Bir Buhar Kazanının Enerji ve Ekserji Analizi Yoluyla Performansının Değerlendirilmesi

Transkript

1 Bir Buhar Kazannn Enerji ve Ekserji Analizi Yoluyla Performansnn Değerlendirilmesi 1 Çağdaş Filiz, 2 Cüneyt Uysal, 2 Enes Klç, * 2 Hüseyin Kurt 1 MYO, Kilis 7 Aralk Üniversitesi, Kilis, Türkiye 2 Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Karabük Üniversitesi, Türkiye Özet Bu çalşmada, Kardemir de bulunan, yakt olarak demir çelik üretimi srasnda açğa çkan atk gazlardan kok gaz, konverter gaz ve yüksek frn gaznn yakldğ gaz yaktl bir buhar kazannn enerji ve ekserji analizi yardmyla performans değerlendirilmiştir. Kazan açk sistem olarak tek bir ünite halinde ele alnmş ve buna göre enerji ve ekserji analizleri yaplmştr. Kazann enerji ve ekserji analizi sonucunda, enerji veriminin % 91, ekserji veriminin ise % 46 olduğu bulunmuştur. Enerji kaybnn kw, ekserji ykmnn ise kw olduğu belirlenmiştir. Key words: Buhar kazan, enerji analizi, ekserji analizi Abstract In this study, the performance of a gas-fired boiler existing in Kardemir using coke gas, converter gas and furnace gas from the waste gases released during the production of iron and steel as fuel was evaluated by performing energy and exergy analysis. The boiler was tackled as the open system and single unit and the energy and exergy analysis were performed considering this state. As a result of analysis of boiler, energy and exergy efficiencies were found to be %91 and %46, respectively. It was determined that the energy and exergy loss are and kw, respectively. Key words: Steam boiler, energy analysis, exergy analysis 1. Giriş Dünyann enerji kaynaklarnn snrl olmas ve sürdürülebilir bir gelecek için gerekli olan enerjinin verimli kullanlmas gerçeğinin giderek daha geniş kesimlerce anlaşlmas, hükümetleri enerji politikalarn yeniden gözden geçirmeye ve enerji savurganlğn önlemeye yöneltmiştir. Bu olgu, bilimsel çevreleri enerji dönüşüm araçlarn yeniden değerlendirmeye ve var olan snrl enerji kaynaklarndan daha çok yararlanabilmek için yeni yöntemler geliştirmeye itmiştir [1]. Enerji ve ekserji analizi, termodinamiğin birinci ve ikinci yasasn birlikte ele alan ve enerjinin maksimum kullanm veya kullanabilirliğini ifade eden bir analiz şeklidir. Enerji analizi, s ve iş arasndaki fark önemsemeden tüketilen enerji miktarn hesaplayan bir analiz olup mühendislik sistemlerinin dizayn ve analizlerinde yeterli değildir. Bu nedenle, ikinci yasa olarak bilinen ekserji analizi ile termodinamikte önemli bir yeri olan tersinmezliklerden kaynaklanan ekserji kayplar hesaplanabilmektedir. Bu nedenle ekserji analizine dayal sistem değerlendirmeleri daha uygun bir yaklaşm olmaktadr. Enerji ve ekserji analizinden elde edilen sonuçlara göre, *Corresponding author: Addres: Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü, Karabük Üniversitesi 78050, Karabük TURKIYE. address: hkurt@karabuk.edu.tr, Phone: Fax:

