Tekstil endüstrisinde plakalı ısı değiştiricilerle atık ısı geri kazanım sistemi ve performansının değerlendirilmesi

Abstract

Tekstil sektörü ülkemiz sanayisinde büyük önemi olan; istihdam ve ihracat rakamlarına bakıldığında lokomotif sektörlerden birisidir. Bu sektörde birçok proseste atık sıvılar ve gazlar yüksek sıcaklıkta dışarı atılmaktadır. Bu atık sıvılar ve gazlar önemli oranda enerji tasarruf potansiyeli taşımaktadır. Tekstil sektöründe birçok üretim prosesi sonucunda yüksek sıcaklıkta sıvı ve gaz akışkanlar dışarı atılır. Özellikle boyahaneler ciddi anlamda atık ısı kaynaklarıdır. Bu tesislerde yapılacak ısı geri kazanım sistemleri ile yüksek miktarlarda enerji tasarrufu sağlanabilir. Bu sistemler ile hem enerji tasarrufu yapılmakta, hem de doğaya daha düşük sıcaklıkta atık sıvı bırakılmaktadır. Bu araştırmanın amacı, tekstil sanayinde boyama işlemi sonrasında atılan yüksek miktarlardaki ve yüksek sıcaklıktaki akışkanlardan plakalı ısı değiştiricileri ile ısı geri kazanımı yapılması ve sistemin performans analizinin gerçekleştirilmesidir. Performans parametreleri olarak ısı değiştirici etkinliği ve ekserji verimi dikkate alınmış olup, çalışmada tekstil sektörü için plakalı ısı değiştiricilerle atık ısı geri kazanım sisteminin termodinamik ve ekonomik analizinin gerçekleştirilmesi hedeflenmiştir. Tekstil sektöründe atık sıvılardan ısı geri kazanım sistemi uygulaması olarak, Uşak Organize Sanayi Bölgesi'nde battaniye üretimi alanında faaliyet gösteren yerleşik bir tekstil işletmesi bünyesinde pamuk ve sentetik elyafların boyandığı boyahaneye plakalı ısı değiştiricinin kullandığı atık ısı geri kazanım sistemi kurulmuştur. Sistemin termodinamik modellemesi gerçekleştirilmiştir. Sistemden atık ısı kaynağının ve temiz su kaynağının farklı debi değerleri için ısı değiştiricisine giren ve çıkan sıvıların sıcaklık değerleri alınmıştır. Elde edilen verilere göre sistemin enerji ve ekserji analizi yapılarak sistemin performansı ve hangi çalışma koşullarında optimum olacağı belirlenmiştir. Sistemin Net Şimdiki Değer Yöntemi kullanılarak ekonomik analizi yapılmış, sistemin geri ödeme süresi hesaplanmıştır. Ayrıca sistemin kurulması ile üretim prosesinde yapılan iyileştirmeler ile elde edilen verim artışları analiz edilmiştir. Sonuç olarak, atık akışkan optimum kütlesel debi değeri 10 m³/h, temiz soğuk akışkan debi değeri 6,45 m³/h olarak belirlenmiştir. Bu optimum debi değerlerinde, atık sıcak su giriş sıcaklığı 52,4-59,5°C değerleri arasında değişirken, ekserji yıkımı 5,40 ile 9,46 kW, ekserji verimi %68,7 ile %61,6 değerleri aralığında değişmekte, ısı değiştirici etkinliği de 0,969 ile 0,924 arasında değerler almaktadır. Ekonomik analize göre sistem 10. aydan itibaren yatırım bedelini geri ödeyerek kazanç sağlamaya başlamaktadır. Sistemin kurulması ile birlikte 1 kg pamuk boyama için harcanan doğalgaz miktarında aylık ortalama %28,36 oranında bir azalma kaydedilmiştir.

Textile industry is one of the heading sectors in Turkey and plays an important role in country?s economy. Including dye process there is a great amount of heat waste in many textile processes. These waste liquids and gases have crucial energy saving potential. Dyeing plants are considerably loose heat energy. During the process it could be possible to save energy by employing a waste heat recovery system for the plants. Waste liquids having lower temperatures emit to the environment, while providing energy saving. The aim of this study is to apply waste heat recovery system by employing a plate heat exchanger that provides heat transfer from hot waste liquids to the clean cold water at a selected dyeing plant. The effectiveness of the heat exchanger and exergy (the second law) efficiency were considered to be one of the performance parameters. Objectives of this study are to achieve thermodynamical and economical analyses of the waste heat recovery system for the textile industry. The waste heat recovery system including a plate heat exchanger installed to a dyeing plant which dyes cotton and synthetic fibers, located in Usak Industrial Park. The system was modeled thermodynamically. Inlet and outlet temperatures data of waste heat source and clean cold water for different mass flow rates has been obtained. The optimum operation condition was determined by integrating the first and the second law of thermodynamics for a counter flow plate heat exchanger employed for a dyeing process. The economical analysis was presented by net present value method and the payback time of he investment was calculated. Furthermore, improvements on production process and increased production efficiency have been evaluated. As a consequences, optimum cold water and waste water mass flow rates were found to be between 7,00 m³/h and 10,00 m³/h respectively. While the waste water inlet temperatures varies between 52,4°C and 59,5°C, exergy destruction rate, exergy efficiency, and effectiveness of the plate heat exchanger have the values from 5,40 to 9,46 kW; from 68, % to 61,6 %, and from 0,969 to 0,924 respectively at the optimum mass flow rates. The payback time of the system was calculated by net value method was 10 months.It was recorded that the amount of the natural gas required to the dyeing process was reduced in the amount of 28,36% for 1 kg of cotton fibers by employing the waste heat recovery system. Due to the decrease in the processing time, the efficiency of the process is increased.