Sıcak Sac Haddehaneleri Descale Pompalarında Enerji Verimliliği

Demir-çelik sektöründe üretim maliyetlerini düşürmek ve uluslararası piyasalarda rekabet gücünü artırmak için enerji tasarruf tedbirleri yüksek bir önem taşıyor. Siemens, yaptığı bir çalışmayla bantta malzeme olmadığı zamanlarda descale pompalarında, değişken hız sürücüsü ile devrin azaltılmasının sağlayacağı enerji tasarruf miktarını hesapladı. Uygulama yapılan descale pompasında enerji tüketiminde %44'lük bir düşüş saptandı.

A- A+

27.08.2017 tarihli yazı 8719 kez okunmuştur.

Siemens Haddane Sac Pompa Enerji Verimliliği

Enerji yoğun bir prosese sahip çelik üretim sektöründe, toplam maliyet içerisinde enerji maliyetlerinin payı, hammaddeden sonra ikinci sırada ve yüzde 15-25 aralığında bulunuyor. Bu durum, ürün maliyetlerini düşürmek ve pazardaki rekabet gücünü artırmak isteyen demir-çelik sektörü için enerji verimliliğinin önemini her geçen gün daha da artırıyor.

Siemens, yaptığı bir çalışmayla sıcak sac haddehanelerinde bulunan ve yüksek enerji tüketimine neden olan descale pompalarını enerji verimliliği açısından ele aldı.

Çelik üretim prosesinde, slab’ın tufaldan temizlenmesi işlemi (descaling) yapılır. Bu işlemde yüksek basınçlı su, descale pompaları ile püskürtülür. Geleneksel uygulamalarda descale pompaları, bantta temizlenecek malzeme olmadığı zamanlarda aynı hızda çalışmaya devam eder ve pompanın ilettiği su bypass hattı ile havuza geri döner. Bu durumda, pompalar faydalı çalışamaz ve gereksiz enerji tüketimine neden olur.

Yapılan bu çalışmayla bantta malzeme olmadığı zamanlarda descale pompalarında, değişken hız sürücüsü ile devrin azaltılmasının sağlayacağı enerji tasarruf miktarını bulmak hedefleniyor. Örnek bir işletme için geleneksel yöntemle kontrol edilen (bypass hattı ile) descale pompaları incelendi ve gerekli ölçümler yapıldı. Bantta malzeme bulunmadığında gereksiz enerji tüketimine neden olan descale pompalarında, değişken hız sürücüsü uygulaması ile pompa devrinin azaltılması sağlanarak enerji tasarrufu artırıldı. Bu çalışmada uygulama öncesi yapılan ölçüm ve hesaplamalar ile uygulama sonrası yapılan ölçümler detaylı olarak verilerek elde edilen tasarruf miktarı belirtildi.

Bu kapsamda incelenen descale pompasında, sac haddehanesinde üretim gerçekleşirken bir saat boyunca enerji tüketim ölçümleri yapıldı ve tav fırınından çıkan sıcak slab sayısı yani descale pompalarının yüzeyini temizlediği slab adeti sayıldı. Tav fırınından kor halinde çıkan sıcak slab’ın yüzeyindeki tufal gibi kalıntıları temizlemek amacıyla kullanılan descale pompaları, sıcak slab’ın descaler denilen alana gelmesi ile birlikte, yüksek basınçlı suyu slab yüzeyine püskürtür. Slab, descaler alanından çıktıktan sonra pompalar püskürtmeyi durdurur ve pompa bypass’a geçerek minimum akışı sağlayacak şekilde boşta çalışmaya devam eder. Bu incelemede, toplam çalışma süresi içerisinde kısa bir süre püskürtme yapan ve geriye kalan uzun zaman diliminde boşta çalışan bu pompanın, boşta çalışma sırasındaki enerji tüketimlerinin azaltılması amaçlandı.

