Türkiye’de Seramik Kaplama Malzemeleri Üretiminde

Enerji Verimliliğinin Değerlendirilmesi

Yrd. Doç. Dr. Muharrem EYİDOĞANKocaeli Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi,Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü, Umuttepe, Kocaeli

Doç. Dr. Fatma ÇANKA KILIÇKocaeli Üniversitesi, Kocaeli MYO, Elektrik ve Enerji Bölümü, İklimlendirme ve Soğutma Teknolojisi Programı,Başiskele, Kocaeli

Prof. Dr. Durmuş KAYA Kocaeli Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi,

ÖZET

Bu çalışmada, Seramik Kaplama Malzemeleri (SKM) üretiminde enerji verimliliğinin artırılması için yapılan çalışmalar ve Türkiye’deki SKM sektöründe kullanılan teknolojilerin enerji verimliliğine olan etkisi, farklı işletmelerden alınan verilerle karşılaştırılarak incelenmiştir. SKM üretiminde genel üretim şeması dört temel aşamadan oluşmaktadır. Bu aşamalar; hammadde hazırlama, şekil verme, kurutma ve pişirmedir. SKM üretiminde hammadde hazırlamada kullanılan değirmen tipleri, değirmenlerin spesifik enerji tüketimleri ve değirmenlerde enerji verimliliğinin artırılması için yapılan çalışmalar detaylı olarak incelenmiştir. Ayrıca, sprey drayer’da (kurutucuda), kurutma ve pişirme fırınlarında atık ısı geri kazanımına yönelik yapılan çalışmalar ele alınmıştır. Pişirme fırını egzoz gazlarından reküperatörle atık ısı geri kazanımı uygulamaları ve bu tür uygulamalarda en sık karşılaşılan problemler incelenmiştir. Pişirme fırınlarında hava-yakıt oranının sabit tutulması için kullanılan teknolojiler ve bu teknolojilerin yakıt tüketimine etkisi de ayrıca irdelenmiştir.

1. Giriş

Seramik sektörü; seramik kaplama malzemeleri, seramik sağlık gereçleri, seramik sofra ve mutfak eşyaları, teknik seramikler, refrakter harç ve tuğlalardan oluşan bir sanayi dalıdır. Seramik kaplama malzemeleri ve seramik sağlık gereçleri sektörleri, seramik sektörünün lokomotifi konumundadır. Seramik Kaplama Malzemeleri gerek üretimdeki ve dış ticaretteki payı gerekse de en hızlı gelişen alt dal olması nedeniyle sektör içinde önemli bir paya sahiptir. Bununla birlikte diğer alt dallara göre kapasitesinin büyüklüğü ve ürün çeşitliliği de seramik kaplama malzemeleri sektörünü önemli hale getiren hususlardandır. Seramik sektörü mineralojik proses kullanan, taş ve toprağa dayalı bir sanayi kolu olduğu için üretimi sırasında yoğun enerji tüketilmektedir [1].

1

1.1. Dünya Seramik Kaplama Malzemeleri üretim ve pazarlamasında Türkiye’nin durumu

Seramik sektörü, Türkiye’nin en eski ve en hızlı ilerleyen sektörlerinden biridir. Sektör, her geçen yıl ürünlerini geliştirmekte ve ürünlerinin çeşitliliğini artırmaktadır [2]. Türkiye 2014 yılı itibariyle Dünya’nın dokuzuncu, Avrupa’nın ise üçüncü büyük seramik karo üreticisidir. Türkiye seramik sektörü yıllık 315 milyon m² üretimi ile Avrupa’nın üçüncü ve dünyanın altıncı büyük seramik karo ihracatçısıdır. SKM üretiminde; Çin, Brezilya, Hindistan, İspanya, Endonezya, İran, İtalya, Vietnam ve Türkiye ilk sıralarda yer almaktadır. SKM sektöründe dünya üretiminin %2,5’ini karşılamaktadır. Türkiye’de üretilen SKM’nin %27’si ihraç edilmektedir. Türkiye, dünya ihracatının %3,2’sini karşılamaktadır. Türkiye’de SKM tüketimi 215 milyon m²’yi bulmakta ve bu rakam dünya tüketiminin %1,8’ne karşılık gelmektedir [3].

