Alçı üretimi yapan bir tesisin enerji ekserji ve eksergoekonomik analiz yöntemiyle performansının değerlendirilmesi
Performance evaluation of a plaster production plant using energy exergy and exergoeconomics analyses
Yazar: MERT GÜRTÜRK
Danışman: PROF. DR. HAKAN FEHMİ ÖZTOP
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu tez kapsamında, alçı üretimi yapan bir fabrikada ısıl işlemlerin gerçekleştiriği endüstriyel fırınların termodinamik ve döner fırının sayısal analizleri gerçekleştirilmiştir. Enerji, ekserji ve eksergoekonomik analiz yöntemleri, söz konusu işletmede bulunan perlit patlatma ve döner fırın proseslerine uygulanmıştır. Bu analizlere ilave olarak, döner fırının sayısal analizleri gerçekleştirilmiştir. 
İşletmedeki perlit fırını, yapılan bir ön analiz ile yeni bir perlit fırını ile değiştirilmiştir. Analizlerde eski ve yeni perlit fırını olarak adlandırılak, elde edilen sonuçlar tartışılmıştır. Eski perlit genleştirme fırınının enerji verimi % 66 iken, ekserji verimi ise % 26 olarak hesaplanmıştır. Yeni perlit fırının enerji verimi % 69, ekserji verimi ise % 37 olarak hesaplanmıştır. Döner fırının enerji verimi  % 69 olarak belirlenmiştir. Döner fırının ekserji verimi ise % 16 olarak hesaplanmıştır. Doğal gazın birim ekserji maliyeti, eski perlit fırını için 13.601 $/GJ, yeni perlit fırını için 12.345 $/GJ olarak hesaplanmıştır. Her iki fırına giren yakıt ekserji maliyetleri, sırası ile 57.287 $/h ve 53.651 $/h olarak hesaplanmıştır. Ekserji kavramı temelinde üretim maliyeti, eski perlit fırını için 0.153 $/kg iken yeni perlit için 0.100 $/kg olarak hesaplanmıştır. Eski perlit fırınının eksergoekonomik faktörü % 45 iken, yeni perlit fırınının eksergoekonomik faktörü % 70 olarak hesaplanmıştır. Döner fırında tüketilen doğal gazın birim ekserji maliyeti 13.7606 $/GJ iken, ekserji maliyeti 218.1457 $/h olarak hesaplanmıştır. Döner fırının eksergoekonomik faktörü % 70 olarak hesaplanmıştır. Alçı tozunun üretim maliyeti, 0.03097 $/kg olarak belirlenmiştir. Döner fırının sayısal modellemesinden elde edilen sonuçlar gösteriştir ki, mevcut çalışma koşulları için döner fırın içerisindeki en yüksek sıcaklık 1868.64 K değerine ulaşmıştır. İkinci analizden elde edilen analizler göstermiştir ki, döner fırın içerisindeki en yüksek sıcaklık 2437.77 K değerine ulaşmıştır. Yeni, eski perlit fırınlarının ve döner fırının enerji ve ekserji analizleri göstermiştir ki, analizlerde göz önüne alınan proseslerden yüksek miktarlarda enerji verimliliği sağlanabilir. 
Ekserji analizlerinden elde edilen bulgular, eksergoekonomik analizden elde edilen bulgular ile de desteklenmiştir. Döner fırının gerçekleştirilen sayısal analizleri ile verimsiz çalışma koşullarında çalıştığı ortaya koyulmuştur.

Abstract:
In this thesis, thermodynamic analysis of endustrial furnaces, in which heat treatments have been done, in stalled in a plaster production factory and CFD analysis of a rotary kiln were made. Energy, exergy and exergoeconomic analysis methods were applied to the perlite furnaces and rotary kiln processes. In addition to these analyses, CDF analyses of the rotary kiln were performed. 
Energy and exergy efficiencies of the former perlite expansion furnace were determined to be 66 % and 26 %, respectively. The energy and exergy efficiency values for the new perlite expanssion furnace were calculated to be 69 % and 37 %, respectively. The energy and exergy efficiencies of the rotary kiln were obtained as 69 % and 16 %, respectively. The cost per unit of exergy of the natural gas was 13.601 US$/GJ for the former perlite expannsion furnace (FPEF) and 12.345 US$/GJ for the new perlite expansion furnace (NPEF). The fuel exergy costs entering the FPEF and NPEF were 57.287 US$/h and 53.651 US$/h. The production costs based on exergy and the exergoeconomic factor of the FPEF are calculated to be 0.153 US$/kg and 45 % while those of the NPEF were obtained to be 0.100 US$/kg and 70 %, respectively. The cost per unit of exergy of the natural gas consumed in the rotary kiln was 13.7606 US$/GJ. The fuel exergy cost entering the rotary kiln was 218.1457 US$/h. The CFD analysis shows that the maximum temperature was 1868.64 K in the current working conditions. Based on the second CFD analysis, that maximum temperature was 2437.77 K in the second situation which created being cut with flue gas recirculation and removal of part which was the gypsum entry into the furnace. Second working conditions were better than those of current working conditions of the rotary kiln according to the gas velocity distribution in the furnace. 
Energy and exergy analyses of the former, the new perlite expansion furnaces and the rotary kiln have shown that high amounts of energy efficiency could be obtained from these furnaces. The findings obtained from the exergy analysis were supported by the findings of exergoeconomic analysis. It was concluded that the rotary kiln was operated under inefficiencies conditions based on its CFD analysis results.