Çimento sektöründe döner fırın prosesinin eksergoekonomik optimizasyonu

Abstract

Çimento sektörü, enerji tüketimi ve maliyetleri bakımından Türkiye 'de en büyük sanayi sektörlerinden biridir. Bu tezde, gerçek çalışma verileri kullanılarak, Balıkesir' de bir çimento fabrikasında 335 kton/yıl klinker kapasiteli döner fırın prosesinin eksergoekonomik analizlerinin yapılması ve fırının verimlilik ve ürün maliyet optimizasyonlarının genetik algoritma yöntemiyle çözümlenmesi hedeflenmiştir. Bu tez, esas itibari ile sekiz bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde çalışmanın yapılma nedeni ve tezin içeriği verilmiştir. İkinci bölümde teze yönelik yapılan literatür taramalası verilmiş, çimento sektörünün yapısı ve çimentonun üretim koşulları ise üçüncü bölümde ele alınmıştır. Dördüncü bölümde enerji, ekserji, yeni bir yaklaşım olarak önerilen Ürün Ekserjetik Maliyet (Product Exergetic Cost; PRECO) eksergoekonomik analiz yöntemi ve genetik algoritma ile optimizasyon metodolojisi verilmiştir. Oluşturulan metodolojinin uygulanacağı döner fırın prosesine ait bilgiler, çalışma koşulları ve akış şemaları beşinci bölümde sunulmuştur. Enerji ve ekserji analizleri ile birlikte oluşturulan PRECO eksergoekonomik analiz yönetimi kullanılarak döner fırın prosesinin eksergoekonomik analizleri, fırının ekserjetik veriminin ve klinker maliyetinin uyarlanabilir aralıklı çok amaçlı genetik algoritma (Adaptive Range Multi-Objective Algorithm; ARMOGA) yöntemi ile eksergoekonomik optimizasyonu altıncı bölümde yapılmıştır. Yedinci bölümde analizler ve optimizasyondan elde edilen sonuçlar ayrı ayrı değerlendirilmiş, son bölümde ise geleceğe yönelik çalışmalar için önerilerde bulunulmuştur. Çalışmanın sonucunda döner fırının yedi günlük ortalama enerji ve ekserji verimlilikleri sırasıyla, 295 ile 297 K aralığında ölü hal sıcaklıklarında ve 101.325 kPa ölü hal basınç şartlarında % 58.79 ve % 44.8 olarak bulunmuştur. Döner fırından elde edilen klinkerin 2006 yılı ortalama fabrika maliyeti 0.022 $/kg 'dır. Buna karşın, klinkerin ekserjetik maliyeti, sunulan PRECO eksergoekonomik analiz yönetimi ile % 1.16 'lık farkla 0.0217 $/kg olarak bulunmuştur. Bu verilere bağlı olarak, ARMOGA yöntemi ile yapılan verim ve maliyet optimizasyonu sonucunda ortalama hedef maliyeti % 4.44 iyileştirme oranıyla 0.0209 $/kg, ortalama hedef verimi ise, % 7.13 iyileştirme oranıyla % 47.57 olarak hesaplanmıştır.

In Turkey, cement producing is one of the most important businesses with respect to energy consuming and costs. This thesis aims to realize the cost optimization through genetic algorithmic method and to make exergoeconomics analysis of the rotary kiln, by using the actual operational data of the rotary kiln process in a cement factory with a clinker capacity of 335 kton/year This thesis is mainly composed of eight chapters. In the first chapter, the motivation behind this thesis and its contents are introduced. In the second chapter, the literature concerning the subject is given and cement producing conditions and cement business in general are reviewed in the third chapter. In the fourth chapter, we deal with the concepts of energy, exergy, Product Exergetic Cost (PRECO) exergoeconomic analysis method as a new approach, and optimization methodology through genetic algorithm. Information concerning the suggested methodology to be applied to the rotary kiln process, working conditions and flow chart are mentioned in the fifth chapter. By using suggested PRECO exergoeconomic analysis together with energy and exergy analysis, exegoeconomic analysis of the rotary kiln, exergoeconomic optimization exergetic productivity of the kiln and the clinker cost through Adaptive Range Multi Objective Algorithm (ARMOGA) method is made in the sixth chapter. In the seventh chapter, we deal with analysis and the results of the optimization separately and in the last chapter, we have some suggestions for the future studies. At the end of the study, the average energy and exergy efficiencies of the rotary kiln process for seven days were found to be 58.79 % and 44.80 % respectively under the conditions of 295-297 K of dead state temperature and 101.325 kPa of dead state pressure. The average factory cost of the clinker produced in the rotary kiln was 0.022 $/kg in 2006. On the other hand, with a difference of 1.16 %, the exergetic cost of the clinker was found as 0.0217 $/kg with the PRECO exergoeconomic analysis method. Depending the data obtained, as a result of efficiency and cost optimization through ARMOGA method, target cost was calculated as 0.0209 with an improvement rate of 4.44 %, and target efficiency was calculated as 47.57 % with an improvement rate of 7.13 %.