Ekonomizer Yakıt Tasarrufu Nasıl Hesaplanır?

Ekonomizer Yakıt Tasarrufu Nasıl Hesaplanır?

Endüstriyel tesislerde kullanılan buhar ve sıcak su kazanları, üretim süreçlerinin en önemli enerji tüketim noktaları arasında yer alır. Kazanlarda yakıtın yanması sonucunda ortaya çıkan enerjinin tamamı sisteme aktarılamaz. Enerjinin belirli bir bölümü, yüksek sıcaklıktaki baca gazlarıyla birlikte atmosfere atılır.

Ekonomizer sistemleri, baca gazında bulunan bu atık ısıyı geri kazanarak kazan besi suyunun veya proseste kullanılacak başka bir akışkanın önceden ısıtılmasını sağlar. Böylece kazan aynı miktarda buharı veya sıcak suyu üretmek için daha az yakıt tüketir.

Peki ekonomizer kullanıldığında ne kadar yakıt tasarrufu sağlanır? Ekonomizer yatırımının geri dönüş süresi nasıl hesaplanır?

Bu yazıda ekonomizer yakıt tasarrufu hesabında kullanılan temel verileri, hesaplama yöntemlerini ve örnek bir uygulamayı adım adım inceleyeceğiz.

Ekonomizer Nedir ve Nasıl Tasarruf Sağlar?

Ekonomizer, kazan çıkışındaki sıcak baca gazı ile daha düşük sıcaklıktaki besi suyu arasında ısı transferi gerçekleştiren bir ısı geri kazanım ekipmanıdır.

Kazan besi suyu ekonomizere girdiğinde baca gazından aldığı enerjiyle ısınır. Daha yüksek sıcaklığa ulaşan besi suyunun kazan içerisinde buharlaşma sıcaklığına çıkarılması için daha az enerji gerekir.

Bu süreç sonucunda:

• Kazanın yakıt tüketimi azalır.

• Kazan verimliliği yükselir.

• Baca gazı çıkış sıcaklığı düşer.

• Birim buhar üretim maliyeti azalır.

• Karbon emisyonlarının azaltılmasına katkı sağlanır.

• Kazan kapasitesi ve sistem performansı iyileştirilebilir.

Spirax Sarco’nun teknik kaynaklarında, besi suyu sıcaklığındaki her 10°C’lik artışın genel bir yaklaşım olarak kazan veriminde yaklaşık yüzde 2 iyileşme sağlayabileceği belirtilmektedir. Ancak gerçek sonuç; kazan tipi, yakıt, baca gazı sıcaklığı ve işletme koşullarına göre değişir.

Ekonomizer Yakıt Tasarrufu Hesabı İçin Hangi Veriler Gereklidir?

Sağlıklı bir tasarruf hesabı yapabilmek için sistemden bazı işletme verilerinin alınması gerekir.

1. Yıllık yakıt tüketimi

Kazanın bir yıl içerisinde tükettiği doğalgaz, fuel-oil, LPG, biyogaz veya diğer yakıt miktarı belirlenmelidir.

Doğalgaz tüketimi genellikle Sm³/yıl, sıvı yakıt tüketimi ise litre/yıl veya kg/yıl olarak takip edilir.

2. Yakıtın birim fiyatı

Kullanılan yakıtın güncel birim maliyeti hesaplamaya dahil edilmelidir.

Yakıt fiyatlarının dönemsel olarak değişebilmesi nedeniyle yıllık ortalama maliyet üzerinden hesaplama yapılması daha sağlıklı sonuç verir.

3. Mevcut baca gazı sıcaklığı

Ekonomizer öncesindeki baca gazı sıcaklığı, sistemde geri kazanılabilecek enerjinin belirlenmesinde en önemli parametrelerden biridir.

Baca gazı sıcaklığı yükseldikçe teorik olarak geri kazanılabilecek enerji miktarı da artar.

