Çimento üretim sistemlerinin termodinamik analizi ve iyileştirilmesi
Thermodynamic analysis and improvement of cement productions systems
Yazar: MEHMET ALTINKAYNAK
Danışman: PROF. DR. ALİ KEMAL YAKUT
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Çimento üretim prosesleri, dünyada yoğun güç tüketiminin ve dolayısıyla yüksek
miktarda emisyon gazlarının açığa çıktığı tesislerden biridir. Gelişmiş ve
gelişmekte olan tüm ülkeler, enerji verimliliğinin arttırılması buna bağlı olarak
da gaz emisyonların azaltılması yönünde enerji politikalarına
odaklanmaktadırlar.
Bu tezde, iki adet klinker üretim hattına sahip bir çimento fabrikasına ait enerji,
kütle, entropi ve ekserji denge denklemeleri verilmiştir. İlk klinker üretim hattı;
Sistem 1 olarak adlandırılan, bir adet farin değirmeninden, siklondan, döner
fırından ve soğutma ünitesinden oluşmaktadır. Sistem 2 olarak adlandırılan
ikinci klinker üretim hattında ise; iki adet farin değirmeni, iki adet ön ısıtıcı
sikloni bir adet döner fırın ve soğutma ünitesi bulunmaktadır. Sistem 1 ve Sistem
2 klinker üretim hatlarına termodinamiğin I. ve II. yasası uygulanmıştır. Klinker
üretim hatları için enerji potansiyel noktaları ön ısıtıcı siklonların ve soğutma
ünitesi filte çıkışları olarak belirlenmiştir. İlk klinker üretim hattına (Sistem 1) iki
adet ısı değiştiricisi, ikinci klinker üretim hattına (Sistem 2) ise üç adet ısı
değiştiricisi yerleştirilmiş ve güç üretimi için Rankine çevrimi oluşturulmuştur.
Bu Rankine çevriminin yerleşimine Sistem 3 adı verilmiştir.
Çimento fabrikasınında bulunan tüm ekipmanların enerji verimliliği, ekserji
verimliliği ve ekserji yıkımı hesaplanmış, ayrıca döner fırın sıcaklığına,
hammadde kütle akış hızına ve kömürün kimyasal özellikleri üzerine parametrik
çalışmalar da yapılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Enerji, ekserji, çimento, döner fırın, Rankine çevrimi.

Abstract:
The cement production process is one of the most power‐intensive the highest
harmful gas emission process in the world. The energy policies of many
development and under developing countries focus on increasing energy
efficiency in the industry, which in turn, causes to decrease harmful gas
emissions.
In this thesis, the energy, mass, entropy and exergy balance equations are given
for two clinker production line in a cement plant. The first clinker production line,
which called as System 1, consist of a raw material mill, a cyclone process, a rotary
kiln and a cooler unit. In other hand, the second clinker production line, which
called as System 2, consist of two raw material mills, two cyclone processes, a
rotary kiln and a cooler unit. In order to determine the waste heat in this cement
plant, thermodynamic analysis view point has applied to each components of
system 1 and 2. The power generation potential points for clinker production
lines has defined for the cyclone processes and cooling units output gaseous. Two
heat exchanger units in first clinker production line (System 1) and three heat
exchanger units in second clinker production line (System 2) are integrated to
generate power by using Rankine cycle. In this thesis, this novel integrated
system is called as System 3. Also, the parametric studies are investigated to
determine the effects of different design variables, such as rotary kiln
temperature and raw material mass flow rate, and feedstock coal chemical
properties and varying of ambient temperature on the energy efficiency, exergy
efficiency and exergy destruction rate of cement plant components.

Keywords: Energy, exergy, cement, rotary kiln, Rankine cycle.