Hiperbarik filtrasyon son 20 yıldır Avrupa ve Asya’da ince ve çok ince kömür filtrasyonu için çok başarılı bir çözümdür. Hiperbarik filtre basit olarak bir basınçlı tekne içerisindeki disk filtre olarak tanımlanır. Bunlar döner veya disk filtreden ibaret olup, böylece çeşitli basınç atmosferleri işletme kuvveti olarak vakum yerine yer değiştirebilir. Bunlar ayrıca hiperbarik, yüksek veya sürekli basınç disk filtreler olarak adlandırılır. Kömür susuzlandırılması için hiperbarik filtreler 2-6 bar arasında pratik işletme aralığına sahiptir ve vakum filtrelerle karşılaştırıldığında daha yüksek kuvveti vardır. Bu filtre tipinde susuzlandırmayı sağlayan kuvvetleri arttırmak için gaz basıncı ve santrifüj kuvvetin kombinasyonu sağlanmaktadır. Böylece konvansiyonel susuzlandırma ekipmanlarına göre nemi % 25-% 40 oranında daha fazla düşürür.
İnce kömür susuzlandırılmasında hiperbarik filtre ilk olarak 1985 yılında uygulanmış olup; Avrupa, Kuzey Amerika, Güney Amerika, Avusturalya, Asya ve Afrika’da yoğun testler yapılmaktadır. Laboratuvar ile pilot çaptaki üniteler geleneksel yöntemlere göre verim ve kek nemi sonuçlarını doğrulamıştır. Avrupa’da bu testler hiperbarik filtre tesislerinin teknolojik kabulünü göstermektedir. Ruhrkohle AG, Almanya’daki en büyük bitümlü kömür üreticisi, kek nemini % 8 daha fazla azalttığını ve konvansiyonel vakum filtrelere göre verimi iki katına çıkardığını belirtmiştir.Katı verimi vakum filtrelere göre 2 kat ve konvansiyonel disk filtrelere göre 4 kat daha fazladır. Böylece hiperbarik filtreler, 0.045 mm’den daha büyük çok ince boyutlardaki ince flotasyon konsantreleri için çok uygundur.
BÖLÜM BEŞ DENEYSEL ÇALIŞMA
Türkiye Taşkömürü Kurumunca (TTK) üretilen tüvenan kömürler toplam kapasiteleri 1280 ton/saat olan kömür hazırlama tesislerinde yıkanmaktadır. Bu tesislerde % 12-14 küllü 100-10 mm boyutlu parça kömür, % 10 küllü ve 10-1 mm boyutlu metalurjik kömür elde edilmektedir. -1 mm boyutlu kömürler ise herhangi bir zenginleştirme işlemine tabii tutulamadan disk filtrelerde susuzlandırılmakta ve 10-0 mm ara ürün ile karıştırılarak yüksek küllü termik santral yakıtı elde edilmektedir. Elde edilen santral yakıtı ürününün özellikleri şu şekildedir:
% Kül : 47 ± 2,
% Nem :12-16,
Alt ısıl değer : 3350 ± 150 kcal/kg,
Santral yakıtı olarak kullanılan kömürler, kül oranları bakımından yüksek ve ısıl değer açısından ise havza taşkömürlerine göre oldukça düşüktürler. Zonguldak Taşkömürü Havzasında yıllık ortalama 2 milyon ton satılabilir kömür üretilmekte olup, santral yakıtı oranı toplam satılabilir ürünün yaklaşık % 60-65’ini oluşturmaktadır. Bu durum havza satılabilir kömürlerini büyük oranda santrale bağımlı hale getirmiştir. Demir-çelik fabrikalarına satılan 10-0 mm boyutlu metalurjik taşkömürü ürünü % 10 küllü ve alt ısıl değeri 8000-8400 kcal/kg olup toplam satılabilir kömür içerisindeki payı ise % 15-20 civarındadır. Demir çelik endüstrisine verilen kömür özellikleri Tablo 5.1’de verilmektedir.
