Kars Şeker Fabrikasının enerji verimliliğinin analizi ve iyileştirilmesine yönelik girişimler
An analysis on the energy efficiency of Kars Sugar Factory and attempts towards its enhancement
Yazar: AHMET KOYUNCU
Danışman: PROF. DR. İSMAİL SOLMAZ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Ekserji analizi = Exergy analysis ; Enerji verimliliği = Energy efficiency ; Kojenerasyon = Cogeneration ; Termodinamik analiz = Thermodynamic analysis ; Termodinamik çevrim = Thermodynamic cycle ; Türkiye Şeker Fabrikaları = Turkey Sugar Factories ; Şeker fabrikaları = Sugar factories

Özet:
Amaç: Kars Şeker Fabrikası kojenerasyon sistemini oluşturan buhar kazanlarının ve buhar türbinin termodinamik analizleri yapılarak enerji ve ekserji verimliliklerinin değerlendirilmesi ve tasarlanan yeni girişimlerle enerji kayıplarının önüne geçilmesi amaçlanmıştır.

Yöntem: Çalışmada, termodinamiğin birinci ve ikinci yasaları kapsamında kojenerasyon sisteminin enerji ve ekserji analizleri yapılmıştır. Ayrıca, buhar hatlarının yalıtılmasıyla enerji kayıplarının önlenmesi ve bu sayede yakıttan yapılabilecek yıllık tasarruf değerlendirilmiştir. Diğer taraftan şeker üretimi döneminde tesisin pancar işleme kapasitesinin artırılması maksadıyla mevcut kojenerasyon sistemine ısınma kazanının dahil edilmesi ve bu girişimin etkileri çalışılmıştır.

Bulgular: Kars Şeker Fabrikası 2021-2022 yılı kampanya dönemi teknik raporundan alınan verilerle kojenerasyon tesisinin termodinamik analizleri yapılmıştır. Buhar kazanlarının termodinamiğin birinci yasasına göre enerji verimliliği % 88, termodinamiğin ikinci yasasına göre ekserji verimliliği ise % 46 olarak hesaplanmıştır. Yine kojenerasyon tesisine ait buhar türbinin termodinamiğin birinci yasasına göre enerji verimliliği % 80, termodinamiğin ikinci yasasına göre ekserji verimliliği ise % 57 olarak bulunmuştur. Kars Şeker Fabrikası kojenerasyon tesisinin enerjiden yararlanma oranı ise % 87 olarak tespit edilmiştir. Buhar hatlarının yalıtılmasıyla yıllık 9,6417 ton yakıt tasarrufu sağlanmıştır. Aynı zamanda ısınma kazanının mevcut kojenerasyon sistemine dâhil edilmesiyle de yıllık 189,32 ton yakıt tasarrufu edilmiştir.

Sonuçlar: Kars Şeker Fabrikası kojenerasyon tesisi için yapılan termodinamik analizler neticesinde en yüksek enerji verimi buhar kazanlarında olmasına rağmen en düşük ekserji verimi yine buhar kazanlarında olduğu görülmüştür. Yapılan çalışma ile ekserji analizinin, enerji analizine göre daha gerçekçi bir yöntem olduğu tespit edilmiştir. Ekserji kayıplarının azaltılmasıyla sistemin verimi olumlu yönde etkilenecektir. Tasarlanan yeni girişimlerle Kars Şeker Fabrikasının yıllık yakıt tüketim miktarı düşürülecek olup fabrikanın enerji giderlerinde de tasarruf sağlanacaktır.

Anahtar Kelimeler: Enerji verimliliği, Kojenerasyon, Şeker fabrikası, Ekserji analizi, Termodinamik analiz 
Haziran 2022, 71 sayfa

Abstract:
Purpose: The aim of this thesis study is both to evaluate the energy and exergy efficiency by performing the thermodynamic analyzes of steam boilers and steam turbine that constituting the cogeneration system of Kars Sugar Factory and to prevent energy losses with new attempts designed.

Method: In this thesis study, energy and exergy analyzes of cogeneration system are performed according to the first and second laws of thermodynamics. Also, prevention of energy losses by method of insulating the steam pipes and thanks to this, annual fuel saving is evaluated. On the other hand, increasing of capacity of sugar beet processing during the sugar production period by incorporating the heating boiler into the existing system and effect of this attempt are studied.   

Findings: Thermodynamics analyzes of cogeneration plant are performed with using the data from technical report of Kars Sugar Factory in 2021-2022 year sugar production period. Energy efficiency of steam boilers according to the first law of thermodynamics is calculated as 88 % and exergy efficiency of steam boilers according to the second law of thermodynamics is calculated as 46 %. Additionally, energy efficiency of steam turbine according to the first law of thermodynamics is calculated as 80 % and exergy efficiency of steam turbine according to the second law of thermodynamics is calculated as 57 %. The utilization factor of cogeneration system of Kars Sugar Factory is calculated as 87 %. The quantity of annual fuel saving with insulation of steam pipes is calculated as 9, 6417 tons. At the same time, the quantity of annual fuel saving with incorporating the heating boiler into the existing system is calculated as 189, 32 tons.

Results: According to thermodynamics analyzes of cogeneration system of Kars Sugar Factory, while the highest energy efficiency is occurred in steam boilers, the lowest exergy efficiency is also occurred in steam boilers. In this study, results showed that exergy analysis is the truthful than the energy analysis. In case exergy losses are reduced, efficiency of system will be affected positively. The annual fuel consumption of Kars Sugar Factory is reduced by designed new attempts, which is stated that energy cost of factory will also be reduced.

Keywords: Energy efficiency, Cogeneration, Sugar beet factory, Exergy analysis, Thermodynamics analysis
June 2022, 71 pages