4. Hedef baca gazı çıkış sıcaklığı

Baca gazının ekonomizer sonrasında hangi sıcaklığa kadar düşürüleceği belirlenmelidir.

Bu değer hesaplanırken:

• Yakıt türü,

• Baca gazı çiğlenme noktası,

• Korozyon riski,

• Baca yapısı,

• Ekonomizer malzemesi,

• Proses koşulları

birlikte değerlendirilmelidir.

Baca gazı sıcaklığının kontrolsüz biçimde düşürülmesi yoğuşma ve korozyon problemlerine neden olabilir. Bu nedenle hedef sıcaklık yalnızca teorik tasarrufa göre değil, sistem güvenliği dikkate alınarak belirlenmelidir.

5. Besi suyu giriş ve çıkış sıcaklığı

Ekonomizere giren besi suyunun sıcaklığı ile ekonomizerden çıkan suyun sıcaklığı arasındaki fark, geri kazanılan ısı miktarını doğrudan etkiler.

6. Kazan çalışma süresi

Kazan yıl içerisinde kaç saat çalışıyor?

Günde 8 saat çalışan bir kazan ile üç vardiya çalışan bir kazanın yıllık tasarruf potansiyeli aynı olmayacaktır.

7. Kazan yük oranı

Kazanlar her zaman nominal kapasitede çalışmayabilir. Bu nedenle yıllık ortalama yük oranının hesaba katılması gerekir.

Ekonomizer Yakıt Tasarrufu Nasıl Hesaplanır?

Ekonomizer tasarrufu farklı yöntemlerle hesaplanabilir. Ön fizibilite çalışmalarında genellikle kazan verimindeki iyileşme veya yıllık yakıt tüketimindeki azalma üzerinden hesaplama yapılır.

Basit yakıt tasarrufu formülü

Yıllık yakıt tasarrufu şu formülle hesaplanabilir:

Yıllık yakıt tasarrufu = Yıllık yakıt tüketimi × Beklenen tasarruf oranı

Yıllık parasal tasarruf ise şu şekilde hesaplanır:

Yıllık parasal tasarruf = Yıllık yakıt tasarrufu × Yakıt birim fiyatı

Ekonomizer uygulamalarında kesin bir oran her tesis için geçerli değildir. Sistem koşullarına bağlı olarak farklı sonuçlar alınabilir. ABD Enerji Bakanlığı kaynaklarına dayanan teknik değerlendirmelerde, kazan besi suyu ekonomizerlerinin bazı uygun uygulamalarda yakıt tüketimini yaklaşık yüzde 5 ila yüzde 10 aralığında azaltabildiği ifade edilmektedir.

Yoğuşmalı ekonomizerlerde baca gazındaki su buharının gizli ısısından da yararlanıldığı için geri kazanım potansiyeli daha yüksek olabilir. ABD Enerji Bakanlığı, uygun sistemlerde yoğuşmalı ekonomizerlerin toplam sistem veriminde yüzde 10’a kadar artış sağlayabileceğini belirtmektedir.

Bu oranların ön fizibilite amacıyla kullanılabileceği, gerçek proje değerlerinin ise mühendislik hesabı ve saha ölçümleriyle belirlenmesi gerektiği unutulmamalıdır.

Örnek Ekonomizer Yakıt Tasarrufu Hesabı

Bir üretim tesisinde kullanılan doğalgazlı buhar kazanına ait örnek verilerin aşağıdaki gibi olduğunu varsayalım:

• Yıllık doğalgaz tüketimi: 1.200.000 Sm³

• Doğalgaz ortalama birim maliyeti: 15 TL/Sm³

• Ekonomizer sonrası beklenen yakıt tasarrufu: %6

• Yıllık çalışma süresi: 7.500 saat

1. Yıllık doğalgaz tasarrufu

1.200.000 Sm³ × %6 = 72.000 Sm³/yıl

Ekonomizer sayesinde tesisin yıllık yaklaşık 72.000 Sm³ daha az doğalgaz tüketmesi öngörülmektedir.

