Cam Endüstrisinde Enerji Verimliliği

Giriş

Cam endüstrisi, yüksek sıcaklıklı ve kesintisiz üretim prosesleri nedeniyle enerji yoğun sanayi dallarından biridir. Cam hammaddelerinin hazırlanması, ergitilmesi, şekillendirilmesi, tavlanması, yüzey işlemlerinden geçirilmesi ve paketlenmesi sırasında önemli miktarda doğal gaz ve elektrik enerjisi tüketilmektedir.

Cam üretim tesislerinde toplam enerji tüketiminin büyük bölümü ergitme fırınlarında gerçekleşmektedir. Bununla birlikte üretim makineleri, tavlama fırınları, kompresörler, fanlar, pompalar, soğutma sistemleri ve taşıma ekipmanları da tesisin özgül enerji tüketimi üzerinde önemli etkiye sahiptir.

Enerji verimliliği çalışmalarının temel amacı; cam kalitesini, üretim kapasitesini ve proses güvenilirliğini koruyarak yakıt ve elektrik tüketimini azaltmaktır. Bu amaçla termal prosesler, elektrik altyapısı, yardımcı işletmeler ve dijital izleme sistemleri bütüncül biçimde değerlendirilmelidir.

Üretim Süreci

Cam üretim prosesinin genel akışı aşağıdaki gibidir:

Hammadde Hazırlama
↓
Dozajlama ve Karıştırma
↓
Cam Kırığı İlavesi
↓
Ergitme Fırını
↓
Rafinasyon ve Homojenizasyon
↓
Şekillendirme
↓
Tavlama
↓
Yüzey İşlemleri
↓
Kalite Kontrol
↓
Paketleme ve Sevkiyat

Üretim akışı; düz cam, ambalaj camı, cam elyafı, züccaciye veya teknik cam üretimine göre farklılık gösterebilir. Bu nedenle enerji analizleri ürün türü ve proses hattı bazında gerçekleştirilmelidir.

Enerjinin En Yoğun Kullanıldığı Sistemler

Cam üretim tesislerinde enerji tüketimi aşağıdaki sistemlerde yoğunlaşmaktadır:

• Cam ergitme fırınları
• Rejeneratif veya reküperatif brülör sistemleri
• Oksi-yakıt yanma sistemleri
• Elektrikli destek ısıtma sistemleri
• Hammadde hazırlama ve karıştırma sistemleri
• Şekillendirme makineleri
• Float banyosu sistemleri
• Tavlama fırınları
• Kalıp soğutma sistemleri
• Basınçlı hava sistemleri
• Yanma havası fanları
• Egzoz fanları
• Soğutma suyu pompaları
• Soğutma kuleleri
• Chiller sistemleri
• Vakum pompaları
• Konveyör sistemleri
• Kırma ve geri dönüşüm sistemleri

En Sık Karşılaşılan Enerji Kayıpları

Cam üretim tesislerinde gerçekleştirilen enerji etütlerinde aşağıdaki verimsizliklerle sık karşılaşılmaktadır:

• Ergitme fırınlarında yüksek baca gazı sıcaklığı
• Fırın duvarı ve refrakter kaynaklı ısı kayıpları
• Fırın açıklıklarından kontrolsüz hava girişi
• Yanma sistemlerinde yüksek fazla hava oranı
• Hatalı hava-yakıt ayarı
• Rejeneratör veya reküperatör performansının düşmesi
• Düşük cam kırığı kullanım oranı
• Hammadde neminin yüksek olması
• Ergitme sıcaklığının gereğinden yüksek tutulması
• Fırın yükünün düzensiz olması
• Üretim değişimlerinde uzun bekleme süreleri
• Tavlama fırınlarında dengesiz sıcaklık dağılımı
• Kompresör sistemlerinde hava kaçakları
• Soğutma pompalarının sürekli tam hızda çalışması
• Fanlarda damper ile debi kontrolü
• Elektrik motorlarının düşük yükte işletilmesi
• Hat bazlı enerji ölçüm altyapısının bulunmaması
• Enerji tüketiminin ürün ve tonajla ilişkilendirilmemesi
• Harmonik bozulmalar
• Reaktif güç problemleri

ENERVIS Enerji Etüdü Yaklaşımı

ENERVIS enerji etüdü yaklaşımında cam üretim tesisi; termal prosesler, elektrik altyapısı, yardımcı işletmeler ve otomasyon sistemleriyle birlikte ele alınmaktadır.

