Search

Günümüzde fosil yakıtların hızla tüketilmesi ve elektriğe olan artış, dikkatleri yenilenebilir enerji kaynakları üzerine çekmektedir. Bugün termoelektrik (TE) güç üretimi, enerji tasarrufu ve dünyadaki çevresel etkilerin azaltılması noktasında umut verici bir teknoloji haline gelmiştir. Temeli Seebeck etkisi olan termoelektrik jeneratörler, otomobiller, fabrikalar ve benzer kaynaklardan atılan atık ısının geri kazanılması ile güç üretiminde kullanılmaktadır. Bu çalışmada, her biri 8 çift dikdörtgenler prizması (TEGRP) ve silindirik (TEGC) ayaklardan oluşan ve yüksek sıcaklıkta çalışan termoelektrik jeneratörler üretilmiş ve deneysel olarak incelenmiştir. Bu kapsamda, 19 farklı kompozisyon arasından, sırasıyla değerleri 0.57 ve 0.17 olan ve en yüksek termoelektrik verime (zT) sahip Ca2.5Ag0.3Eu0.2Co4O9 ve Zn0.96Al0.02Ga0.02O oksit TE malzemeler seçilmiştir. TE tozlar sol-jel metodu ile sentezlenmiş, p- ve n-tipi ayakların konsolidasyonu için soğuk presleme yöntemi kullanılmıştır. Termoelektrik jeneratörler üretilmeden önce Tepki Yüzeyi Metodolojisi ile her iki jeneratör için jeneratör ayaklarının geometrik optimizasyonu gerçekleştirilmiş ve ayak boyutları belirlenmiştir. Termoelektrik jeneratörlerin güç üretim karakterizasyonu için bir ölçüm sistemi kurularak I-V ve I-P eğrileri elde edilmiştir. Sonuçlar incelendiğinde açık devre voltajı (VOC) ve maksimum çıkış gücü, (Pmax) sıcaklık farkı (ΔT) arttıkça her iki jeneratör için de artmıştır. TEGRP ve TEGC için maksimum VOC, 440 °C sıcaklık farkı ve 495 °C sıcak yüzey sıcaklığı için sırasıyla 133.1 mV ve 158.2 mV olarak elde edilmiştir. Akım arttıkça çıkış gücü de P ∝ I2 orantısına bağlı olarak üretilmiştir. Aynı sıcaklık şartlarında TEGRP ve TEGC için Pmax, sırasıyla 33.7 mW ve 45.5 mW olarak elde edilmiştir. TEGRP ve TEGC'nin güç üretim performanslarının ve sıcaklık dağılımlarının belirlenebilmesi için kararlı hal ısıl ve ısıl-elektrik analizler gerçekleştirilmiştir. Deneysel sonuçlarda olduğu gibi ΔT arttıkça VOC ve Pmax her iki jeneratör için de artmıştır. Her iki jeneratör için de maksimum VOC, 410 °C sıcaklık farkı ve 495 °C sıcak yüzey sıcaklığı için 1117 mV olarak belirlenmiştir. I-P eğrileri her iki jeneratör için de deneysel sonuçlar ile benzer karakteristik göstermiştir. Sonuç olarak, aynı sıcaklık şartlarında TEGRP ve TEGC için Pmax sırasıyla 3315.1 mW ve 2632.9 mW olarak elde edilmiştir. Isıl-elektrik analizlerin sonuçları üretilen jeneratörlerin deneysel sonuçları ile karşılaştırıldığında ölçülen açık devre voltajı ve çıkış güçlerinin ısıl-elektrik analizleri sonuçlarının çok daha altında olduğu belirlenmiştir. Çalışmadaki bu kayda değer voltaj ve çıkış gücü kayıplarının TE ayaklar ile gümüş iletkenler arasındaki temas dirençlerinden kaynaklandığı düşünülmektedir. Nowadays, rapid consumption of fossil fuels and increasing electricity requirement have attracted attention on renewable energy resources. Today, thermoelectric (TE) power generation has become a promising technology in energy saving and reduction of environmental impacts in the world. Thermoelectric generators (TEGs), based on Seebeck effect, are used in power generation by recovering waste heat released from automobiles, factories, and similar resources.In this study, high temperature thermoelectric generators with 8 pairs of rectangular prism (TEGRP) and cylindrical legs (TEGC) were fabricated individually and experimentally investigated. Within this scope, oxide thermoelectric materials of dually doped Ca2.5Ag0.3Eu0.2Co4O9 and Zn0.96Al0.02Ga0.02O with the highest figure of merit (zT) values of 0.57 and 0.17 were selected among 19 different compositions. TE powders were synthesized using sol-gel method following cold pressing for consolidation of p- and n-type legs of both TEGs. Prior to the fabrication of the TEGs, geometrical optimization of the legs was performed for both TEGs using Response Surface Methodology and dimensions of the legs were specified. Power generation characteristics of the TEGs were evaluated by establishing a measurement system and I-V and I-P curves were obtained. According to the results, open circuit voltage (VOC) and maximum generated output power (Pmax) of both TEGs increased with increasing ΔT. Maximum VOC of TEGRP and TEGC were obtained as 133.1 mV and 158.2 mV, respectively, for the temperature difference (ΔT) of 440 °C at 495 °C hot side temperature (TH). As the current increased, output power was generated with respect to P ∝ I2. Pmax for TEGRP and TEGC were obtained as 33.7 mW and 45.5 mW at the same conditions. Steady-state thermal and thermal-electric analyses were performed to evaluate power generation performances and