Hidrojenle zenginleştirilmiş yakma sistemleri ve seramik sektörü uygulaması
The hydrogen enriched-combustion systems and application for ceramic industry
Yazar: OZAN MURAT AYNA
Danışman: YRD. DOÇ. DR. CANAN KANDİLLİ
Uşak Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering
Dizin: Ekserji analizi = Exergy analysis ; Enerji analizi = Energy analysis ; Hidrojen = Hydrogen ; Hidrojen enerjisi = Hydrogen energy ; Seramik endüstrisi = Ceramic industry ; Seramik fırını = Ceramic kiln ; Seramik kaplama malzemeleri = Ceramic covering equipments ; Seramik sektörü = Ceramic sector

Özet:
Pek çok inşaat malzemeleri alt sektörü enerji yoğun proseslere sahiptir. Türkiye'nin enerjide dışa bağımlı olması (petrolün %90'a yakın bir kısmı, doğalgazın %97'si ve kullanılan kömürün %20'si) ve enerji ? yatları açısından dünyadaki en pahalı enerjiyi kullanan ülkeler arasında yer alması, sektörün maliyetlerini oldukça artırmaktadır.Bu alt sektörlerden seramik sektörü, üretim prosesi içindeki pişirme ve kurutma işlemlerinden dolayı, oldukça yoğun enerji tüketen bir sektördür. Seramik sektörünün üretim maliyetleri içinde enerjinin payı diğer sektörlere oranla oldukça yüksektir. Katma değeri en yüksek sektörlerden biri olan seramik kaplama malzemeleri sektöründe enerji için genel maliyet içinde %30 gibi bir oran söz konusudur ki seramik sektöründe enerji fiyatları büyük bir önem taşımaktadır. Temel girdi maliyetleri ana kalem olan sektörde; Türkiye'deki sanayi doğalgaz kullanımının %20'sini, sanayi elektrik kullanımının ise %10'unu oluşturmaktadır.Bu çalışmada, doğalgazla çalışan bir seramik fırınının yakıt sistemine elektrolizle elde edilmiş hidrojenin farklı seramik üretimleri için farklı oranlarda, çok noktadan (her yanma hücresine-brulöre ayrı ayrı) ve tek noktadan (ana doğalgaz hattına doğrudan) ilavesinin verime ve doğalgaz tüketimine etkisinin deneysel sonuçları ile değerlendirilmesi, termodinamik ve ekonomik analizinin gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır.Çalışmada, Uşak ilinde faaliyet gösteren bir seramik fabrikasında bulunan 102 brülör içeren seramik fırınında hidrojenle zenginleştirilmiş doğalgaz yanma deneyleri gerçekleştirilmiş, birinci ve ikinci yasayı kapsayan enerji ve ekserji analizi ortaya konmuş, ?Net Bugünkü Değer? yöntemi izlenerek sistem ekonomik açıdan değerlendirilmiştir.40x40 yer karosu pişirme prosesinde minimum doğalgaz tüketiminin gerçekleştiği optimum hidrojen debisi; çoklu nokta enjeksiyonu için 1,0752 kg/h, tek noktadan enjeksiyon içinse 1,1592 kg/h olup, enerji ve ekserji verimliliği sırasıyla çoklu nokta enjeksiyonu için %63,13 ve %43,12, tek nokta içinse %62,63 ve %42,74'tür.25x40 yer karosu pişirme prosesinde minimum doğalgaz tüketiminin gerçekleştiği optimum hidrojen debisi ise ; çoklu nokta enjeksiyonu için 0,756 kg/h, tek noktadan enjeksiyon içinse 0,9576 kg/h olup, enerji ve ekserji verimliliği sırasıyla çoklu nokta enjeksiyonu için %65,08 ve %41,72, tek nokta içinse %63,53 ve %40,55'tir.Çalışma sonucunda hidrojenle zenginleştirme sisteminin ortalama 3. aydan itibaren yatırım maliyetini geri ödeyen verimli bir sistem olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Many building materials sub-sector has energy-intensive processes. To be dependent on foreign energy (a portion close to 90% of oil, 97% of natural gas and 20% of coal) and Turkey in terms of energy prices to be among the countries using the world's most expensive energy, greatly increase the costs of the sector. The ceramic industry sub-sectors, due to firing and drying process in the production line, are very high energy consuming sectors .The share of energy in the ceramic industry of the production costs are very high, compared to other sectors. One of the sectors with the highest added value, for the overall cost of ceramic production,the energy has a proportion of 30% as energy prices has great importance in the ceramic industry. Basic input costs, which is the main item in this industry that,in Turkey 20% industrial natural gas usage, and 10% industrial electricity usage are belong to ceramic industry.Optimum hydrogen flow rates were determined as 1,0752 kg/h and 1,1592 kg/h for multiple-point and single-point applications respectively. Energy efficiencies were found as 63,13% and 62,63% and exergy efficiencies were reached as 43,12% and 42,74% for multiple-point and single-point applications respectively for 40X40 ceramic tile production at the optimum hydrogen mass flow rate for the minimum natural gas consumption.Optimum hydrogen flow rates were determined as 0,756 kg/h and 0,9576 kg/h for multiple-point and single-point applications respectively. Energy efficiencies were found as 65,08% and 63,53% and exergy efficiencies were reached as 41,72% and 40,55% for multiple-point and single-point applications respectively for 25X40 ceramic tile production at the optimum hydrogen mass flow rate for the minimum natural gas consumption. It is concluded that the hydrogen enrichment system has a short payback time after the first three months of operation in the present study.