Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi TÜRKİYE 10. ENERJİ KONGRESİ

Transkript

1 Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi TÜRKİYE 10. ENERJİ KONGRESİ ERDEMİR 4 NOLU SLAB ISITMA FIRINI: SEVİYE 2 ISI OPTİMİZASYON SİSTEMLİ YÜRÜYEN TABANLI DİJİTAL FIRIN Vedat BEKTAŞ 1, Ercan ARI 2, 1 Ereğli Demir ve Çelik Fabrikaları T.A.Ş., I. Sıcak Haddehane İşletme Başmühendisi, Kdz.-Ereğli/ZONGULDAK Tel: 0(372) , Fax: 0 (372) vbektas@erdemir.com.tr 2 Ereğli Demir ve Çelik Fabrikaları T.A.Ş., I. Sıcak Haddehane İşletme Mühendisi, Kdz.-Ereğli/ZONGULDAK Tel: 0(372) , Fax: 0 (372) eari@erdemir.com.tr ÖZET: 1965 yılında üretime başlayan ERDEMİR, bugün ulaştığı 3,6 milyon ton/yıl düzeyinde yassı çelik üretim kapasitesi ile halen Türkiye'nin en büyük demir çelik kuruluşu ve tek entegre yassı çelik üreticisidir. ERDEMİR üretim kapasitesinin 4,5 milyon tona yükseltilmesi amacı ile yapılan çalışmalarda en büyük yoğunluğu 1. Sıcak Haddehane yatırımları oluşturmaktadır yılında başlayan yatırım çalışmaları kapsamında; 4 nolu slab fırını 17 Eylül 2005 tarihinde üretime başlamıştır. 4 nolu slab fırını 1.Sıcak Haddehanenin 1,2 milyon ton/yıl bobin ve Levha Haddehanesinin ton/yıl levha ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla kurulmuş 220 ton-slab/saat kapasiteli yürüyen tabanlı (Walking Beam) yandan ısıtmalı bir fırındır. 4 nolu slab fırını ile tavlanan slablarda, haddeleme prosesinde çok önemli olan alt ve üst yüzey arasındaki sıcaklık farkı ve slab boyunca görülen skid mark etkisi minimize edilecektir. Konvensiyonel slab ısıtma fırınlarında enerji tüketimi ortalama 350 Mcal/ton iken 4 nolu slab ısıtma fırınında enerji tüketimi 280 Mcal/ ton slab olup yakıt tasarrufu sağlamaktadır. Fırının ısıtma ve hareket kontrolleri SIEMENS PCS7 adlı otomasyon sisteminden sağlanmaktadır. 433

2 Anahtar Kelimeler: ERDEMİR, Slab Fırını, Yürüyen tabanlı 4.SLAB FIRINI 1.Sıcak Haddehanenin 1,2 milyon ton/yıl ve yeni yapılan Levha Haddehanesinin ton/yıl yassı mamul ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla toplam ton /yıl ( 220 ton/saat ) kapasiteli yürüyen tabanlı (Walking Beam) yandan ısıtmalı 4.slab fırını kurulmuştur. 4. Slab Isıtma Fırını mevcut 1. Slab Isıtma Fırını ile birlikte her iki hattı besleyecektir. Verimli yanma kontrolu için oksijen analizörü ve çevre kirliliğini önlemek için atık gazda CO,CO 2 vb. gibi gazların ölçümleri için atık gaz analizörü mevcuttur. Fırın girişten cehennemliğe kadar su soğutmalı 6 adet hareketli ve 8 adet sabit ray borusu (skid) bulunmaktadır. Cehennemlikte şaşırtmalı 6 adet hareketli ve 10 adet sabit ray borusu (skid) mevcuttur. 4 nolu slab fırınının devreye girmesi ile tavlanan slablarda, alt ve üst yüzey arasındaki sıcaklık farkı ve slab boyunca görülen skid mark etkisi minimum olacaktır. Alt ve üst yüzey sıcaklık farkının düşmesi neticesinde haddelenen malzemenin rol arasına dalması engellenmiş olacaktır. Skid mark etkisinin azaltılması ile de bobin boyunca kalınlık dağılımında ve özellikle API kalitelerde mekanik özellikler yönünden homojen bobinler üretilecektir. Fırının ısıtma ve hareket kontrolleri aynı otomasyon sisteminden(siemens PCS7) sağlanmaktadır. Ayrıca minimum yakıt tüketimine yönelik Seviye 2 ısı optimizasyon sistemi mevcuttur. FIRIN ŞARJ VE DEŞARJ EKİPMANLARI Asansör İtici Asansör Asansör Çıkış Masası Fırın Giriş Masası Slab Yükleyici Fırın Çıkış Masası Slab Alıcı Yakıt Türü: Kok gazı, eşdeğer karışık gaz (kalorifik değeri 4400 Kcal/NM 3 olan doğalgaz+hava karışımı) Yakıt Sarfiyatı: 280 Mcal/ton-slab Fırın Ölçüleri: Fırın uzunluğu : mm Fırın içi genişliği : mm Slab Şarj Ebatları: Ebatlar Kalınlık Genişlik Uzunluk (mm) Minimum Maksimum

