TEKSTİLDE ISI GERİ KAZANIMI UYGULAMALARI ÖZET Dünyadaki fosil yakıt fiyatlarının artışı ile önümüzdeki yıllarda daha büyük bir ivme ile artması beklenen enerji maliyetleri ancak etkili enerji verimliliği politikaları ile azaltılabilecektir. Enerji maliyetlerinin azaltılması, enerjinin tüketildiği her türlü elektrik, aydınlatma ve ısı sistemlerinin incelenmesi ve verimli kullanılabilmesi için gerekli yatırımın yapılarak sistemlerin optimizasyonunun sağlanması ile gerçekleştirilebilir. Kirlendiği için işletmede doğrudan kullanılamayan ancak ısıl yönden ciddi bir değer ifade eden atık sulardan ısı geri kazanımı uygulaması, kendini ödeme süresi en hızlı yatırımlardan biridir. Son zamanlarda bu yatırımlara olan talebin artışında diğer bir etken de biyolojik arıtma tesisleri atık su giriş sıcaklığının 30 ºC nin altında tutulması gerekliliğidir. Tekstil fabrikalarında boya makinelerinden çıkan sıcak atık su ciddi bir ısı tasarrufu kaynağıdır. Boya makinalarıdan tahliye edilen soğuk kirli suyun sıcak kirli suya karıştırılmadan ayrı bir kanalla doğrudan arıtma tesisine gönderilmesi; sıcak kirli suyun ise ısı geri kazanımı sisteminde değerlendirilmesi, yatırım maliyetleri düşük, son derece kârlı bir yatırımdır. Böylece 15-20ºC deki 25 -175 m³/h soğuk temiz su, 25-175 m³/h sıcak atık suyun ısısından yararlanılarak 55-60 ºC ye kadar ısıtılabilir. Ortalama yıllık tasarruf miktarı 1,000,000 EURO nun üzerinde olabilmektedir. Yatırımın geri dönüş süresi 2 ila 9 ay arasında değişmektedir. Atık su, filtreleme işleminden sonra, bir pompa vasıtası ile lif içeren sıvılar için özel olarak üretilmiş olan, sabit geniş plaka kanal aralığına sahip, serbest akışlı plakalı ısı değiştiricinin ( plakalı eşanjör) primer devresine sevk edilir. Eşanjörün seconder tarafın akışkan gönderilen soğuk temiz su, atık suyun giriş sıcaklığına yakın bir sıcaklığa kadar ısıtılmış olur. Sistem isteğe göre elektromekanik, ya da PLC kontrollü otomasyon ile kontrol edilebilir. Maksimum ısı kazanımı minimum işletme masrafı ile temin edilebilmektedir. Sistemde geniş plaka aralıklı, serbest akışlı plakalı ısıtıcılar kullanılmaktadır Plakalı eşanjörün sıvı ile temas eden tüm metalik yüzeyleri AISI 316 kalite paslanmaz çelikten imal edilmiştir. 1 GİRİŞ Ham petrol varil fiyatlarının 2005 yılı içerisinde 70 USD seviyelerine çıkması ve önümüzdeki yıllar için yapılan projeksiyonlar fuel oil ve doğal gaz fiyatların artışının süreceği yönündedir. 2004 yılında üretilen elektriğin % 42 si doğal gaz ile üretilmiştir. Türkiye dünyadaki en pahalı enerjiyi kullanan ülkelerden biridir. Sanayimiz dünyada rekabet edebilmesi için enerji verimliliği ile ilgili yapılabilecek her türlü uygulamayı yapmak zorundadır. Tekstil boyahaneleri bu yaklaşımın dışında tutmak mümkün değildir. Tekstil sektörü ülkemizin en güçlü sektörlerinden biridir. Kısa süre aralıklarla gelen krizlere rağmen bu sektör henüz çok büyük kayıplarla karşılaşmamış olmakla beraber rekabet koşullarının giderek ağırlaştığı da açıktır. 