2 H. KURT et al./ ISITES2014 Karabuk - TURKEY 552 tersinmezliklere bağl olarak meydana gelen kayplar tespit edilerek sistemde yaplmas gereken iyileştirmeler belirlenebilmektedir. Bu kapsamda, endüstriyel tesislerdeki sl sistemlerin enerji ve ekserji analizi yoluyla performanslarnn değerlendirilmesi üzerine birçok çalşma yaplmştr. Bodvarsson ve Eggers [2] yaptklar çalşmada, ilk ekserji analizini tek ve çift buharlaştrmal iki farkl sistemden oluşan bir jeotermal güç santralinde uygulamşlar ve santralin tamam için ekserji verimliliğini hesaplamşlardr. Rosen [3] yaptğ çalşmada; enerji ve ekserji analizini, yakt-hücre sistemleri ile fosil yakt ve nükleer buhar güç tesislerine uygulamştr. Gaggioli vd. [4] yaptklar çalşmada; içinde proses buharnn tümünü ve ihtiyaç duyulan gücün üretildiği yeni bir nitrik asit tesisine, yakt ve güç giderlerini minimum yapmak üzere ekserji analizini uygulamşlardr. Tsatsaronis [5], bir enerji tesisine enerji sistemlerinin optimum tasarmn ve performansn hesaplamak için mühendislik ekonomisinin genel kavramlar ile ekserjinin bir araya getirilmesinden oluşan termoekonomik analizi gerçekleştirmiştir. Pak ve Suzuki [6], bölgesel stma ve soğutmada kullanlan gaz türbinli kojenerasyon sistemlerinin ekserji analizi yoluyla değerlendirmesini içeren bir çalşma yapmşlardr. Doldersum [7] yaptğ çalşmada; rafineride meydana gelen ekserji kayplarn inceleyerek elde ettiği sonuçlar doğrultusunda ne tür iyileştirmeler yaplabileceğini göstermiştir.habib vd.[8] yaptklar çalşmada; bir enerji santraline enerji ve ekserji analizi uygulayarak, santraldeki her bir elemanda meydana gelen ekserji kayplarn belirlemişler ve sistem veriminin arttrlmas için alternatif çözümler önermişlerdir. Kopaç ve Zemher [9], gaz türbinli bir kojenerasyon tesisinin ekserji analizini yaparak, buhar enjektörünün bir gaz türbininin ekserji verimine etkisini incelenmişlerdir.aljundi [10], bir kuvvet santralinin performansn değerlendirmek için enerji ve ekserji analizi yapmştr.dragan vd.[11], bir kazann ekipmanlarnda meydana gelen enerji ve ekserji kayplarn, yaptklar enerji ve ekserji analizine göre belirlemişlerdir. Saidur vd. [12] yaptklar çalşmada, boylerin enerji ve ekserji analizini yapmşlardr. Bu çalşmada ise, mevcut bir demir çelik fabrikasnn enerji santrali üzerinde bulunan gaz yaktl bir buhar kazannn enerji ve ekserji analizi yaplarak, kazann enerji ve ekserji verimleri, enerji ve ekserji kayplar belirlenmiştir. 2. Enerji Analizi Bir sürekli akşl açk sistem için termodinamiğin birinci yasas veya enerjinin korunumu ilkesi kinetik ve potansiyel enerjiler ihmal edilirse, aşağdaki şekilde yazlabilir. ç ç (1) Buhar kazannn sl verimi aşağdaki eşitlikte ifade edildiği gibi, kazandan buhar ile elde edilen faydal s miktarnn, kazanda tüketilen yaktn yanma entalpisine oranndan bulunur. [ ( )] ( ) (2) 2. Ekserji Analizi Ekserji analizi, ikinci yasaya dayanan bir termodinamik analiz olup, enerji sistemlerini ve hal değişimlerini gerçekçi ve anlaml biçimde değerlendirmeye ve karşlaştrmaya yarayan bir

3 H. KURT et al./ ISITES2014 Karabuk - TURKEY 553 analizdir. Ekserji analizi sonucu bulunan ekserji veya ikinci yasa verimi ile gerçek sistem performans maksimum performansla kyaslanabilir. Bu kyaslamaya göre sistemde meydana gelen kayplarn yerleri, miktarlar ve nedenleri belirlenebilir. Dolaysyla, ekserji analizinden elde edilen sonuçlar, sistem performansnn iyileştirilmesinde ve daha iyi tasarmlarn yaplmasnda kullanlarak, sistemin en iyi performans değerinde çalşmas sağlanabilir [1]. Akş halindeki bir maddenin, nükleer, manyetik, elektrik ve yüzey gerilimleri ihmal edildiği durumda ekserji potansiyel, kinetik, fiziksel ve kimyasal ekserji olmak üzere dört bileşene ayrlabilir. Buna göre, toplam özgül ekserji aşağdaki gibi yazlabilir. Bulunduğu çevresine göre hareketsiz bir sistemde, kinetik ve potansiyel ekserjiler sfr olarak düşünülebilir ve sistemin toplam ekserjisi fiziksel ve kimyasal ekserji bileşenlerinden oluşur ve toplam özgül ekserji aşağdaki şekilde yazlabilir Fiziksel ekserji Fiziksel ekserji; akş halindeki bir maddenin çevresi ile sadece termal etkileşimi neticesinde tersinir hal değişimi ile mevcut scaklk ve basnç şartlarndan (T, P), çevre şartlar (P o, T o ) ile termodinamik dengeye getirildiğinde sistemden elde edilebilecek maksimum iş olarak tanmlanr [13]. Saf maddelerin fiziksel ekserjisi aşağdaki eşitlikten belirlenir. (3) (4) ( ) ( ) (5) İdeal gazdan oluşan sistemin fiziksel ekserjisi ise aşağdaki eşitliğe göre belirlenir. [( ) ( )] ( ) (6) 2.2. Kimyasal ekserji Kimyasal ekserji, bir maddenin çevresiyle kimyasal denge haline geldiğinde s transferi ve madde alşverişi sonucu elde edilen maksimum iş olarak ifade edilebilir [13]. İdeal gazlarn molar kimyasal ekserjisi; ( ) (7) Suyun molar kimyasal ekserjisi; ( ) ( ( ) ) (8) Gaz yaktlarn kimyasal ekserjileri;