SKM sektörü, üretim prosesi içindeki pişirme ve kurutma işlemlerinden dolayı, oldukça yoğun enerji tüketen bir sektördür. SKM sektörünün üretim maliyetleri içinde enerjinin payı diğer sektörlere oranla oldukça yüksektir. SKM sektöründe enerji için toplam maliyet içinde yaklaşık %20’dir [4]. SKM sektörünün enerji yoğun bir sektör olması sebebiyle sanayide enerji verimliliğinin artırılması ile birim üretim başına düşen enerji kullanımının önemli ölçüde düşürülme potansiyeline sahiptir [5].

Seramik sektörünün, ihracatta yerli kaynakları en çok kullanan ve ithal ürünlere bağımlılığı en az olan sektörlerden biri olarak Türk ekonomisine katkısı oldukça önemlidir [2].

2014 yılının başı itibarıyla Dünyanın 16. ve Avrupa’nın 6. büyük ekonomisi olan Ülkemiz, en güçlü ekonomilerin temsil edildiği G-20’nin faal bir üyesidir. Küresel mali kriz nedeniyle birçok ülke ekonomisinin daralma gösterdiği bir dönemde Ülkemiz ekonomisi 2008 yılındaki ekonomik yavaşlamanın ve 2009 yılındaki küçülmenin ardından 2010 ve 2011 yıllarında sırasıyla %9,2 ve %8,5 oranında büyüme hızını yakalamış ve 2003-2013 döneminde ortalama %5 büyümüştür. Sahip olduğumuz bu ekonomik büyümenin sağlanmasında enerji sektörü hayati bir rol oynamıştır. 2003-2013 arasında birincil enerji tüketimimizin yılda ortalama %4 ile büyümüş olması enerji tüketiminin ekonomiyle beraber büyüdüğünü göstermektedir. Dünyada dengelerin değiştiği, enerji sektörünün son derece dinamik olduğu bu dönemde, enerji talebi artmaya devam eden Ülkemizin belirleyeceği enerji stratejisi çok kritik ve uzun dönemli etkileri olacak bir konudur [6].

Bu çalışmada, Türkiye’deki SKM sektöründe kullanılan teknolojiler ve bu teknolojilerin enerji verimliliğine etkileri farklı işletmelerden alınan çeşitli örneklerle karşılaştırmalı olarak incelenerek sunulmuştur.

2. Türkiye’de SKM Sektöründe Kullanılan Teknolojiler ve Enerji Verimliliğine Etkileri

2.1. Değirmenler

2

SKM üretiminde besleme türü olarak iki farklı tipte değirmen kullanılmaktadır. Bunlardan biri sürekli besleme (kontinü) diğeri ise kesikli beslemeli tip değirmendir. İşletmenin üretim kapasitesi yüksek ve sprey drayer kapasitesi yeterli ise çamur hazırlama için genellikle sürekli beslemeli değirmen tercih edilmektedir. İşletmenin üretim kapasitesi düşük ise kesikli (doldur-boşalt) değirmenler kullanılmaktadır. Bazı işletmelerde hem kontinü hem de doldur-boşalt değirmenler birlikte kullanılabilmektedir. Kontinü değirmenlerin bazılarında hız sürücüsü (VSD) kullanılırken, bazılarında hız sürücüsü kullanılmamaktadır. Hız sürücüsü kullanılan değirmenlerde, değirmen içindeki bilye miktarı ve besleme debisine göre değirmenin dönüş hızı ayarlandığından, değirmenlerin spesifik enerji tüketimi düşebilmektedir.

Doldur-boşalt değirmenlerin çoğunda VSD kullanılmazken, çok azında hız sürücüsü bulunmaktadır. Sabit hızda çalışmakta olan doldur-boşalt değirmenlere hız sürücüsü uygulanarak, prosesin ilerleyen aşamalarında değirmenin dönüş hızı ihtiyaca göre azaltılabilir çünkü öğütme sürecinin başında değirmenin daha büyük parçaları öğütmesi gerekirken, ilerleyen süreçte parçalar küçüldüğü için değirmenin aynı hızda dönmesine gerek kalmayacaktır. Doldur-boşalt değirmenlere hız sürücüsü uygulanması ile %8-15 arasında enerji verimliliği sağlamak mümkündür.

