BUHAR SİSTEMLERİNDE ENERJİ VERİMLİLİĞİ HOŞGELDİNİZ Görkem KIZILTAN USTALI Mak. Yük. Müh. Sektörel Tüketimde Sanayi En Büyük Paya Sahip Ulaşım 19% Tarım 5% Enerji Dışı 5% Bina 31% Sanayi 40% SPIRAX INTERVALF 1
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 + 377 kj hf 419 kj Isı Girişi Buharlaşma + 2257 kj hfg 2257 kj Buhar 0 bar g 100 o C hg 2676 kj Su 10 o C 0 bar g 42 kj 100 o C 0 bar g 419 kj Doymuş Su **Doymuş su fazına Geri dönüş** Hfg 2257 kj Yoğuşma SPIRAX INTERVALF 2
10 barg Basınçta Buharlaşma 1 kg suyun yolculuğu Isı Girişi Doymuş Su Fazına Kadar + 740 kj hf 782 kj Isı Girişi Buharlaşma + 2000 kj hfg 2000 kj Buhar 10 bar g 184 o C hg 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 Buhar Nedir? Neden Buhar Kullanılır? Isı Kayıpları azdır Geri kazanım ile enerji tasarrufu sağlanır Yatırım giderleri azdır Buhar emniyetlidir Buhar çevre dostudur SPIRAX INTERVALF 3
Nerelerde Kullanılır? Buharı çok miktarda kullanan yerler; Gıda ve içecek İlaç Petrol Rafineri Plastik Kağıt Tekstil Metal Prosesleri Lastik Gemi Sanayii Güç Üretimi Buharın Yoğuşması Isı İletimine Engel Olan Maddeler SPIRAX INTERVALF 4
Buhar Devresi Buhar Hatlarında Çap Tayini Hıza göre Buhar Hatlarında Çap Tayini Basınç düşümüne göre SPIRAX INTERVALF 5
Buhar Dağıtımı Ana Buhar Hattı Dizaynı Ünitelere Buhar Dağıtımı SPIRAX INTERVALF 6
Ünitelere Buhar Dağıtımı Ana Buhar Hatlarından Kondens Tahliyesi Koç Darbesi ve Etkileri SPIRAX INTERVALF 7
Koç Darbesi ve Etkileri Koç Darbesi ve Etkileri Kondens Cepleri Kondens cebi küçük boyutlandırılmış SPIRAX INTERVALF 8
Kondens Cepleri Kondens cebi uygun boyutlandırılmış Kondens Cepleri Nominal Çap (D) Cep Çapı (d1) Cep Derinliği (d2) 100 mm ye kadar d1 = D 125 200 mm d1 = 100 mm 250 mm den büyük d1 D/2 Min. d2 = 100 mm Min. d2 = 150 mm Min. d2 = D Kondens Tahliyesi Kondenstop Nedir? Kondenstoplar Termostatik prensiple çalışan kondenstoplar Denge Basınçlı Termostatik Kondenstop Bimetalik Kondenstop Mekanik prensiple çalışan kondenstoplar Şamandralı Kondenstop Ters Kovalı Kondenstop Termodinamik prensiple çalışan kondenstoplar Termodinamik Kondenstop SPIRAX INTERVALF 9
Termostatik Kondenstoplar Ters Kovalı Kondenstoplar Şamandralı Kondenstoplar SPIRAX INTERVALF 10
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 SPIRAX INTERVALF 11
Şamandralı kondenstop çap tayini Örnek 1: Kondens miktarı= 1000 kg/h P= P1 P2 = 6 bar Örnek 2: Kondens miktarı= 300 kg/h P= P1 P2 = 4 bar Örnek 1: Kondens miktarı= 1000 kg/h P= P1 P2 = 6 bar Kondenstop Tesisatları Kollektör SPIRAX INTERVALF 12
Kondenstop Tesisatları Isı Eşanjörleri Kondenstop Tesisatları Fanlı Isıtma Apareyi Kondenstop Tesisatları Pres Ütü SPIRAX INTERVALF 13
Kondenstop Tesisatları Silindir Ütü Grup Kondenstoplama Her bir cihaz için bir adet kondenstop kullanılmalıdır. Grup kondenstoplamadan kaçınılmalıdır. Yıllık Buhar Kaçakları Maliyeti SPIRAX INTERVALF 14
Kondenstop Kontrol Sistemi Kondenstop Kontrol Sistemi Kondenstop iyi, sağlıklı çalışıyor. Kondenstop Kontrol Sistemi Kondenstop arızalı, buhar kaçırıyor. SPIRAX INTERVALF 15