1 Çin, Hindistan, Mısır, Suriye ve diğer Uzakdoğu ülkelerinin tekstil sektöründe yeni üretim odakları haline gelmekte oldukları gerçeği tekstil sanayicilerimizin maliyetlerini daha rekabetçi bir piyasaya göre düşürmesi zorunluluğunu doğmuştur. Tekstil boyahanelerinde yakıt giderlerinin maliyet içerisindeki payının % 30-35 düzeylerine ulaşarak, bir numaralı maliyet unsuru haline gelmesi, yakıt giderlerinde sağlanabilecek tasarrufun tekstilcinin dikkatini büyük ölçüde çekmesini sağlamıştır. Boyahanelerin başlıca girdileri taze su, yakıt (Fuel-Oil, Doğal gaz ve LPG ), işgücü, elektrik enerjisi ve kimyasal malzemelerdir. Bu kullanımdan- doğal olarak -kimyasal ve biyolojik olarak kirlenmiş su ve baca gazı çevreye yayılmaktadır. Fabrikalar sıvı atıklarını kimi yörelerde merkezi arıtma sistemlerine gönderirken, kimi yörelerde her fabrika kendi atığı için arıtma sistemi kurmak zorunda kalmıştır. 2 BOYAHANELERDE BAŞLICA ISI TASARRUFU KAYNAKLARI Bütün klasik ısı tasarrufu yöntemleri boyahaneler içinde geçerlidir. Buhar kazanlarının verimini yükseltecek her önlem, ilave olarak ısı kullanım ve dağıtımında uygulanacak doğru yöntemler yakıt giderlerini minimize etmek bakımından önemlidir. Baca gazı sıcaklığının asgariye indirilmesi, izolasyon önlemleri, kaçak buharlara izin verilmemesi gereksiz aşırı ısıtmalardan kaçınılması dikkat edilmesi gereken hususların başında gelmektedir. Baca gazı sıcaklığının optimal düzeyde tutulabilmesi ancak, kaliteli bir buhar kazanının kapasiteye uygun olarak seçilmesi ile mümkündür. Duman borularının periyodik temizliği ve kazan suyu sertliğinin giderilmiş olması doğru bir kazan işletmeciliği için ön koşuldur. Bunlara rağmen yüksek baca gazı sıcaklığıyla kaybedilen enerji baca gazı yoluna yerleştirilecek ekonomizerlerle kısmen geri kazanılabilir. Blof suyunun taşıdığı enerjiden Plakalı Eşanjörler yardımıyla geri kazanım mümkündür. Ayrıca kondens suyunun taşıdığı flaş buhar kapasitesinden plakalı eşanjörler yardımıyla yararlanmak uygulanan bir yöntemdir. Ancak boyahanelerde %20-30 lara varan bir ısı tasarruf kaynağı vardır ki, henüz uygulamaya yaygın olarak maalesef geçilememiştir. Yaklaşık bir değer vermek gerekirse bu konuda sistemini kuran boyahane sayısı % 20-30 civarındadır. Kalanlar sistemi bilmekle birlikte yatırımı gerçekleştirme konusunda çok da istekli davranmamaktadırlar. 2.1 BOYAHANELERDEN ÇIKAN BOYALI ATIK SICAK SUDAN ISI GERİ KAZANIMI Tekstil ürünlerinin yıkanması, boyanması gibi işlemler yoğun bir şekilde yumuşak temiz suyun kullanımını gerektirmekte, bu su birçok uygulamada da 90 ºC lere kadar ısıtılmakta ve tahliye edilmektedir. Boyalı olması ve kimyasal maddelerle kirlenmiş olması nedeniyle bu suyun doğrudan proseste tekrar kullanılması mümkün değildir. Boyahaneden çıkan boyalı atık su, ya fabrikanın kendi arıtma sistemine gönderilmekte ya da merkezi arıtma sistemine gönderilmektedir. Arıtma sistemine giden atık suyuın giriş sıcaklığı etkili bir arıtma için 30 ºC ‘nin altında olmalıdır. Atık su kapasitesi günlük boyanacak kumaş miktarının yaklaşık 100 misli civarındadır. Atık sudan ısı geri kazanımına uygun olarak planlanmış bir fabrikada, boyama makinaları soğuk ve sıcak su tahliyelerinin ayrılmasını sağlayacak şekilde ekipmanlarla donatılmış, fabrika içerisindeki deşarj kanalları da soğuk ve sıcak atık sular için ayrı ayrı düzenlenmiş olmalıdır. Makinaların beslemesi de sıcak ve soğuk temiz su beslemesi olarak iki ayrı hattan gerçekleştirilmelidir. 