4 H. KURT et al./ ISITES2014 Karabuk - TURKEY 554 ( ) (9) eşitliklerine göre belirlenir Ekserji verimi İkinci kanun veya ekserji verimi, kullanlabilir enerji kavramndan yararlanarak işlemin ne derece iyi ve mükemmele yakn olduğunun incelenebilmesini sağlar. Buna göre, ekserji verimi toplam çkan ekserjinin toplam giren ekserjiye oran olarak aşağdaki şekilde ifade edilebilir. (10) Kayp kullanlabilir ekserji, sistemdeki tersinmezliğin bir ölçüsü olduğundan dolay, tersinmezliğe eşittir. Sisteme giren toplam ekserji, sistemden çkan toplam ekserji ve ekserji kaybnn (tersinmezliklerin) toplamna eşit olur ve ekserji dengesi, ç (11) (12) şeklinde yazlabilir. 3. Buhar Kazan Enerji ve Ekserji Analizi 3.1. Buhar kazan enerji analizi Bu bölümde, bir buhar kazan enerji analizinin örnek bir uygulamas ele alnacaktr. Enerji analizi yaplacak buhar kazan, demir çelik endüstrisinde proses buhar ihtiyacn karşlayan, su borulu ve kok gaz, yüksek frn gaz ve konverter gaz karşmndan oluşan gaz yaktla çalşan bir kazan olup, saatte 385 ºC scaklk ve 25 bar basnçta 50 ton buhar üretecek kapasiteye sahiptir.kazandr. Şekil 1. Buhar kazanna giren ve çkan ürünler

