Fırınlarda Enerji Verimliliği
Fırınların verimsiz çalışmasına neden olan problemler daha çok işletme, kontrol ve bakım konularında ortaya çıkmaktadır. Fırın verimliliğini artırmaya yönelik bazı önlemler alınabilir. Fırınlarda tüketilen enerjinin küçük bir kısmı ürüne giderken büyük bir kısmı yanma, baca ve yüzeylerden kayıp ile boşa gitmektedir.
ENERJİ TASARRUFU İMKANLARI
İyi ve etkin bir bakıma ilave olarak işletme uygulamalarında değişiklikler yapmak enerji verimliliğini artırma imkanı sağlayabilir. Bazı fırınlar, daha gelişmiş kontrol sistemleri, atık ısı geri kazanımı cihazları ve daha iyi izolasyon gibi yatırım isteyen önlemlerle iyileştirilebilirler. Fırın verimliliğini arttıran başlıca önlemler aşağıda gibidir:
1. Atık Isı Geri Kazanımı
Fosil yakıt yakan fırınlarda en büyük ısı kaybı çoğunlukla yüksek sıcaklık işlemlerin olduğu atık gaz çıkışında meydana gelmektedir. Atık enerjiyi kullanmanın en iyi yolu, reküperatör veya rejeneratör gibi cihazlarla yanma havasının ön ısıtmasını yapmak ya da fırına yüklenecek malzemenin ön ısıtmasında atık gazları kullanmaktır. Self reküperatif ve rejaneratif brülörler gibi brülör teknolojisindeki en son gelişmeler önemli tasarruf potansiyelleri ortaya koymaktadır.
Reküperatör ve rejeneratörler yıllardır kullanılmakta ancak en son teknolojik yeniliklerle eskilerine göre çok daha kompakt, elverişli ve maliyet etkinlikli ekipmanlar imal edilmiştir.
Self reküperatif brülörün en belirgin özelliği, atık gazdan aldığı enerjiyi yanma havasına aktaran tek parçalı bir ısı değiştiricisidir. Atık gazlar, brülörün etrafındaki bir takım deliklerden hava edüktörü vasıtayla fırından dışarıya alınır. Bazı brülörlerde, atık gazların fırının farklı bölümlerinden dışarı alınmasına imkan vermek için veya bu reküpreratörün iki veya daha fazla brülör tarafından kullanılmasına imkan vermek için yakıcı ve ısı değiştiriciyi birbirinden ayırmak mümkündür. Otomatik olan bu tip reküperatif brülörler yaygın olarak kullanılmakta ve % 50 ye kadar enerji tasarrufu sağlandığı bilinmektedir. Bu tür sistemlerin geri ödeme süreleri 1-3 yıl arasında değişmektedir.
Metalden imal edilmiş reküperatörler yaklaşık 1.100-1.200 C de ki gazlarda, seramik reküperatörler ise daha yüksek sıcaklıklarda kullanılabilir.
2. Açıklıklar ve Kaçak Noktalarının Azaltılması
Bir fırın sisteminde açıklıklar ve kaçak noktalarının olması ışınım ve gaz akışı nedeniyle enerji kaybına sebep olur. Meydana gelen ısı kaybı açıklığın alanı ile doğru (yaklaşık mutlak sıcaklığın dördüncü kuvveti ile) orantılıdır.
Eğer dışarıya olan sızıntı fırın dışında uzun alevlere neden oluyorsa, bu muhtemelen çok fazla hava yakıt karışımından dolayı tam yanma olmadığını gösterir ki böyle bir alevin olması enerji kaybı demektir ve yanma havasının uygun şekilde ayarlanması ile giderilebilir.
Fırına soğuk havanın sızması ciddi bir enerji kaybı olabilir. Baca damperi iyi ayarlanmamış ise yanma odasının altında vakum oluşacak ve genellikle bu tür sızmalara sebep olacaktır.
3. Döngü Sırasında Oluşan Kayıpların Azaltılması
Kesikli fırınlarda bir parti yükün çıkarılıp diğerinin konulması sırasında fırından ışınım ve soğuk hava sızması nedeniyle büyük miktarlarda enerji kaybı olmaktadır. Başlıca enerji kaybı sıcak fırın duvarları, taban ve çatısında depolanan ısı veya duyulur ısısıdır.
Fırın duvarlarından iletim yoluyla olan normal ısı kaybı açık kapıdan olan ısı kaybından genellikle daha azdır. Diğer bir enerji kaybı ise (genellikle daha önemsizdir) her döngüde ısınıp soğuyan tepsi veya taşıyıcılardan olan duyulur ısıdır. Aşağıda bu konuda uygulanacak bazı enerji tasarrufu teknikleri verilmiştir.
· Fırın kapılarının mümkün olduğu kadar kısa süre açık tutulması enerji tasarrufu sağlar.
· Fırın içinde kullanılan tepsiler ve onların tertibatı minimum ısı kapasiteli olarak tasarlanmalıdır. Genelde bu minimum kütleli tasarım demektir.
Bir fırında enerji tasarrufu sağlamanın başlıca yöntemi, seramik elyaf gibi birim hacim başına çok düşük ısı kapasitesine sahip bir izolasyon malzemesinin kullanılmasıdır.
4. Yalıtım
Yetersiz veya kötü şartlardaki fırın izolasyonu büyük miktarlarda enerji kaybına neden olur.
