucunda ısıl verim % 38,3 olarak bulunmuştur. Kayıplar ise % 31,6 ile baca gazı kayıpları, % 10,4 ile yüzey kayıpları, % 13 ile açıklık kayıpları ve % 6,7 ile diğer kayıplar olarak belirlenmiştir.
4.2--Hiroshi Sakurai yaptığı çalışmada alevden korunmak için hava perdesi kullanımı hakkında araştırma yapmışlardır. Hava perdesi kullanımının etraftaki hava akışını kontrol etmede başarılı olduğunu, zararlı gaz ve toksinleri uzaklaştırmada etkili olduğunu göstermişlerdir
4.3--M.Zaheer-Uddin yaptığı çalışmada hava perdesi kullanımının çok kaliteli hava perdeleri ile ısı kaybını % 5 civarında azaltacağını göstermiştir. Bu iyileşmeninde hava perdesi ısı kayıp katsayısına ve onun termal zaman sabitine bağlı olduğunu saptamıştır
4.4--Peter Mullinger et al., yaptıkları çalışmada iyi bir fırın kontrolü ve proses kontrol (PLC veya DCS) sistemi ile fırının verimli ve sağlıklı çalışacağını, bunun için çok iyi ve hassas ensturuman kullanılması gerektiğini göstermişlerdir
4.5--İmproving Process Heating System Performance yaptığı çalışmada fırın içindeki basıncın pozitif değerde tutulduğunda, bunun enerji tasarrufu sağlayacağını ve kaliteli ürün üretimine katkıda bulunacağını göstermişlerdir
4.6--Robert Jorgensen yaptığı çalışmada fırın içindeki sızıntıları, ısı kaybını azaltarak ve fırın basıncını kontrol ederek, soğuk havanın fırın içine girmesinin engellenerek fırında enerji tüketiminin azalacağını göstermiştir
4.7--Trinks et al., yaptıkları çalışmada şarj ve deşarj kapaklarının açılıp kapanması sırasında ısı kaybı oluşacağını, soğuk havanın içeri girmesinden kaynaklanan ısı kaybının sıcak gazınkinden daha fazla olacağını göstermiştir .
4.8--Enes Kılınç yüksek lisans tezinde Endüstriyel Tav Fırınlarında açıklık ve izolasyon kayıplarından % 12 civarında kayıp olduğunu tespit etmiş, hava perdesi kullanımı ve buna benzer iyileştirme çabalarıyla bu kaybın azaltılabileceği göstermiştir
5—Fırınlarda Hava Perdesi Kullanmanın Amacı Mekan içerisinde bulunan ısıtılmış veya soğutulmuş havayı muhafaza ederek enerji tasarrufu sağlamaktır. Dış ortamdan gelen sıcak soğuk havayı, toz, duman vs. içeriye girmesini önler. İç ve dış bölümü hava yalıtımı yoluyla ikiye böler. İki ortam arasındaki yalıtımı ortam ve mevsim şartlarına göre maksimum düzeyde sağlar
5.1--Endüstriyel tav fırınların da hava perdesi kullanımının diğer bir faydası da fırın şarj ve deşarj kapılarındaki bakım maliyetini azalmaktır. Ayrıca özellikle üretim esnasında malzemenin şarj edilirken uygun yüklenememesinden kaynaklanan arızalar oluşmaktadır. Bu durumda fırın şarj kapısı açılarak operatörün bazen 30 d kadar uzayan bir zaman diliminde sıcak ortamda çalışması gerekir.
5.2--Hava perdesi fırın içinden gelen sıcak havayı engelleyerek işçinin İşçi Sağlığı Güvenliği (İSG) açısından güvenli bir ortamda çalışmasını sağlar.