5 H. KURT et al./ ISITES2014 Karabuk - TURKEY 555 Buhar kazannn enerji analizinde öncelikle kazanda yaklan gaz yaktlarn yanma entalpileri ve toplam yakt entalpisi hesaplanmştr. Daha sonra ideal gaz denkleminden baca gaznn molar debisi belirlenmiştir. Baca gaz bileşenlerinin (H 2 O, CO 2, O 2 ve N 2 ) molar debileri ise yanma denklemlerine göre bulunmuştur. Baca gaznn entalpisi, baca gaznn özgül ssna göre belirlenmiştir. Kazana yakma havasn sağlayan vantilatör karakteristik çalşma eğrisinden yakma havasnn debisi bulunarak yanma odasna girişteki toplam entalpisi belirlenmiştir. Şekil 1 de sürekli akşl sürekli açk bir sistem olarak ele alnan buhar kazanna giren ve çkan ürünler görülmektedir Yaktlarn yanma entalpilerinin belirlenmesi Kazanda yakt olarak kullanlan kok gaz, yüksek frn gaz ve konverter gaznn yanma entalpilerinin bulunabilmesi için, gerekli olan termofiziksel özellikler Tablo 1 de verilmiştir. Hesaplamalarda, kazandaki nem oranlar ölçülemediğinden dolay nem oranlar düzeltme faktörleri ihmal edilmiştir. Tablo1. Yaktlarn termofiziksel özellikleri Parametreler Kok Gaz Yüksek Frn Gaz Konverter Gaz Kazana Giriş Basnc, P c 2.84 kpa 2.93 kpa 8.00 kpa Mutlak Basnc, P m kpa kpa kpa Kazan Girişindeki Hacimsel Debisi, 0.83 Nm³/s 2 Nm³/s 3.05 Nm³/s Kazana Giriş Scaklklar, T i 30 ºC 30 ºC 30 ºC Kazan Girişindeki Yoğunluklar, kg/nm kg/nm kg/nm 3 Molar Ağrlklar, M i kg/kmol kg/kmol kg/kmol Yaktlarn alt sl değeri, H u kj/nm³ 3109 kj/nm³ 6280 kj/nm³ Yaktlarn yanma entalpisi, kw 6218 kw kw Yaktn toplam entalpisi kw Baca gaz bileşenlerinin molar debilerinin belirlenmesi Baca gaz bileşenlerinin molar debileri; buhar kazanndaki yanmann tam olarak gerçekleştiği, baca gaz bileşenlerinin CO 2, H 2 O, O 2 ve N 2 olduğu kabulüne göre belirlenmiştir. Baca gaznn bacadan çkş scaklğ 168 C olup, bir aspiratör yardmyla dşarya atlmaktadr. Aspiratör karakteristik çalşma eğrisinden baca gaznn hacimsel debisi, 20 m 3 /s olarak belirlenmiştir. İdeal gaz denkleminden baca gaznn molar debisi aşağdaki şekilde bulunmuştur. (12) Baca gaz bileşenlerinin molar debilerinin belirlenmesinde gerekli olan buhar kazannda kullanlan gaz yaktlarn kimyasal bileşenleri, hacimsel oranlar ve debileri Tablo 2 de verilmiştir. Baca gaznn çkşnda bulunan analizör sayesinde çkan tüm gazlarn miktarlar sürekli kontrol edilmektedir. Oksijen değeri, baca gaz analizöründe % 3.2 olarak okunmuştur. Buna göre aşağdaki hacimsel orann molar orana eşitliğinden, baca gaz içerisindeki oksijenin molar debisi,

6 H. KURT et al./ ISITES2014 Karabuk - TURKEY 556 (13) olarak bulunmuştur. Baca gaz bileşimindeki CO 2, H 2 O ve N 2 miktar, yanma işlemine giren C, H 2 ve N 2 miktarnn yanma işlemi sonucunda oluşacak baca gaz bileşimindeki C, H 2, N 2 miktarna eşit olmas gerektiğinden yola çklarak yazlan reaksiyon denklemine göre belirlenmiştir. Baca gaz bileşenlerinin molar debileri ve molar oranlar Tablo 3 de verilmiştir. Tablo 2. Yaktlarn bileşenleri, hacimsel oranlar ve hacimsel debileri Gaz yaktlar Yaktlarn bileşenleri Hacimsel (molar) oranlar (%) Hacimsel debi (m³/s) Hidrojen H Oksijen O Azot N Metan CH Kok Gaz Karbonmonoksit CO Karbondioksit CO Etilen C 2 H Etan C 2 H Asetilen C 2 H Hidrojen H Yüksek Frn Azot N Gaz Karbonmonoksit CO Karbondioksit CO Azot N Konverter Gaz Karbondioksit CO Karbonmonoksit CO Tablo 3. Baca gaz bileşenlerinin molar debileri ve molar oranlar Baca gaz bileşenleri Molar debisi, n i (kmol/s) Molar oran, y i = (n i /n baca ) CO H 2 O O N Toplam Baca gaz entalpisinin belirlenmesi Baca gaznn entalpisi, baca gaznn özgül ssna göre belirlenmiştir. Baca gaznn bacadan çkş scaklğ ile çevre scaklğ arasndaki entalpi fark, scaklk fark ile özgül ssnn çarpmna eşittir. Termodinamik tablodan 168 C scaklktaki baca gaz bileşenlerinin entalpi hesab için özgül s kapasitesi değerleri kullanlarak baca gaz entalpisi aşağdaki şekilde hesaplanmştr. ( ) ( ) (14) (15)

