CFD Destekli Bir Çalışma: Endüstriyel Uygulamalarda Kullanılan Reküperatif Aluminyum Ergitme Fırınlarının Rejeneratif Sisteme Dönüştürülmesinin İncelenmesi

Yıl 2021, Cilt: 62 Sayı: 703, 245 - 261, 15.06.2021

Ömür Bozkurt , Mehmet Fatih Kaya

https://doi.org/10.46399/muhendismakina.846123

Öz

Endüstriyel uygulamalarda yakma havasının ön ısıtması ve yeniden kullanılması yakıt giderlerinde ve emisyon oluşumunda büyük tasarruflar sağlamaktadır. Özellikle reküperatif ve rejeneratif yakma sistemlerine sahip fırınlar yakıtın ısısından daha fazla yararlanabilmeleri sebebiyle oldukça verimli sistemlerdir. Rejeneratif fırın sistemleri uygun sistemlere adapte edildiklerinde büyük oranda yakıt tasarrufu sağlayarak ekonomik bir yakma prosesi gerçekleşmesini sağlamaktadırlar. Bu çalışmada, bir işletmede kullanılan reküperatif yakma sisteminin rejeneratif yakma sistemi ile değiştirilerek aluminyum ergitme işleminde daha yüksek performanslı bir proses oluşturulması sağlanmıştır. Bu ergitme sistemlerinin karşılaştırmalarının yapılması için matematiksel modeller ve CFD analizler yapılarak bazı hesaplamalar ve değerlendirmeler yapılmıştır. CFD analizlerine göre 1654 J/kg değerinde bir entalpi kazanımı sağlanarak reküpertif fırın sisteminin performansının arttırılacağı sonucuna varılmış olup bu değerler tasarım kriteri olarak kullanılmıştır. Ayrıca, reküperatif sistemin rejeneratif sisteme dönüştürülmesi ile sistemin yakıt tüketiminde %30’luk bir düşüş gözlenmiş olup, fırın veriminde iki katlık bir artış elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

yakıcılar, Rejeneratif yakma sistemleri, enerji verimliliği

A CFD Assisted Study: Investigation of the Transformation of A Recuperative Furnace to Regenerative Furnace For Industrial Aluminium Melting

Öz

In industrial applications, pre-heating and re-heating of the exhaust air have very big savings of fuel costs and emissions. Especially, recuperative, and regenerative furnaces are an efficient method to obtain more heat sources. Regenerative furnace systems provide superior cost and fuel savings in industrial applications when they are adapted with suitable processes. In this study, recuperative aluminum melting furnaces are transformed with regenerative furnaces to obtain high performance aluminum melting in the manufacturing system. Several calculations and evaluations are conducted to observe the difference in the melting furnace systems by the help of mathematical modelling and CFD analysis. According to CFD results, as a design criterion, 1654 J/kg enthalpy change is calculated to improve the system performance for regenerated recuperative systems. Fuel consumption of the system is decreased around 30% and payback time is calculated as 1.43 year according to December 2018 values.

Anahtar Kelimeler

Regenerative burners, burners, energy efficiency

Teşekkür

The authors would like to thank the Turkish Science Ministry of Industry and Technology with grant number RDC.2017.03.02.

Kaynakça

• 1. Greening, L.A., G. Boyd, and J.M. Roop, 2007. Modeling of industrial energy consumption: An introduction and context, vol. 29, p. 599-608
• 2. Hasanuzzaman, M., Rahim, N., Hosenuzzaman, M., Saidur, R., Mahbubul, I., Rashid, M. 2012. "Energy savings in the combustion based process heating in industrial sector". Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 16, p. 4527-4536.
• 3. ÇOMAKLI, K., Terhan, M. 2015. "DOĞALGAZ YAKITLI KAZANDAN ÇIKAN ATIK BACA GAZININ EKSERJİ ANALİZİ". Mühendis ve Makina, vol. 56, p. 58-64.
• 4. EYİDOĞAN, M., Durmuş, K., DURSUN, Ş., TAYLAN, O. 2014. "ENDÜSTRİYEL TAV FIRINLARINDA ENERJİ TASARRUFU VE EMİSYON AZALTIM FIRSATLARI". Gazi Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol. 29, p.
• 5. Arslan, F. 2016. "KÖMÜR YAKITLI ENERJİ SANTRALLERİNDE BİRİM ELEKTRİK ENERJİSİ ÜRETİM MALİYETİ". Mühendis ve Makina, vol. 57, p. 49-55.
• 6. Gielen, D., Taylor, P. 2009. "Indicators for industrial energy efficiency in India". Energy, vol. 34, p. 962-969.
• 7. Chunbao Charles, X., Cang, D.-q. 2010. "A brief overview of low CO2 emission technologies for iron and steel making". Journal of Iron and Steel Research, International, vol. 17, p. 1-7.
• 8. Terhan, M., Çomaklı, K. 2015. "Baca Gazı Atık Isısı ile Kazan Yakma Havasının Ön Isıtılmasının Fizibilitesi". Mühendis ve Makina, vol. 56, p. 56-63.
• 9. Eyidogan, M., Kaya, D., Dursun, S., Taylan, O. 2014. "Energy Saving And Emission Reduction Opportunities in an Industrial Annealing Furnaces". Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, vol. 29, p. 735-743.
• 10. Ertem, M., Şen, S., Akar, G., Pamukcu, C., Gurgen, S. 2010. "Energy balance analysis and energy saving opportunities for Erdemir slab furnace# 3". Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, vol. 32, p. 979-994.
• 11. Tütünoğlu, Y., Güven, A., Öztürk, İ. T. 2012. "Cam temperleme fırınında enerji analizi". TMMOB MMO, Mühendis Makina Dergisi, vol. 53, p. 55.
• 12. Rafidi, N., Blasiak, W., Jewartowaski, M., Szewczyk, D. 2005. "Increase of the effective energy from the radiant tube equipped with regenerative system in comparison with conventional recuperative System". IFRF Combustion Journal, vol. p. 1-17.
• 13. Schalles, D. G. 2002. "The next generation of combustion technology for aluminum melting". Bloom Engineering Company, Inc, vol. 5460, p.
• 14. Siemens, F., Regenerative furnace, 1914, Google Patents.
• 15. Baukal Jr, C. E. 2003. "Industrial burners handbook", CrC press, US.
• 16. Bilgin, A. 2006. "Kazanlarda enerji verimliliği ve emisyonlar". Makina Mühendisleri Odası websitesi, http://www. mmo. org. tr/resimler/dosya_ekler/1673a38f02b5852_ek, Son Erişim Tarihi: 29.11.2020.
• 17. Rafidi, N. 2005. "Thermodynamic aspects and heat transfer characteristics of HiTAC furnaces with regenerators". PhD Thesis, KTH, Stockholm.
• 18. Jouhara, H., Khordehgah, N., Almahmoud, S., Delpech, B., Chauhan, A., Tassou, S. A. 2018. "Waste heat recovery technologies and applications". Thermal Science and Engineering Progress, vol.6, p. 268-289.