6--Yüksek sıcaklığın olduğu tav fırınlarında yine enerji kaybının büyük bir bölümü ısı kaybından kaynaklanmaktadır. Isı kaybının büyük bir bölümü de fırın şarj ve deşarj
Tav fırınlarında şarj ve deşarj kapılarının hava perdesi ile desteklenmesinden kolay basınç kontrolü de sağlanır. Burada amaç basıncı azalma ve yükselme gibi anlık değişimlerden kurtarmak, düzenli bir şekilde kontrol etmektir
6.1--Fırınların verimli çalışması için azda olsa mutlaka pozitif basınç altında çalışması gerekir. Hava perdesi kullanıldıktan sonra fırın kapısı açma ve kapama zamanlarında hava sızıntılarının minimuma indiği görülmüştür. Buda bizim enerji verimliliğimizi arttıracağından dolayı para kazandıracaktır.
7--Hava perdesi fırından dışarıya gitmeye çalışan sıcak havayı engeller ve içeriye dönen sıcak hava yine kütüğün tavlanması için kullanılır. Yine dışarıdan da soğuk hava girişi olamayacağından, bu havanın ısıtılması içinde ekstra enerji harcanmaz. Bu sayede enerjinin çok önemli olduğu bu zamanda ciddi orantı tasarruf sağlanmış olur.
8--Fırının içindeki sıcak havayı muhafaza etmek için kullanılan şarj ve deşarj kapakları da zaman içinde bakım ve onarım gerektirmektedir. Ayrıca bu kapıların hareketini sağlayan zincir sistemi de hidrolik gücü ile hareket etmektedir. Hava perdesinin kullanılmasıyla bu sistemlere de ihtiyaç kalmayacaktır. Bunların bakım, onarım ve yedekleme maliyetleri de olmayacaktır.
9--Hava perdesinin kullanılmasıyla fırın içinden sıcak hava dışarıya gelemeyeceğinden dolayı güvenli bir ortamda çalışmak mümkün olacaktır. İnsan canı ve sağlığı çok önemli olduğundan dolayı, sadece böyle bir sebepten dolayı bile hava perdesi kullanımı tercih edilmelidir.
10--Tav fırınında kullanılan hava perdesi irili ufaklı yaklaşık 15 parçadan oluşmaktadır.Başlıca ana ekipmanlar şu şekildedir; Fan Motoru, Kompanzatör, Ana Borular, El Vanası, Flanş, Rekor, Dirsek, Hortum, Hava Nozulu
1-- Fan Motoru-Fan motorunun ucunda mil vardır ve bu mil fana bağlıdır. Atmosferden aldığı havayı emerek fan çıkışındaki kompanzatör e iletir. Hava perdesi sistemimizde her birisi yaklaşık 20 kW olan toplam 2 adet fan motoru vardır. Şekil 3.13’de fan motoru
2—Kompanzatör-Fan ile borular arasındadır. Sıcak soğuk ısı faklarından ve vibrasyondan dolayı oluşacak genleşmeleri kompanze eder. Sistemde 2 adet kompanzatör vardır
3--Ana Borular-Fandan aldığı havayı hava nozullarına iletmek için borular kullanılır. Sistemin ihtiyacı olan boru çapında ve malzeme kalitesinde seçilmelidir. Sistemimizde DN200 yani 200 mm iç çapında ve SS400 kalitesinde borular kullanılmıştır. Şekil 3.15’de hava nozullarının hortumlarının bağlı olduğu ana iletim boruları görülmektedir
4--El Vanası--Her bir nozul hortumunun bağlı olduğu yerde el vanaları mevcuttur. Nozul da işlem yapmak gerektiğinde veya bakım onarım durumunda sadece ilgili nozuldaki havayı kesmeye yarar
5--El vanaları ile hava nozulları arasındaki esnek ekipmanlardır. İçerisinden geçen havayı nozullara iletirler. Esnek olmalarının sebebi, ortamda istenen yere ve noktaya havayı göndermek için çekilip bükülmeleri gerekir.
