Tavlama Fırınlarında Enerji Verimliliği

Giriş

Tavlama fırınları, cam üretim prosesinde şekillendirme sonrasında ürün içerisinde oluşan termal gerilmelerin kontrollü biçimde giderildiği kritik ekipmanlardır. Camın belirli bir sıcaklık profili boyunca kontrollü olarak ısıtılması ve soğutulması, ürünün mekanik dayanımı, optik kalitesi ve kırılma davranışı üzerinde doğrudan etkilidir.

Tavlama prosesinde enerji tüketimi; elektrikli rezistanslar, doğal gazlı ısıtma sistemleri, sirkülasyon fanları, soğutma fanları, egzoz sistemleri ve konveyör tahrikleri üzerinden gerçekleşmektedir. Fırının gereğinden yüksek sıcaklıkta çalıştırılması, ürün geçişleri sırasında zon ayarlarının doğru yapılmaması, izolasyon kayıpları ve fanların verimsiz kontrol edilmesi özgül enerji tüketimini artırmaktadır.

Enerji verimliliği çalışmaları sırasında yalnızca toplam fırın tüketimi değil; ürün kalınlığı, hat hızı, sıcaklık eğrisi, fan yükleri, fırın açıklıkları ve üretim reçeteleri birlikte değerlendirilmelidir.

Üretim Süreci

Cam tavlama prosesinin genel akışı aşağıdaki gibidir:

			
Şekillendirme veya Cam Kesim Prosesi
↓
Tavlama Fırını Girişi
↓
Isıtma Zonları
↓
Tavlama Sıcaklığına Ulaşma
↓
Gerilim Giderme Bölgesi
↓
Kontrollü Soğutma Zonları
↓
Hızlı Soğutma Bölgesi
↓
Ürün Çıkışı
↓
Kalite Kontrol

		

Tavlama eğrisi; cam türü, ürün kalınlığı, ürün geometrisi, renk, hat kapasitesi ve kalite gereksinimlerine göre değişmektedir.

Enerjinin En Yoğun Kullanıldığı Sistemler

Tavlama fırınlarında enerji tüketimi aşağıdaki sistemlerde yoğunlaşmaktadır:

Elektrikli rezistans sistemleri
Doğal gazlı brülörler
Sıcak hava sirkülasyon fanları
Soğutma fanları
Egzoz fanları
Konveyör tahrik sistemi
Fırın zon kontrol sistemleri
Hava kanalları
Soğutma suyu sistemleri
Hidrolik veya pnömatik yardımcı sistemler
Kontrol panoları
PLC ve otomasyon altyapısı

En Sık Karşılaşılan Enerji Kayıpları

Tavlama fırınlarında gerçekleştirilen enerji etütlerinde aşağıdaki verimsizliklerle sık karşılaşılmaktadır:

Gereğinden yüksek zon sıcaklıkları
Ürün tipine uygun olmayan tavlama reçeteleri
Hat hızının sıcaklık profiliyle uyumsuz olması
Fırın giriş ve çıkış açıklıklarından ısı kaybı
Hasarlı veya yetersiz izolasyon
Fırın gövdesinde yüksek yüzey sıcaklıkları
Sıcak hava kanallarında kaçaklar
Fanların sabit hızda çalıştırılması
Damper ile debi kontrolü
Fan kanatlarında kirlenme
Filtrelerde yüksek basınç kaybı
Dengesiz hava dağılımı
Zonlar arasında sıcaklık sapmaları
Boşta çalışan fırın zonları
Üretim duruşlarında yüksek sıcaklıkta bekleme
Elektrikli rezistanslarda dengesiz yük dağılımı
Brülörlerde uygunsuz hava-yakıt oranı
Arızalı sıcaklık sensörleri
Kalibrasyonu bozulmuş termokupllar
Üretim ve enerji verilerinin birlikte analiz edilmemesi

ENERVIS Enerji Etüdü Yaklaşımı

ENERVIS enerji etüdü yaklaşımında tavlama fırını; termal yapı, hava dolaşımı, elektrik sistemi, mekanik ekipmanlar ve otomasyon altyapısıyla birlikte değerlendirilmektedir.