2 Böylece soğuk kirli su kanalındaki atık doğrudan arıtma tesisine gönderilebilecek, sıcak kirli su kanalındaki su, ısı geri kazanım sistemine alınmakta, ısısından yararlanıldıktan sonra soğumuş olarak arıtma tesisine gönderilmektedir. Ancak tekstil fabrikalarımızın çoğu yukarıdaki gibi düzenlenmemiştir. Makinalarda tek çıkış bulunmakta ve tek hattan soğuk su ile beslenmektedir. Makinalardan çıkan soğuk ve sıcak su tahliyelerin tümü genel bir kanala akmaktadır. Sıcak atık suyun ayrı kanaldan sevkedilmemesi ısı geri kazanımı uygulamasını zorlaştırmaktadır. Çünkü ısıl olarak bir değer ifade etmeyen soğuk atık suyun sıcak suya karışmış olması, gereksiz yere debiyi artırmakta ve atık su ortalama sıcaklığını düşürmektedir. Bu ısı geri kazanımında kullanılacak ekipmanların kapasitelerinin daha büyük seçilmesi zorunluluğu doğmakta ve doğal olarak yatırım masrafı ve işletmede kullanılan elektrik enerjisi giderleri artmaktadır. Ancak bu halde bile yatırım bir yıldan çok daha kısa bir sürede kendisini amorti etmektedir. 2.2 BOYAHANELERDEN ÇIKAN BOYALI ATIK SICAK SUDAN ISI GERİ KAZANIMI SİSTEMİNİN EKİPMANLARI Atık sıcak boyalı su bir kaba bir filtreden geçirilerek, içerisinde olması muhtemel kirliliklerin büyük bir kısmı giderilir. Bu amaçla döner filtreler, statik filtreler veya atık su kanalına yerleştirilmiş bir dizi ızgara tipi filtre kullanılabilir. Böylece sisteme yerleştirilecek pompaların, Plakalı tip ısı değiştiricilerin ve diğer ekipmanların tıkanması önlenmelidir. Sıcak kirli su deşarj kanalının kotuna uygun olarak düzenlenmiş bir dengeleme havuzuna alınır.(Şekil:1). Havuzun tabanın yakın bir kottan santrifüj tipi pompayla (bir adeti yedek) alınan sıcak su Plakalı Tip Isı Değiştiricinin (Plakalı Eşanjör) primer devresine gönderilir. Multipass (Çok geçişli) olarak dizayn edilen Serbest Akışlı Plakalı Eşanjörde ısısını Temiz suya aktaran kirli atık su soğumuş olarak arıtma tesisine sevk edilir. Plakalı ısı değiştiricinin plakaları AISI 316 kalite paslanmaz çelik olup, su ile temas eden yüzeylerde paslanma riski mevcut değildir. Kirli su giriş hattı üzerinde, otomatik olarak çalışması düzenlenen ters yıkama sistemi, eşanjöre girebilecek elyafların eşanjörü tıkamadan önce sistemden dışarı atılmasını sağlar. Soğuk temiz su, eşanjörün ilgili bağlantısından eşanjörün sekonder devresine girerek kirli suyun verdiği enerji ile ısıtılır ve temiz su deposuna gönderilir. Temiz su deposu tabanına yerleştirilen bir alıcıdan hidrofor ünitesine alınan temiz sıcak su fabrika sıcak su dağılım hattına gönderilir. 