Yüksek fırın tepe basıncı düzenleyici türbinin enerji, ekserji, ekonomik ve çevresel analizi
Energy, exergy, economic and enviromental analysis of the blast furnace top pressure recovery turbine
Yazar: FURKAN İRŞAT ALBAYRAK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALPER ERGÜN
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Elektrik enerjisi = Electrical energy

Özet:
Enerji tüketiminin büyük bir bölümüne sahip olan demir çelik sektörü, faaliyet gösterdiği alanda tutunma ve rekabet yarışında hedeflenen seviyede kalma çabası göstermektedir. Bu amaçla, üretim kapasitesi, ilgili standartlara ulaşma çabası ve yüksek kalite düşük maliyet stratejilerinin yanı sıra, enerji fiyatlarının sürekli değişken ve enerji maliyetinin yüksek olması sebebiyle, farklı enerji tasarrufu yöntemlerine yönelmiştir. Enerji tasarrufu, öngörülebilir kazançların artırılması, maliyet ve enerji kaynaklarına bağımlılığın azaltılması ve çevre kirliliğinin önüne geçilmesi açısından önemli bir yoldur. Enerji verimliliğinin arttırılması, ilave yeni enerji kaynaklarının devreye sokulması için yapılacak yatırımlara göre ekonomik açıdan daha caziptir. Enerji tasarrufu araçlarından olan Yüksek Fırın Tepe Basıncı Düzenleyici Türbini (YFTBDT) ile enerji geri kazanım sistemi, yüksek fırın  
sisteminin yan ürünü olan yüksek fırın gazının basınç farkından yararlanılarak ve söz konusu türbin sisteminden geçirilerek elde edilen mekanik enerjinin elektrik enerjisine çevrildiği bir sistemdir. Bu sistem, yıllardır dünya üzerinde Brezilya, Çin, Japonya, Almanya, İtalya, Güney Kore gibi ülkelerde ve ülkemizdeki demir-çelik sektöründe uygulanmaktadır.

Bu çalışmada, yüksek fırın tepe basıncı düzenleyici türbin sisteminin dünya üzerindeki yeri, kurulumunun sahip olduğu işletmelere getirileri, yüksek fırın tepe basıncı türbin sistemine sahip olan ülkelerin sayısal istatistikleri ve teknolojik avantajları ile ilgili veriler incelenmiştir. Demir-çelik fabrikalarında faaliyet gösteren yüksek fırın tepe basıncının düzenlenmesi amacıyla, aynı zamanda yanma işlemi gerçekleşmeden enerji kazanımı sağlayan tepe basıncı düzenleyici türbin ve jeneratör grubunun kurulması, revizyonu, devreye alınması sonrasında gerçekleşecek olan enerji, ekserji, çevresel ekonomi ve geri ödeme süreci hesaplamaları ele alınmıştır. Sonuç olarak; 2015 yılındaki toplam yatırım maliyetinin 400 000 $ olan sistemin, 2018 yılı verilerine göre tepe basıncı en düşük 117 kPa ve en yüksek 127 kPa olup, bu basınca bağlı jeneratör çıkış gücü en düşük 4683 kW ve en yüksek 6127 kW olarak hesaplanmıştır. Yıllık çalışma süresi 8000 saat olarak alındığında yıllık üretim miktarı 42 400 MWh ve toplam tasarruf miktarı 3640 TEP/yıl olup bu üretim miktarına bağlı karbon salınımı azalımı miktarı saate ortalama 10 888 kgCO₂ olarak hesaplanmıştır. Bununla birlikte, tesisin geri ödeme süresi 0.15 yıl olarak belirlenmiştir.

Abstract:
Iron-steel industry, which has a large portion of energy consumption, strives to survive in its activity area and keep still at an aimed level in competition race. For this purpose, in addition to the production capacity, efforts to reach to the related standards and low-cost strategies at high quality; for the reason that energy costs continuously change and energy costs are high, different energy saving methods have been taken into account. Energy saving is an important method in terms of enhancing the predictable earnings, decreasing the dependency to the cost and energy sources and preventing the environmental pollution. Increasing the energy efficiency is more attractive with respect to the investments that will be done in order to activate the additional new energy sources, in terms of economy. The energy recovery system with Top Pressure Regulator Turbine (TRT) which is one of the energy saving tools, is a system in which the mechanical energy obtained by using the pressure difference of the blast furnace gas, which is the by-product of the blast furnace system, is passed through the turbine system and converted into electrical energy. This system has been applied for many years on the world in iron-steel industry in countries such as Brazil, China, Japan, Germany, Italy, South Korea and in our country.
In this study, the worldwide data about the usage of top pressure regulator turbine system (TRT), the returns to the enterprises by the installation, the numerical statistics and technological advantages of the countries having the TRT are examined. In order to regulate the blast furnace peak pressure operating in iron and steel factories, energy, exergy, environmental economy and reimbursement process calculations to be realized after the establishment, revision and commissioning of the peak pressure regulating turbine and generator group, which also provides energy gain without combustion, are discussed. As a result; The total investment cost of the system was $ 400 000 in 2015. According to the data of 2018, the peak pressure is 117 kPa and maximum 127 kPa and the generator output power is 4683 kW and 6127 kW. When the annual working time is taken as 8000 hours, the annual production amount is 42 400 MWh and the total saving amount is 3640 TOE / year and the amount of carbon emission reduction due to this production amount is calculated as 10 888 kgCO2 per hour. On the side, the payback period of the facility is determined as 0.15 years.