Elektrik Altyapısı

• Ana trafo merkezleri
• Orta gerilim dağıtım sistemi
• Alçak gerilim panoları
• Motor kontrol merkezleri
• Kompanzasyon sistemi
• Harmonik analizleri
• Elektrikli destek ısıtma sistemleri
• Enerji analizörleri

Termal Sistemler

• Cam ergitme fırınları
• Brülör sistemleri
• Rejeneratörler
• Reküperatörler
• Tavlama fırınları
• Atık ısı hatları
• Baca ve egzoz sistemleri
• Fırın izolasyonu ve refrakter yapı

Üretim Sistemleri

• Hammadde hazırlama
• Dozajlama sistemleri
• Şekillendirme makineleri
• Float banyosu
• Tavlama hattı
• Kesim ve işleme hatları
• Kalite kontrol sistemleri

Yardımcı İşletmeler

• Kompresör sistemi
• Soğutma kuleleri
• Chiller grupları
• Soğutma suyu pompaları
• Vakum pompaları
• Fan sistemleri
• Konveyörler
• Kırma ve geri dönüşüm sistemleri

Dijital Altyapı

• PLC sistemleri
• DCS sistemi
• SCADA sistemi
• AMPTICA platformu
• SENSONIT Gateway
• Alarm yönetimi
• Enerji raporlama sistemi
• Ürün bazlı enerji performans takibi

Ölçüm ve Veri Analizi

Enerji etüdü kapsamında aşağıdaki parametreler ölçülmekte ve analiz edilmektedir:

• Elektrik tüketimi
• Doğal gaz tüketimi
• Oksijen tüketimi
• Aktif güç
• Demand
• Güç faktörü
• Harmonik seviyeleri
• Fırın sıcaklıkları
• Baca gazı sıcaklığı
• Baca gazı oksijen oranı
• Karbonmonoksit seviyesi
• Yanma havası sıcaklığı
• Fırın yüzey sıcaklıkları
• Cam ergiyik sıcaklığı
• Fırın çekiş basıncı
• Hammadde besleme miktarı
• Cam kırığı kullanım oranı
• Tavlama hattı sıcaklık profili
• Kompresör basıncı
• Basınçlı hava debisi
• Soğutma suyu debisi
• Fan ve pompa motor yükleri
• Üretim miktarı
• Ürün bazlı enerji tüketimi
• Ton başına özgül enerji tüketimi

Toplanan enerji ve proses verileri üretim miktarı, ürün tipi, cam kırığı oranı ve kalite göstergeleriyle birlikte değerlendirilerek tesisin gerçek enerji performansı belirlenmektedir.

Süreç Bazlı İnceleme

Hammadde Hazırlama

Kum, soda, kalker, dolomit ve diğer hammaddelerin dozajlama hassasiyeti, nem oranı ve karışım homojenliği analiz edilir. Yüksek nem, ergitme prosesinde ilave termal enerji ihtiyacına neden olabilir.

Cam Kırığı Kullanımı

Üretime geri kazandırılan cam kırığının oranı, temizliği, tane boyutu ve karışıma beslenme kararlılığı değerlendirilir. Uygun cam kırığı kullanımı, ergitme için gerekli enerji miktarını azaltabilir.

Ergitme Fırını

Yakıt tüketimi, fırın sıcaklık profili, cam ergiyik seviyesi, brülör performansı, fazla hava oranı ve refrakter yüzey sıcaklıkları incelenir.