Termal Sistem

Isıtma zonları
Tavlama bölgesi
Kontrollü soğutma zonları
Hızlı soğutma bölgesi
Fırın izolasyonu
Fırın gövdesi yüzey sıcaklıkları
Giriş ve çıkış açıklıkları
Egzoz havası sıcaklığı

Isıtma Sistemi

Elektrikli rezistanslar
Doğal gazlı brülörler
Yakıt besleme sistemi
Hava-yakıt kontrolü
Güç kontrol üniteleri
Tristör sistemleri
Zon bazlı ısıtma yükleri

Hava Dolaşım Sistemi

Sirkülasyon fanları
Soğutma fanları
Egzoz fanları
Hava kanalları
Damperler
Filtreler
Hava dağıtım nozulları

Mekanik Sistem

Konveyörler
Tahrik motorları
Redüktörler
Rulolar
Yataklar
Zincir ve kayış sistemleri
Ürün taşıma mekanizmaları

Elektrik Altyapısı

Ana besleme panoları
Isıtma güç panoları
Motor kontrol merkezleri
Frekans konvertörleri
Enerji analizörleri
Kompanzasyon sistemi
Harmonik seviyeleri

Dijital Altyapı

PLC sistemi
SCADA sistemi
AMPTICA platformu
SENSONIT Gateway
Reçete yönetimi
Alarm yönetimi
Trend analizi
Ürün bazlı enerji raporlama

Ölçüm ve Veri Analizi

Enerji etüdü kapsamında aşağıdaki parametreler ölçülmekte ve analiz edilmektedir:

Elektrik tüketimi
Doğal gaz tüketimi
Aktif güç
Demand
Güç faktörü
Harmonik seviyeleri
Zon sıcaklıkları
Ürün giriş sıcaklığı
Ürün çıkış sıcaklığı
Tavlama sıcaklığı
Soğutma eğrisi
Hat hızı
Fan motor yükleri
Fan debileri
Fan basınçları
Egzoz sıcaklığı
Fırın yüzey sıcaklıkları
Giriş ve çıkış açıklık sıcaklıkları
Rezistans güçleri
Brülör yakıt debileri
Hava-yakıt oranı
Üretim miktarı
Ürün kalınlığı
Ürün tipi
Fire oranı
Ton veya ürün başına enerji tüketimi

Toplanan veriler ürün kalitesi, hat kapasitesi, üretim reçetesi ve tavlama eğrisiyle birlikte değerlendirilerek gerçek enerji performansı belirlenmektedir.

Süreç Bazlı İnceleme

Fırın Girişi

Ürünün fırına giriş sıcaklığı, giriş açıklığı, hava sızıntıları ve ürünler arasındaki boşluklar değerlendirilir. Gereğinden büyük açıklıklar ve düzensiz ürün besleme, ısı kayıplarını artırabilir.

Isıtma Zonları

Her zonun sıcaklık set değeri, rezistans veya brülör yükü, sıcaklık homojenliği ve ürün geçiş süresi analiz edilir.

Tavlama Bölgesi

Camın tavlama sıcaklığında kalma süresi, zonlar arası sıcaklık farkları ve ürün içerisindeki gerilim dağılımı değerlendirilir.

Kontrollü Soğutma

Soğutma hızı, fan debileri, hava sıcaklığı ve ürün kalınlığı arasındaki ilişki incelenir. Aşırı hızlı soğutma kalite problemlerine, gereğinden yavaş soğutma ise enerji ve kapasite kayıplarına neden olabilir.

Hızlı Soğutma Bölgesi

Fanların çalışma noktaları, hava dağılımı ve çıkış sıcaklığı analiz edilir. Fan hızlarının üretim yüküne göre ayarlanması önemli tasarruf sağlayabilir.

Fırın İzolasyonu

Termal kamera ile fırın yüzeyleri, kapaklar, bağlantı noktaları ve kanallar taranarak yüksek sıcaklıklı bölgeler belirlenir.

Konveyör Sistemi

Tahrik motorları, redüktörler, rulolar, yataklar ve mekanik sürtünme kayıpları değerlendirilir.

Kontrol ve Reçete Yönetimi

Farklı ürün tipleri için kullanılan sıcaklık ve hız reçeteleri karşılaştırılır. Gereğinden emniyetli ayarlanmış reçeteler enerji tüketimini artırabilir.

SCADA ile Sürekli Enerji Yönetimi

Tavlama fırınlarında enerji performansının sürdürülebilir olması için sıcaklık, hat hızı, fan yükü ve enerji tüketiminin eş zamanlı izlenmesi gerekir.

AMPTICA Endüstriyel İzleme Platformu, tavlama fırını zonları, elektrik enerji analizörleri, doğal gaz sayaçları, fan sürücüleri, sıcaklık kontrol cihazları ve üretim sistemlerinden gelen verileri merkezi olarak toplar.