Çelik Üretim Sektöründe Enerji Verimliliği

TÇÜD (Türkiye Çelik Üreticiler Derneği) 2016 yılı verilerine göre, Türkiye 33,2 milyon tonluk ham çelik üretimiyle Avrupa’da ikinci ve dünyada sekizinci sırada yer alıyor. Bu denli yüksek bir üretim kapasitesi olan sektör, aslında yüksek fırın veya ark ocakları kullanılarak elde edilen slab ve kütüğün, işlemler ardından istenilen fiziksel ve kimyasal özelliklere ulaşmasını esas alıyor. Bu sektörde enerji maliyetleri, bütün maliyetler arasında ikinci sırada gelirken entegre tesislerde elektrik tüketimi bütün enerji tüketiminin yüzde 65’ine kadar ulaşabiliyor.

Bu oran, demir çelik sektöründe enerjinin ne kadar önemli olduğunu gösteriyor. Üretim maliyetlerini düşürmek ve uluslararası piyasalarda rekabet gücünü artırmak için enerji tasarruf tedbirleri ve enerji yatırımlarının önemi sık bir şekilde vurgulanıyor. Yapılan bu çalışmada da sektörün en önemli ihtiyacı olan enerji tasarrufunu yükseltmek adına, descale pompasının verimini artırmak ve uygulama sonrasında elde edilen enerji tasarruflarını belirlemek hedeflendi.

Sıcak Sac Haddehaneleri Descale Pompalarında Değişken Hız Sürücüsü Uygulaması

Descale pompalarının çalışma mantığı, temizlemesi gereken ürün alana geldiğinde yüksek debide suyu yüzeye püskürtmek, geriye kalan zamanda ise boşta çalışmaktır. Orta gerilim motorlar ile sürülen bu özel pompaların, püskürtmeye ihtiyaç olmadığında durdurulması, tekrar ihtiyaç olduğunda ise çalıştırılması, çok sık tekrarlar gerektirdiği için üreticiler tarafından önerilmez.

Çalışmanın hedefi, mevcut durumda püskürtme işlemi boyunca yüklü çalışan ve püskürtme yapmadığı zamanlarda boşta çalışmaya devam eden descale pompasının, boşta çalışma süresinde düşük devirde çalışmasını sağlayarak enerji tüketimlerini azaltmaktır.

Ölçüm Sonuçları

Uygulama öncesinde sac haddehanesinde bulunan descale pompasında ölçümler yapıldı. Ölçümler, sac haddehanesinde üretim gerçekleşirken ve descale pompaları rejim halindeyken bir saat boyunca gerçekleştirildi.

Sürenin bir saat olarak belirlenmesine etki eden faktör, aşağıdaki ölçüm sonuç grafiğinden de görüleceği üzere descale pompalarının bir slabın yüzeyini ortalama 3 dakika 40 saniyede temizlemesidir.

Descale pompa üzerinde ölçüm işlemi, enerji analizörü ile bir saat boyunca gerçekleştirildi ve üretimin sürekli olduğu bu süre diliminde kaç adet slab yüzeyinin temizlendiği sayıldı.

İncelenen descale pompasının her bir slab yüzey temizleme işlemi için toplam 220 saniye çalıştığı ve bu sürenin 119 saniyelik kısmında pompanın boşta çalıştığı görüldü.

Yukarıda belirtilen ölçüm sonuçları, descale pompasının bir saatlik çalışma sırasında elde edilen ölçümlerin ortalaması olarak hesaplandı. Sonuçlar incelendiğinde, yükte çalışma sırasında gerçekleşen enerji tüketimlerinin boşta çalışma sırasındaki enerji tüketimlerine göre daha yüksek olduğu görülüyor. Bunun nedeni, pompanın enerji tüketiminin, yükte çalışma sırasında slab yüzeyine püskürtülen su miktarıyla orantılı olmasıdır. Boştaki konumda ise pompa bypass’a geçerek akış miktarını minimuma düşürür.

Uygulama öncesi ve sonrasında bir saatlik ortalama çalışma verileri değerlendirilirken, descaler alanından geçen slab sayısını dikkate almak gerekiyor.