3 Tekli Şarj : Slab Uzunluğu = mm, Slab Genişliği = mm, Slab Kalınlığı = 200 mm, Slab Uzunluğu = mm, Slab Genişliği = mm, Slab Kalınlığı = 200 ve 250 mm, Çift Sıra Şarj : Slab Uzunluğu = mm, Slab Genişliği = mm, Slab Kalınlığı = mm, Üçlü Şarj : Slab Uzunluğu = mm, Slab Genişliği = mm, Slab Kalınlığı = mm, Slab Giriş Sıcaklığı: Soğuk Şarj : 20 0 C Sıcak Şarj : maksimum C. Slab Çıkış Sıcaklığı: Maksimum C. Fırındaki Toplam Kok Gazı Miktarı : Nm 3 /h Fırındaki Toplam Yakma Hava Miktarı : Nm 3 /h Kok Gazı Burner Giriş Sıcaklığı : 20 0 C Yakma Havası Burner Giriş Sıcaklığı : C Yakma Hava Kontrolu: Fırının burnerlerine yakma havası sağlayan bu sistem 3 adet fan ile beslenir.fanlardan temin edilen soğuk hava baca kanalındaki Reküperatörlerde ısıtıldıktan sonra burnerlere gönderilir. Yakma Hava Fanları Miktarı : 3 ( 2 çalışan 1 yedek ) Hava Kapasitesi : M 3 /SAAT Elektrik Motoru : 400 KW 1500 RPM Karıştırma Hava Fanı Eğer baca gazı sıcaklığı 710 C nin üzerine çıkarsa karıştırma hava fanı otomatik olarak çalışır. Miktarı : 1 Hava Kapasitesi : M 3 /SAAT Elektrik Motoru : 15 KW 1500 RPM FIRININ ÇALIŞMA PRENSİPLERİ: 1. Dijital yanma kontrolu: Isı ihtiyacı hava ve yakıt akışlarına göre değilde burnerlerin yanma süresine ( ON veya OFF ) göre kontrol edilir. Burnerler sırayla ateşlenir ve her burner ayrı ayrı kontrol edilir. Bu da alev profili ve fırın atmosfer kontrolunu sağlamada kolaylık sağlar: Yakıt verimini artırır ve gaz emisyonunu düşürür. Alev şeklinin mükemmel kontroluyla malzeme üzerinde ısı dağılımı homojen olur. Tufal oluşumu düşer. Bakım süresi düşer. 435

4 Şekil 1. Bir burnerin 60 saniyelik devirdeki çalışma süresi (1) Isı ihtiyacı % 40 olan bir burner 60 saniyelik bir devirde 24 saniye çalışır. (2) Isı ihtiyacı % 90 nın üstünde olursa burner sürekli ON olur.(çalışır.) Burnerler sürekli maksimum oranda çalışır ve aşağıdaki faydaları vardır: Hava/gaz oranının sabit olmasından dolayı sürekli ve ideal yanma verimi olur. Gaz emisyonları minimum olur. Ortalama yakıt tüketimi düşer. 2. Patentli geniş alevli burnerlar: Konvensiyonel burnerlerde alevler burner ekseni boyunca simetrik iken geniş alevli burnerlerde alevler geniş ve düzgündür. Geniş alevli burnerlerde daha fazla alev/kirli gaz etkileşim alanı oluşmasından dolayı hava yakıt karışımındaki oksijen oranı düşer.geniş alevli burnerler sayesinde daha düşük gaz emisyonu çıkar. Alev boyları değiştirilerek fırın içinde malzeme boyunca daha homojen ısı dağılımı sağlanır. Bütün burnerler yanlardan malzemenin alt ve üstünden ısıtacak şekilde yerleştirilmiştir. Şekil 2. Geniş alevli burner ile konvensiyonel burner alevleri arasındaki fark 436