Doldur-boşalt tipi sürücülü değirmenlerde yükleme yapılıp değirmen ilk çalıştırılmaya başlandığında, değirmen motoru yüksek frekansla döndürülmektedir. Öğütme işlemi devam edip, çamurun tane boyutu küçülmeye başlandığında, değirmen motorunun frekansı kademeli şekilde düşürülmektedir. Doldur-boşalt tipi sürücülü değirmenlerde enerji verimliliğini sağlama ve etkili öğütme yapabilmek için değirmen motorunun ilk döndürülmeye başlandığında ve öğütme biterken frekansın ne olacağı ve öğütme süresinin ne olacağının iyi şekilde tespit edilmelidir. Benzer özellikteki doldur-boşalt tipi sürücülü ve sürücüsüz değirmenlerin aktif gücünün zamanla değişimi Şekil 1’de verilmiştir.

3

Şekil 1. Doldur-boşalt tipi sürücülü ve sürücüsüz değirmenlerin aktif güç-zaman grafiği

Türkiye’de faaliyet gösteren bazı işletmelerin değirmenlerine ait enerji tüketim verileri Tablo 1’de verilmiştir.

Tablo 1. Türkiye’de faaliyet gösteren bazı işletmelerin değirmenlerine ait enerji tüketim verileri

Ürün Değirmenler

Değirmen Tipi

Hammadde Miktarı

(kg/h)

Bilye Miktarı

(kg)

Spesifik Enerji

Tüketimi (kWh/ton)

Duva

r Kar

osu

Tesis-1

Değirmen-1

Doldur-boşalt 3210 21500 26,01Değirmen-2

Doldur-boşalt 3270 21500 28,72Değirmen-3

Doldur-boşalt 3390 21500 24,32

Tesis-2

Değirmen-1

Doldur-boşalt 3750 20000 22,48Değirmen-2

Doldur-boşalt 3750 20000 21,88Değirmen-3

Doldur-boşalt 3750 20000 22,80Tesis-3

Değirmen-1

Kontinü (VSD) 29410 - 20,67

4

Değirmen-2

Kontinü 9000 - 21,78Değirmen-3

Kontinü 9000 - 21,89

Tesis-4

Değirmen-1

Kontinü 14819 40000 14,71Değirmen-2

Kontinü 13810 40000 14,92

Yer K

aros

u

Tesis-1

Değirmen-I Doldur-boşalt 1410 18000 40,42Değirmen-II

Doldur-boşalt 1280 18000 46,45Değirmen-III

Doldur-boşalt 2860 21500 35,14

Tesis-2

Değirmen-I Doldur-boşalt 2140 20000 37,50Değirmen-II

Doldur-boşalt 2140 20000 38,51Değirmen-III

Doldur-boşalt 2140 20000 33,53

Tesis-3

Değirmen-I Doldur-boşalt 4000 20000 28,75Değirmen-II

Doldur-boşalt 4000 20000 27,50Değirmen-III

Doldur-boşalt 4000 20000 25,25

Türkiye’de faaliyet gösteren işletmelerdeki değirmenlerin spesifik enerji tüketimleri (SET) incelendiğinde duvar karosu üretiminde değirmenlerin SET değeri yer karosuna göre daha düşüktür. Bu durumun temel nedeni; yer karosu için daha düşük tane boyutlu çamur elde edilmesidir. Tablo 1 incelendiğinde Kontinü değirmenlerin SET değerleri, doldur-boşalt tipi değirmenlere göre yaklaşık %23 daha düşüktür. Değirmenlere beslenen birim zamandaki hammadde miktarı arttıkça değirmenin SET değeri azalmaktadır. Değirmenler düşük kapasiteyle beslendiklerinde SET değerleri artış göstermektedir.

2.2. Çamur kurutma

Değirmenlerde istenilen boyuta getirilen çamurun kurutulmasında sprey drayer’lar kullanılmaktadır. Spray drayer’ler özellikle gıda, sağlık ve seramik sektöründe kullanılan ve belirli oranlarda katı madde içeren sıvı haldeki hammaddelerin, ısı ile teması sonucu kurutulması prensibi ile çalışan makinelerdir [7]. Sprey dryer’lar çalışma prensibi olarak, direk ve indirek ısı transferli olmak üzere iki kısma ayrılmaktadırlar. Seramik endüstrisinde direk ısı transferli sprey drayer’lar kullanılmaktadır. Bu tiplerde yanma gazı ve sıcak havanın suyu buharlaşma noktasına getirmesi işlemi, sıcaklığın doğrudan ıslak hammaddenin (seramik çamuru) üzerine uygulanması ile sağlanmaktadır [8].

