Türkiye Taş Kömürü Kurumu (TTK) Gelik işletmesinde ana havalandırma fanının ekonomik açıdan verimliliğinin incelenmesi
Investigation of the economic efficiency of the main fan of ventilation in the Gelik enterprise of the Turkey Hard Coal Authority (TTK)
Yazar: YASİN DURMAZ
Danışman: PROF. DR. ADNAN TOPUZ
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Endüstriyel otomasyon = Industrial automation ; Enerji yönetimi = Energy management ; Fanlar = Fans ; Havalandırma sistemleri = Ventilating systems ; Havalandırıcılar = Aerators ; Kömür madenciliği = Coal mining ; Türkiye Kömür İşletmeleri = Turkish Coal Enterprises

Özet:
Enerji insanoğlunun günümüz koşullarında vazgeçilmez bir ihtiyacıdır. Dünya nüfusunun giderek artması ve teknolojik yenilikler nedeniyle insanoğlunun enerji ihtiyacı günden güne artmaktadır. Gelişen yeni teknoloji ile birlikte hem enerji verimli cihazlar üretmek gerekir, hem de mevcut makineler gerektiği kadar çalıştırılarak enerji tüketimi azaltılmalıdır. Bu nedenden dolayı 24 saat esaslı sürekli çalışan cihazların (fan, tulumba vs.) verimliliğin incelenmesi ve enerji tüketim miktarlarının minimize edilmesi ihtiyacı oluşmuştur.
Bu tez çalışması Türkiye Taşkömürü Kurumu (TTK) Gelik İşletme Müdürlüğü yer altı iş sahasında yapılmıştır. Maden yeraltı havalandırmasında kullanılan ana fan ve tali fanların enerji tüketim verileri incelerek enerji verimliği araştırılmıştır.
Madenin içindeki yeraltı havalandırma şebekesindeki hava akışı analiz edilmiştir. Hava akışı sağlanan; galeriler, kömür damarları, galeri tabanları tespit edilerek hava ölçümleri yapılmıştır.
Yeraltında hava akışını kontrol edebilmek için iş güvenliği servisi tarafından sürekli hava ölçümü yapılır. Belirlenen hava ölçüm noktalarından her 10 günde bir hava ölçümü yapılarak kayıt altında tutulmaktadır. 2021 yılı içerisinde ölçüm yapılan hava ölçüm kayıtları incelenerek temiz hava noktası hava istasyonları belirlenmiştir. Belirlenen temiz hava istasyonlarında 2021 yılı içerisinde ölçülen hava debileri kendi içerisinde değerlendirilerek (her hava istasyonları ayrı ayrı) ortalama hava debi değerleri hesaplanmıştır. Belirlenen hava noktalarında ortalama hava debileri, ana fan hava debisi ile oransal olarak belirlendi. Hesaplamalarda ortaya çıkan hava miktarları gerçek ölçülen değerlerle kıyaslama yapılarak %10 hata payı ile doğrulanmıştır.
Türkiye Taş Kömürü Kurumu Gelik İşletme Müdürlüğü iş sahasında bulunan yeraltı maden işletmesinin havalandırılması için kullanılan ana fan ve tali fanlar incelendi. Yapılan incelemede kömür madeninin hafta içi ve hafta sonu aynı hava miktarı (Q=7000 m3/dk) ile havalandırıldığı gözlemlenmiştir. Yeraltında çalışan personel sayısı hafta içi ortalama bir vardiyada 500 kişi hafta sonu 20 kişi çalışmaktadır. Bu durumda pervanelerin gerektiğinden fazla hava debisi ile çalıştığı tespit edilmiştir. Maden içerisinde havalandırma kalitesini etkilemeden ana fan ve tali fanlara frekans invertör sistemi adapte edilmiştir. İstenilen hava debi miktarları elektrik motorunun devrini düşürerek ayarlanmıştır. Ana fan ve tali fanlar 24 saat esasına göre çalışmaktadır. Birinci yaklaşımda; pervaneler hafta içi 124 saat çalışacak, hafta sonu 44 saat çalışacaktır (Çalışma başlangıç pazartesi gece 00:00 olarak tayin edilmiştir.). Bu çalışma şeklinde, fanlar hafta içi hava debisi Q= 7000 m3/dk iken hafta sonu Q= 4900 m3/dk debi ile çalışacaktır. Madende, (-360) Katında 41407 nolu maden galerisinde minimum hava miktarı 500 m3/dk olması gerekir. Bu kriter baz alınarak ana pervane hava debisi hafta sonu Q= 4900 m3/dk'ya kadar düşürülmüştür. Bu çalışma modunda maden havalandırma kalitesini etkilemeden yıl bazında 976489,114 kW enerji tasarrufu sağlanmıştır. Gelik İşletme Müdürlüğü bazında yıllık genel elektrik tüketim giderlerinde %18 tasarruf sağlanmıştır. Karadon müdürlüğü bazında, yıllık genel elektrik tüketim giderlerinde %2'lik tasarruf sağlanmıştır. İkinci yaklaşımda; sadece ana fanın kanat açısı 33 °'den 37,93° olarak ayarlandı (Hava debisi Q=10000 m3/dk). Frekans invertör sistemi ile elektrik motorunun devrini düşürerek bu kanat açısında hava debisi Q=7000 m3/dk olarak çalıştırıldı. Bu çalışma modunda, hafta içi ve hafta sonu sürekli olarak maden içerisinde ortalama Q=7000 m3/dk hava sirkülâsyonu sağlanmaktadır. Bu çalışma modunda maden havalandırma kalitesini etkilemeden yıl bazında 329880,096 kW enerji tasarrufu sağlanmıştır. Gelik İşletme Müdürlüğü bazında yıllık genel elektrik tüketim giderlerinde %19 tasarruf sağlanmıştır.

