Seramik fabrikasında enerji verimliliği ve ekserji analizi
Energy efficiency and exergy analysis in ceramics factory
Yazar: YUSUF TOPUZ
Danışman: PROF. DR. RAMAZAN KÖSE
Kütahya Dumlupınar Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Günümüz dünyasında, enerji talebi büyük ölçüde petrol, kömür, doğal gaz gibi fosil yakıtlardan karşılanmaktadır. Ancak, yakın gelecekte fosil yakıtların tükeneceği kaçınılmaz bir gerçektir. Enerji maliyetlerinin yükselmesi, özellikle kurutma ve pişirme gibi birçok ısıl işlemin olduğu seramik sektörünün en büyük sorunudur. Seramik sektöründe kullanılan doğalgazın yaklaşık %43'ü sprey kurutucularda, %53'ü ise fırınlarda tüketilmektedir. Bu süreçlerin verimliliğini artırmak, ürün kalitesini yükseltebilir, işlem sürelerini ve enerji tüketimini düşürebilir, ekonomik ve çevresel faydalar sağlayabilir. Bu nedenle, ısı kullanan her proses için enerji ve ekserji analizlerinin yapılması gerekmektedir. Ekserji analizi, sadece enerji miktarını değil, aynı zamanda enerji kalitesini, bozunmasını ve tersinmezliğini de dikkate alan karmaşık mühendislik süreçlerinin termodinamik değerlendirmesinde güçlü bir araçtır. Bu çalışma, seramik fabrikasında, pişirme ve kurutma ünitelerine giriş ve çıkış aşamalarında bulunan bir maddenin enerji ve ekserji değerlerini belirlemeyi amaçlamaktadır. Bu nedenle verilen değerlere bağlı olarak enerji kaybı, ekserji kaybı ve ekserji yıkımı hesaplanmıştır. İncelenen sistemde, giriş yapan temel maddeler arasında çamur, doğalgaz, yakma havası bulunmaktadır. Çıkışlar ise masse ve baca gazları şeklindedir. İncelenen Atm-90 tipi sprey kurutucular için gerekli hava miktarı ortalama 160.000 m3/saattir. Soğutma ve ısı değiştirici sistemlerinden gelen atık hava, sprey kurutucunun besleme havası ile karıştırılarak %20 ile %30 arasında enerji tasarrufu sağlanabilir. Sprey kurutucunun ortalama elektrik tüketimi 142 kWh olarak belirlenmiştir.

Abstract:
In today's world, the demand for energy is predominantly met through fossil fuels such as oil, coal, and natural gas. However, it is an inevitable reality that fossil fuels will deplete in the near future. The escalating costs of energy pose a significant challenge for the ceramic industry, particularly in processes involving thermal treatments such as drying and firing. Approximately 43% of the natural gas used in the ceramic sector is consumed in spray dryers, while 53% is utilized in kilns. Improving the efficiency of these processes can enhance product quality, reduce processing times and energy consumption, and yield both economic and environmental benefits. Therefore, energy and exergy analyses are essential for every heat-utilizing process. Exergy analysis proves to be a robust tool in the thermodynamic evaluation of complex engineering processes, taking into account not only the quantity but also the quality, degradation, and irreversibility of energy. This study aims to determine the energy and exergy values of a substance at the input and output stages of baking and drying units in a ceramic factory. Accordingly, energy loss, exergy loss, and exergy destruction were calculated based on the provided values. The examined system involves inputs such as slurry, natural gas, and combustion air, while outputs consist of mass and flue gases. The required air volume for the examined Atm-90 type spray dryers is approximately 160,000 m3/h. Waste air from the cooling and heat exchange systems, when mixed with the feed air of the spray dryer, can result in energy savings ranging from 20% to 30%. The average electricity consumption for the spray dryer was determined to be 142 kWh.