Türkiye’de sprey drayer’larda çamur kurutma işlemi doğalgaz yakıtlı brülörler ile sağlanmaktadır. Sprey drayer’larda çamur kurutma işlemi esnasında yakıt tüketimini azaltmak amacıyla pişirme fırını soğutma bölgesinden çekilen sıcak hava sprey drayer’lara verilmektedir. Türkiye’de faaliyet gösteren bazı seramik üreticilerinde elektrik ve ısı üretim amacıyla gaz türbinli kojenerasyon sistemleri kullanılmaktadır. Gaz türbininden çıkan 500-550 °C’deki egzoz gazları sprey drayer’a gönderilmektedir. Sprey dryer’de istenilen sıcaklığa ulaşılması için sprey dryer brülöründe doğalgaz da yakılabilmektedir. Böylelikle hem tesisin elektrik ihtiyacının bir kısmı karşılanmakta hem

5

de gaz türbininden açığa çıkan egzoz gazı ısısı kullanılarak kojenerasyon sisteminin verimi %80-85 seviyelerine çıkarılabilmektedir.

Sprey drayer’da atık ısının değerlendirildiği diğer bir kaynak ise pişirme fırını egzoz gazı atık ısısıdır. Pişirme fırını egzoz gazı atık ısısı sprey drayer’a bir reküperatör aracılığıyla verildiği gibi, egzoz gazının içerisine kireç püskürtülerek reküperatör kullanmadan doğrudan sprey drayer’a da beslenebilmektedir. Pişirme fırını egzoz gazı atık ısısının sprey drayer’da kullanılması çok yaygın bir uygulama olmamakla birlikte, Türkiye’deki bazı işletmelerde bu uygulama görülmektedir. Pişirme fırını egzoz gazının içine kireç püskürtülerek, sprey drayer’a beslenmesi çamurun kalitesini olumsuz etkileyebileceği düşünüldüğünden bazı işletmeler tarafından pişirme fırını egzoz gazı bir reküperatörden geçirilerek sprey drayer’a sıcak yakma havası beslenmektedir. Böylece egzoz gazının çamur kalitesine olan olumsuz etkisi ortadan kaldırılmış olunur.

Türkiye’de faaliyet gösteren bazı seramik üretim tesislerinde, değirmenlerden çıkan çamurun, spray drayerlara gönderilmeden önce atık ısı kaynaklarından (pişirme fırını egzoz gazı) elde edilen sıcak su ile ön ısıtılması sayesinde çamur sıcaklığı 60~65 °C’lere kadar çıkarılabilmektedir. Bu da spray drayer’ın yakıt tüketimlerinde düşüş sağlanmaktadır.

2.3. Presler

Presleme işlemi ağırlıkça % 5~6 oranında rutubet ihtiva eden massenin pres üzerinde yer alan masse silolarına doldurulması ile başlamaktadır. Pres sürgüsüne dolan masse sürgünün ileri geri hareketiyle ve pres içinde bulunan aynı zamanda ürün ebadına göre değişen alt kalıplarına boşaltılması ve alt kalıplara dolan massenin hidrolik pistona bağlı üst kalıplar arasında sıkıştırılmasıyla sona ermektedir. Presleme işlemi esnasında sıkıştırma miktarı ve doldurulan masse ürünün boyutunu ve kalınlığını değiştirmektedir.

Türkiye’de faaliyet gösteren bazı işletmelerin preslerine ait enerji tüketim verileri Tablo 2’de verilmiştir.