temperature distributions of TEGRP and TEGC. VOC and Pmax of both TEGs increased with increasing ΔT as well as in the experimental results. Maximum VOC for both TEGs were obtained as 1117 mV for 410 °C ΔT and 495 °C TH. I-P curves for both TEGs exhibited similar characteristics with the experimental results. As a result, Pmax for TEGRP and TEGC were obtained as 3315.1 mW and 2632.9 mW in the same conditions. When the results of thermal-electric analyses are compared to the experimental results of fabricated TEGs, measured open circuit voltages and generated output powers were much lower than the results of thermal-electric analyses. In this study, noteworthy voltage and output power losses were correlated to the contact resistances between the TE legs and the silver conductors. 153

Enerji kaynaklarının azalması, enerji ihtiyacının ve enerji maliyetlerinin artması, sanayideki rekabetçi koşullar ve çevresel duyarlılık enerji kaynaklarını verimli kullanmayı gerektirmektedir. Bu çalışmada sanayide enerjinin verimli kullanılması kapsamında Kardemir A.Ş.'nin haddehane I ve haddehane II tav fırınlarında enerji verimliliği çalışması yapılmıştır. Yapılan çalışmada tav fırınlarında verimlilik ölçümleri yapılmış, ölçüm sonuçları her bir tav fırını için ayrı ayrı değerlendirilmiş, ölçüm sonuçları ve kuruluş verileri kullanılarak kütle ve enerji dengesine yönelik hesaplamalar yapılmış ve enerji tasarruf imkanları, boyutları ve geri ödeme süreleri ile birlikte belirlenmiştir. Bu tasarruf imkanlarının hangi sistem ve/veya işletme tedbiriyle sağlanabileceği konusunda önerilerde bulunulmuştur. Çalışma sonucunda yatırım gerekmeksizin yapılabilecek enerji tasarrufu fırınların uygun hava fazlalık katsayıları ile çalıştırılması olarak belirlenmiştir. Fırınlarda yatırım gerektiren enerji tasarrufu imkanları ise reküperatörlerdeki sızıntı hava kayıplarının giderilmesi, fırınlara ekonomizör tesis edilmesi, tufal kaybının azaltılması, FD ve ID fan elektrik motorlarına frekans konvertörü uygulanması ve fırınlardaki yüzey ısı kayıplarının giderilmesi olarak belirlenmiştir. Mevcut durumda, haddehane I tav fırını verimi %61,83, haddehane II verimi ise %60,86 olarak hesaplanmıştır. Yapılabilecek enerji tasarrufları ile haddehane I tav fırını veriminin %76,80, haddehane II tav fırını veriminin ise %77,20'ye çıkabileceği belirlenmiştir. Haddehane I tav fırınında sızıntı hava kaybının önlenmesi, reküperatör ısı transfer yüzey alanının artırılması ve reküperatör boruları üzerindeki kabuk tabakasının giderilmesi için reküperatör değiştirilmiştir. Böylece fırına giren yakma havası sıcaklığında 115 °C artış ve 126 kg/h kömür eşdeğerinde tasarruf sağlanmıştır. Decrease in energy resources, increase in energy requirement and energy costs, competitive conditions in industry and environmental sensitivity have required energy resources to be used efficiently. In this study, within the scope of efficient use of energy in industry, a study on energy efficiency has been done in reheating furnaces of rolling mill I and rolling mill II in Kardemir Karabuk Iron and Steel Works. Within the study; measurements have been done in reheating furnaces, the measurements have been evaluated separately for each reheating furnace, calculations oriented to energy balance have been done by using measurement results and company data and energy saving opportunities have been specified with their amounts and payback periods. Suggestions on how these opportunities will be applied have been made. As a result of the study, operation of the furnaces with appropriate excess air coefficient has been stated as the energy saving opportunity without any investment. The energy saving opportunities with investments have been specified as prevention of leakage air losses in recuperators, installation of economizers after furnaces, reduction of scale losses in furnaces, frequency converter application on electric motors of FD and ID blowers and insulation application to remove surface heat losses of furnaces. Efficiencies of reheating furnace of rolling mill I and reheating furnace of rolling mill II have been calculated as 61,83% and 60,86% respectively for the current situation. It is determined that efficiencies of reheating furnace of rolling mill I and reheating furnace of rolling mill II will be 76,80% and 77,20% respectively with the energy saving applications. Recuperator of rolling mill I has been changed to prevent leakage air losses, to increase heat transfer surface area and to remove shell layer on pipes of the recuperator. Thus an increase in combustion air temperature about 115 °C and a saving about 126 kg/h coal equivalent have been provided. 90