Abstract:
The need for energy is an indispensable need of human beings in today's conditions. Due to the increasing world population and technological innovations, the energy need of human beings is increasing day by day. With the developing new technology, we need to produce both energy efficient devices, In addition, energy consumption should be reduced by operating existing machines as long as necessary. For this reason, 24-hour continuous devices (fan, overall, etc.) there was a need to examination of efficiency and minimize energy consumption amounts.
This thesis study was carried out in the underground work area of Turkey hard coal Authorıty (TTK) Gelik Operations Directorate. The energy efficiency data examining of the main fan and secondary fans used in the mine underground ventilation was investigated by the energy consumption.
The air flow in the underground ventilation network inside the mine was analyzed. Air flow was provided; galleries, coalvessels, gallery floors were determined and there quired air quantities were determined. Continuous air measurement is carried out by the occopational safety service in order to control the air flow underground. Air measurement is made every 10 days from the determined air measurement points and recorded. In 2021, clean air measurement points were determined by examining the air measurement records measured. At the specified clean air points, the average air flow rates were calculated by evaluating(each air station separately) the measured air flow rates in it self. The average air flow rate at the designated air points was determined proportionally with the main fan air flow rate. The air quantities from the calculations were verified with a 10% margin of error by comparing them with the actual measured values.
The main fan and secondary fans used for the ventilation of the underground mining operation in the Turkey hard coal authorıty(TTK) Gelik Operations Directorate work site were examined. In the examination, it was observed that the coal mine was ventilated with the same amount of air (Q=7000 m3/min) on weekdays and weekends. The number of underground employees is 500 people in an average shift on weekdays and 20 people work on weekends. In this case, it was determined that the propellers were working with more air flow rate than necessary. The frequency inverter system is adapted to the main fan and secondary fans without affecting the ventilation quality in the mine. The desired air flow rates are adjusted by reducing the rpm of the electric motor. Main fan and secondary fans the way work on a 24-hour basis. In the first approach; the propellers will work 124 hours on weekdays and 44 hours on weekends. (The start of the work has been appointed as 00:00 on Monday night.) In this working form, the fans will operate as Q= 7000 m3/min on weekdays and Q= 4900 m3/min on weekends. In the mine, a minimum of 500 m3/min air must be supplied to the mine gallery no. 41407 on the -360 floor. Based on this criterion, the main propeller air flow rate was reduced by Q= 4900 m3/min at the weekend. In this operating mode, 976489.114 kW of energy was saved on a yearly basis without affecting the quality of mine ventilation. On the basis of Gelik Operations Directorate, 18% savings were achieved in annual general electricity consumption expenses. On the basis of Karadon directorate 2% savings were achieved in annual general electricity consumption expenses. In the second approach; only the wing angle of the main fan was adjusted from 33° to 37.93° (air flow rate Q=10000 m3/min). By reducing the rpm of the electric motor with the frequency inverter system, the air flow rate at this wing angle was operated as Q=7000 m3/min. In this operating mode, an average air circulation of Q = 7000 m3/min is ensured in the mine continuously on weekdays and weekends. In this operating mode, 329880,096 kW of energy was saved on a yearly basis without affecting the quality of mine ventilation. On the basis of Gelik Operations Directorate, 18% savings were achieved in annual general electricity consumption expenses.