Tablo 2. Türkiye’de faaliyet gösteren bazı işletmelerin preslerine ait enerji tüketim verileriGüç (Yükte)

(kW)Güç (Boşta)

(kW)Üretim

(m²/strok)Spesifik Enerji

Tüketimi (kWh/m²)

Tesis-1Pres-1 45,63 21,27 0,36 0,24Pres-2 65,45 44,63 0,36 0,37Pres-3 96,96 33,17 0,49 0,38Pres-4 92,10 30,33 0,49 0,42

Tesis-2Pres-1 76,07 15,10 0,41 0,17Pres-2 89,53 16,33 0,36 0,24Pres-3 72,14 24,81 0,47 0,42Pres-4 98,34 25,00 0,72 0,33

Tesis-3Pres-1 131,23 23,59 0,81 0,33Pres-2 163,79 85,62 0,72 0,63Pres-3 147,69 22,53 1,08 0,26

Tesis-4Pres-1 37,87 19,50 0,60 0,13Pres-2 71,08 14,20 0,60 0,15Pres-3 62,55 15,90 0,48 0,14

6

Preslerin spesifik enerji tüketimlerini etkileyen başlıca faktörler; presin uyguladığı basınç, presin bir strokta bastığı karo ebadı, karonun et kalınlığı, presin boşta çektiği güç, valfler ve contalarda meydana gelen hidrolik kaçaklar olarak sıralanabilir. Preslerde spesifik enerji tüketimlerinin düşürülmesi için belirli periyotlarla pres bakımların yapılması gerekmektedir. Pres bakımlarının düzenli yapılmaması durumunda valf, conta, hidrolik hortum vb. ekipmanlarda kaçaklardan dolayı pompa fazladan güç çekebilir ve presin spesifik enerji tüketimini artırabilir. Proses hatlarındaki duruşlar nedeniyle preslerin uzun süre boşta beklemesi gerektiğinde, hidrolik pompa motorunun durdurulması enerji tasarrufu sağlamaktadır. Tablo 2’de verilen ölçüm sonuçları incelendiğinde preslerin boşta beklemesi durumlarında önemli oranlarda enerji tükettiği görülmektedir.

2.4. Kurutma

Türkiye’de presten çıkan karonun kurutulmasında doğalgaz yakıtlı yatay ya da dikey kurutucular kullanılmaktadır. Yatay ve dikey kurutucular arasındaki farklar, üretim kapasiteleri ve kurutma süreleridir. Türkiye’de karo üretiminde yatay kurutucular kullanılmasına rağmen yatay kurutucular yerini dikey kurutuculara bırakmaya başlamıştır. Bu değişimin başlıca sebebi yatay kurutucuların üretim hattında oldukça fazla yer kaplaması, buna karşılık dikey kurutucuların çok daha az yer kaplayarak aynı kapasitede üretimi gerçekleştirmeleri gelmektedir.

Türkiye’de kurutucularda enerji verimliliğini artırmak için pişirme fırınının soğutma bölgesinden elde edilen sıcak hava, kurutucuların yakma havası olarak değerlendirilmektedir. Kurutma fırınlarında yakma havasını atmosferden alarak 150~200 °C’lere ulaştırmak yerine, pişirme fırını ikinci soğutma bölgesinden çekilen 80~160 °C’lerdeki sıcak hava kullanımı sayesinde kurutma fırınında doğalgaz tüketimi azaltılabilmektedir. Genellikle pişirme fırını soğutma bölgesinden çıkan sıcak hava eğer sprey dryer’da kullanılmıyorsa, kurutma fırınlarında kullanılmaktadır.

Fırının soğutma bölgesinden çıkan sıcak havanın kurutma fırınlarına taşınmasında fanlar kullanılmaktadır. Bu fanlarda değişken debi ihtiyacı, fanın önüne konulan klape veya VSD ile sağlanmaktadır. Fanlarda klape kullanıldığında enerji sarfiyatı artmaktadır. Bu yüzden VSD kullanımı bu sistemlerde enerji verimliliğinin artırılması amacıyla gittikçe yaygınlaşmaktadır. Günümüzde özellikle 2004 ve sonrasında Türkiye’deki seramik işletmelerinde, pişirme fırını soğutma bölgesinden çıkan havanın taşınmasında kullanılan fanların değişken debi ihtiyacı genellikle VSD ile sağlanmakla birlikte, bazı işletmelerde klape kontrollü fanlar da kullanılmaktadır.

2.5. Pişirme

Pişirme, seramik üretimindeki en önemli aşamadır. Hammaddenin uzama, fiziksel dayanım vb. özelliklerini son hal olarak aldığı evredir. Şekillendirilmiş çamur ile sırlama hattında üzerine kaplanan sır, fırın içerisinde sıcaklığın ≈1200 °C’ye yükseltildiği bölgelerden geçerken kristalimsi bir yapıya dönüşmekte ve fırın çıkışında bu yapı “seramik” adını almaktadır.