6--Hava Nozulu-Havanın dışarıya çıktığı ekipmandır. İçerisindeki pin şeklindeki ince deliklerden hava istenen yere gönderilir. Her bir hortumun ucunda olacak şekilde de toplam 32 tane hava nozulu mevcuttur. Her nozulda da yaklaşık olarak 100 civarında hava deliği vardır.Buradaki hava nozullarından gelen hava basıncı 1300 mmH2O dur. Ayrıca her bir fandan gelen havanın debisi ise 3000 m3/h dir.
11--Tav fırının şarj kapısının ebatları ise (9.4 m x 0.8 m)dir. Fırın kapısı, haddehane üretim hızı 180 s olduğundan her 180 s’de 1 kez açılıp kapanır. Bu esnada açık kalma süresi 18 s dir. Yani saat de 20 kez açılıp kapandığından 20 x 18 = 360 s açık kalır.
12--Hava Perdesi ile Tasarruf Miktarı-potansiyel kazanılabilecek ısı kaybının kömür eşdeğeri 19500 kg/y olarak bulunur. Yıllık 19500 kg olan kömür sarfiyatının dolar olarak bedeli ise 3900 USD dir.
12.1--Hava Perdesi ile Elektrik Tüketimi Maliyeti-Yıllık 8760 saatlik fan motorlarının çalışma süresi vardır. Her bir motor yaklaşık 21 kW’dır. Toplam 2 motor olduğundan 42 kW lık enerji tüketimi olur.yıllık yaklaşık 25754 USD elektrik enerjisi maliyeti olur.
12.2--Hava perdesinin yatırım maliyeti 23750 USD dır.
12.3--Toplam maliyet, elektrik sarfiyatı ve yatırım maliyetinden kaynaklanmaktadır ve 49504 USD’dır. Toplam kazanç ise üretim kazancı ve ısı kaybını engellenerek elde edilen kazançlardır. Bu da toplam 78900 USD’dır.
12.3.1--Buna göre yaklaşık olarak 7,5 ay gibi bir sürede yapılan yatırım kendisini karşılamaktadır.
12.4--Haddehane tav fırınında hava perdesi kullanarak daha sağlıklı ve işçi sağlığı ve güvenliği (İSG) açısından daha güvenli bir ortamda çalışılabilmesi sağlanmıştır.
12.5—Sonuç olarak Haddehane tav fırınında hava perdesi kullanım ile 23750 USD kadar bir yatırım maliyeti ve elektrik işletme maliyeti yıllık 25754 USD ile toplam maliyet yıllık 49504 USD’dır. Bunun geri ödeme süresi 7,5 aydır.
12.5.1--Mevcut durumda toplam tasarruf potansiyeli 15.136 kW, bu tasarruf potansiyelinin kömür eşdeğeri yıllık mali değeri 3900 USD’dır. Bakım-onarım zamanın kısalmasıyla kazanılan zamandaki üretim kazancı yıllık 75000 USD olmaktadır. Böylece oluşan toplam kazanç yıllık 78900 USD’dır.
12.5.2--Haddehane tav fırınının verimi hava perdesi kullanarak yükseltilmektedir.
12.6--Haddehane tav fırınında verim % 61,83 ve yapılabilecek bu tasarruflar sonucu fırın verimi % 61,9’a ulaşabilmektedir.
12.7—Hava perdesi sadece demir çelik sektöründe değil fırınların olduğu her sektörde gıda,ekmek fırını vs verimi artıracak bir uygulama olacaktır.Bu nedenle Bakanlık yaptığı denetimlerde firmalarda verim artıran bu uygulamaları yapmalarını talep edebilir-bilgi verebilir ve kredi mekanizmaları için yol gösterebilir.
Kaynak:Endüstriyel Tav Fırınlarında Hava Perdesi Kullanımının Enerji Verimliliğine Etkisi-Tünay ODABAŞ-Karabük Üniversitesi-Fen Bilimleri Enstitüsü-Enerji Sistemleri Mühendisliği Anabilim Dalında Yüksek Lisans Tezi