Atık Isı Geri Kazanım Sistemleri

05 Mart 2009 Dergi: Mart-2009

Yaşadığımız global ekonomik kriz, sahip olduğumuz tüm değerleri olabildiği kadar iyi kullanmamız gerektiğini bir kez daha ortaya çıkarmıştır. Zaman, işgücü, hammadde, enerji kaynakları, doğal yapı, sürdürülebilir bir şekilde kullanılırsa insanların yaşam kalitesi yükselirken kaynak israfı da en aza indirilmiş olacaktır. 

1990 yılında GAMA fabrika işçi giriş kapısına astığım “Verimlilik insan mutluluğunun garantisidir” panosu kısa sürede uygulamaya geçmiş, fabrika birim başına harcanan Adam/Saat dünya standartları altına düşmüştü. İnsan gücü verimli kullanılması için yaptığımız çalışmalarda Enerji verimliliği konusunda yeterli çalışma fırsatımız olmamıştı. Küresel ısınma, sera gazı etkileri dünyada yeni yeni konuşulmaya başlamıştı. Ancak Türkiye’de söz konusu bile değildi. İhracat atağına kalkmış ülkede doğanın korunması, enerji tasarrufu gibi sözler kalkınmanın önüne konmak istenen engeller olarak algılanıyordu.

Petrol fiyatları çok yüksek değerlere çıktıktan sonra hızlı bir düşme gösterse de bu değerler bile enerji kullanımında “Verimlilik” kavramının önemini azaltmamıştır. Verimli olmayan enerji kullanımının küresel ısınmaya sebep olduğunu bugün ilkokuldaki öğrencilere bile hatırlatıyor olması, sektörde çalışan mühendislerin ve teknik elemanların konunun önemini anlamasına önemli katkısı olduğunu düşünüyorum.

Yoğuşmalı doğalgaz kazanları dışında tüm yakma sistemlerinde baca gazı sıcaklığı elde edilen sıcak su, buhar, kızgın yağ sıcaklığının 50’C-100’C üzerinde olması proses gereğidir; Demek ki baca gazı sıcaklıkları 180’C-400’C arasında değişmesi kaçınılmazdır. Bu enerji israfıdır. Enerji tasarrufu, enerji ekonomisi, ülkemizdeki toplam enerji tüketiminin % 40’ından fazlasını tüketen sanayimiz için mutlaka ele alınması gereken konuların başında gelmektedir. Burada bacadan atılan enerjilerin geri kazanımı için kullanılan bazı sistemlere değineceğiz.

Baca gazlarında her 20 °C’lik sıcaklık düşüşünün % 1 verim artışı sağladığı öngörülmektedir (1). Bacadan atılan “Atık Isı” kullanılabilir bir enerjidir. Burada “kalite” miktardan çok daha önemlidir çünkü kullanılan yakıttan çok ciddi tasarruf yapılabilmektedir.

Genel olarak  tesislerde baca gazı (atık gaz) sıcaklıkları

Metal ve cam üretim tesislerinde 1000 °C – 1500 °C, Çimento sanayinde 700°C, Yakma tesislerinde 650 °C – 1000 °C, Buhar tesislerinde 230 °C – 480 °C, Gaz türbinlerinde 370 °C-540 °C, Gaz motorlarında 230 °C – 600 °C, Kurutma fırınlarında 230 °C – 650 °C olmaktadır (2).


Atık Isı Geri Kazanım Yöntemleri

Öncelikle dikkat edilmesi gereken Atık gaz, ısı geri kazanımı için kullanılabilir değeri olmasıdır. Kullanılabilir olma değeri baca gazı miktarından daha önemlidir.

A-Rekuperatörler – Bu sistemlerde baca gazı ile hava ısıtılması metal ya da seramik ayırıcılar üzerinden ısı değişimi ile gerçekleşmektedir.

 İç içe geçirilmiş Metal malzemeler kullanılarak ışınım yoluyla havanın ısıtılması sağlanmaktadır. İmalatı ve uygulanması kolaydır.

Bu sistemlerde parçacıklar içermeyen atık gaz mümkün olan en küçük çaplı borulardan geçirilerek ısı transfer yüzey alanı arttırılır;  ısıtılacak akışkan yönlendirici plakalar yoluyla birden fazla geçiş yaparak ısı transfer süresi artırılmış olur. 

Yüksek verimli ısı transferi için tercih edilen bu sistemler hacimsel sıkıntı olmayan tesislerde tercih edilmektedir.

B- Regeneratörler - Yüksek sıcaklık ve büyük kapasiteli sistemlerde, demir- çelik v.b. büyük tesislerde tercih edilmektedir. Toz ve parçacık birikimleri nedeniyle zamanla verimlilik düflüflü görülür ve gazların karıflması önlenemez.