7 H. KURT et al./ ISITES2014 Karabuk - TURKEY 557 ( ) (17) (16) Yakma havas debisinin ve entalpisinin belirlenmesi Sistemde, kazana yanma havasn sağlayan bir adet vantilatör bulunmaktadr. Emiş yaplan hava iki yakcdan m³/h olmak üzere toplamda m³/h dir. Vantilatör karakteristik çalşma eğrisinden yakma havasnn hacimsel debisi 10.1 m 3 /s, kütlesel debisi ise kg/s olarak bulunmuştur. Yakma havas, kazana ön stma yapldktan sonra 200 C scaklk ve 2.4 kpa basnçta girmektedir. Buna göre kazana giren yakma havasnn özgül entalpisi, termodinamik tablo kullanlarak kj/kg olarak bulunmuştur Buhar kazanndan çevreye olan s kayb ve sl verimi Kazanda üretilen buharn scaklğ 385 C ve basnc 25 bar dr. Kazana su sağlayan besleme pompasnn çkşndaki basnç 5 bar, scaklk ise 107 C dir. Bu scaklk ve basnç değerlerine göre termodinamik tablolardan entalpi ve ekserji değerleri okunarak aşağdaki enerji denge denkleminde yerine yazlmş, kazandan çevreye olan s kayb bulunmuştur. ç ç ( ) (18) ( ) ( ) (19) Buhar kazannn sl verimi ise aşağdaki eşitlikten bulunmuştur. [ ( )] [ ( )] (20) 3.2. Buhar Kazan Ekserji Analizi Besleme suyunun ekserjisi Kazana giren besleme suyu scaklğ 107 ºC, basnc ise 5 bar dr. Suyun kimyasal ekserjisinin hesaplanabilmesi için ölü haldeki (T o ve P o ) suyun doyma basncnn ve atmosferdeki suyun standart ksm basncnn bilinmesi gerekmektedir. Termodinamik tablodan suyun doyma basnc, P doyma (25 C) = kpa, atmosferdeki suyun standart ksm basnc P oo = 0.88 kpa ( bar) [13] Bu değerler, aşağdaki kimyasal ekserji eşitliğinde yerine yazlrsa, kazana giren besleme suyunun molar özgül kimyasal ekserjisi hesaplanmştr. ( ) ( ( ) ) ( ) (21) Kazana giren besleme suyunun 107 ºC ve 5 bar değerlerindeki entalpi ve entropi değerleri termodinamik tablolardan bulunarak, besleme suyunun özgül fiziksel ekserjisi aşağdaki gibi hesaplanmştr. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (22)

8 H. KURT et al./ ISITES2014 Karabuk - TURKEY Buharn ekserjisi Kazandan 385ºC scaklkta ve 25 bar basnçta kuru buhar çkmaktadr. Buna göre kazandan çkan kuru buharn özgül fiziksel ekserjisi, entalpi ve entropi değerleri termodinamik tablo kullanlarak aşağdaki şekilde hesaplanmştr. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (23) Yakt ekserjisinin belirlenmesi Yaktlarn kimyasal ekserjilerini bulabilmek için gerekli olan φ değerleri; kok gaz için 1.05, yüksek frn gaz için 0.98 ve konverter gaz için olarak alnmştr [13].Yaktlarn özgül kimyasal ekserjisi: ( ) ( ) ³ (24) ( ) ( ) ³ (25) ( ) ( ) ³ (26) olarak bulunmuştur.yaktlarn fiziksel ekserjileri ise aşağdaki eşitlik kullanlarak hesaplanmştr. ( ) [( ) ( )] ( ) (27) Eşitlikteki yaktn özgül ss, scaklğa bağl aşağdaki eşitliğe göre belirlenmiştir [1]. Eşitlikteki a, b, c ve d katsaylar termodinamik tablolardan alnarak her bir yakt için scaklğa bağl özgül s değeri hesaplanmştr. ( ) (28) ( ) [( ) ( )] ( ) (29) Yüksek frn ve konverter gaznn fiziksel ekserjileri de benzer şekilde belirlenmiştir Kazana giren yakma havas ekserjisinin belirlenmesi Sistemde, kazana yanma havas vantilatör ile sağlanmakta olup iki yakcda toplam m³/h dir. Birim zamanda kazana gönderilen hava debisi ise 10.1 m 3 /s olur. (30) (31) Kuru hava ve su buhar miktar, kazann bulunduğu bölgeye uygun bir psikometrik diyagrama göre belirlenmiştir. Kuru termometre scaklğ 25 C, yaş termometre scaklğ ise 18 C alnmş,