Kontrol Cihazları Spiratec 30 Manuel Kontrol Cihazı R16 C Otomatik Kontrol Cihazı Duyargalı Kondenstoplar Kontrol Duyargası Duyargalı Kondenstoplar Kontrol Duyargası SPIRAX INTERVALF 16
Tipik Bağlantı Şekli Hava Atıcı, Vakum Kırıcı, Separatör Buhar Sistemindeki Havanın Kaynağı Hava, sisteme besi suyu aracılığıyla girebilir. Suyun sertliğini düşürmek için kullanılan bazı şartlandırma tuzları da karbondioksit oluşumunu arttırıcı etki gösterirler. SPIRAX INTERVALF 17
Hava Tahliyesi Termostatik hava atıcılar Hava atıcı uygulamaları Ana buhar hattı sonu Ters kovalı kondenstopa paralel Buhar giriş yönüne göre Vakum Kırıcı SPIRAX INTERVALF 18
Vakum Oluşumu Vakumun Önlenmesi Separatörler SPIRAX INTERVALF 19
Separatör Uygulama Örnekleri Buhar dağıtımı Isı eşanjörleri ve vanaların korunması Kondens Toplama Kondens Toplamanın Faydaları Su tüketiminin azalması Kazan kimyasalları kullanımının azalması Yakıt tüketiminin azalması Kazan blöf miktarının azalması SPIRAX INTERVALF 20
Kondens Hatları Basınç Kondens miktarı Kondens borusundaki akışkanın formu dikkate alınarak boyutlandırılır. Kondens Hatları Kondenstopa kadar olan hatlar (Kondens ile dolu kabul edilerek boyutlandırılır.) Kondenstop çıkış hatları (Flaş buhar dikkate alınarak boyutlandırılır.) Ortak kondens hatları (Flaş buhar dikkate alınarak boyutlandırılır.) Pompa yardımı ile taşınan kondens hatları (Kondens ile dolu kabul edilerek boyutlandırılır.) Kondenstop Çıkış Hatları Çap Tayini SPIRAX INTERVALF 21
Kondens Kirlilik Ölçüm Sistemi SANAYİDE BUHAR KULLANIMI, ENERJİ TASARRUFU VE ENERJİ GERİ KAZANIMI 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. SPIRAX INTERVALF 22
Kazanın verimi, buhar dağıtım hatlarının dizaynı ve buhar cihazlarının sağlıklı çalışıp çalışmaması enerji tasarrufu açısından önemli konulardır. Ülkemizdeki endüstriyel tesisleri incelediğimizde ortaya çıkan sonuç: İşletmelerin %98 inde %10 ila %40 arasında enerji kaybı olduğudur. % 2 işletmedeki kayıplar ise % 5 in altındadır. 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. SPIRAX INTERVALF 23
Neler yapılabilir? 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. Buhar Kazanları 1.1 Brulör, yanma kayıplarını asgariye indirecek şekilde seçilmeli. 1.2 Kazan içerisindeki boruların üzeri kışır kaplanmamalı. Bunu sağlamak için mutlaka yüzey blöf yapılmalı. 1.1.1 Optimum yanma ile sağlanabilecek tasarruflar Karbon (C) tam olarak yanar ise; 1 kg C + 2,6 kg O 2 3,6 kg CO 2 + 8056 kcal ISI Eğer Karbon (C) tam olarak yanmaz ise; 1 kg C + 1,3 kg O 2 2,3 kg CO 2 + 2417 kcal ISI SPIRAX INTERVALF 24
1.1.2 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. 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 1.2.1 Kazan boruları rının n kireç taşı (kışır) ile kaplanmasının n önlenmesi ile sağlanabilecek tasarruflar 1.2.2 Sıcak cidar kayıplarının önlenmesi ile sağlanabilecek tasarruflar 1.2.3 Kazan blöfü ile dışarı atılan ısının kontrolü ile sağlanabilecek tasarruflar SPIRAX INTERVALF 25
1.2.1 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. Kireç Taşı Kalınlığına Bağlı Olarak Yakıt Miktarındaki Artış Artan Yakıt Miktarı (%) Kireç taşı kalınlığı (mm) 1.2.2 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. SPIRAX INTERVALF 26