2. Yıllık parasal tasarruf

72.000 Sm³ × 15 TL = 1.080.000 TL/yıl

Bu örneğe göre ekonomizer sisteminin yıllık yakıt maliyetinde yaklaşık 1.080.000 TL tasarruf oluşturma potansiyeli bulunmaktadır.

Bu hesaplama örnek amaçlıdır. Güncel yakıt fiyatı, kazan yükü, çalışma süresi ve gerçek verim artışı değiştiğinde tasarruf miktarı da değişecektir.

Isı Transferi Üzerinden Ekonomizer Hesabı

Daha detaylı mühendislik çalışmalarında tasarruf, ekonomizerde geri kazanılan ısı miktarı üzerinden hesaplanabilir.

Su tarafında geri kazanılan ısı için aşağıdaki temel formül kullanılır:

Q = m × Cp × ΔT

Formüldeki ifadeler:

• Q: Geri kazanılan ısı miktarı

• m: Besi suyu debisi

• Cp: Suyun özgül ısısı

• ΔT: Besi suyunun ekonomizer giriş ve çıkış sıcaklıkları arasındaki fark

Örneğin ekonomizere saatte 10.000 kg besi suyu giriyor ve su sıcaklığı 70°C’den 100°C’ye yükseliyorsa:

• Besi suyu debisi: 10.000 kg/h

• Sıcaklık farkı: 30°C

• Suyun özgül ısısı: Yaklaşık 4,186 kJ/kg°C

Hesaplama:

Q = 10.000 × 4,186 × 30

Q = 1.255.800 kJ/h

Bu değer yaklaşık olarak:

349 kW termal enerjiye karşılık gelir.

Bu enerji normal şartlarda yakıt yakılarak kazana verilecekti. Ekonomizer sayesinde baca gazından geri kazanıldığı için yakıt ihtiyacı azalır.

Yakıt tasarrufu hesaplanırken geri kazanılan enerji; yakıtın alt ısıl değeri ve mevcut kazan verimi dikkate alınarak yakıt miktarına dönüştürülür.

Kazan Verimindeki Artıştan Yakıt Tasarrufu Nasıl Bulunur?

Kazan verimindeki artış biliniyorsa eski ve yeni yakıt tüketimi arasındaki fark hesaplanabilir.

Örneğin:

• Ekonomizer öncesi kazan verimi: %82

• Ekonomizer sonrası kazan verimi: %87

• Yıllık mevcut yakıt tüketimi: 1.200.000 Sm³

Aynı faydalı enerjiyi üretmek için gereken yeni yakıt tüketimi yaklaşık olarak şu şekilde hesaplanır:

Yeni tüketim = Mevcut tüketim × Eski verim / Yeni verim

Yeni tüketim = 1.200.000 × 0,82 / 0,87

Yeni tüketim ≈ 1.131.034 Sm³

Yaklaşık yıllık yakıt tasarrufu:

1.200.000 − 1.131.034 = 68.966 Sm³

Tasarruf oranı ise yaklaşık yüzde 5,75 olur.

Bu yöntem, aynı buhar veya sıcak su üretim miktarının korunacağı varsayımıyla kullanılabilir.

Ekonomizer Yatırımının Geri Dönüş Süresi Nasıl Hesaplanır?

Ekonomizer yatırım kararında yalnızca yıllık yakıt tasarrufuna değil, yatırımın ne kadar sürede kendisini amorti edeceğine de bakılmalıdır.

Basit geri dönüş süresi şu formülle hesaplanabilir:

Geri dönüş süresi = Toplam yatırım maliyeti / Yıllık net tasarruf

Örneğin:

• Ekonomizer ve uygulama maliyeti: 2.000.000 TL

• Yıllık yakıt tasarrufu: 1.080.000 TL

• Yıllık ek bakım ve işletme gideri: 80.000 TL

Yıllık net tasarruf:

1.080.000 − 80.000 = 1.000.000 TL

Basit geri dönüş süresi:

2.000.000 / 1.000.000 = 2 yıl

Bu örnekte ekonomizer yatırımı yaklaşık iki yılda kendisini amorti etmektedir.

