Ne Gerek Var Şimdi Ekonomizere?

Atık ısıların geri kazanılması, enerji, dolayısıyla üretim maliyetlerimizin düşürülmesinde gün geçtikçe önem kazanıyor. Çünkü satın aldığımız yakıtın fiyatını ucuzlatma olanağımız pek olanaklı olmazken, ürettiğimiz ısı miktarını azaltmadan harcadığımız yakıt miktarını azaltma olanağımız olabiliyor.

Bunun için “kazan dairesinde” yapmakta olduğumuz “sohbetleri” bu kez baca gazı ile attığımız ısısının geri kazanılması üzerinde sürdürmek istiyorum.

Termodinamiğin ikinci yasası gereği, sıcak kaynaktan soğuk kaynağa akan ısının ancak bir kısmını işe dönüştürebileceğimizi biliyoruz. Yani bir kazanda sıcak su ya da buhar üretirken yaktığımız yakıtın sağladığı ısıl enerjinin bir kısmını bacadan atmak zorundayız. Zaten bu zorunluluğu ortadan kaldırabilseydik, “Jon Ahmet’in devr-i daim makinasını” yeniden icat edebilirdik. Fakat bu 2. yasa “tebdil” veya “ilga” edilmedikçe, bunu pek başaramayacağız.

Her neyse, biz konumuza dönelim. İngilizce “economizer” sözcüğünün bozulmasıyla elde edilen “ekonomizör/ekonomizer” sözcüğü ile andığımız cihaz, adından da anlaşılabileceği gibi, bizim ısıl çevrimimizi ekonomikleştirmeye yarayan bir cihazdır. Bu ekonomikleştirme işini, atmosfere attığımız baca gazı ısısı geri kazanarak ve bu ısı ile kazan besi suyunu ön ısıtarak becerir. O halde, baca gazı ile atmosfere ne kadar ısıyı savurduğumuza göz atmamız gerekiyor.
 

Baca Gazı İle Ne Kadar Isı Kaybediyoruz?

Artık hepimiz bildiği gibi, duman gazında yoğuşma yapılmayan kazanların bacalarında baca çiğ noktası sıcaklığı 150 ºC olarak kabul edilir. Bu değer, bacada yoğuşma olmadan ve doğal baca çekişi bozulmadan, duman gazının olması gereken en düşük sıcaklık değeridir. Yani, kazanımızın baca gazı sıcaklığının 150 ºC’den daha yüksek değer almasına izin veriyorsak, “göğü ısıtıyoruz” demektir. Bunun sonunun olmadığını ise hepimiz biliyoruz.

Öyleyse, bacadan savurduğumuz bu ısının (yani paramızın) ne kadar olduğuna bir bakalım.

Bunun için, örneğin 1000 kg/h buhar üretiyorsak, yakmamız gereken yakıt miktarının kazan verimine bağlı olarak 72 kg/h fuel-oil olduğunu hesaplayabiliriz. Burada zor olan, bu kadar yakıtı yaktığımızda ortaya çıkan duman gazının miktarını hesaplamaktır. Bunun için yakıt analizini alıp, yanma denklemlerini kurup hem duman gazı hacmini hesaplamamız ve hem de sıcaklığa bağlı ısı tutumu (i–t)  eğrisini çizmemiz gerekir. Bir çuval iş… Ama hemen sıkılmamıza gerek yok. Allahtan, bu konuda hazırlanmış ve hemen kullanabileceğimiz bazı eğriler elimizin altında mevcut. Prof. Dr. Kemal Onat [1], taa 1973 yılında bu tip bilgileri bir araya getirmiş. Ben de, yanma sonucu oluşan özgül duman gazı hacmini hesaplamak için, Onat’ın eğrilerine uygun denklemleri oluşturdum. Yakıt alt ısıl değerini HU [kcal/kg] olarak tanımlarsak;