7

Ortalama fırın boyunun 85~120m olduğu bu üretim teknolojisinde pişirme ve iç sıcaklığın değişim aşamaları fırının toplam boyunun;

% 10’u ön giriş kısmı (0~500 °C) % 30’u ön pişirime (500~1000 °C) % 20’si pişirime (1000~1250 °C) % 6’sı hızlı soğutma (1250~600 °C) % 20’si yavaş soğutma (600~450 °C) % 14’ü final soğutma (450~65 °C)

kısımlarından oluşmaktadır.

Bu yüzdesel dağılımdaki amaç; seramiğin uygun bir pişirme sıcaklığı, ısı dağılımı ve sıcaklık değişim hızı ile iç gerilmesiz olarak pişmesinin sağlanmasıdır [9].

Şekil 2. Pişirme fırını bölgelerinin şematik gösterimi [10]

Türkiye’de pişirme fırınlarında enerji verimliliğini artırmak için fırınının soğutma bölgesinden elde edilen sıcak hava, fırın brülörlerine yakma havası olarak verilmektedir. Pişirme fırınlarında yakma havasını atmosferden alarak 1100~1200 °C’lere ulaştırmak yerine, fırın birinci soğutma bölgesinden çekilen 190~280 °C değerlerindeki sıcak hava kullanımı sayesinde, pişirme fırınlarında doğalgaz tüketimi azaltılabilmektedir.

Pişirme fırını egzoz gazlarından reküperatörle atık ısı geri kazanımı yapılarak, sprey drayer’a veya kurutuculara beslenen yakma havası ön ısıtmaya tabi tutulmaktadır. Bu tür uygulamalarda en çok karşılaşılan problem, egzoz gazının temas ettiği reküperatör borularının kirlenerek ısı transferinin düşmesidir. Ayrıca kirlenmeye bağlı olarak tüpler arasındaki mesafe azalarak egzoz gazının geçtiği tarafta basınç düşüşü meydana gelmektedir. Bu basınç düşüşünü yenmek için de fanların devri artırılmakta bu da fanların elektrik enerji tüketimini artırmaktadır. Kirlenmeyi önlemek için reküperatörlerde periyodik bakım ihtiyacı gerekmektedir. Pişirme fırınlarını yapılacak bakım esnasında tamamen durdurmak söz konusu olamayacağından reküperatör boruları kirli bir şekilde kullanılmaya devam edilmekte ve egzoz gazı ısısından yeterince faydalanılamamaktadır. Bu yüzden reküperatör kullanımlarında, kirlenme problemlerini ortadan kaldırmaya yönelik dizayn, tasarım ve malzeme çözümlerine yönelik Ar-Ge faaliyetlerine gereksinim duyulmaktadır.

8

Geleneksel pişirme fırınlarında fırın sıcaklığı brülörlere gönderilen doğalgaz miktarıyla ayarlanmaktadır. Fırın sıcaklığı yükseltilmek isteniyorsa, brülörün doğalgaz basıncı artırılarak, brülöre gönderilen doğalgaz miktarı da artırılmaktadır. Brülörlerde doğalgaz debisi zamanla değişkenlik gösterirken, brülöre gönderilen yakma havası miktarı sabit kalmaktadır. Geleneksel pişirme fırınlarındaki bu durum brülörlerde hava-yakıt oranının 8/1 ile 20/1 arasında değişkenlik göstermesine sebep olmaktadır. Hava-yakıt oranının değişmesi eksik yanma veya fazla hava ile çalışmaya neden olmaktadır. Ayrıca, pişirme fırınından mamul geçmediği durumlarda fırındaki ısı ihtiyacı azalmaktadır. Fırında ısı ihtiyacı azaldığında brülörlerden gönderilen doğalgaz debisi düşürülmekte, fakat hava debisi sabit kalmaktadır. Brülörlere gönderilen ihtiyaçtan fazla yakma havası ise pişirme fırınının soğumasına sebep olmaktadır. Fırında istenilen iç sıcaklığının düşmemesi için, doğalgaz tüketimi artırılmak zorunda kalınmaktadır. Bu durum ise enerji sarfiyatına sebep olmaktadır.

