4. TEKNİK BÖLÜM
4.1. Dönem İçinde Projeyle İlgili Bilimsel, Teknik ve Teknolojik Gelişmeler ve Sonuçların Tartışılması (Projeyle ilgili bilimsel, teknik ve teknolojik gelişmeler proje önerisi ile karşılaştırılarak verilmeli, elde edilen veriler
ile varılan ara sonuçlar tartışılmalıdır)
Projede bu rapor döneminde 3 İş Paketi (İP) çalışılmıştır. Projedeki toplam İP sayısı 8’dir.
İP-1: “DAY Sisteminde Kullanılacak Hammaddelerin Karakterizasyonu” olup 3 alt iş paketinden oluşmuştur.
İP-1.1: “Detaylı literatür araştırması” adlı alt iş paketinde yapılan faaliyetler aşağıda maddeler halinde verilmiştir:
“Science direct” ve benzeri bilimsel veri tabanlarını kullanarak DAY yakma sistemleri konusunda yapılmış çalışmalar toplanmış,
İnternet arama motorlarını kullanarak DAY yakma sistemleri konusunda yapılmış çalışmalar toplanmış,
Üniversite, araştırma merkezleri ve endüstriyel kuruluşların internet sayfaları kullanılarak, gerekli yazışmalar yaparak DAY yakma sistemleri konusunda yapılmış çalışmalar toplanmış,
DAY yakma sistemleri konusunda geniş tabanlı bir veri bankası oluşturulmuş,
Toplanan bilgiler özümsenerek ayrıntılı bir literatür raporu oluşturulmuştur.
Dolaşımlı akışkan yatakta yakma sistemleri konusunda yapılan literatür araştırması tüm ortakların kullanımına açık bir veri tabanı halinde internet ortamına taşınmıştır. İnternet adresi: http://www.cfbc.metu.edu.tr
Literatür taraması sonucu EK-1’ de verilmiştir.
İP-1.2: “Akışkan yatakta kullanılacak biyokütle, linyit kömürü ve kireç taşı örneklerinin toplanması, detaylı yakıt karakterizasyonlarının yapılması” adlı iş paketinde yapılan çalışmalar aşağıda verilmiştir:
DAY yakma sisteminde kullanılacak linyitlerden analiz için örnekler toplanmıştır.
DAY yakma sisteminde kullanılacak biyokütle ve diğer atıklardan analiz için örnekler toplanmıştır.
DAY yakma sisteminde kullanılacak adsorbentlerden analiz için örnekler toplanmıştır.
MAM ve ODTÜ laboratuarları kullanılarak toplanan örneklerin ayrıntılı kısa ve elementel analizleri yapılmış, ısıl değerleri ölçülmüş ve kül analizleri yapılmıştır.
Toplanan örneklerin Termogravimetrik analizleri yapılmıştır.
Tüm sonuçlar değerlendirilmiştir.
Dolaşımlı Akışkan Yatak (DAY) yakma sisteminde kullanılması hedeflenen linyit, biyokütle ve kireçtaşı örneklerinin ayrıntılı analizi TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi laboratuarlarında yapılmıştır. TÜBİTAK MAM Enerji Enstitüsünde, katı yakıtlar için ayrı bir analiz laboratuarı kurulmuştur. Bu laboratuarda bulunan cihazlar kurumun diğer proje imkânları kullanılarak satın alınmıştır. Bu cihazların çalıştırılmasında standart yöntemler kullanılmış, proje personelinin eğitimi için gerekli hizmet alımları gerçekleştirilmiştir. Akreditasyon çalışmalarına da başlanılmıştır.. Biyokütle ve kömür için; kısa analiz, elementel analiz, ısıl değer analizi, kül ergime sıcaklığı tayini, Termogravimetrik Analizler (TGA) proje elemanları tarafından yapılmıştır.
Projenin bu alt iş paketi kapsaminda yapılan çalışmaların sonuçları aşağıda verilmiştir:
İncelenen Linyit Kömürlerinin Rezervleri:
Temin edilen linyit örneklerinin toplam rezervleri, Türkiye Kömür İşletmeleri (TKİ)’nin 2004 yılsonu raporuna göre Çanakkale Çan’daki linyit sahasında 89 milyon ton, Kütahya Tavşanlı’daki Tunçbilek sahasında 305 milyon ton, Bursa Orhaneli’ndeki alanda 67 milyon ton ve Kütahya Seyitömer sahasında 167 milyon tondur (Şekil 2).
24
Şekil 2. 2004 yılı Türkiye linyit rezervleri [Kaynak: TKİ 2004 yılsonu raporu].