Katı yakıt özgül duman gazı hacmi:     vHky = 0.0014 HU + 1.86        [Nm³/kg yakıt]    ( = 1.5 için)
Sıvı yakıt özgül duman gazı hacmi:     vHsy = 0.00180556HU - 4.25        [Nm³/kg yakıt]     ( = 1.2 için)
Gaz yakıt özgül duman gazı hacmi:     vHgy = 0.00138889HU + 0.0278    [Nm³/kg yakıt]     ( = 1.2 için)

denklemleri ile özgül duman gazı hacmini kolayca hesaplayabiliriz. O halde hesaplayalım... Hesabımızı fuel-oil için yapıyorduk. O zaman HU = 9700 kcal/kg almamız gerekir. Bu durumda özgül duman gazı hacmini;

    vHsy = 0.00180556HU - 4.25 = 0.00180556 x 9700 – 4.25 = 13.3 Nm³/kg-yakıt

ve 1000 kg buhar üretimi için 72 kg/h yakıt yaktığımızda oluşan duman gazı hacmini ise;

    VH = Bh vHsy = 72 x 13.3 = 958 Nm³/h

şeklinde kolayca bulabiliriz. Bacada ölçtüğümüz gaz sıcaklığı T1 = 220 ºC olsun. Bu sıcaklığı aslında T2 = 150 ºC’ye kadar düşürebileceğimizi biliyoruz. O zaman 70 ºC sıcaklık farkı ile ne kadar ısı kaybettiğimizi hesaplamamız gerekiyor. Bunu için duman gazının i-t eğrisine gereksinimimiz var. Başta da söyledik. Bu eğriyi çıkartmak için bir sürü hesap yapmamız gerekiyordu. Bu kez de imdadımıza V. P. Isachenko, V. A. Osipova ve A. S. Sukomel [2] yetişiyor ve bir sürü hesaptan kurtuluyoruz. Söz konusu kitabın ekinde duman gazının sıcaklıkla değişen özellikleri bir tablo olarak yer alıyor. Ben yine kolaylık olsun diye, duman gazı sabit hacim özgül ısınma ısısını sıcaklığa bağlı bir polinom şekline getirdim ve yakıt analizine ulaşamadığımız zaman, kabul edilebilir bir yaklaşıklıkla kullanılabilir diye düşünüyorum. İş bu kadar basitleştiğine göre, istediğimiz sıcaklıktaki duman gazı özgül ısınma ısısını bulmamız için;

    cv = -2.95 x 10-11 T3 + 3.45 x 10-08 T2 + 7.76 x 10-05 T + 0.322757

denklemini her iki sıcaklık değeri için çözmemiz yeterlidir. Öyleyse bunları da bulalım. T1 = 220 ºC ve T2 = 150 ºC için;

    cv1 = 0.3412 kcal/Nm³ ºC    ve     cv2 = 0.3351 kcal/Nm³ ºC

olarak duman gazı özgül ısınma ısılarını da hesaplamış oluruz. İş kaldı bacadan atılan ısı miktarının hesaplanmasına. Bunun için de klasik ısı denklemimizi yazalım ve çözelim:

Qh = VH ( T1 cv1 – T2 cv2)
= 958 x (220 x 0.3412 – 150 x 0.3351)
Qh = 23 758 kcal/h

Görüldüğü gibi, 1000 kg/h buhar üretirken, bacadan atılan ısı miktarı 24 bin kcal/h mertebesindedir. Verim etkeni de işin içine katıldığında bu değer saatte 3 kg yakıt eşdeğeridir. “Bu kadar uğraştık, sonunda da yapa yapa 3 kg/h yakıt tasarrufu mu yaptık” diye dudak bükmeyelim. Bu değer yılda 10 ton yakıt tasarrufu anlamına gelir. Bu da KDV’siyle birlikte 16,000 YTL para yapıyor.