Tablo 5.1 Demir-çelik tesislerine verilen kömür özellikleri
Kardemir Erdemir
Boyut (mm) 10-0 10-0
Kül (%) 11 10
Nem (%) 8 9,5
Kükürt maksimum (%) 0,7
Uçucu madde kuru bazda (%) 22-28
Serbest şişme indeksi 7-9
Dilatasyon 70 min
Demir-çelik endüstrisine verilen kömürün tane boyutu 10-0 mm ve kül oranı % 10-11’dir. Havzada yeraltından çıkarılan tüvönan taşkömürünün tamamının demir- çelik sektöründe kullanımının sağlanması için yıkama işlemleri sonucu elde edilen 100-10 mm boyutlu ve 10-1 mm boyutlu temiz kömürler ile -1 mm boyutlu kömürlerin zenginleştirilmesi gereklidir. Buna göre demir-çelik endüstrisine verilecek kömürün;
100-10 mm boyutlu temiz kömürün kırılarak -10 mm boyutuna indirilmesi 10-1 mm boyutlu temiz kömür
-1 mm boyutlu kömürün zenginleştirilmesi sonrası elde edilen temiz kömür olmak üzere üç ayrı üründen oluşacaktır. Bu nedenle ince kömürler yanında 100-1 mm boyutlu kömürlerinde yüzdürme-batırma analizlerinin yapılarak elde edilecek ürünlerin özelliklerinin belirlenmesi gereklidir.
Bu çalışmanın amacı, Zonguldak Havzası kömürlerinin konvensiyonel yıkama cihazları ve kömür yıkama teknolojisinde kullanılan geliştirilmiş gravite ayırcıları ile istenilen kül oranlarında metalurjik kömür elde edilmesi ve bunun için en uygun ekipman seçiminin yapılmasıdır. Bunun için yapılan deneysel çalışmaların genel akım şeması Şekil 5.1’de verilmektedir. Yapılan çalışmalar:
i. Farklı kül oranları ve farklı özelliklerdeki Armutçuk, Karadon ve Amasra kömür yıkama tesislerinden uygun noktalardan tüvenan taşkömürden ve -1 mm boyutundaki kömürlerden numuneler alınmıştır.
ii. +1 mm boyutlu numuneler üzerinde elek analizi ve yoğunluk analizi yapılarak teorik olarak elde edilebilecek metalurjik kömür miktarları ve kül değerleri saptanmıştır.
iii. -1 mm boyutlu kömürler üzerinde MGS, spiral ve Knelson ayırıcılar kullanılarak deneysel çalışmalar yapılmıştır. Bu cihazların ayırma verimlilikleri ve optimum çalışma şartları tespit edilmiştir.
iv. -1mm boyutlu kömürler elenerek 1- 0,15 mm ve -0,15 mm olmak üzere iki fraksiyona ayrılmıştır.1 - 0,15 mm boyutundaki ince kömürler üzerinde spiral ve Knelson ayırıcı kullanılarak optimal çalışma şartları araştırılmıştır.
v. Kullanılan cihazların ayrıma performansının tespit edilmesi amacıyla gerekli testler yapılmış, konvansiyonel ayırma cihazları ve geliştirilmiş gravite ayırıcı arasındaki farklar ortaya konmuştur.
vi. Elde edilen sonuçlar değerlendirilerek her bir numune için en uygun akım şeması belirlenmiş, elde edilecek ürünlerin ağırlık oranları ve kül değerleri tespit edilmiştir.
vii. Knelson cihazında zenginleştirilen Armutçuk 1-0,15 mm boyutundaki ince taşkömürlerinin Merkezi Kompozit Tasarımı’na göre deneysel tasarım teknikleri kullanılarak, cihazın dönüş hızı, su besleme miktarı, temiz kömür toplama zamanı ve besleme katı oranlarının temiz kömür külü ve organik verim üzerindeki etkileri incelenmiştir.
viii. Farklı özellik ve kül oranlarındaki numunelerden elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır.