5/20/2009. hfg. Hfg 2257 kj. 1 kg suyun yolculuğu. 0 bar g hg 2257 kj 100 o C 2676 kj. 419 kj. **Doymuş su fazına. 10 o C 0 bar g 42 kj

Transkript

1 ENERJİ YÖNETİCİSİ KURSU NURİ CEYLAN Mak. Müh. BUHAR SİSTEMLERİ HOŞGELDİNİZ Sektörel Tüketimde Sanayi En Büyük Paya Sahip Nerelerden kayıp var? Kazan dairesi Yanma : % 0-6 Radyasyon : % 0,3-1 Blöf : % 1-3 Baca gazı : % 4 15 Buhar tesisatları Buhar hatları : % 1-3 (Çap ve yalıtıma bağlı) Flaş buhar : % 2-10 Kondenstoplar : % 8-20 Kondensin geri döndürülmediği durumlarda kayıplar, miktara bağlı olarak değişecektir. Buhar Nedir? Atmosferik Basınçta Buharlaşma 1 kg suyun yolculuğu Isı Girişi Doymuş Su Fazına Kadar kj hf 419 kj Isı Girişi Buharlaşma kj Buhar hfg 0 bar g hg 2257 kj 100 o C 2676 kj Su 10 o C 0 bar g 42 kj Doymuş Su 100 o C 0 bar g 419 kj **Doymuş su fazına Geri dönüş** Hfg 2257 kj Yoğuşma 1

2 10 barg Basınçta Buharlaşma Buhar Nedir? 1 kg suyun yolculuğu Isı Girişi Doymuş Su Fazına Kadar kj hf 782 kj Isı Girişi Buharlaşma kj hfg 2000 kj Buhar 10 bar g hg 184 o C 2782 kj Su 10 o C 0 bar g 42 kj Doymuş Su 184 o C 10 bar g 782 kj **Doymuş su fazına Geri dönüş** Hfg 2000 kj Yoğuşma Doymuş Buhar Eğrisi Doymuş Buhar Basınç/Özgül Hacim Neden Buhar Kullanılır? Nerelerde Kullanılır? Isı Kayıpları azdır Geri kazanım ile enerji tasarrufu sağlanır Yatırım giderleri azdır Buhar emniyetlidir Buhar çevre dostudur Buharı çok miktarda kullanan yerler; Gıda ve içecek İlaç Petrol Rafineri Plastik Kağıt Tekstil Metal Prosesleri Lastik Gemi Sanayii Güç Üretimi 2

3 Nerelerde Kullanılır? Buharın Yoğuşması Buharı orta miktarda kullanan yerler; Isıtma - Havalandırma Pişirme Soğutma Mayalama Temizleme Eritme Kurutma Isı İletimine Engel Olan Maddeler Buhar Devresi Buhar Hatlarında Çap Tayini Buhar Hatlarında Çap Tayini Hıza göre Basınç düşümüne göre 3

4 Buhar Dağıtımı Ana Buhar Hattı Dizaynı Ünitelere Buhar Dağıtımı Ünitelere Buhar Dağıtımı Koç Darbesi ve Etkileri Koç Darbesi ve Etkileri 4

5 Koç Darbesi ve Etkileri Kondens Cepleri Kondens cebi küçük boyutlandırılmış Kondens Cepleri Kondens Cepleri Kondens cebi uygun boyutlandırılmış Nominal Çap (D) Cep Çapı (d1) Cep Derinliği (d2) 100 mm ye kadar d1 = D mm d1 = 100 mm 250 mm den büyük d1 D/2 Min. d2 = 100 mm Min. d2 = 150 mm Min. d2 = D Kondens Tahliyesi Termostatik Kondenstoplar Kondenstop Nedir? Kondenstoplar Termostatik prensiple çalışan kondenstoplar Denge Basınçlı Termostatik tik Kondenstop Bimetalik Kondenstop Mekanik prensiple çalışan kondenstoplar Şamandralı Kondenstop Ters Kovalı Kondenstop Termodinamik prensiple çalışan kondenstoplar Termodinamik Kondenstop 5

6 Ters Kovalı Kondenstoplar Şamandralı Kondenstoplar Termodinamik Kondenstoplar Kondenstop Seçimi Kondenstopun kullanılacağı ünite Buhar basıncı (Kondenstopa giren buhar basıncı, bar) Karşı basınç (Kondenstoptan sonraki basınç, bar) Kondens miktarı (kg/h) Kondenstop Seçim Tablosu Şamandralı kondenstop çap tayini Örnek 1: Kondens miktarı= 1000 kg/h ΔP= P1 P2 = 6 bar Seçim 1 : DN25(10 bar) Örnek 2: Kondens miktarı= 400 kg/h ΔP= P1 P2 = 4 bar Seçim 2 : DN15(4.5 bar) X X 6

7 Kondenstop Tesisatları Kondenstop Tesisatları Kollektör Isı Eşanjörleri Kondenstop Tesisatları Kondenstop Tesisatları Fanlı Isıtma Apareyi Pres Ütü Kondenstop Tesisatları Grup Kondenstoplama Silindir Ütü Her bir cihaz için bir adet kondenstop kullanılmalıdır. Grup kondenstoplamadan kaçınılmalıdır. 7

8 Yıllık Buhar Kaçakları Maliyeti Kondenstop Kontrol Sistemi Kondenstop Kontrol Sistemi Kondenstop Kontrol Sistemi Kondenstop iyi, sağlıklı çalışıyor. Kondenstop arızalı, buhar kaçırıyor. Kontrol Cihazları Duyargalı Kondenstoplar Spiratec 30 Manuel Kontrol Cihazı R16 C Otomatik Kontrol Cihazı Kontrol Duyargası 8

9 Duyargalı Kondenstoplar Duyargalı Kondenstoplar Kontrol Duyargası Kontrol Duyargası Tipik Bağlantı Şekli Kondens Toplama Kodenstoplamanın Faydaları Kondenstop Çıkış Hatları Çap Tayini Su tüketiminin azalması Kazan kimyasalları kullanımının azalması Yakıt tüketiminin azalması Kazan blöf miktarının azalması 9

10 Kondens Kirlilik Ölçüm Sistemi Hava Atıcı, Vakum Kırıcı, Separatör Hava Atıcı, Vakum Kırıcı, Separatör Buhar Sistemindeki Havanın Kaynağı Havanın Etkileri Hava, sisteme besi suyu aracılığıyla girebilir. Suyun sertliğini düşürmek için kullanılan bazı şartlandırma tuzları da karbondioksit oluşumunu arttırıcı etki gösterirler. Havanın ısı iletimine gösterdiği direnç, bakırın 12000, demirin ise 1720 katıdır. Sistemde bulunan hava; Isınma zamanının uzamasına Buhar hava karışımı oluşumuna Hava cepleri oluşumuna neden olur. Buhar Giriş Yönünün Aksi Yönünde Toplanır Hava ceplerinin oluşumu 10

11 Hava Tahliyesi Hava atıcı uygulamaları Termostatik hava atıcılar Ana buhar hattı sonu Ters kovalı kondenstopa paralel Buhar giriş yönüne göre Vakum Kırıcı Vakum Oluşumu Vakumun Önlenmesi Separatörler 11

12 Separatör Uygulama Örnekleri Separatör Uygulama Örnekleri Buhar dağıtımı Basınçlı hava dağıtımı Isı eşanjörleri ve vanaların korunması Buhar Sayaçları Sanayide Buhar Kullanımı Sektörel Tüketimde Sanayi En Büyük Paya Sahip Buhar sanayide yaygın ve yoğun olarak kullanılmaktadır. Buhar kullanma nedenleri: Büyük ısı yükleri taşıması Yüksek sıcaklıklara ulaşılabilmesi Çok hassas sıcaklık kontrolünün sağlanabilmesi Buhar endüstride proses gereği olmazsa olmaz konumundadır. Buhar, sanayinin ana girdilerinden biridir. Buhar maliyetlerinin düşürülmesi ürün maliyetlerine etki edecektir. Kazanda üretilen buhar, çeşitli ünitelerde kullanılmakta ve yoğuşmanın sonunda kondens halinde kazana geri döndürülmektedir. Kazanın verimi, buhar dağıtım hatlarının dizaynı ve buhar cihazlarının sağlıklı çalışıp çalışmaması enerji tasarrufu açısından önemli konulardır. 12

13 Nerelerden kayıp var? Ülkemizdeki endüstriyel tesisleri incelediğimizde ortaya çıkan sonuç: İşletmelerin %98 inde %5 ila %40 arasında enerji kaybı olduğudur. ğ d % 2 işletmedeki kayıplar ise % 5 in altındadır. Kazan dairesi Yanma : % 0-6 Radyasyon : % 0,3-1 Blöf : % 1-3 Baca gazı : % 4-15 Buhar tesisatları Buhar hatları : % 1-3 (Çap ve yalıtıma bağlı) Flaş buhar : % 2-10 Kondenstoplar : % 8-20 Kondensin geri döndürülmediği durumlarda kayıplar, miktara bağlı olarak değişecektir. Neler yapılabilir? 1. Buhar Kazanları Kazan dairesi Kazanda ve yakma sisteminde iyileştirme Baca gazından enerji geri kazanımı Otomatik blöf sistemi Buhar tesisatları Hat çaplarının uygun seçilmesi ve yalıtımının doğru yapılması Flaş buhar elde edilmesi ve kullanılması Kaliteli ve ünitesine uygun kondenstop seçilmesi Kondensin tamamen geri döndürülmesi. 1.1 Brulör, yanma kayıplarını asgariye indirecek şekilde seçilmeli. 1.2 Kazan içerisindeki boruların üzeri kışır kaplanmamalı. Bunu sağlamak için mutlaka yüzey blöf yapılmalı Optimum yanma ile sağlanabilecek tasarruflar Karbon (C) tam olarak yanar ise; 1 kg C + 2,6 kg O 2 3,6 kg CO kcal ISI Eğer Karbon (C) tam olarak yanmaz ise; 1 kg C + 1,3 kg O 2 2,3 kg CO kcal ISI Brulör yakma havasının ısıtılması ile sağlanabilecek tasarruflar Brulör yakma havasının ısıtılması ile de kazan verimini arttırmak mümkündür. Yakma havasının her 56 o C lik artışı için kazanda yaklaşık %2 lik verim artışı sağlanır. 13

14 1.1.3 Brulörlerde durup kalkma dolayısıyla oluşan kayıpların önlenmesi ile sağlanabilecek tasarruflar On-off brülörlerde bütün bu kesintili çalışma kayıpları toplamı yıllık yakıt tüketiminde % 5 mertebelerine ulaşabilmektedir. 1.2 Kazan Verimi Kazan boruları rının n kireç taşı (kışır) ile kaplanmasının n önlenmesi ile sağlanabilecek tasarruflar Sıcak cidar kayıplarının n önlenmesi ile sağlanabilecek tasarruflar Kazan blöfü ile dışarı atılan ısının kontrolü ile sağlanabilecek tasarruflar Kazan borularının kireç taşı (kışır) ile kaplanmasının önlenmesi ile sağlanabilecek tasarruflar - Kazan ısıtıcı yüzeylerinde birikir ve bir tabaka oluşturarak Isı transferini engeller Sistemin ömrünü kısaltır. - Su yüzeyinde köpük şeklinde birikir ve buhar ile taşınarak: Kontrol cihazlarının arızalanmasına Isı eşanjör yüzeylerinde birikim yapmasına Kondenstopların tıkanarak arızalanmasına neden olur. tarı (%) Artan Yakıt Mikt Kireç Taşı Kalınlığına Bağlı Olarak Yakıt Miktarındaki Artış Kireç taşı kalınlığı (mm) Sıcak cidar kayıplarının önlenmesi ile sağlanabilecek tasarruflar İzolasyonu iyi yapılmış 9000 kg/h buhar üretim kapasiteli skoç tipi veya su borulu bir kazanda, sıcak cidar kayıpları %0,3 ila %0,5 arasında olacaktır Kazan blöfü ile dışarı atılan ısının kontrolü ile sağlanabilecek tasarruflar Kazan üst blöf sistemleri farklı şekilde gerçekleştirilebilir: a) Manuel blöf sistemleri b) Devamlı blöf sistemi c) Elektronik (Otomatik) blöf sistemi 14

15 Otomatik Yüzey Blöf Sistemi Kazan Yüzey Blöfünden Enerji Geri Örnek kg/h kapasiteli, 7 bar basınçta çalışan buhar kazanında yüzey blöfü manuel olarak yapılmaktadır. Besi suyu iletkenlik değeri : 485 µs/cm Kazan suyu iletkenlik değeri : 3720 µs/cm Kullanılan yakıt : Doğal gaz Günlük çalışma süresi : 24 saat İstenilen kazan suyu iletkenliği : 6000 µs/cm Kazan Yüzey Blöfünden Enerji Geri Kazan Yüzey Blöfünden Enerji Geri Blöf Miktarının Hesaplanması: Blöf Miktarı : F x S B - F F: Besi suyu TDS değeri B: İstenilen kazan suyu TDS değeri S: Kazan kapasitesi Mevcut durumda manuel olarak yapılan blöf ile kazandaki iletkenlik 3700 µs/cm dir cm dir. Bu durumda yapılan blöf miktarı; 485 x = kg/h olarak hesaplanır. ( ) Kazan Yüzey Blöfünden Enerji Geri Kazan Yüzey Blöfünden Enerji Geri Otomatik yüzey blöf sistemi ile hedeflenen 6000µS/cm iletkenliği sağlamak için yapılaması gereken blöf miktarı; 485 x = 880 kg/h ( ) Fazladan yapılan blöf miktarı: = 620 kg/h Fazla yapılan blöften dolayı kayıplar Günlük Su Kaybı: 620 kg/h x 24 = kg/gün (14,88 ton/gün) Suyun ton maliyeti 1,21 $ olduğu kabul edilerek; 14,88 ton/gün x 1,21 $/ton = 18 $/gün 15

16 Kazan Yüzey Blöfünden Enerji Geri Kazan Yüzey Blöfünden Enerji Geri İşletmede 880 kg/h blöf yapılması gerekirken 1500 kg/h blöf yapılmaktadır. Fazladan blöf edilen kazan suyu debisi 10 barg doymuş su entalpisi : 620 kg/h entalpisi : 782 kj/kg 20 o C su entalpisi :84kj kj/kg Fazladan atılan enerji(782-84)*620 84)*620 : kj/h (Yakıt: Doğalgaz, Kazan verimi: %90) Fazladan atılan enerjinin yakıt karşılığı; = kj/h = 13,92 m 3 /h doğal gaz 0,9 * kj/m3 Günlük doğalgaz kaybı, 24h*13,92 m 3 /h = 334,08 m 3 /gün Doğal gaz birim fiyatı: 0,41 $/m 3 Günlük yakıt kaybı; 0,41 $/m 3 *334,08 m 3 /gün = 137 $/gün Günlük Kimyasal Madde Kaybı Kimyasal madde birim fiyatı : 1 $/ton su 15 ton/gün x 1 $/ton = 15 $/gün Günlük toplam kayıplar: Su + Yakıt + Kimyasal = 170 $/gün Aylık kayıp miktarı: 170 $/gün x 30 gün = $/ay 2. Atık ısıdan geri kazanım 2.1. Baca gazından geri kazanım 2.1. Baca gazından enerji geri kazanımı 2.2. Kirli atık sıcak sudan enerji geri kazanımı Kazanı terk eden duman gazının sıcaklığı buhar sıcaklığından fazladır. Baca gazı sıcaklığının her 20ºC düşürülmesi %1 verim artışı demektir. Doğal gaz kullanan bir işletmede baca gazı sıcaklığı yoğuşmalı ekonomizer ile 50 ºC lere düşürülebilmektedir. Bu durumda kazanç verim artışı ise %9 u geçmektedir Baca gazından geri kazanım Örnek 3 10 bar daki buharın sıcaklığı 184 ºC dir. Kazanda ekonomizer kullanılmadığında bu örnekteki baca gazı sıcaklığı min. 234 ºC olacaktır. Bir ekonomizer kullanılarak baca gazı sıcaklığını 150 ºC ye kadar düşürebiliriz. Burada; 234 ºC -150 ºC =84 ºC Yani %4 den fazla verim artışı demektir. 16

17 2.2. Kirli atık sıcak sudan enerji geri kazanımı Tekstil fabrikalarında, yıkama, boyama ve apre gibi işlemlerde kullanılan sıcak su ya atılmakta yada arıtmaya gönderilmektedir. Bu suyun sıcaklığı ğ ortalama ºC arasındadır. Söz konusu sıcak su bir eşanjör yardımıyla temiz soğuk suyun ısıtılmasında kullanılabilir. 3. Kondensin Geri Döndürülmesi Kondens Kirlilik Kontrol Cihazı Geri döndürülmeyen kondensle atılan enerji Enerji (yakıt) kaybı Su kaybı Suyun saflaştırılma (kimyasal) maliyeti Kondensin Geri Döndürülmesi ile Enerji Tasarrufu Örnek 4 Bir tekstil fabrikasında kullanılmakta olan 8 adet boya makinasının kondensi kirlenme tehlikesi olduğu için geri döndürülmeyerek, dışarı atılmaktadır. Makinalar 6 bar basınçta buhar kullanmakta olup, boyama kapasiteleri ve buhar tüketim miktarları aşağıda tablo halinde verilmektedir. İşletmede yakıt olarak doğal gaz kullanılmaktadır. Buhar kazanı 3 yıllık olup, verimi %85 kabul edilmiştir. İşletme günde 24 saat çalışmakta olup, bu süre içerisinde her bir boya makinası ortalama 3 saat buhar tüketmektedir. İşletmedeki Boya Makinaları No Boyama Kapasitesi Buhar Tüketimi Adet 1 25 kg 26 kg/h kg kg kg kg 53 kg/h kg/h kg/h kg/h 1 17

18 Kondensin Geri Döndürülmesi ile Enerji Tasarrufu Kondensin Geri Döndürülmesi ile Enerji Tasarrufu Makinaların günlük toplam kondens miktarı: kg/h x 3 saat = kg/gün Geri döndürülmeyen kondens yerine alına kazana beslenen taze besi suyu sıcaklığı 20 o C, kondensin geri döndürülmesi durumunda kondens sıcaklığı 90 o C olarak kabul edilmiştir. Kondens geri döndürülmediği için kazana beslenen su 90 o C 20 o C = 70 o C daha soğuktur. Bu sıcaklık farkı kazanda fazladan yakıt kullanılarak tamamlanacaktır. Kazanda fazladan harcanacak yakıt maliyeti Yakıt birim fiyatı : 0, YTL /m 3 Yakıt miktarı = (90 o C 20 o C) x kg/gün = 52,68 m kcal/m 3 x 0,85 Yakıt maliyeti = 52,68 x 0, YTL/m 3 = 26- YTL/gün Kondensin geri döndürülmesi ile enerji tasarrufu 4. Buhar Kaçaklarının Önlenmesi Kazana fazladan beslenen suyun maliyeti Suyun birim fiyatı : 1,80 YTL/ton 5.277kg/gün x 1,80YTL/ton = 9,50 YTL/gün Kondenstop nedir? Türleri: Fazladan kullanılan kimyasal madde maliyeti Kimyasal birim fiyatı : 1,54YTL/ton su kg/gün x 1,54 YTL/ton= 8,13 YTL/gün Termodinamik Şamandralı Ters Kovalı Termostatik İşletme yılda 300 gün çalışıyor ise; 1 yılda sağlanabilecek tasarruf tutarı : (26 YTL + 9,50 YTL + 8,13 YTL) x 300 = YTL Seçimi: Kullanıldığı üniteye göredir 4.1 Kondenstoplardaki Buhar Kaçakları Buhar kaçıran bir kondenstop yakıt kaybına neden olur. Kondenstop neden buhar kaçırır? Malzeme özelliği ve yapısı İşçilik hataları Pislik etkisiyle Zamanla meydana gelen aşınma 18

19 Kondenstop Kontrol Sistemi Buhar Kaçaklarının Önlenmesi Örnek 4 1 çapındaki kondenstop 6 bar da buhar kaçırır ise yıllık 70 ton fuel oil kaybına neden olur. Yani yıllık 70 ton x 1,051 YTL/kg x 1000 = YTL Fuel oil No6 fiyatı 1, YTL/kg (Mart 2008) 5. Flaş Buhar Üretimi ile Enerji Geri Flaş Buhar Tankı Donanımları Flaş Buhar, basınç altındaki sıcak suyun basıncının düşürülmesi ile elde edilir. İşletmede l d flaş buhar ile enerji geri kazanımı - Kazan Yüzey Blöf Sisteminden ve - Kondensten elde edilebilir. Kazan Yüzey Blöfünden Enerji Geri 19

20 Kazan Yüzey Blöf Sisteminden Isı Geri Kazan Yüzey Blöf Sisteminden Isı Geri Örnek 5 Kazan blöf miktarı Buhar basıncı Flaş buhar basıncı = kg/h = 7 bar g = 0,5 bar 7 bar daki kondensin entalpisi = 721,4 kj/kg 0,5 bar daki kondensin entalpisi = 468,3 kj/kg Enerji farkı 721,4 kj/kg 468,3 kj/kg = 253,1 kj/kg Elde edilecek flaş buhar ile sağlanacak tasarruf miktarı nedir? 0,5 bar da buharlaşma ısısı = 2.225,6 kj/kg Kazan Yüzey Blöf Sisteminden Isı Geri 6. Yalıtım Flaş buhar oranı = 253,1 kj/kg = % 11,4 2225,6 kj/kg Elde edilecek flaş buhar miktarı= 1111 kg/h x %11,4 = 127 kg/h 1 ton buharın maliyeti yaklaşık 38 US$ (Fuel Oil No:4) Flaş buhar kullanımı ile 1 ayda sağlanacak tasarruf tutarı: 127 kg/h x 24h x 20gün x 38 US$/ton = $ 1000 Kazan, besi suyu tankı, buhar ve kondens boruları ile vanalar yalıtılmalıdır. Ülkemizde genellikle vanaların yalıtımı yapılmamaktadır. Bir vananın yüzeyinden oluşacak ısı kayıpları, aynı çaptaki borunun 1,2 m uzunluğundaki ısı kayıplarına eşit kabul edilir. SONUÇ OLARAK Kazan Dairesinde Geri Kazanım Atık Isıdan Geri Kazanım Kondensin Geri Döndürülmesi Kondenstop Kaçaklarının Önlenmesi Flaş Buhardan Geri Kazanım İzolasyon İLGİNİZ İÇİN TEŞEKKÜR EDERİZ. Çalışmaları ile işletmelerinizde çok büyük oranlarda enerji tasarrufu sağlanması mümkün olabilecektir. 20