Çimento sektöründe WHR (atık ısı geri kazanım) uygulaması ile ekserji analizi ve örnek bir uygulama
Exergy analysis and a sample application with WHR (waste heat recovery) application in cement industry
Yazar: MURAT YANGEÇ
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ACAR
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Atık ısı = Waste heat ; Ekserji = Exergy ; Enerji = Energy ; Yeniden kazanma = Recycling ; Çimento = Cement

Özet:
Bu tez çalışmasında örnek bir çimento fabrikasının WHR sisteminden sayısal veriler alınarak ekserji analizi, enerji kayıpları ve ana ekipmanların verimleri hesaplanmıştır. WHR sisteminin bünyesinde yer alan AQC ve SP kazanlarının giriş ve çıkış verileri hesaplamalarda kullanılmıştır. WHR sisteminin kurulmasıyla fabrika bacasından atılan atık ısının elektrik enerjisine dönüştürülerek fabrika enerji ihtiyacında kullanımı sağlanmıştır, aynı zamanda çimento sanayisi ve enerji verimliliği üzerindeki etkileri incelenmiştir. Sistemin akış ekserjisi 26590,5 kW, toplam ekserji verimi de %47,4 hesaplanmıştır. WHR sisteminin toplam ekserjisinin %96'sını AQC ve SP kazanları oluşturmaktadır. Sistemde 2 adet AQC, 3 adet SP kazanı bulunmaktadır. 1 adet AQC ve 1 adet SP kazanı bir hatta, 1 adet AQC kazanı ve 2 adet SP kazanı diğer çimento hattı üzerinde çalışmaktadır. AQC kazanların verimlerinin SP kazanlarına göre veriminin yüksek olduğu tespit edilmiştir. Yapılan hesaplamaların sonucundaki sayısal veriler, bulgular, öneriler WHR sisteminin olduğu veya olmadığı çimento fabrikaları için bir referans olacak olup yeni yatırım ya da revizyon ihtiyaçlarına yardımcı olacaktır.
Ekserji analizi, enerji kayıpları ve verimlilik hesaplarının yanısıra çimento bacalarından çıkarak atmosfere yayılıp sera etkisine neden olan atık ısıların CO2 emisyon azaltım miktarları da yıl yıl sayısal olarak hesaplanmıştır.
Yapılan hesaplama sonucu WHR sistemi 2015 ile 2020 yılları arasında toplam 130216 ton, ortalama yıllık 21702 ton CO2 emisyon azaltımı sağlamıştır. Oluşan atık sularının ekolojiye zarar veren bir etkisinin olmadığı görülmüştür. Çevre kirliliği de önemli ölçüde azaltılmıştır.

Abstract:
In this thesis study, exergy analysis, energy losses and efficiency of main equipment were calculated by taking numerical data from the WHR system of a sample cement factory. The input and output data of the AQC and SP boilers within the WHR system are used in the calculations. With the establishment of the WHR system, the waste heat discharged from the factory chimney was converted into electrical energy and used in the factory's energy needs. At the same time, its effects on the cement industry and energy efficiency were examined. The flow exergy of the system is calculated as 26590.5 kW and the total exergy efficiency is 47.4%. AQC and SP boilers constitute 96% of the total exergy of the WHR system. There are 2 AQC and 3 SP boilers in the system. 1 AQC and 1 SP boiler work on one line, 1 AQC boiler and 2 SP boilers work on the other cement line. It has been determined that the efficiency of AQC boilers is higher than SP boilers. The numerical data, findings and recommendations as a result of the calculations will be a reference for cement factories with or without WHR system and will help new investment or revision needs.
In addition to the exergy analysis, energy losses and efficiency calculations, the CO2 emission reduction amounts of the waste heat that emitted from the cement chimneys and spread to the atmosphere and cause the greenhouse effect were also calculated numerically year by year.
As a result of the calculations, the WHR system achieved a total CO2 emission reduction of 130216 tons and an annual average of 21702 tons of CO2 between 2015 and 2020. It has been observed that the resulting wastewater does not have any harmful effect on ecology. Environmental pollution has also been significantly reduced.