Rejeneratif ve Reküperatif Sistemler

Yanma havasına aktarılan ısı miktarı, egzoz gazı sıcaklıkları, geçiş süreleri, kanal kaçakları ve ısı transfer yüzeylerinin durumu değerlendirilir.

Şekillendirme Prosesi

Üretim makinesi çevrimleri, kalıp soğutma sistemleri, basınçlı hava kullanımı ve makine elektrik tüketimleri analiz edilir.

Float Banyosu

Kalay banyosu sıcaklıkları, atmosfer kontrolü, elektrikli ısıtma sistemleri, fanlar ve soğutma devreleri değerlendirilir.

Tavlama Hattı

Tavlama fırınının sıcaklık zonları, fan kontrolü, hat hızı, ürün kalınlığı ve sıcaklık homojenliği incelenir.

Yardımcı İşletmeler

Kompresörler, fanlar, soğutma kuleleri, pompalar, vakum sistemleri ve konveyörlerin enerji performansı analiz edilir.

SCADA ile Sürekli Enerji Yönetimi

Cam üretim tesislerinde enerji verimliliğinin sürdürülebilir hale getirilmesi için fırın, üretim ve yardımcı işletme verilerinin eş zamanlı olarak izlenmesi gerekir.

AMPTICA Endüstriyel İzleme Platformu, ergitme fırınları, enerji analizörleri, doğal gaz sayaçları, oksijen sayaçları, sıcaklık kontrol cihazları, üretim hatları ve yardımcı işletmelerden gelen verileri tek platform üzerinde toplar.

AMPTICA üzerinden aşağıdaki performans göstergeleri izlenebilir:

• kWh/ton cam
• Nm³ doğal gaz/ton cam
• Toplam termal enerji/ton cam
• Fırın bazlı yakıt tüketimi
• Fırın sıcaklık profili
• Baca gazı sıcaklığı
• Baca gazı oksijen oranı
• Cam kırığı kullanım oranı
• Tavlama hattı enerji tüketimi
• Kompresör özgül enerji tüketimi
• Fan ve pompa enerji tüketimi
• Hat bazlı enerji yoğunluğu
• Ürün bazlı enerji tüketimi
• Enerji performans sapmaları
• Alarm ve limit aşımı kayıtları

SENSONIT Endüstriyel Gateway, Modbus RTU, Modbus TCP, MQTT, OPC UA, Profinet, Ethernet/IP ve uygun noktalarda IEC 61850 protokollerini destekleyerek PLC, DCS, enerji analizörleri, gaz sayaçları, sürücüler ve saha sensörlerinden gelen verileri SCADA ve AMPTICA platformuna aktarır.

Bu yapı sayesinde enerji tüketimindeki değişimler üretim hızı, ürün tipi, kalite parametreleri ve proses koşullarıyla birlikte değerlendirilebilir.

ENERVIS Uygulama Yaklaşımı

Ön Veri Analizi
↓
Saha Keşfi
↓
Enerji Etüdü
↓
Elektriksel Ölçümler
↓
Yanma ve Baca Gazı Analizi
↓
Termal Kamera Ölçümleri
↓
Proses ve Yardımcı İşletme Analizi
↓
SCADA ve AMPTICA Entegrasyonu
↓
Enerji Performans Modeli
↓
Teknik Fizibilite
↓
ROI Hesaplaması
↓
Uygulama
↓
Sürekli İzleme ve Raporlama