9 H. KURT et al./ ISITES2014 Karabuk - TURKEY 559 psikrometrik diyagramdan bağl nem % 50, özgül nem ise 0.01 kg su buhar/kg kuru hava olarak bulunmuştur. Özgül nem değeri kullanlarak kuru hava debisinin 12 kg/s, su buhar debisinin ise 0.12 kg/s olduğu belirlenmiştir. Kuru havann kütlesel debisinin kuru havann moleküler ağrlğ olan kg/kmol değerine oranlanmasyla 0.41 kmol/s olarak bulunmuştur. Su buharnn molar debisi ise, su buharnn ksmi basnc hesaplanp daha sonra mükemmel gaz kabulü ile kuru hava içerisindeki su buharnn mol saysna göre bulunmuştur. Buna göre yakma havas içerisindeki su buharnn molar debisi, (32) ( ) Nemli havann bileşenleri Tablo 4. Nemli havann bileşenlerinin molar debileri ve molar oranlar Standart molar kimyasal ekserjisi ( ) (kj/kmol) Molar debisi ( ) (kmol/s) Molar oran (y i ) H 2 O O N Toplam Kazana giren yakma havasnn kimyasal ekserjisi, aşağdaki molar ekserji eşitliğine göre Tablo 4 deki değerler kullanlarak hesaplanmştr. ( ) (34) ( ) ( ) ( ) ( ) [ ( ) ( ) ( )] (35) Kazana giren yakma havasnn fiziksel ekserjisi ise aşağdaki molar ekserji eşitliğinden bulunmuştur. ( ) [( ) ( )] ( ) (36) Havann scaklğa bağl sabit basnçtaki molar özgül s kapasitesi aşağdaki eşitlik kullanlarak hesaplanmştr. ( ) (37) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (38) ( ) [( ) ( )] ( ) (39)

10 H. KURT et al./ ISITES2014 Karabuk - TURKEY 560 Tablo 5. Baca gaz bileşenlerinin molar debileri ve kimyasal ekserjileri Baca gaz bileşenleri Molar debi Molar oran Standart molar kimyasal ekserjisi ( ) (kmol/s) (y i ) ( ) (kj/kmol) O H 2 O CO N Toplam Baca Gaz Bileşenlerinin Ekserjilerinin Belirlenmesi Baca gaz scaklğ 168 C olup, hacimsel debisi 20 m 3 /s, molar debisi ise kmol/s olarak belirlenmişti. Baca gaz bileşenlerinin molar debileri, molar oranlar ve standart molar kimyasal ekserjileri Tablo 5 de verilmiştir. Bu değerler kullanlarak aşağda verilen molar ekserji eşitliği yardmyla baca gaznn kimyasal ekserjisi hesaplanmştr. ( ) ( ) [( ) ( ) ( ) ( )] [ ( ) ( ) ( ) ( )] (40) Baca gaznn fiziksel ekserjisi ise, aşağda verilen molar ekserji eşitliğine göre hesaplanmştr. ( ) [( ) ( )] ( ) (41) Eşitlikteki baca gaz molar özgül s kapasitesi, termodinamik tablodan bulunan her bir baca gaznn molar s kapasitesi ile molar oranlarnn çarpmndan bulunmuştur. (42) (43) Baca gaznn fiziksel ekserjisi, ( ) [( ) ( )] ( ) (44) Buhar kazannn enerji ve ekserji verimlerinin belirlenmesi Kazanda meydana gelen ekserji kayb veya tersinmezliklerin toplam, aşağda verilen eşitliklere göre kazana girenlerin ekserjisi ile çkanlarn ekserji farkndan bulunur. ç (45)