Farklı baca gazı sıcaklıkları için habire hesap yapmayalım diye, baca gazı ısı geri kazanım eğrisi Şekil-1’de verilmiştir. Kendi kazanımızda yaktığımız yakıt miktarını biliyor ve baca gazı sıcaklığımızı ölçebiliyorsak, hesapladığımız duman gazı hacimsel debisini, ölçtüğümüz baca gazı sıcaklığına göre bu eğriden bulduğumuz değer ile çarparsak, hali hazırda bacadan ne kadar ısı kaybettiğimizi, başka bir deyişle, ekonomizer kullanmamız durumunda ne kadar yakıt tasarrufu yapabileceğimizi kolayca buluruz.
 

Ekonomizer/Ekonomizör Yatırımı Ne zaman Ekonomik Olur?

Açıkçası, tüm kazanlarda ekonomizer kullanılabileceği söylense de, ekonomizer kullanımına karar verilirken yapılacak yatırımın geri kazanılma süresine, yani ekonomizörün adından gelen ekonomikliği gerçekten sağlayıp sağlamadığına bakmanın en gerçekçi yaklaşım olduğu su götürmez bir gerçekliktir.

Bunun için, günde 12 saatlik ve yılda 300 günlük bir işletme modeli esas alınarak, değişik kazan kapasiteleri için ekonomizör yatırımı ve ekonomizer yatırımı ile gaz, sıvı veya katı yakıt kullanımında sağlanan kazanç eğrileri Şekil-2’de verilmiştir. Katı yakıt olarak 5 500 kcal/kg alt ısıl değeri olan Soma linyiti esas alınmıştır.

Bu eğriler hazırlanırken, kazandan çıkan duman gazının 220 ºC olduğu ve ekonomizörde bu sıcaklığın 150 ºC’ye düşürüldüğü kabul edilmiştir.

Şekil-2 incelendiğinde, yukarıda tanımlanan işletme koşullarında, ekonomizör yatırımının ne zaman ekonomik olduğu anlaşılmaktadır. Örneğin; 2000 kW (= 1 720 000 kcal/h  2 850 kg/h buhar) kapasiteli bir kazanda ekonomizör kullanıldığında, yapılacak yatırım ve sağlanacak kazanç Tablo-1’de gösterilmiştir.

Tablo-1: 2000 kW Kazan Kapasitesinde Eko Kullanımı İle Sağlanan Yıllık Kazanç

Not: Hesaplama yapıldığı tarihte kur değeri:
1 USD = 1.20 YTL    1EUR = 1.77 YTL

Şekil-2:  Gaz, Sıvı ve Katı Yakıtlar İçin Kazan Kapasitesine Bağlı Olarak Ekonomizer Yatırımı ve Bu Yatırımın Sağladığı Kazanç

Öte yandan bir yıllık bir geri ödeme süresi esas alındığında, ekonomizörün ekonomik olabilmesi için en küçük kazan kapasitesinin ne olması gerektiği ise Tablo-2’de verilmiştir:

Tablo-2:  Eko Yatırımını Ekonomik Yapan En Küçük Kazan Kapasitesi
 

Sonuç

Amaç, her zaman olduğu gibi, üretim maliyetlerimizin düşürülmesi ve üretimde bir kısıntıya gitmeden daha az yakıt yakarak yaşadığımız çevrenin daha az tahrip edilmesidir. Sizin amacınız daha farklı değilse, hemen bir termometre alıp, kazan dairesine koşup kazan bacasındaki sıcaklığı ölçmenizin gerekli bir davranış olduğunu düşünüyoruz. Çünkü, paranızı ne kilitli kasanızdan ne de bankadaki hesabınızdan kimse alamaz ama “bacanızdan uçup gittiğini” seyretmek yerine yapabileceğiniz bir şeyler mutlaka vardır...

Kaynakça
[1] Prof. Dr. Kemal Onat, “Buhar Kazanlarının Isıl Hesapları İçin Yardımcı Levhalar” , 1973
[2] V. P. Isachenko, V. A. Osipova ve A. S. Sukomel, “HEAT TRANSER”, Mir Publishers Moscow 1977