Seramik sektöründe pişirme fırın atık ısılarının püskürtmeli kurutucularda geri kazanımı
Recovery of furnace waste heats in spray dryers and the importance of automation systems in ceramic industry
Yazar: SONER YILMAZ
Danışman: PROF. DR. SEZAYİ YILMAZ
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu çalışmada, seramik sektöründe yoğun olarak kullanılan ısı enerjinin daha verimli kullanılması amaçlanmıştır. Isıl prosesler sonrasında meydana gelen atıl ısıların sisteme tekrar kazandırılarak elde edilecek enerji kazanımları için yapılması gereken ısı geri kazanım sistemlerinin uygulanması için gereken aşamalar araştırılmıştır. Yüksek termal enerji süreçleri çoğunlukla yüksek termal kayıplarla ilişkilendirilir (genellikle atık ısı olarak adlandırılır), bu da atık ısı geri kazanımı stratejilerine olan ihtiyacı ortaya çıkarmaktadır. Bu nedenle endüstriyel termal uygulamalarda, yani enerjiyi yoğun kullanan proseslerde enerji verimliliğini artırmak için uygun bir çözüm olarak tanımlanmıştır. Seramik sektörü, temel olarak pişirme, kurutma ve püskürterek kurutma için gereken yakıt tüketimi nedeniyle atık ısı geri kazanım sistemleri için elverişlidir.  Bu çalışma, seramik sektöründe uygulanan atık ısı geri kazanım uygulamalarının geliştirilmesi planlanmıştır. Enerji verimliliğinin, yüksek verimli brülörlerde %10-20'ye varan oranlarda tasarruf sağladığı; sıcak hava geri dönüşüm  
çözümleri için %15- %40 ve kojenerasyon için gaz türbinleri düşünüldüğünde %30 enerji tasarrufu sağlanmaktadır.

 Bu, enerji tasarrufunu ve karbon emisyonlarının azaltılmasını teşvik etmek için önemli potansiyele sahip teknolojilere ve stratejilere odaklanılmaktadır. Burada asıl amaç %70 oranında dışa bağımlı olduğumuz enerji konusunda bağımlılığı azaltabilmek ve dolaylı olarak seramik üretimi için gerekli birim enerji maliyetini düşürerek dış piyasa ile rekabet gücünü artırabilmektir. Bunun için özellikle otomasyon sistemlerinin entegrasyonu ile planlanan tasarruf ve verimlilik konusunda sağlanan kazanımlar için, ihtiyaç duyulan insan gücü parametresi yerine otomasyon sistemleri ile teknolojik olarak sistemlerin verimleri en üst noktalara çıkarma potansiyeli incelenmiş ve değerlendirilmiştir.

Fırın atık bacalarında yapılan ölçümler üzerinden yapılan hesaplamalar ile sadece püskürtmeli kurutucular için gerekli olan 150.000 m3/h debi ve 176 °C sıcaklığındaki karışım havası sisteme entegre edilmiştir. Yapılan bu ısı geri kazanım sonucunda 3 adet püskürtmeli kurutucu toplam 1220 Sm3/h doğalgaz tüketimi üzerinden 338 Sm3/h doğalgaz tasarruf sağlanarak, enerji maliyetlerinde %27' ye varan tasarruf sağlanmıştır.

Abstract:
In this study, the stages that need to be implemented as a whole from the beginning to the end of the heat recovery systems, which should be made for the more efficient use of the thermal energy, which is used extensively in the ceramic industry, and the energy gains to be obtained by reintroducing the waste heat that occurs after the thermal processes into the system, were investigated. High thermal energy processes are often associated with high thermal losses (often referred to as waste heat), which raises the need for waste heat recovery strategies. Therefore, it has been identified as a viable solution to increase energy efficiency in industrial thermal applications, i.e. energy-intensive processes. The ceramics industry is favorable for waste heat recovery systems mainly because of the fuel consumption required for firing, drying and spray drying. This thesis reviews the studies on the improvement of waste heat recovery applications applied to the ceramics industry. Energy efficiency solutions provide savings of up to 10-20% in high efficiency burners; 15%-40% energy savings are  
provided for hot air recycling solutions and 30% energy savings are provided when considering gas turbines for cogeneration.

  It focuses on technologies and strategies that have significant potential to promote energy savings and reduction of carbon emissions. The main purpose here is to reduce the dependence on energy, which we are dependent on foreign sources by 70%, and to increase competitiveness with the foreign market indirectly by reducing the unit energy cost required for ceramic production. For this purpose, it has been examined and evaluated that the automation systems and technological systems will maximize the efficiency of the systems instead of the required manpower parameter, especially for the gains in savings and efficiency, which are planned with the integration of automation systems.
 
With the calculations made on the measurements made in the kiln waste chimneys, 150,000 m3/h flow rate and 155 °C temperature mixing air required only for spray dryers were integrated into the system. As a result of this heat recovery, 3 spray dryers totaling 1220 Sm3/h natural gas consumption was 300. Sm3/h natural gas savings were achieved, resulting in 27% savings in energy costs.