Linyit örneklerinin analiz sonuçları ve Türkiye’deki toplam rezervleri göz önüne alınarak, pilot ölçekli yakma deneylerinde kullanılmak üzere, yüksek kükürt içeren kömür olarak Orhaneli linyiti, düşük kükürt içeren kömür olarak da Seyitömer linyiti seçilmiştir. Diğer analizler seçilen iki linyit örneği için yapılmıştır.
Kömürün karakterizasyonu: DAY projesi kapsamında Türk Linyitlerinin kullanılması hedeflenmiştir. Türkiye’nin çeşitli bölgelerinden alınan linyit örneklerinin (Çan, Tunçbilek, Orhaneli, Seyitömer) tanımlama analizleri yapılmıştır. Linyit örnekleri, analizlerde kullanılmak üzere kırılmış, 250 μm’nin altına öğütülmüş ve yerindeki halini olabildiğince temsil eden bir bölümünün alınması için konileme-dörtleme yöntemi ile örnek alınmıştır (Şekil 3).
Şekil 3. Konileme-Dörtleme yöntemi ile örnek alma Karakterizasyonda kullanılan yöntemler ve cihazlar
Kısa analiz: TÜBİTAK-MAM Enerji Enstitüsü, Biyokütle, Kömür, Yakma ve Gazlaştırma Laboratuvarlarında bulunan LECO TGA 701 Termogravimetrik Analiz Cihazı kullanılarak ASTM D 5142–04 standard test metoduna göre gerçekleştirilmiştir.
Elementel analiz: TÜBİTAK-MAM Enerji Enstitüsü, Biyokütle, Kömür, Yakma ve Gazlaştırma Laboratuarlarında bulunan LECO Truspec CHN-S Elementel Analiz Cihazı kullanılarak, karbon (C), hidrojen (H) ve azot (N) içerikleri ASTM D 5373-02 standard test metoduna göre, kükürt (S) içeriği ise ASTM D 4239-05 standard test metoduna göre proje ekibi tarafından gerçekleştirilmiştir. Örnekler analizden önce 105oC’de 2 saat kurutulmuştur
Isıl değer tayini: TÜBİTAK-MAM Enerji Enstitüsü, Biyokütle, Kömür, Yakma ve Gazlaştırma Laboratuarlarında bulunan LECO AC350 marka bomba kalorimetre kullanılarak ISO 1928:1995 standard test metoduna göre, gerçekleştirilmiştir Kül ergime sıcaklığı tayini: TÜBİTAK-MAM Enerji Enstitüsü, Biyokütle, Kömür, Yakma ve Gazlaştırma Laboratuvarlarında bulunan LECO AF500 Kül Ergime Sıcaklığı Tayin Cihazı kullanılarak yapılmıştır.
PROJE NO: 105G023
25
Kül analizi: TÜBİTAK-MAM Malzeme Enstitüsü (ME) Laboratuvarlarında bulunan Philips PW-2404 model Dalga boyu dağılımı X-ışını Floresan Spektrometre (XRF) cihazı kullanılarak hizmet alımı kapsamında yaptırılmıştır.
Termal analizler: TÜBİTAK-MAM Enerji Enstitüsü, Biyokütle, Kömür, Yakma ve Gazlaştırma Laboratuarlarında bulunan Mettler Toledo TGA 851 cihazı kullanılarak yapılmıştır. Termal analizde kullanılan Metot 3’te, örnek 25 0C’den 850 0C’ye dek 20 0C/dk ısıtma hızıyla kuru hava atmosferinde ısıtılmaktadır. Kuru hava akış hızı 75 ml/dk’dır. Örnek 850 0C’de azot atmosferinde (50 ml/dk) 10 dakika bekletilmekte ve daha sonra bu sıcaklıktan 950 0C’ye yine 200C/dk ısıtma hızıyla 75 ml/dk kuru hava akışı altında ısıtılmaktadır. Örnek, 950 0C’de yine azot atmosferinde (50 ml/dk) 5 dakika
Nem tayini: TÜBİTAK-MAM Enerji Enstitüsü, Biyokütle, Kömür, Yakma ve Gazlaştırma Laboratuarlarında bulunan Sartorius MA100C nem tayin cihazı kullanılarak standart yöntemle yapılmıştır.
Tane Boyut Analizi: TÜBİTAK-MAM KÇE Laboratuarlarında Mastersizer 2000 cihazında Lazer Işık Saçınım Tekniği ile, hizmet alımı kapsamında gerçekleştirilmiştir
Dökme Yoğunluk Tayini: TÜBİTAK-MAM KÇE Laboratuarlarında, TS 3529, TS 6801 EN 1237 standard test metoduna göre hizmet alımı kapsamında gerçekleştirilmiştir.