Daha kapsamlı fizibilite çalışmalarında enerji fiyat artışı, finansman maliyeti, bakım giderleri, üretim artışı ve ekipmanın ekonomik ömrü de hesaplamaya dahil edilmelidir.

Ekonomizer Tasarrufunu Etkileyen Faktörler

Her ekonomizer uygulamasında aynı tasarruf oranının elde edilmesi mümkün değildir. Gerçek performans aşağıdaki faktörlere bağlıdır.

Baca gazı sıcaklığı

Ekonomizer girişindeki baca gazı sıcaklığı ne kadar yüksekse geri kazanılabilecek ısı potansiyeli genellikle o kadar fazladır.

Besi suyu sıcaklığı

Düşük sıcaklıktaki besi suyu daha fazla enerji alabilir. Ancak besi suyu sistemi, degazör sıcaklığı ve kondens dönüş oranı birlikte değerlendirilmelidir.

Besi suyu sıcaklığı düştükçe kazanın buhar üretmek için ihtiyaç duyduğu enerji miktarı artar. Bu nedenle besi suyu sıcaklığının uygun seviyede tutulması kazan performansı açısından önemlidir.

Kazanın yıllık çalışma süresi

Yüksek çalışma saatine sahip tesislerde yıllık enerji geri kazanımı ve parasal tasarruf daha yüksek olur.

Kazan yükü

Sürekli düşük yükte veya düzensiz çalışan kazanlarda baca gazı debisi ve sıcaklığı değişebilir. Ekonomizer bu değişken koşullara göre boyutlandırılmalıdır.

Yakıt türü

Doğalgaz, fuel-oil, kömür, biyogaz ve diğer yakıtların baca gazı özellikleri farklıdır. Yakıt içerisindeki kükürt ve nem oranı, çiğlenme noktası ve malzeme seçiminde belirleyici olabilir.

Ekonomizer yüzey alanı

Isı transfer yüzeyinin yetersiz olması beklenen sıcaklık düşüşünün elde edilememesine neden olabilir. Gereğinden fazla yüzey alanı ise basınç kaybı, maliyet ve kirlenme problemlerini artırabilir.

Yüzey kirliliği

Baca gazı tarafında kurum ve partikül birikmesi, su tarafında ise kireçlenme meydana gelmesi ısı transferini düşürür. Bu nedenle ekonomizer bakım ve temizlik programına dahil edilmelidir.

Fazla hava oranı

Yanma sistemindeki fazla hava oranının yüksek olması baca gazı miktarını ve baca kayıplarını etkiler. Kazan verimliliği değerlendirilirken brülör ayarları ve baca gazı oksijen seviyesi de kontrol edilmelidir. TLV, aşırı yanma havasının baca gazı hacmini artırarak verim kaybına neden olabileceğine dikkat çekmektedir.

Standart ve Yoğuşmalı Ekonomizer Arasındaki Fark

Standart ekonomizerlerde baca gazı sıcaklığı genellikle yoğuşma oluşturmayacak bir seviyeye kadar düşürülür.

Yoğuşmalı ekonomizerlerde ise baca gazı çiğlenme noktasının altına indirilerek gaz içerisindeki su buharının yoğuşma enerjisinden de yararlanılır.

Yoğuşmalı sistemler daha yüksek ısı geri kazanımı sağlayabilir. Ancak bu sistemlerde:

• Korozyona dayanıklı malzeme,

• Yoğuşma suyu tahliyesi,

• Kondens nötralizasyonu,

• Uygun baca tasarımı,

• Prosesle uyumlu düşük sıcaklıklı su ihtiyacı

gibi ek teknik şartların değerlendirilmesi gerekir.

Ekonomizer Her Kazana Uygulanabilir mi?