11 H. KURT et al./ ISITES2014 Karabuk - TURKEY 561 ( ) ( ) ( ) (47) ç ( ) ( ) (48) Buna göre toplam tersinmezlik veya toplam ekserji kayb aşağdaki şekilde hesaplanmştr. (49) Buhar kazannn ekserji verimi ise aşağdaki eşitlikten % 46 olarak bulunmuştur. ( ) (50) Enerji ve ekserji analizi sonucunda her bir düğüm noktas için hesaplanan enerji ve ekserji değerleri Tablo 6 da verilmiştir. Tablo 6. Enerji ve ekserji analizinden elde edilen sonuçlar D. No Akşkan Kütlesel deb (kg/s) Molar debi (kmol/s) Enerji (kw) 1 hava Yakt kok gaz yüksek frn gaz konverter gaz besleme suyu buhar baca gaz Fiziksel ekserji Kimyasal ekserji Özgül ekserji kj/kmol kj/kmol kj/kmol kj/nm 3 kj/nm 3 kw kj/nm 3 kj/nm 3 kw kj/nm 3 kj/nm 3 kw kj/kg kj/kg kj/kg kj/kg kj/kg kj/kg kj/kmol kj/kmol kj/kmol Toplam ekserji (kw) Sonuç ve Öneriler Bu çalşmada, Kardemir A.Ş. de bulunan, yakt olarak demir çelik üretimi srasnda açğa çkan atk gazlardan kok gaz, konverter gaz ve yüksek frn gaznn yakldğ gaz yaktl bir buhar kazannda enerji ve ekserji analizi yaplarak kazann performans değerlendirilmiştir. Kazan açk sistem olarak tek bir ünite halinde ele alnmş ve buna göre enerji ve ekserji analizleri yaplmştr. Kazann enerji ve ekserji analizi sonucunda, enerji veriminin % 91, ekserji veriminin ise % 46 olduğu bulunmuştur. Enerji kaybnn kw, ekserji kaybnn (ykmnn) ise kw olduğu belirlenmiştir. Ekserji kaybnn yüksek olmasnn sebebi, yanma olayndaki kimyasal enerji, s enerjisi ve iç enerji gibi düzensizliklerin fazla olmasndan kaynaklanmaktadr. Kazanda

12 H. KURT et al./ ISITES2014 Karabuk - TURKEY 562 meydana gelen enerji ve ekserji kaybn azaltabilmek için yaplabilecek iyileştirmeler olduğu gözükmektedir. Enerji ve ekserji kayplarnn azaltlmas için s geçişine engel olan boru iç ve dş yüzeyindeki tabakalarn oluşmas engellenerek kazanda iyileştirmeler yaplabilir. Aksi takdirde yakt yaklarak elde edilen s enerjisi baca gaz ile birlikte atmosfere atlacaktr.kazan borularnn iç yüzeyinde oluşan tabakalar, kazan besleme suyunun kalitesinin düşük olmasndan kaynaklanabilir. Boru dş yüzeyinde oluşan tabakalar ise yaktn yanmas sonucunda oluşan partiküllerin yüzeye yapşmasyla oluşabilir. Bu tabakalarn oluşmas engellenip, kazan dş yüzeyinde s kaybna maruz yüzeyler s kaybna karş izolasyon yapldğ takdirde, kazann enerji ve ekserji verimleri artacaktr. 6. Kaynaklar [1] Çengel YA, Boles MA. Mühendislik yaklaşmyla termodinamik. Derbentli T, Çeviri Editörü. İstanbul: Literatür; 1996, p [2] Bodvarsson G, Eggers DE. The exergy of thermal water. Geothermics 1972; 1: [3] Rosen MA. Comparison based on energy and exergy analysis of the potential cogeneration efficiencies for fuel-cells and other electricity generation devices. International Journal of Hydrogen Energy 1990; 15 (4): [4] Gaggioli RA, Sama DA, Qian S, El-Sayed YM. Integration of a new process into an existing site. A case study in the application exergy analysis. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power-Transactions of the ASME 1991; 113 (2): [5] Tsatsaronis G. Thermoeconomic analysis and optimization of energy systems. Progress in Energy and Combustion Science 1993; 19 (3): [6] Pak PS, Suzuki Y. Exergetic evaluation of gas turbine cogeneration systems for district heating and cooling. International Journal of Energy Research 1997; 21: [7] Doldersum A. Exergy analysis proves viability of process modifications. Energy Conversion and Management 1998; 39 (16-18): [8] Habib MA, Said SAM, Al Zaharana I. Thermodynamic optimization of reheat regenerative thermal-power plants. Applied Energy 1999; 63: [9] Kopaç M, Zemher B. Exergy analysis of the steam-injected gas turbine. International Journal of Exergy 2004; 1 (3): [10]Aljundi Isam H. Energy and exergy analysis of a steam power plant in Jordan. Chemical Engineering Department, Mutah University, Al-Karak, Jordan 2009; 29: [11]Dragan M, Uzuneanu K, Panait T, Gelu C. Thermal systems and environmental engineering department, Dunarea de Jos University of Galati, Domneasca Street, Galati, Romania 2009; [12]Saidur R, Ahamed JU, Masjuki HH. Energy, exergy and economic analysis of industrial boilers. Department of Mechanical Engineering, University of Malaya, Kuala Lumpur, Malaysia 2010; 38: [13]Kotas T. The exergy method of thermal plant analysis. Florida: Krieger Publishing Company; 1995, p