3 Şekil1: Sistem Akış ve Enstrüman Diyagramı Akış ve enstrüman diyagramında da görülen havuzları zemin altında yapıp makina dairesini de iki havuz arasında, tamamen zemin altında oluşturmak mümkündür. Bu olanak özellikle yer sıkıntısına iyi bir çözümdür. Su kullanım ihtiyacına göre değişmekle birlikte havuz kapasitelerini yaklaşık 100 - 200 m³ kapasitesinde yapmak yeterli olmaktadır. Havuzlar dıştan ısı izolasyonlu, içeriden ise sızdırmazlık izolasyonlu olarak imal edilmelidir. Havuz seviyeleri kontrol edilmektedir. Kirli su havuzu minimum seviyeye indiğinde kirli su pompası otomatik olarak durmakta, soğuk su giriş vanası otomatik olarak kapanmakta, seviye normale geldiğinde ise pompa çalışıp vana açılmaktadır. Temiz su deposu minimuma geldiğinde hidrofor pompası durmakta, normale dönünce tekrar çalışabilecek konuma geri dönmektedir. Temiz su havuzu maksimum seviyeye geldiğinde kirli su pompası durmakta, temiz su giriş vanası otomatik olarak kapanmaktadır. Seviye normale dönünce pompa çalışmakta, vana açılmaktadır. Eşanjör üzerinde ters yıkama düzeneği için borulama ve vanalar bulunmaktadır. (Şekil 2). Ters yıkama vanaları basınç farkı transmiteri ile kumanda edilerek basınç farkı set değerinin üzerine çıktığında ters yıkama periyodu otomatik olarak başlamakta ve eşanjörde başlayan tıkanma giderilmektedir. Aynı işlem zamana bağlı zaman sayacı ile ya da basınç şalteri kullanılarak da yapılabilmektedir. Hidrofor pompaları basınç şalterleri ve seviye kontrolü ünitelerinin denetiminde otomatik olarak çalışmakta, eleman gözetimine veya denetimine gerek duyulmamaktadır. 4 Sistemin kurulması havuzlar dahil 2 ayda mümkün olabilmekte, sistemin kendini geri ödeme süresi yaklaşık 2-8 ay olmaktadır. Şekil 2: Ters yıkama sistemi üzerine monteli GEA FA 184 Geniş Kanal Aralıklı Plakalı Isı Eşanjörü 2.3 EŞANJÖR SEÇİMİ Bu sistemlerde Plakalı Eşanjör kullanılması zorunluluğu Eşanjör dizaynında çok önemli bir parametre olan Logaritmik Sıcaklık Farkının ( LMTD ) çok küçük olmasından kaynaklanmaktadır. Çünkü plakalı eşanjörlerin ısı transfer katsayısı borululara göre 5-6 misli daha büyük olmakta, dolayısı ile borulu eşanjörlere oranla büyüklükleri de o oranda küçülmektedir. Plakalı eşanjör seçiminde dikkat edilmesi gereken özelliklerin en önemlisi plaka tipinin uygun seçilmesidir. Plaka üzerindeki kanalların yapısı ve plakalar arasındaki mesafe atık su eşanjörlerinde büyük önem taşımaktadır. Temiz su ve buhar uygulamalarında kullanılan, büyük türbülanslar sağlamak üzere imal edilen konvansiyonel (varitherm tip) (Şekil-3) plakalı eşanjörler tekstil elyaflarınca çok kısa sürede tıkanmaktadır. 5 Şekil 3 Varitherm tip Plaka demeti. Şekil 4 Serbest Akışlı Plaka demeti. GEA Ecoflex marka plakalı ısı eşanjörleri ürün gamında bulunan, gıda, kağıt ve tekstil sektöründe kullanılan lif içeren ve vizkoz sıvılar için özel olarak üretilmiş olan “FREE FLOW” serbest akışlı plakaları (Şekil 4 ve 6), 6mm sabit genişlikli kanal aralığına sahip 0,8mm kalınlığındaki N40, 12 mm sabit genişlikli kanal aralığına sahip 0,9mm kalınlığındaki FA 184 model eşanjörleri bu tip uygulamalar için en uygun eşanjör tipleridir. Isı değişiminin gerçekleştiği Plakalı Isı Değiştiricilere plaka ilavesi ile kapasitenin belirli sınırlar içerisinde artırılması mümkündür. Plakaların sökülerek, kolayca temizlenip tekrar yerine bağlanması