ENERVIS Saha Kontrol Listesi

• Ana trafo merkezleri
• OG ve AG panoları
• Kompanzasyon sistemi
• Harmonik filtreleri
• Ergitme fırını
• Ana brülörler
• Rejeneratörler
• Reküperatörler
• Oksi-yakıt sistemi
• Elektrikli destek ısıtma sistemi
• Fırın refrakteri
• Baca ve egzoz sistemi
• Baca gazı analizörleri
• Hammadde hazırlama sistemi
• Cam kırığı besleme sistemi
• Şekillendirme makineleri
• Float banyosu
• Tavlama fırını
• Kalıp soğutma sistemi
• Basınçlı hava sistemi
• Soğutma kuleleri
• Chiller grupları
• Soğutma suyu pompaları
• Fan sistemleri
• Vakum pompaları
• Konveyör sistemleri
• Enerji analizörleri
• Doğal gaz sayaçları
• Oksijen sayaçları
• PLC ve DCS sistemi
• SCADA sistemi
• AMPTICA platformu
• SENSONIT Gateway

Örnek İncelenen Sistemler

• Rejeneratif cam ergitme fırınları
• Reküperatif cam ergitme fırınları
• Oksi-yakıtlı ergitme fırınları
• Elektrikli cam ergitme fırınları
• Hibrit ergitme sistemleri
• Float cam üretim hatları
• Ambalaj camı üretim makineleri
• Cam elyafı üretim hatları
• Tavlama fırınları
• Şekillendirme makineleri
• Kalıp soğutma sistemleri
• Kompresör istasyonları
• Soğutma kuleleri
• Chiller sistemleri
• Egzoz fanları
• Enerji analizörleri
• PLC ve DCS sistemleri
• SCADA altyapısı

Yatırım Değerlendirmesi (ROI)

Cam üretim tesislerinde enerji verimliliği yatırımları değerlendirilirken aşağıdaki kriterler birlikte ele alınmaktadır:

• Mevcut doğal gaz tüketimi
• Mevcut elektrik tüketimi
• Oksijen tüketimi
• Üretim kapasitesi
• Ton başına enerji tüketimi
• Cam kırığı kullanım oranı
• Fırın verimi
• Baca gazı kayıpları
• Refrakter kaynaklı ısı kayıpları
• Atık ısı geri kazanım potansiyeli
• Kompresör enerji tüketimi
• Fan ve pompa enerji tüketimi
• Beklenen yakıt tasarrufu
• Beklenen elektrik tasarrufu
• Ürün kalitesindeki değişim
• Fire oranındaki azalma
• Üretim kapasitesindeki artış
• Bakım maliyetlerindeki değişim
• Karbon emisyonundaki azalma
• Yatırım maliyeti
• Geri ödeme süresi

Yatırım değerlendirmelerinde enerji tasarrufunun yanında fırın ömrü, üretim sürekliliği, ürün kalitesi ve emisyon performansı üzerindeki etkiler de dikkate alınmalıdır.

Sonuç

Cam endüstrisinde enerji verimliliği; ergitme fırınları, yanma sistemleri, refrakter yapı, tavlama hatları, üretim makineleri ve yardımcı işletmelerin birlikte değerlendirilmesini gerektirir.

Yanma optimizasyonu, kaçak havanın azaltılması, atık ısı geri kazanımı, cam kırığı kullanım oranının artırılması, fan ve pompalarda değişken hızlı sürücülerin uygulanması ve basınçlı hava sistemlerinin iyileştirilmesi önemli enerji tasarrufu fırsatları sunmaktadır.

Gerçek zamanlı enerji ve proses izleme altyapısı sayesinde enerji tüketimindeki sapmalar erken aşamada belirlenebilir, özgül enerji tüketimi azaltılabilir ve üretim kararlılığı geliştirilebilir.

Neden ENERVIS?

ENERVIS, cam üretim tesislerinde enerji verimliliğini yalnızca fırın yakıt tüketimi üzerinden değerlendirmez. Termal prosesler, elektrik altyapısı, yanma sistemleri, yardımcı işletmeler, otomasyon ve dijital enerji yönetimi birlikte analiz edilir.

Saha ölçümleriyle elde edilen veriler üretim miktarı, ürün tipi ve kalite parametreleriyle ilişkilendirilerek gerçek enerji kayıp noktaları belirlenir. Hazırlanan enerji etüdü ve teknik fizibilite raporları sayesinde uygulanabilir projeler yatırım maliyeti, enerji tasarrufu, proses etkisi ve geri ödeme süresine göre önceliklendirilir.