AMPTICA üzerinden aşağıdaki göstergeler izlenebilir:

kWh/ton cam
kWh/ürün
Nm³ doğal gaz/ton cam
Zon bazlı enerji tüketimi
Tavlama sıcaklığı
Hat hızı
Fan motor yükleri
Ürün giriş ve çıkış sıcaklığı
Fırın yüzey sıcaklığı
Egzoz sıcaklığı
Ürün bazlı tavlama reçeteleri
Fire oranı
Enerji performans sapmaları
Alarm ve limit aşımı kayıtları
Vardiya ve ürün bazlı raporlar

SENSONIT Endüstriyel Gateway, Modbus RTU, Modbus TCP, MQTT, OPC UA, Profinet, Ethernet/IP ve uygun noktalarda IEC 61850 protokolleri üzerinden PLC, sıcaklık kontrol cihazları, enerji analizörleri, sürücüler ve sayaçlardan gelen verileri SCADA ve AMPTICA platformuna aktarır.

Bu yapı sayesinde tavlama reçeteleri enerji performansı ve ürün kalitesiyle birlikte karşılaştırılabilir.

ENERVIS Uygulama Yaklaşımı

			
Ön Veri Analizi
↓
Saha Keşfi
↓
Enerji Etüdü
↓
Elektriksel Ölçümler
↓
Termal Kamera Ölçümleri
↓
Sıcaklık Profili Analizi
↓
Fan ve Hava Dağılımı Analizi
↓
Reçete ve Hat Hızı Analizi
↓
SCADA ve AMPTICA Entegrasyonu
↓
Enerji Performans Modeli
↓
Teknik Fizibilite
↓
ROI Hesaplaması
↓
Uygulama
↓
Sürekli İzleme ve Raporlama

		

ENERVIS Saha Kontrol Listesi

Fırın giriş bölgesi
Isıtma zonları
Tavlama bölgesi
Kontrollü soğutma zonları
Hızlı soğutma bölgesi
Fırın çıkış bölgesi
Elektrikli rezistanslar
Doğal gaz brülörleri
Gaz kontrol hattı
Sirkülasyon fanları
Soğutma fanları
Egzoz fanları
Hava kanalları
Damperler
Filtreler
Fırın izolasyonu
Kapaklar ve açıklıklar
Konveyör sistemi
Rulolar
Redüktörler
Tahrik motorları
Frekans konvertörleri
Termokupllar
Sıcaklık kontrol cihazları
Enerji analizörleri
Doğal gaz sayaçları
PLC sistemi
SCADA sistemi
AMPTICA platformu
SENSONIT Gateway

Örnek İncelenen Sistemler

Düz cam tavlama fırınları
Ambalaj camı tavlama fırınları
Züccaciye tavlama fırınları
Teknik cam tavlama fırınları
Cam elyafı tavlama sistemleri
Elektrikli tavlama fırınları
Doğal gazlı tavlama fırınları
Hibrit ısıtmalı tavlama fırınları
Sıcak hava sirkülasyon sistemleri
Soğutma fanları
Konveyör ve rulo sistemleri
Sıcaklık kontrol sistemleri
Enerji analizörleri
PLC ve SCADA sistemleri

Yatırım Değerlendirmesi (ROI)

Tavlama fırınlarında enerji verimliliği yatırımları değerlendirilirken aşağıdaki kriterler birlikte ele alınmaktadır:

Mevcut elektrik tüketimi
Mevcut doğal gaz tüketimi
Üretim kapasitesi
Ürün başına enerji tüketimi
Ton başına enerji tüketimi
Zon bazlı enerji dağılımı
Fan enerji tüketimi
Fırın yüzey ısı kayıpları
Egzoz ısı kayıpları
Boşta çalışma süreleri
Fire oranı
Ürün kalite kayıpları
Beklenen elektrik tasarrufu
Beklenen yakıt tasarrufu
Hat kapasitesindeki artış
Bakım maliyetlerindeki değişim
Karbon emisyonundaki azalma
Yatırım maliyeti
Geri ödeme süresi

Yatırım analizinde yalnızca enerji tasarrufu değil; ürün kalitesi, fire oranı, hat kapasitesi ve üretim kararlılığı üzerindeki etkiler de dikkate alınmalıdır.

Sonuç

Tavlama fırınlarında enerji verimliliği; sıcaklık zonları, hat hızı, hava dolaşımı, izolasyon, fan sistemleri ve ürün reçetelerinin birlikte optimize edilmesini gerektirir.