5 Şekil 3. Geniş alevli burner ısı dağılımı ile konvensiyonel burner ısı dağılımı arasındaki fark 3. Optimum skid dizaynı ve yerleşimi: Çift boru ve küçük boru çapı dizaynı ile malzeme borulara daha az temas ederek skid mark etkisini minimize eder. Şekil 4. Çift boru ve küçük boru çapı dizaynı Ayrıca ısıtma bölgesindeki sabit ve hareketli borular arasındaki mesafeler cehennemlik bölgesinde yarıya düşürülerek skid mark etkisi minimuma düşürülmüş olur. 437

6 Şekil 5. Cehennemlikte şaşırtmalı boru dizaynı Şekil 6. Cehennemlikte şaşırtmalı boru dizaynının skid marka etkisi 4. Isı ihtiyacı kontrolu ( Fuzzy logic ): Fuzzy logic sistemi sayesinde aşağıdaki sonuçlar elde edilmiştir: Sıcaklık ölçümlerinde ve yakıt akışlarında büyük dalgalanmalar önleniyor. Seviye 1 in sıcaklığa ulaşmada yanıt verme süresi hızlandı. Şekil 7. Fuzzy logicli ve fuzzy logicsiz sıcaklık ve akış ölçümleri 438

7 SEVİYE 2 KONTROLLU ISI OPTİMİZASYON SİSTEMİ: Optimizasyon sisteminin ana görevi gerçek operasyon şartlarını göz önüne alarak fırın bölgelerinin sıcaklık set değerlerinin hesaplanmasını ve ulaşmasını sağlamaktır. 1.Düşük ısı tüketimi : Fırın içindeki her ürün için en düşük yakıt tüketimini hesaplayarak ısıtma eğrisini çıkarır. Haddelemenin istediği çıkış sıcaklığına ulaştırır. Programlı veya programsız gecikmeleri hesap ederek malzeme çıkış sıcaklığını yakalayacak şekilde aşırı ısıtmayı önler. Kombineden çıkan malzemenin soğuk ve sıcak kısımlarından geri bildirim alarak fırında ısıtmayı tekrar ayarlar. 2.Yüksek üretim kapasitesi : Haddenin istediği çıkış sıcaklıklarına ulaşıldığı için üretim oranı artar. Bu yüzden soğuk malzeme işlenmesinden dolayı oluşabilecek problem ve gecikmeler önlenmiş olur. Fırın operasyonlarının izlenmesi gelişir. Isıtma kontrolundan dolayı tufal oluşumu minimum olur. Fırın içindeki herhangi bir malzeme veya fırından çıkmış herhangi bir malzemenin ısıtma eğrisi, sıcaklık dağılımı, bölge sıcaklığı ve fırında kalma süresine ulaşmak mümkündür. Isıtma prosesi hakkında daha fazla bilgi sahibi olunur. Operatörün ana görevi fırına süpervizörlük yapmak olur bu sayede operatörler diğer görevlerine daha fazla vakit ayırır. 3. Haberleşme fonksiyonları : Isı optimizasyon sistemi diğer sistemlerle haberleşme halindedir: Seviye 3 Üretim Sistemi Seviye 1 Isıtma Sistemi Seviye 1 Hareket Sistemi Şekil 8. Isı optimizasyon sisteminin diğer sistemlerle haberleşmesi 439

8 4. Proses izleme fonksiyonları : Malzeme yerleşimi izleme Fırın ısı balansı Üretim hızı Sıcaklık izleme İdeal ısıtma eğrileri Burner alev boyları Bölge ısı ihtiyacı Bölge set değerleri Gecikme stratejisi Geçmişe dönük fırın trendleri Her slaba ait ısıtma eğrileri Alarmlar Isı balansı raporları Üretim raporları Şekil 9. Proses izleme fonksiyonları Tablo 1 : 1 ve 4 nolu Slab Fırını Arasındaki Farklar Özellik 4 nolu slab fırını 1 nolu slab fırını Tipi Yürüyen tabanlı İtici Burner yerleşim şekli Yan yüzeyde Alt ve üstte karşıdan Yanma kontrolu Dijital Otomatik Burner tipi Ayarlanabilir geniş alevli Konvensiyonel Burner çalışma şekli ON/OFF Sürekli Ray boruları yerleşimi Cehennemlikte şaşırtmalı Cehennemlikte seramik örümlü Isı optimizasyon sistemi Seviye 2 kontrollu Yok Skid Mark Etkisi 15 0 C 30 0 C Yakıt Tüketimi 280 Mcal/ton-slab 350 Mcal/ton-slab 440