Yeni nesil pişirme fırınlarında brülörlere gönderilen doğalgaz miktarına göre yakma havası miktarı da ayarlanmaktadır. Diğer bir ifadeyle, hava-yakıt oranı sabit tutulmaya çalışılmaktadır. Yeni nesil pişirme fırınlarında hava-yakıt oranının sabit tutulmaya çalışılması %,4,5~%8,1 yakıt tasarrufu sağlamaktadır. Hava-yakıt oranı optimum yanmayı sağlayacak şekilde ayarlandığından, CO ve HC emisyonlarında da azalma sağlamaktadır. Hava-yakıt oranının sabit tutulması, fırın yakma hava fanlarında da enerji verimliliğini arttırmaktadır.

3. Sonuçlar

Bu çalışmada, Seramik Kaplama Malzemeleri üretim teknolojilerin enerji verimliliğine etkisi, Türkiye’deki SKM sektöründe kullanılan teknolojiler ve bu teknolojilerin enerji verimliliğine etkileri farklı işletmelerden alınan çeşitli örneklerle karşılaştırmalı olarak incelenmiştir.

SKM üretiminde genel üretim şeması dört temel aşamadan oluşmaktadır. Bu aşamalar; hammadde hazırlama, şekil verme, kurutma ve pişirmedir. SKM üretiminde besleme türü olarak iki farklı tipte değirmen kullanılmaktadır. Bunlardan biri sürekli besleme (kontinü) diğeri ise kesikli beslemeli tip değirmendir. İşletmenin üretim kapasitesi yüksek ve sprey drayer kapasitesi yeterli ise çamur hazırlama için genellikle sürekli beslemeli değirmen tercih edilmektedir.

Kontinü değirmenlerin bazılarında hız sürücüsü (VSD) kullanılırken, diğerlerinde hız sürücüsü kullanılmamaktadır. Hız sürücüsü kullanılan değirmenlerde, değirmen içindeki bilye miktarı ve besleme debisine göre değirmenin dönüş hızı ayarlandığından, değirmenlerin spesifik enerji tüketimi azaltılabilmektedir. Türkiye’deki doldur-boşalt değirmenlerin çok azında hız sürücüsü uygulaması vardır. Doldur-boşalt değirmenlere hız sürücüsü uygulanması ile %8~15 arasında enerji verimliliği sağlanabilmektedir.

Bu çalışma kapsamında incelenen işletmelerdeki değirmenlerin spesifik enerji tüketimleri (SET) karşılaştırıldığında, duvar karosu üretiminde değirmenlerin SET değeri yer karosuna göre daha düşüktür. Değirmenlere beslenen birim zamandaki hammadde miktarı arttıkça değirmelerin SET değeri azalmaktadır.

9

Türkiye’de sprey drayer’larda çamur kurutma işlemi genellikle doğalgaz yakıtlı brülörlerden elde edilen ısı ile yapılmaktadır. Sprey drayer’larda çamur kurutma işlemi esnasında yakıt tüketimini azaltmak amacıyla pişirme fırını soğutma bölgesinden çekilen sıcak hava sprey drayer’lara verilebilmektedir. Türkiye’de faaliyet gösteren bazı seramik üreticilerinde elektrik ve ısı üretim amacıyla gaz türbinli kojenerasyon sistemleri kullanılmaktadır. Gaz türbininden çıkan 500-550 °C’deki egzoz gazları sprey drayer’a gönderilmektedir. Sprey drayer’da atık ısının değerlendirildiği diğer bir kaynak ise pişirme fırını egzoz gazı atık ısısıdır. Pişirme fırını egzoz gazı atık ısısı sprey drayer’a bir reküperatör aracılığıyla verildiği gibi egzoz gazının içerisine kireç püskürtülerek reküperatör kullanılmadan doğrudan da verilebilmektedir.

Preslerin spesifik enerji tüketimlerini etkileyen başlıca faktörler; presin uyguladığı basınç, presin bir strokta bastığı karo yüzey alanı, karonun et kalınlığı, presin boşta çektiği güç, preslerin valf ve contalarında meydana gelen hidrolik kaçaklar olarak ifade edilebilir. Preslerin spesifik enerji tüketimlerinin düşürülmesi için belirli periyotlarla bakım ve kontrollerinin yapılması gerekmektedir. Pres bakım ve kontrollerinin düzenli yapılmaması durumunda valf, conta, hidrolik hortum vb. ekipmanlardaki kaçaklardan dolayı pompanın enerji tüketimi artar bu ise presin spesifik enerji tüketimini artırmaktadır.