1.2.3 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 Otomatik Yüzey Blöf Sistemi Kazan Yüzey Blöfünden Enerji Geri Kazanımı Örnek 10.000 kg/h kapasiteli, 10 barg 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 SPIRAX INTERVALF 27
Kazan Yüzey Blöfünden Enerji Geri Kazanımı Blöf Miktarının Hesaplanması: Blöf Miktarı : F x S B - F F: Besi suyu TDS değeri B: İstenilen kazan suyu TDS değeri S: Kazan kapasitesi Kazan Yüzey Blöfünden Enerji Geri Kazanımı Mevcut durumda manuel olarak yapılan blöf ile kazandaki iletkenlik 3720 µs/cm dir cm dir. Bu durumda yapılan blöf miktarı; 485 x 10.000 = 1.500 kg/h olarak hesaplanır. (3.720-485) Kazan Yüzey Blöfünden Enerji Geri Kazanımı Otomatik yüzey blöf sistemi ile hedeflenen 6000µS/cm iletkenliği sağlamak için yapılaması gereken blöf miktarı; 485 x 10.000 = 880 kg/h (6.000-485) Fazladan yapılan blöf miktarı: 1.500 880= 620 kg/h SPIRAX INTERVALF 28
Kazan Yüzey Blöfünden Enerji Geri Kazanımı Fazla yapılan blöften dolayı kayıplar Günlük Su Kaybı: 620 kg/h x 24 = 14.880 kg/gün (14,88 ton/gün) Suyun ton maliyeti 1,21 $ olduğu kabul edilerek; 14,88 ton/gün x 1,21 $/ton = 18 $/gün Kazan Yüzey Blöfünden Enerji Geri Kazanımı İşletmede 880 kg/h blöf yapılması gerekirken 1500 kg/h blöf yapılmaktadır. Fazladan blöf edilen kazan suyu debisi : 620 kg/h 10 barg doymuş su entalpisi : 782 kj/kg 20 o C su entalpisi : 84 kj/kg Fazladan atılan enerji(782-84)*62084)*620 : 432.760 kj/h (Yakıt: Doğalgaz, Kazan verimi: %90) Fazladan atılan enerjinin yakıt karşılığı; = 432.760 kj/h = 13,92 m 3 /h doğal gaz 0,9 * 34540 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 Kazan Yüzey Blöfünden Enerji Geri Kazanımı 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 18 + 137 + 15 = 170 $/gün Aylık kayıp miktarı: 170 $/gün x 30 gün = 5.100 $/ay SPIRAX INTERVALF 29
2. Atık ısıdan geri kazanım 2.1. Baca gazından enerji geri kazanımı 2.2. Kirli atık sıcak sudan enerji geri kazanımı 2.1. Baca gazından geri kazanım 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. SPIRAX INTERVALF 30
2.1. Baca gazından geri kazanım Örnek 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. 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 ortalama 60 70 ºC arasındadır. Söz konusu sıcak su bir eşanjör yardımıyla temiz soğuk suyun ısıtılmasında kullanılabilir. SPIRAX INTERVALF 31
3. Kondensin Geri Döndürülmesi Geri döndürülmeyen kondensle atılan enerji Enerji (yakıt) kaybı Su kaybı Suyun saflaştırılma (kimyasal) maliyeti Kondens Kirlilik Kontrol Cihazı 4. Buhar Kaçaklarının Önlenmesi Kondenstop nedir? Türleri: Termodinamik Şamandralı Ters Kovalı Termostatik Seçimi: Kullanıldığı üniteye göredir SPIRAX INTERVALF 32
4.1 Kondenstoplardaki Buhar Kaçakları Kondenstop neden buhar kaçırır? Malzeme özelliği ve yapısı İşçilik hataları Pislik etkisiyle Zamanla meydana gelen aşınma Buhar kaçıran bir kondenstop yakıt kaybına neden olur. Kondenstop Kontrol Sistemi SPIRAX INTERVALF 33