 

C- Isı Boruları - Isı Boruları vakum altında çalıflma sıvısı doldurulmufl iki ucu kapalı metal borudur. Sıcak kesimde kaynayıp buharlaflan çalıflma sıvısı, soğuk bölgeye doğru hareket eder. Soğuk bölgeye geldiğinde taflıdığı ısıyı boru cidarlarından dıfları vererek yoğuflur ve yoğuflma ısısının  ısıtılacak akıflkana geçmesini sağlar. Hiçbir mekanik katkı olmadan düflük basınç altında düflük sıcaklıklarda da buharlaflarak-yoğuflarak doğal ısı pompası olarak çalışır. Isı geri kazanım verimliliği % 80’e kadar çıkar. 30 °C – 1500 °C baca gazı sıcaklıklarına kadar çalıflabilir. Bakırın ilettiğinden 100 kere daha fazla ısı transferi sağlar. 


- Çok hafif bir yapısı vardır. 

- Mekanik bakım, ilave güç kullanımı, soğutma suyu ve yağlama gerektirmez. 

- Dış yüzey kirlenme oranı düflük olduğu için daha düflük fan/pompa motor gücü ile sistem verimliliği yükseltilmiş olur. 

- Boruları birbirlerinden bağımsız çalıfltığı için bir-iki boru da çıkabilecek sorun sistem verimliliğini ve çalıflmasınıetkilemez. 


D- Ekonomizerler - Besi suyu ısıtıcıları düz borulu veya kanatlı borulu olarak imal edilirler.Genellikle kazan besi suyu ön ısıtılmasında kullanılırlar. Besi suyunun 60 °C arttırılması yaklaflık olarak kazanın yakıt giderini %1 azalmaktadır.

Gaz tarafında ısı transfer alanının ısı transferine yeterli düzeyde olması için genellikle kullanılan kanat seçiminin doğru olarak yapılması flarttır. Doğru yapılmayan kanat seçimleri ısı transferine karflı direnç oluflturabilmektedir. Bu seçim yapılırken kanatlı halde elde edilen ısı transferi kanatsız halde elde edilen ısı transfer oranına bakmak gerekir. Bu oran “Kanat Etkinliği” olarak tanımlanmaktadır ve Ek>>2 değerinde olması gerekir. 


Ek= qk / h*Atk*DTt

Ek= Kanat etkenliği

qk= Kanatlı halde ısı transferi

Atk= Kanat taban alanı

DTt= Kanat taban sıcaklık farkı

h= Isı iletim katsayısı

-  Kanat malzemesinin yüksek ısı iletim katsayısı olarak seçilmesi kanat iletkenliğini önemli oranda artırmaktadır. 

-  Kanat etkenliği kanadın çevre uzunluğunun kesit alanına oranının artırılmasıyla doğru oranda artmaktadır. 

-  Kanat aralıklarının düflük olması (birim uzunlukta daha fazla kanat sayısı) kanat etkenliğini arttırmaktadır. Ancak gaz akıflında tıkanmalara sebep olduğu için baca gazı kirlilik oranlarına göre genifl aralıklı (birim uzunlukta da düflük kanat sayısı) seçilmelidir (3-5 mm).


E- Atık sudan geri kazanım sistemleri


F- Atık Isı Kazanları

Özellikle gaz türbinleri ve motorlarından egzozuna veya atık yakma tesislerinin baca çıkışlarına sistem toplam verimliliğini yükselmek amacıyla doymuş ve kızgın buhar elde edilmesi amacıyla yerleştirilir.

Atık Isı Geri kazanım sistemleri seçimi

Termodinamik hesaplamalara göre uygun olsa bile, uygulamada ısı geri kazanım sistemi konusunda kara vermeden önce değerlendirilmesi gereken bazı noktalar:


-Isı geri kazanım sisteminin tasarım ve malzeme olarak mevcut prosese uyumluluğu

-‹lk yatırım maliyeti,

-Elde edilecek ekonomik artı değer,

-Isı geri kazanım sisteminin ekonomik kullanım ömrü,

-Bakım ve temizlik gereksinim sıklığı,

-Kolaylıkla kontrol edilebilir olması

-Üretim zorluğu veya üretilebilir olması

-Toplam ağırlığı ve kullanılan  malzeme miktarı,

-Tesiste kapladığı hacım,

-Mevcut proses sahasında çevresindeki ekipmanlarla şekil olarak uyumluluk


Kaynaklar: 

1- “Energy Efficiency Guide for Industry in Asia,” UNEP 2006 www.energyefficiencyasia.org  Aralık 2008

2- “Heat Exchanger Design Hand Book “ T.Kuppan. 2000

3- “Endüstride Atık Isıdan Geri Kazanım Yöntemleri” semineri. Universal A.fi. Kasım 2007



Etiketler