Türkiye’de kurutucularda enerji verimliliğini artırmak için pişirme fırını soğutma bölgesinden elde edilen sıcak hava, kurutucuların yakma havası olarak değerlendirilebilmektedir. Kurutma fırınlarında yakma havasını atmosferden alarak 150~200 °C’lere ulaştırmak yerine, pişirme fırını ikinci soğutma bölgesinden çekilen 80~160 °C’lerdeki sıcak hava yakma havası olarak değerlendirilerek, kurutma fırınındaki doğalgaz tüketimi azaltılabilmektedir.

Pişirme fırını soğutma bölgesinden çıkan sıcak havanın kurutma fırınlarına taşınmasında fanlar kullanılmaktadır. Bu fanlarda değişken debi ihtiyacı, fanın önüne konulan bir klape veya VSD ile sağlanmaktadır. Fanlarda klape kullanıldığında enerji sarfiyatı artmaktadır. Değişken debinin olduğu bu tür ekipmanlarda VSD kullanımı, enerji verimliliğinin artırılması amacıyla gün geçtikçe yaygınlaşmaktadır.

Geleneksel pişirme fırını brülörlerinde doğalgaz debisi zamanla değişkenlik gösterirken, brülöre gönderilen yakma havası miktarı sabit kalmaktadır. Bu durum brülörlerde hava-yakıt oranının 8/1 ile 20/1 arasında değişkenlik göstermesine sebep olmaktadır. Hava-yakıt oranının değişmesi eksik yanma veya fazla hava ile çalışmaya neden olmaktadır. Yeni nesil pişirme fırınlarında brülörlere gönderilen doğalgaz miktarına göre yakma havası miktarı da ayarlanmaktadır. Yeni nesil pişirme fırınlarında hava-yakıt oranının sabit tutulmaya çalışılması %4,5~%8,1 yakıt tasarrufu sağlamaktadır. Hava-yakıt oranının sabit tutulması, fırın yakma hava fanlarında da enerji verimliliğini arttırmaktadır.

Türkiye’de pişirme fırınlarında enerji verimliliğini artırmak için fırınının soğutma bölgesinden elde edilen sıcak hava, fırın brülörlerine yakma havası olarak verilmektedir. Ayrıca, pişirme fırını egzoz gazlarından reküperatörle atık ısı geri kazanımı yapılarak, sprey drayer’a veya kurutuculara beslenen yakma havası, ön ısıtmaya tabi tutulmaktadır. Bu tür uygulamalarda en çok karşılaşılan problem, egzoz gazının temas ettiği reküperatör tüplerinin kirlenerek ısı transferini düşürmesidir. Bu yüzden reküperatör kullanımlarında,

10

kirlenme problemlerini ortadan kaldırmak için dizayn, tasarım ve malzeme çözümlerine yönelik Ar-Ge faaliyetlerine gereksinim duyulmaktadır.

11

Kaynaklar

[1] T.C. Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı. Seramik sektörü raporu–2014/1, Sanayi Genel Müdürlüğü Sektörel Raporlar ve Analizler Serisi, 2014.

[2] Seramik sektörü raporu – 2014/, Sanayi Genel Müdürlüğü Sektörel Raporlar ve Analizler Serisi.

[3] World Production and Consumption of Ceramic Tiles, Ceramic World Review, ISSN 1121-0796, Page: 48-64, 2015.

[4] Yalcin, E., 2010. Energy Efficiency Indicators: Training Program for SMEs, Ankara.

[5] Türkiye Odalar Ve Borsalar Birliği, 2011, "İnşaat malzemeleri sektör görünüm raporu", TOBB.

[6] T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı 2015-2019 Stratejik Planı, 2016, Ankara, Türkiye.

[7] Sacmi, 2005, Applied ceramic technology volume II, Ceramic Industry 2005, 280 p. Italy.

[8] Masters K, 1991, Spray draying handbook, Longman Scientific & Technical, 290 p.

[9] Sümer G., 2000, Seramik fırınları, Ak Ofset 2002, 90 s.

[10] Upgrading of existing roller kilns, Carfer Forni S.r.l. (http://carferforni.it/it/en/programma-produttivo-5/upgrading-forno), ziyaret tarihi: 22.03.2017

12