Fizibilite Hesapları

Burada kullanılan descale pompasının mevcut durumda değişken hız sürücüsü olmadığından yükte ve boşta çalışırken 50 Hz frekansta ve tam devirde çalıştığı görüldü. Ancak pompanın püskürtme yapmadığı zamanlarda bile yüksek miktarda güç tükettiği belirlendi.

Verimlilik artırıcı projenin hedefi, mevcut durumda püskürtme işlemi boyunca yüklü çalışan ve püskürtme yapmadığı zamanlarda boşta çalışmaya devam eden 1 numaralı descale pompasının, boşta çalışma süresinde düşük devirde çalışmasını sağlayarak enerji tüketimlerinin azaltılmasıdır. Bu amaçla çok sık şekilde boşta çalışan ve yıllık toplam çalışma süresinin büyük bir kısmını boşta geçiren descale pompasının devri, boşta çalışma sırasında değişken hız sürücüsü ile 17,5 Hz frekansına düşürüldü.

Pompa üreticisinin verdiği karakteristik eğriler ile minimum akış limiti değerleri değerlendirilip 17,5 Hz frekansının altına düşülmesinin pompa için teknik açıdan uygun olmadığı görüldü ve bu nedenle boşta çalışma süresi boyunca pompanın devri düşürülerek 17,5 Hz frekansta çalıştırıldı.

Yükte çalışmanın ise mevcut durumda olduğu gibi 50 Hz frekansta devam etmesi için boşta çalışan pompa yüke girdiği sırada sürücü, frekansı 17,5 Hz düzeyinden 50 Hz düzeyine yükseltecek. Pompanın tekrar boşa düşmesi durumunda 50 Hz frekansta çalışan pompa 17,5 Hz frekansa düşecek ve püskürtme yapılmayan boşta çalışma süresince bu frekansta çalışmaya devam edecek.

Uygulama sonrasında yükte çalışma frekansında herhangi bir değişiklik olmayacak ve pompa motoru uygulama öncesinde olduğu gibi 50 Hz frekansta çalışacak. Uygulama sonrası boşta çalışma frekansı ise 17,5 Hz olarak gerçekleşecek ve uygulama öncesinde var olan 50 Hz çalışmaya göre önemli düzeyde enerji tasarrufu sağlanacak. Yükte çalışma için uygulama sonrasında 50 Hz frekansında çalışma yapılacağı ve sisteme ilave enerji tüketimi yapan değişken hız sürücüsü takılacağı için yükte çalışma sırasındaki enerji tüketiminde yüzde 1 oranında (sürücü kaybı) artış yaşanacak. Affinity Kanunları’ndan yararlanarak yapılan hesaplamalardan sonra bulunan sonuçlar aşağıda belirtiliyor.

Uygulama sonrasında descaler’dan geçecek olan slab sayısının aynı olacağı ve dolayısıyla bir saatlik çalışma zamanında descale pompasının ne kadar boşta ve yükte çalışacağı aşağıda hesaplanmıştır.

Uygulama Sonrası Durum Kıyaslaması

Uygulama öncesi ve sonrasındaki ölçümler, pompa rejim halindeyken ve proseste üretim yapılırken gerçekleştirildi. Uygulama sonrasında yapılan ölçümlere ait değerler aşağıdaki tabloda belirtilmiştir.

Fizibilite Hesapları ile Gerçekleşen Kıyaslaması

Enerji Tasarrufu ve Çevresel Etki

Uygulama öncesi ve sonrasında yapılan hesaplama ve ölçümlerde descale pompasının enerji tüketimlerinin azaltılmasıyla enerji tasarrufu sağlandı.

Uygulama sonrasında yapılan ölçümlerde tasarrufun öngörülen değerden yüzde 1,6 daha fazla gerçekleştiği ölçüldü. Gerçekleşen enerji tasarrufunun 771,1 kWh olduğu hesaplandı. Ayrıca bu enerji verimliliği uygulaması ile yılda 2 bin 887 CO2 salımı da engellenebiliyor.