Yanma gazından atık ısı geri kazanımının ekonomik analizi
Economic analysis of waste heat recovery from flue gas
Yazar: UĞUR ÇAKIR
Danışman: PROF. DR. NECDET ÖZBALTA
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Enerji konusu, ülkelerin gündeminde en üst sıralarda yer almakta, sürdürülebilir enerji, sürdürülebilir çevre ve ekonomi ile birlikte sürdürülebilir kalkınmanın önemli bir unsuru olarak değerlendirilmektedir. Sürdürülebilir enerji yaklaşımı, gereksinim duyulan enerjinin en az finansmanla, en az çevresel ve sosyal maliyetle ve kesintisiz olarak teminini sağlayacak politika, teknoloji ve uygulamaları kapsamaktadır. Bu kapsamda; enerjinin etkin kullanımı ve enerji tasarrufu, enerji üretimi ve kullanımında çevrede meydana gelebilecek olumsuz etkilerin ve kirlenmenin en aza indirilmesi amacıyla çevre dostu enerji stratejilerinin geliştirilmesi, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının arttırılması ve bu alandaki teknoloji yeteneğinin yükseltilmesi önem kazanmaktadır. Enerjini etkin kullanımı, refah seviyesinden fedakârlık yapmaksızın, kalite ve performansı düşürmeden bir mal veya hizmet etmek için gerekli olan enerji miktarının azaltılmasıdır. Enerjinin etkin kullanımı sonucunda sağlanacak enerji tasarrufu, daha hızlı ve ucuza elde edilebilen bir enerji kaynağıdır. Tüm Dünya'da enerjinin etkin kullanımının takip ve karşılaştırılmasında "Enerji yoğunluğu" yaygın olarak kullanılan bir kriter olup, gayri safi yurtiçi hasıla başına tüketilen birincil enerji miktarını oranı olarak tanımlanmaktadır. Genellikle 1000$'lık hasıla başına tüketilen TEP miktarı olarak gösterilen enerji yoğunluğu bir ülkede ne kadar düşükse, o ülkede birim hasıla başına üretmek için harcanan enerji o kadar düşük demektir ki bu da enerjinin verimli kullanıldığını işaret etmektedir. Ülkemizin enerji yoğunluğu OECD ortalamasının iki katı ve halen kişi başına enerji tüketimi OECD ortalamasının dörtte biri civarındadır. Gelişmiş ülkelerde enerji yoğunluğu alınan önlemlerle düşüş eğiliminde olmasına karşın, ülkemizde ise artış eğilimindedir. Tüm sektörlerde büyük bir tasarruf potansiyeli bulunmaktadır.
Bu çalışmada Dünya'nın çeşitli bölgelerinde yer alan endüstriyel tesislerde uygulanmış olan enerji tasarruf çalışmaları incelenmiş, atık ısı geri kazanım sistem ve ekipmanları tanıtılmıştır.
Kays And London'ın kompakt ısı değiştiricileriyle ilgili çalışmaları incelenmiş, İzmir'de bir firmada uygulanması planlanan atık ısı geri kazanım sistemi projelendirilerek offset kanatlı ısı değiştiricileri için tasarım hesaplamaları yapılmıştır. Tasarım hesaplamaları sonucunda en verimli model olarak Kays and London'ın hem sıcak akışkan hem soğuk akışkan tarafı için 1/8-20,06(D) modeli seçilmiştir. Sonra bu model üzerinde kanat yüksekliği, kanat kalınlığı, kanat yoğunluğu gibi geometrik boyutlar değiştirilerek bu değişimlerin ısı değiştirici üzerindeki verimlilik etkileri incelenmiştir.En uygun kanat yoğunluğu 1054 m-1, kanat kalınlığı 0,2 mm,kanat yüksekliği 3,2 mm olarak bulunmuştur. Projenin maliyet analizi geri ödeme süresi metodu ve net bugünkü değer metodu kullanılarak yapılmıştır. Projenin 4.yılda karlı duruma geçtiği bulunmuştur.

Abstract:
The issue of energy is at the top of the agenda of the countries and is considered as an important element of sustainable development along with sustainable energy, sustainable environment and economy. The sustainable energy approach encompasses policies, technologies and practices that will ensure the uninterrupted supply of needed energy with minimum financing, minimum environmental and social costs. In this context; It is important to develop environmentally friendly energy strategies in order to minimize the negative effects and pollution that may occur in the environment in terms of efficient use of energy and energy saving, energy production and usage, increasing the use of renewable energy resources and increasing the technology capability in this field. Efficient use of energy is the reduction of the amount of energy required to serve a good or service without sacrificing the level of prosperity, without degrading quality and performance. The energy saving to be achieved as a result of the efficient use of energy is an energy source that can be obtained faster and cheaper. "Energy density" bir is a widely used criterion for monitoring and comparing the effective use of energy all over the world and is defined as the ratio of primary energy consumed per gross domestic product. The lower the energy density, usually shown as the amount of TEP consumed per $ 1000 output, the lower the energy spent per unit of output in a country, indicating that energy is being used efficiently. The energy density of our country is twice the OECD average and still per capita energy consumption is around one quarter of the OECD average. Although the energy density in developed countries tends to decrease with the measures taken, it tends to increase in our country. There is a great saving potential in all sectors.
In this study, energy saving studies applied in industrial facilities in various regions of the world were examined, waste heat recovery systems and equipment were introduced.

The studies of Kays And London on compact heat exchangers were examined and design calculations were made for offset finned heat exchangers by designing the waste heat recovery system planned to be implemented in a company in İzmir. As a result of the design calculations, 1/8-20,06 (D) model was chosen as the most efficient model for both hot and cold fluid sides of Kays and London. Then, the geometric dimensions such as fin height, fin thickness and fin density were changed on this model and the efficiency effects of these changes on the heat exchanger were examined. The most suitable fin density was 1054 m-1, fin thickness was 0.2 mm and fin height was 3.2 mm. The cost analysis of the project was made using the repayment period method and net present value method. The project was found to be profitable in the 4th year.