Yeni izolasyon yapılacağı veya fırının mevcut izolasyonu iyileştirileceği zaman seramik elyaflı izolasyon düşünülmelidir. Bu tür izolasyonun avantajları aşağıda verilmektedir.
· Tipik bir ateş tuğlasının ısı iletkenliğinin üçte biri veya yarısı kadar bir iletkenliğe sahiptir.
· Hızlı ısınma ve soğumanın neden olduğu çatlama ve kabarmalara karşı dirençlidir.
· Eşdeğer tabakada bir izolasyon tuğlasının yaklaşık 1/10 u kadar ısı depolama kapasitesine sahiptir.
· Hafifliği nedeni ile fırında büyük tadilatlara gerek kalmaksızın monte edilebilir.
Bu tip izolasyonların bazı dezavantajları da bulunmaktadır:
· Malzemenin özellikleri onun gözenekliliğine bağlı olduğu için duman veya başka bir nedenle tortuların bu gözenekleri kapatabileceği durumlarda kullanımı uygun olmayabilir.
· Bu malzeme fırının duvar veya çatısının sıcak tarafları için düşünülmektedir.
· Fiziksel dayanıklılığı zayıf olduğundan, fırının, yüksek hızlı gazların neden olduğu mekanik aşınma veya erozyona maruz kalabilecek olan tabanı veya diğer bölgeleri bu malzeme ile izole edilemez.
5. Boşta Çalışan Ekipmanın Kapatılması
Bir ısıtma ekipmanı fabrikanın duruş programı veya üretimde bir kesinti nedeniyle uzun süre hizmet dışıysa bu ekipmanı soğumaya bırakıp daha sonra tekrar ısıtmak her zaman enerji tasarrufu sağlar. Eğer duruş süresi kısa ise ekipmanı bir ara sıcaklığa kadar soğutmak ve bu sıcaklıkta belli bir süre rölantide çalıştırmak ve daha sonra çalışma sıcaklığına tekrar ısıtmak en iyi yol olacaktır.
Soğutma periyotlarında tüm kapıları kapatmak ve soğuk hava sızmasını önleyerek soğutma hızını kırmak genellikle büyük fayda sağlar. Ekipmanın tamamen kapatılması, daha düşük bir sıcaklıkta rölantide çalıştırılması veya çalışma sıcaklığında tutulması hususlarında kesin bir kural yoktur, bu tamamen süreye ve söz konusu ekipmanın özelliklerine bağlı bir durumdur.
Aşağıdaki bilgiler ve tasarlanan duruş programı ile en az yakıtı kullanacak bir döngü tespit edilebilir.
· Brülörlerin kapatılıp ekipmanın oda sıcaklığına veya bazı ara sıcaklıklara soğuyabilmesi için gereken süre
· Çalışma sıcaklığında ve her ara sıcaklıkta rölantide çalışmak için gerekli yakıt akış oranı.
· Oda sıcaklığından ve her bir ara sıcaklıktan tekrar geri ısıtmak için gereken süre
· Yukarıda bahsedilen sıcaklıklardan tekrar geri ısıtmak için gereken toplam yakıt
· Ekipmana zarar vermeyecek şekilde yapılacak maksimum sıcaklık değişikliği.
6. Fazla Hava Kontrolü
Yanmanın tam sağlanması için yeterli miktarın biraz üstünde O2’e ihtiyaç vardır. Fazla hava kontrolü yapılmazsa oldukça önemli bir enerji kaybına neden olur. Yetersiz hava ise yakıtta tam yanmayı sağlamayacağı için yakıt (enerji) kaybına neden olacaktır. Havanın aşırı kullanımı oldukça yaygın olup kolayca düzeltilebilir.
Fazla havanın kontrolü yanma gazının bileşimi ve sıcaklığı ile ilgili bilgileri gerektirir. Bu sistemle yakıt faturalarında minimum % 1-2 oranında tasarruf sağlanacaktır.
7. Sürekli Verimlilik İzlenmesi
Uzun vadede etkin bir enerji verimliliği sağlamak için, baca gazı sıcaklığı, yakıt tüketimi ve fırın yükü gibi önemli değişkenlerin izlenmesi için sürekli izleme cihazları kullanılmalıdır. En verimli fırınlar bile düzenli olarak izlenmedikçe optimum ayarlarından sapabilir ve verimsiz çalışabilirler.
Örnek Bir Ergitme Fırını Yalıtım Projesi
Demir-Çelik sektöründe faaliyet gösteren bir işletmede ergitme fırını için yalıtım projesi:
İzolasyonsuz fırın ort. yüzey sıcaklığı : 140 oC
İzolasyon sonrası fırın ort. yüzey sıcaklığı : 60 oC
Çevre sıcaklığı : 30 oC
Fırın yüzey alanı toplamı : 153,4 m2
İzolasyonsuz termal kayıp miktarı : 242,23 kW
İzolasyonsuz termal kayıp miktarı : 72,13 kW
İzolasyon ile enerji kazancı : 170,1 kW
İzolasyon ile enerji kazancı oranı : 87,6 %
Yıllık çalışma süresi : 7600 h/yıl
Yıllık enerji tasarrufu : 1.292.793 kWh
Yıllık doğalgaz tasarrufu : 134.765 Nm3/h
Yıllık sağlanacak parasal tasarruf : 99.726 TL/yıl
Proje yatırım bedeli : 35.000 TL
Geri Ödeme Süresi : 0,35 Yıl