Buhar Kaçaklarının Önlenmesi Örnek 1 çapındaki kondenstop 6 bar da buhar kaçırır ise yıllık 70 ton(70.000 kg) fuel oil kaybına neden olur. Yani yıllık 70.000 kg x 0,8983 TL/kg = 62.881 TL Fuel oil No.6 fiyatı 0,8983 TL/kg (Mart 2009) 5. Flaş Buhar ile enerji geri kazanımı Yüksek basınç ve sıcaklıktaki bir su daha düşük basınca açıldığı zaman oluşan buhara Flaş Buhar denir. Genellikle, atmosferik kondens tanklarının havalıklarından veya açığa tahliye edilen kondenstopların çıkışlarından tüten buhar olarak tanımlanır. Flaş Buhar Miktarının Hesaplanması 7 7 bar basınçta çalışan bir proseste buhar yoğuşup kondens formuna döndüğünde oluşan kondens 7 bar basınçta doymuş suyun entalpisine sahiptir. h f = 721,56 kj/kg (Buhar tablolarından 7 bar) Bu kondens atmosferik bir kondens tankına boşaltılır ise bünyesinde tutabileceği enerji 0 bar basınçta doymuş suyun entalpisi kadardır. h f = 419,1 kj/kg (Buhar tablolarından 0 bar) Aradaki entalpi farkı bir miktar kondensi buharlaştırır. Oluşan bu buhara Flaş Buhar denir. SPIRAX INTERVALF 34
Flaş Buhar Miktarının Hesaplanması Entalpi farkı (h f7bar h f0bar ) 721,56 kj/kg 419,1 kj/kg= 302,46 kj/kg 0 bar daki buharlaşma entalpisi h fg = 2256,66 kj/kg Flaş buhar oranı 302,46 kj/kg x 100 = 0,134 (%13,4) 2256,66 kj/kg Flaş Buhar Tankı Flaş Buhar Çıkışı Flaş buhar Kondens girişi Kondens Kondens Çıkışı SPIRAX INTERVALF 35
Kazan Yüzey Blöf Sisteminden Isı Geri Kazanımı Kazan Yüzey Blöf Sisteminden Isı Geri Kazanımı Örnek Kazan blöf miktarı Buhar basıncı Flaş buhar basıncı = 1.111 kg/h = 7 bar g = 0,5 bar Elde edilecek flaş buhar ile sağlanacak tasarruf miktarı nedir? Kazan Yüzey Blöf Sisteminden Isı Geri Kazanımı 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 0,5 bar da buharlaşma entalpisi = 2.225,6 kj/kg SPIRAX INTERVALF 36
Kazan Yüzey Blöf Sisteminden Isı Geri Kazanımı Flaş buhar oranı = 253,1 kj/kg = 0,1137 2225,6 kj/kg Elde edilecek flaş buhar miktarı= 1111 kg/h x 0,114 = 126,3 kg/h 1 ton buharın maliyeti yaklaşık 38 US$ (Doğalgaz) Flaş buhar kullanımı ile 1 ayda sağlanacak tasarruf tutarı: 126,3 kg/h x 24h x 30gün x 38 US$/ton = 3.455 $ 1000 Kondensten Flaş Buhar Üretimi Örnek 8 bar basınçta çalışan toplam 5600 kg/h kondens dönüşü olan bir işletmede geri dönen kondensten flaş buhar elde edilerek kullanılması durumunda sağlanacak kazanç; Buhar basıncı : 8 bar Flaş buhar basıncı : 0,5 bar 8 bar da kondensin entalpisi : 743 kj/kg 0,5 bar da kondensin entalpisi : 468,3 kj/kg 0,5 bar da buharlaşma entalpisi : 2225,6 kj/kg Açığa çıkan enerji : 274,7 kj/kg Flaş Buhar yüzdesi : % 12,3 SPIRAX INTERVALF 37
Flaş buhar kullanılması ile sağlanan enerji tasarrufu Flaş buhar miktarı : %12,3 x 5.600 kg = 688,8 kg/h Buhar maliyeti yaklaşık 38 US$/ton (Doğal gaz ) Flaş buhar kullanımı ile 1 ayda sağlanacak tasarruf tutarı: 688,8 kg/h x 24h x 20 gün x 32 US$ = 10.580 $ 1000 (Ayda 20 gün çalışıldığı kabul edilmiştir.) 6. Yalıtım 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 İyileştirmeler Atık Isıdan Geri Kazanım Kondensin Geri Döndürülmesi Kondenstop Kaçaklarının Önlenmesi Flaş Buhardan Enerji Geri Kazanımı İzolasyon çalışmaları ile işletmelerinizde önemli oranda enerji tasarrufu sağlanması mümkün olacaktır. SPIRAX INTERVALF 38
İLGİNİZ İÇİN TEŞEKKÜR EDERİZ. SPIRAX INTERVALF 39