İlgili Sayfalar

• Cam Ergitme Fırınlarında Enerji Verimliliği
• Tavlama Fırınlarında Enerji Verimliliği
• Endüstriyel Fırınlarda Enerji Verimliliği
• Yanma Verimliliği Analizi
• Atık Isı Geri Kazanımı
• Basınçlı Hava Sistemlerinde Enerji Verimliliği
• Enerji Etüdü Nedir?
• SCADA Nedir?

ENERVIS Mühendislik Önerisi

Cam üretim tesislerinde enerji performansı değerlendirilirken yalnızca toplam doğal gaz ve elektrik tüketimlerinin izlenmesi yeterli değildir. Fırın enerjisi, tavlama hattı, şekillendirme makineleri ve yardımcı işletmeler ayrı ölçüm noktaları üzerinden takip edilmelidir.

Özgül enerji tüketimi; ürün tipi, cam kalınlığı, renk, üretim hızı, cam kırığı oranı ve fırın yüküyle birlikte analiz edilmelidir. Bu yaklaşım, üretim reçeteleri arasındaki gerçek enerji performansı farklarının belirlenmesini sağlar.

Atık ısı geri kazanımı projelerinde geri kazanılabilir enerji miktarı kadar, ısının yıl boyunca kullanılabileceği uygun bir tüketim noktasının bulunması da teknik fizibilitenin temel unsurlarından biridir.

ENERVIS Teknik Notu

Cam üretim tesislerinde aşağıdaki enerji performans göstergelerinin düzenli olarak izlenmesi önerilir:

• kWh/ton cam
• Nm³ doğal gaz/ton cam
• GJ/ton cam
• Oksijen tüketimi/ton cam
• Fırın özgül enerji tüketimi
• Fırın çekiş basıncı
• Baca gazı sıcaklığı
• Baca gazı oksijen oranı
• Rejeneratör çıkış sıcaklığı
• Yanma havası sıcaklığı
• Cam kırığı kullanım oranı
• Tavlama hattı özgül enerji tüketimi
• Kompresör özgül enerji tüketimi
• Fan ve pompa özgül enerji tüketimi
• Fire oranı
• Fırın kapasite kullanım oranı
• Hat bazlı enerji yoğunluğu

Farklı yakıt ve enerji türleri ortak bir enerji birimine dönüştürülerek toplam özgül enerji tüketimi hesaplanmalıdır. Cam kırığı oranı, ürün değişimleri ve fırın yaşlanması gibi parametreler değerlendirmeye dahil edilmeden yapılan karşılaştırmalar yanıltıcı sonuçlar oluşturabilir.

ENERVIS Güvenlik Notu

Cam üretim tesislerinde gerçekleştirilecek enerji etütleri sırasında yüksek sıcaklıklı fırınlar, ergimiş cam, doğal gaz ve oksijen hatları, hareketli üretim makineleri, güçlü fan sistemleri ve yüksek gerilimli elektrik ekipmanları önemli riskler oluşturmaktadır.

Fırın ve baca çevresindeki termal ölçümler sırasında sıcak yüzey, radyant ısı ve gaz sızıntısı risklerine karşı uygun kişisel koruyucu donanımlar kullanılmalıdır. Doğal gaz ve oksijen sistemlerinde yapılacak ölçüm veya kontroller yalnızca yetkili personel tarafından gerçekleştirilmelidir.

Şekillendirme makineleri, konveyörler, fanlar, pompalar ve kompresörler üzerinde yapılacak çalışmalarda kilitleme/etiketleme prosedürleri uygulanmalı; hareketli ekipman güvenlik mesafeleri korunmalıdır. Elektrik panolarındaki ölçümlerde ark flaş riski dikkate alınmalı ve tesisin iş sağlığı ve güvenliği prosedürlerine eksiksiz uyulmalıdır.