mümkündür. Şekil 5 de gösterilen kesitlerdeki kanal şekline sahip bu eşanjörlerde eşanjör kanal aralığı, kanal boyunca hiç boğum yapmadan sabit bir şekilde ilerlemektedir. Şekil 5 :FA 161, N40 ve FA 184 Model GEA Marka Eşanjör kanal aralığı kesidi Plakalı eşanjörlerde temiz ve kirli suların birbirine karışma riski ancak AISI 316 plakaların delinmesi ile mümkündür ki bu olasılık çok düşüktür. Bunun dışında contalarda herhangi bir sorun olması halinde akışkanlar dışarı akmakta (Şekil:5) ,birbirine karışmamaktadırlar. Şekil 5: Contalarda kaçak olursa akışkanlar birbirine karışmaz dışarıya akar. 6 Şekil 6: GEA Ecoflex Free Flow Plakalar. 7 3 ISI GERİ KAZANIMINDAN ELDE EDİLECEK YARARIN HESAPLANMASI. Aşağıdaki örnek bir fizibilite çalışması bulunmaktadır. ATIKSU ISI GERİ KAZANIMI FİZİBİLİTESİ Kullanılan Veriler Değeri Birimi Doğal Gaz Fiyatı Doğal Gaz Alt Isıl Değeri Fabrika Yıllık Çalışma Günleri 3 YTL/Sm kcal/Sm³ gün Debi (ton /h) SİSTEM DATALARI Atık Su Temiz Su 148,58 151,00 0,356699 Elektrik (Tek Terimli Sanayi) 8.250 Kazan Verimi 300 Parite Giriş Sıcaklığı (oC) 60,00 18,00 Birimi Değeri YTL/kWh 0,1198 90% 1,65 YTL/€ Çıkış Sıcaklığı (oC) Kazanılan Enerji (kcal/h) 28,40 55,00 4.687.349 Bir Yılda Tasarruf Edilecek Yakıt Miktarı ve Parasal Değeri Tasarruf Edilecek Yakıt Miktarı Sm3 1 Saatte 1 Günde 1 Yılda 631 15.151 4.545.309 Tasarrufun Parasal Karşılığı Euro/Saat Euro/Gün Euro/Yıl 136 3.275 982.610 Isı Geri Kazanım Sisteminin İşletme Giderleri Sistemin Yıllık Elektrik Enerjisi Sarfiyatı Adet Güç KW 1 32 Çalışaçak Pompalar Atık Su Pompası Sarfiyat kWh 230.400 Toplam Elektrik Enerjisi Gideri Euro/Yıl Bakım Gideri 16.728 2.500 GİDER KALEMLERİ Yatırımın Satın Alınma Bedeli Yıllık İç Sarfiyat Giderleri (İşletme Gideri) Yıllık Bakım Gideri Kapital Gideri Amortisman Gideri YATIRIMIN TOPLAM GİDERİ PARA BİRİMİ € €/YIL €/YIL €/YIL €/YIL EURO YATIRIMIN YARATACAĞI TASARRUF EURO/YIL GİDER TUTARI 90.000 16.728 2.500 6.300 18.000 133.528 982.610 YATIRIMIN GERİ ÖDEME SÜRESİ Yatırımın Satın Alma Bedeli * Yıllık Ort. % 7 Faiz Oranı 90.000 * 7% Kapital Gideri = 6.300 = Amortisman Gideri 18.000 Geri Ödeme Süresi 1,6 AY 1,6 AY = = Yatırımın Satın Alma Bedeli 90.000 / / 5 5 = Gider / Gelir = 133.528 / 982.610 8 4 SONUÇ Bu çalışmada Tekstil sektöründe ve özellikle boyahanelerde ısı geri kazanımının mümkün olabildiği konulara dikkat çekilmiş ve boyalı atık suyun ısıl enerjisinin sağlayacağı tasarrufun hangi düzeylerde olduğu incelenmiştir. Anlatılmaya ve tanıtılmaya çalışılan konu aslında uygulaması olan ve başarı ile kullanılan sistemlerdir. Bu konuda pratikte yaşanan zorlukların başında sistemin doğru oluşturulması, ekipmanların ve özelliklede plakalı eşanjör tipi ve kapasitesinin doğru seçilip seçilmemesi ile ilgilidir. Eleman denetimine ihtiyaç duyulmayacak ölçüde otomasyon gerekli ve yeterlidir. Müşteri isteğine göre otomasyon birçok farklı otomasyon seçeneği bulunmaktadır. Enerji tasarrufunun gerekliliği her kesimce kabul edilen genel bir doğrudur. Tekstilde ısı geri kazanımı ile firmaların yakıt giderlerini önemli boyutlarda düşürmeleri mümkündür. 9