Ekonomizerler birçok buhar ve sıcak su kazanına uygulanabilir. Ancak her tesis için aynı tasarım kullanılamaz.

Uygulama öncesinde aşağıdaki konular incelenmelidir:

• Kazan kapasitesi,

• Yakıt türü,

• Baca gazı debisi,

• Baca gazı giriş sıcaklığı,

• Kazan çalışma basıncı,

• Besi suyu debisi,

• Besi suyu sıcaklığı,

• Baca çekiş sistemi,

• Mevcut alan,

• Basınç kaybı sınırları,

• Korozyon ve yoğuşma riski,

• Kazan yük profili.

Mevcut kazanlara sonradan ekonomizer eklenmesi mümkün olabilir. Bunun için baca hattı, fan kapasitesi, otomasyon sistemi ve mekanik yerleşim birlikte değerlendirilmelidir.

Ekonomizer Seçiminde Neden Mühendislik Hesabı Yapılmalıdır?

Ekonomizer yalnızca baca hattına yerleştirilen standart bir eşanjör değildir. Yanlış boyutlandırılmış bir sistem beklenen tasarrufu sağlayamadığı gibi kazan işletmesini de olumsuz etkileyebilir.

Hatalı projelendirme sonucunda:

• Baca gazı basınç kaybı artabilir.

• Brülör ve fan performansı etkilenebilir.

• Baca gazında yoğuşma oluşabilir.

• Asidik korozyon meydana gelebilir.

• Isı transfer yüzeyleri hızla kirlenebilir.

• Besi suyu kontrolünde dengesizlik yaşanabilir.

• Kazan çalışma güvenliği etkilenebilir.

Bu nedenle tasarruf hesabı; yalnızca varsayımsal yüzdeler üzerinden değil, saha ölçümleri ve termal tasarım verileri üzerinden doğrulanmalıdır.

Ekonomizer Tasarruf Hesabında Sık Yapılan Hatalar

Ekonomizer fizibilitesi hazırlanırken en sık yapılan hatalar şunlardır:

• Kazanın sürekli tam kapasitede çalıştığını varsaymak,

• Yıllık duruş sürelerini hesaba katmamak,

• Yakıt fiyatını güncellemeden hesap yapmak,

• Baca gazı çiğlenme noktasını dikkate almamak,

• Kirlenme payını hesaba katmamak,

• Ekonomizer basınç kaybını göz ardı etmek,

• Kondens dönüş oranını dikkate almamak,

• Bakım ve elektrik tüketimini yatırım hesabına eklememek,

• Üretim miktarındaki dönemsel değişimleri değerlendirmemek.

En doğru sonuç için yıllık ortalama çalışma koşulları, mümkünse farklı yük seviyelerinde ölçülmelidir.

Ekonomizer Yakıt Tasarrufu Ne Kadardır?

Ekonomizerin sağlayacağı yakıt tasarrufu; baca gazı sıcaklığı, kazan yükü, besi suyu sıcaklığı, yakıt türü ve yıllık çalışma süresine bağlıdır.

Uygun projelendirilmiş standart ekonomizer sistemlerinde kayda değer yakıt tasarrufu elde edilebilir. Bazı teknik kaynaklarda uygun kazan uygulamaları için yaklaşık yüzde 5 ila yüzde 10 arasında yakıt tasarrufu potansiyeli ifade edilmektedir.

Ancak bu oran her tesis için garanti edilen sabit bir değer değildir. Gerçek tasarruf oranı, mühendislik hesapları ve ölçülen işletme verileriyle belirlenmelidir.

Alfa Enerji, tesisinizin kazan kapasitesi, baca gazı değerleri ve işletme koşullarına göre ekonomizer tasarımı, ısı geri kazanım hesabı ve projeye özel mühendislik çözümleri geliştirmektedir.

Tesisinizin ekonomizer tasarruf potansiyelini öğrenmek ve projeye özel teknik değerlendirme almak için Alfa Enerji ile iletişime geçebilirsiniz.