Fırın açıklıklarından kaynaklanan ısı kayıplarının azaltılması, zon sıcaklıklarının ürün tipine göre ayarlanması, fanların değişken hızlı sürücülerle kontrol edilmesi, izolasyonun iyileştirilmesi ve üretim duruşlarında uygun bekleme senaryolarının uygulanması önemli enerji tasarrufu fırsatları sunmaktadır.

Gerçek zamanlı enerji ve proses izleme sistemiyle tavlama reçeteleri karşılaştırılabilir, enerji tüketimindeki sapmalar erken aşamada belirlenebilir ve ürün kalitesi korunarak özgül enerji tüketimi azaltılabilir.

Neden ENERVIS?

ENERVIS, tavlama fırınlarında enerji verimliliğini yalnızca fırının toplam elektrik veya doğal gaz tüketimi üzerinden değerlendirmez. Sıcaklık profili, ürün reçetesi, hat hızı, fan sistemleri, izolasyon, otomasyon ve kalite parametreleri birlikte analiz edilir.

Saha ölçümleri ve üretim verileri kullanılarak enerji kayıp noktaları belirlenir. Hazırlanan teknik fizibilite raporları sayesinde projeler enerji tasarrufu, üretim etkisi, kalite riski, yatırım maliyeti ve geri ödeme süresine göre önceliklendirilir.

İlgili Sayfalar

ENERVIS Mühendislik Önerisi

Tavlama fırınlarında enerji optimizasyonu yapılırken her ürün tipi için ayrı sıcaklık ve hız reçetesi oluşturulmalıdır. Tüm ürünlerin aynı emniyet payına sahip yüksek sıcaklık profiliyle işlenmesi gereksiz enerji tüketimine neden olabilir.

Enerji performansı; ürün kalınlığı, ağırlığı, geometrisi, hat hızı ve fire oranıyla birlikte analiz edilmelidir. Reçete optimizasyonu kontrollü denemelerle yürütülmeli ve ürün içerisindeki kalıcı gerilimler uygun kalite testleriyle doğrulanmalıdır.

Fan hızlarının azaltılması veya zon sıcaklıklarının düşürülmesi gibi uygulamalar tek başına değil, tüm tavlama eğrisi üzerindeki etkileri dikkate alınarak gerçekleştirilmelidir.

ENERVIS Teknik Notu

Tavlama fırınlarında aşağıdaki performans göstergelerinin düzenli olarak izlenmesi önerilir:

kWh/ton cam
kWh/ürün
Nm³ doğal gaz/ton cam
Zon bazlı elektrik tüketimi
Zon bazlı yakıt tüketimi
Tavlama sıcaklığı
Ürün giriş sıcaklığı
Ürün çıkış sıcaklığı
Hat hızı
Fırında kalış süresi
Fan özgül enerji tüketimi
Egzoz sıcaklığı
Fırın yüzey sıcaklığı
Fire oranı
Kalite uygunsuzluk oranı
Reçete bazlı enerji tüketimi
Hat kapasite kullanım oranı

Enerji performansı karşılaştırılırken ürün kalınlığı, ürün ağırlığı, üretim hızı ve tavlama reçetesi dikkate alınmalıdır. Farklı ürün gruplarının yalnızca toplam enerji tüketimi üzerinden karşılaştırılması yanıltıcı sonuçlar oluşturabilir.

ENERVIS Güvenlik Notu

Tavlama fırınlarında gerçekleştirilecek enerji etütleri sırasında yüksek sıcaklıklı yüzeyler, sıcak cam ürünler, hareketli konveyörler, rulolar, fanlar, doğal gaz hatları ve yüksek güçlü elektrik sistemleri önemli riskler oluşturmaktadır.

Termal ölçümler sırasında fırın giriş ve çıkış bölgelerindeki sıcak ürün hareketine dikkat edilmeli, güvenli çalışma mesafeleri korunmalı ve uygun ısıya dayanıklı kişisel koruyucu donanımlar kullanılmalıdır.

Fanlar, konveyörler, tahrik motorları ve fırın içi ekipmanlarda yapılacak kontroller öncesinde kilitleme/etiketleme prosedürleri uygulanmalıdır. Doğal gazlı sistemlerde sızdırmazlık, yanma ve gaz güvenliği kontrolleri yalnızca yetkili personel tarafından gerçekleştirilmelidir.

Elektrik panolarında yapılacak ölçümlerde ark flaş riski dikkate alınmalı; tüm çalışmalar işletmenin sıcak çalışma, elektrik güvenliği, makine emniyeti ve iş sağlığı ve güvenliği prosedürlerine uygun olarak yürütülmelidir.