Atık Isı Geri Kazanım Sistemi ve ORC: Çimento Sektörünün Geleceği İçin Mükemmel Bir Kombinasyon Tesislerin Rekabet Gücünü Arttırmak İçin Güvenilir Elektrik Üretimi

Son yirmi yılda, Çimento Sektöründe Organik Rankine Çevriminin uygulanması ihtimali yoğun bir şekilde değerlendirilmekte. Fizik bize, düşük sıcaklık kaynaklarının mevcudiyetinde (yaygın bir şekilde kullanılan akış aşağı klinker soğutucuları ve ön ısıtma kuleleri gibi) organik akışkanların özelliklerinin suya göre daha başarılı sonuçlar sağladığını söylese de çimento sektörü, yıllardan beri buharlı türbinlerle faaliyet göstermektedir. Geçmişte bu yönelim, ORC’nin sermaye masrafları bakımından rekabet edememe özelliği sebebiyle kısmen desteklenmiştir. Diğer muhtemel sebepler ise ORC’nin cüruf soğutuculardan ve ön ısıtıcılardan gelen gaz akımlarını işleme konusunda anlamlı kaynaklara sahip olmaması ile açıklanabilir. Elektrik piyasasındaki son gelişmeler çimento üreticilerinin tesis verimliliğine olan ilgisini tazelemiş olup, elektrik üretimi ve daha düşük işletme giderleri bakımından WHR’nin daha yüksek bir performans sergilemesi ve daha düşük sermaye maliyeti yaratması gerektiğine yönelik kanıtları ortaya koymuştur. Bu yeni rekabet alanında, geçtiğimiz yıl Türkiye’de CTP Ekibi, cüruf soğutucusundan atık gazların geri kazanılmasıyla 7 MW elektrik üretme potansiyeline sahip, 10.000 TPD hat üzerinde ORC kullanan bir WHR projesi için ilk sözleşmeyi imzaladı. Sistem, toplam tesis elektrik tüketiminin %12’sini karşılamakta ve yıllık 36 milyon KWh tasarruf sağlamaktadır. ORC teknolojisi, daha yüksek elektrik üretimi, daha düşük sistem işletme maliyeti (buhar/su ile çalışan muadil bir sistemin işletme maliyetinin yaklaşık dörtte biri kadar) ve su ihtiyacını tamamen ortadan kaldırılması gibi özellikleri sebebiyle tercih edilmiştir. Kısacası, durgun bir pazarda rekabet avantajı anlamına gelen; daha yüksek yatırım getirisi, işletme maliyetlerinin büyük ölçüde azaltılması, çevre üzerinde sıfır etki, kapasite artışı sağlamıştır.
Nasıl çalışır?
Organik rankine çevrimi, suya göre, daha düşük kaynama noktası, daha yüksek buhar basıncı, daha yüksek moleküler kütle ve daha yüksek kütle akışına sahip daha yüksek bir moleküler kütleli organik akışkanlar kullanmaktadır. Bu özellikler, birlikte, klasik buharlı sisteme göre daha yüksek türbin verimliliği sağlamaktadır. CTP tarafından önerilen sistem iki ısı transfer aşamasından oluşmaktadır. İlk aşamada, fırın ön ısıtıcısının açığa çıkardığı atık gazlardan gelen ısıyı ve cüruf soğutucusundan gelen soğutma havasını termal yağa aktarır. İkinci aşamada, termal yağdan gelen ısı organik akışkana transfer edilir. Bir ara çevrim maddesi olarak Termal yağın kullanılmasının pek çok operasyonel avantajı bulunmaktadır: Termal yağ daima sıvı halde olup yüksek sıcaklıkta çok kararlı ve yağlayıcı temel özelliğe sahiptir. Korozyon veya aşınma gibi sorunlara yol açmaz ve son derece dayanıklıdır (sadece yılda bir defa ilk dolumun %1’inden azının değiştirilmesi gerekmektedir).
Termal yağın ısısı, organik akışkanın ön ısıtılması ve buharlaştırılmasında kullanılır. Akışkan daha sonra, elektrik jeneratörüne bağlı bir türbin içinden genleştirilir. Buhar deşarjı rejeneratör üzerinden akar, organik akışkanı ısıtır ve hava soğutmalı yoğuşturucuda yoğuşturulur ve son olarak yoğuşan ısı ortam havasına salınır. Ardından organik çalışma akışkanı, rejeneratöre ve buharlaştırıcıya pompalanır ve böylece kapalı devre çalışma tamamlanır.
ORC teknolojili WHR sisteminde hiçbir şekilde su kullanılmaz: Bu husus özellikle su tüketiminin bir sorun teşkil ettiği yerlerde önem arz eder; ORC çözümü bunun için tasarlanmış en iyi çözümdür.
Buharlı türbinler ile karşılaştırıldığında, bakım işlemleri ve maliyetleri, türbindeki organik akışkanın kuru genleşmesi (kanatlar aşınmaz) ve organik sıvı ve termal yağın zararsız ve korozyona yol açmayan özellikleri gibi ORC teknolojisinin avantajları sayesinde daha düşüktür.
Sistem, yüksek düzeyde bir otomasyona sahiptir ve cüruf üretimini etkilemeden tesisin ana prosesini otomatik olarak takip etmek üzere geliştirilmiştir.
CTP, işletme maliyetlerini azaltmayı amaç edinerek WHR’yi tasarlamıştır. Sistem, hem normal çalışma koşullarında ve bir şalter kapatma prosedüründe en az düzeyde gözetim gerektirir. Buharlı ısı geri kazanım sistemleri normal şartlarda kazanların ve türbin faaliyetini günlük olarak takip edecek operatörlere ihtiyaç duyarken, ORC’ler, uzaktan izlenir ve kontrol edilir ve minimum düzeyde yıllık bakım faaliyetleri gerektirir ve sonuç olarak çimento tesisi teknisyenleri çimento üretim sürecine odaklanır.
Sistem tasarım termal yükünün %10’u kadar az bir yükte çalışabilir ve termal yükün %50’si kadar yüksek düzeyde elektrik verimliliği sağlanır. Birden fazla fırın veya değişken ısı kaynağı yükü olması durumunda, ORC yıllık elektrik üretimini maksimize edebilmektedir. Son olarak, müşterilerimiz, %98’den yüksek bir çalışma kapasitesine sahip bir sisteme daima güvenebilirler.
CTP Ekibinin vurguladığı noktalar:
CTP Ekibi, 50 yıllık deneyime sahip, çevre sistemleri ve ısı geri kazanımı alanlarında çimento için ürünlerin imalatında ve mühendisliğinde lider olan bir İtalyan şirketidir. Filtrasyon, Gaz Temizleme, Eşanjörler ve Atık Isı Geri Kazanımı için yenilikçi ürünlerle CTP, müşterinin sınırlamalarını ve beklentilerini karşılayabilmek için özel kurulumlar tasarlayabilir ve bu kurulumları işler hale getirebilir.