Kömür ve Biyokütle Karakterizasyonu Linyit Örneklerinin Kısa Analizi
Çalışmada kullanılan dört farklı linyite ait kısa analiz sonuçları Tablo 9’de verilmiştir.
Tablodan görüldüğü gibi linyit kömürleri kuru baz üzerinden karşılaştırılırsa, Orhaneli ve Seyitömer linyitleri Uçucu Madde içeriği daha yüksek kömürlerdir (%33-38 arasında). Buna karşın Çan ve Tunçbilek linyitlerinin Uçucu Madde içeriği daha düşüktür (%25-29 arasında). Dolayısı ile yakma deneyleri yaparken bu konu önemli olacaktır ve dikkat edilmesi, yanma sıcaklıklarının iyi izlenmesi gerekir. Uçucu maddelerin yüksek olması, eğer tam yanma olmazsa CO ve hidrokarbon emisyonlarının artmasına neden olmaktadır.
İncelenen dört kömürün de kuru bazda kül miktarlarının yüksek ve biribirine yakın olduğu dikkati çekmektedir. Bu durumda bu kömürlerin yakıldığı akışkan yataklarda zamanla küllerin birikip yatak malzemesi olarak kullanılma imkanı söz konusudur.
Orhaneli ve Seyitömer linyitlerinde sabit karbon oranının düşük olduğu görülmektedir. Bunun nedeni bu kömürlerin uçucu madde içeriklerinin yüksek olmasıdır.
Tablo 9: Linyit Örneklerinin Kısa Analiz Sonuçları
Örnek Adı
Orijinal numune (% ağırlıkça) Kuru baz üzerinden (% ağırlıkça) Nem* Uçucu
Çalışmada kullanılan dört farklı linyite ait elementel analiz sonuçları Tablo 10’da verilmiştir.
İncelenen linyit numunelerinde elementel analiz sonuçları Çan, Tunçbilek ve Orhaneli Linyitlerinde %C oranının biribirine çok yakın olduğunu göstermektedir. Seyitömer linyitinde bu oran biraz daha düşüktür. Dolayısı ile Seyitömer linyitinin ısıl değerinin daha düşük olması beklenmektedir. % N oranları oldukça düşüktür. En yüksek değer %1.54 ile Tunçbilek linyitinindir. %H oranları biribirine yakındır. Ancak, %S oranları açısından en kötü kömür Çan linyitidir.
Çanakkale Çan bölgesinde halen bu linyiti kullanan bir termik santral mevcuttur. Dolayısıyla bu projede bu linyitin kullanılması anlamlı bulunmamıştır. Seçilen linyitlerden Orhaneli linyitinin %S oranı 2,67, Seyitömer linyitinin ise 1,44 dür. Bu iki linyitin %N miktarları da farklıdır.
26
Tablo 10: Linyit Örneklerinin Elementel Analiz Sonuçları (kuru baz üzerinden, % ağılıkça)
Örnek Adı % N % C % H % S % O*
* Oksijen farktan hesaplanmıştır: [100-(%S+%C+%N+%H+% kuru bazda kül)]
Linyit Örneklerinin Isıl Değer Analizi
Linyit örneklerinin enerji içeriklerinin (yakıt değerlerinin) saptanması amacıyla ısıl değerleri tayin edilmiştir. Sonuçlar Tablo 11’ de verilmiştir.
Daha önce de belirtildiği gibi kömürlerin hidrojen içeriği biribirine yakın olduğundan karbon içeriğine göre ısıl değerinin en düşük olması beklenen kömür Seyitömer linyitidir ve bu deneylerden de beklenti kanıtlanmıştır. Tunçbilek linyitinin ısıl değeri diğer linyitlere kıyasla daha yüksektir.
Tablo 11. Linyit Örneklerinin Isıl Değer Sonuçları (orijinal bazda)
Kömür Üst Isıl Değer (kcal/kg) Alt Isıl Değer (kcal/kg) cihazı Orhaneli kömürü analizi aşamasında bozulmuş olup bu kömür için analiz yapılamamıştır. TUBITAK-MAM’ın diğer proje gelirlerinden sağlanan kaynak ile yeni bir kül ergime sıcaklığı tayin cihazı alınması yoluna gidilmiştir. Eylül 2008 başında teslim alınacak olan yeni cihaz ile tüm linyitlerin deneyleri tekrarlanacaktır. Bu nedenle bu tablodaki değerlerin ön bilgi şeklinde görülmesi gerekmektedir. Bir fikir vermek amacıyla verilmiştir.
Tablo 12. Linyit örneklerinin Kül Ergime Sıcaklıkları
Kömür Kül Ergime Sıcaklığı (0C)
Çan Linyiti 1496
Seyitömer Linyiti 1191
Tunçbilek Linyiti 1242
Yakma proseslerinde kül ergime noktasının bilinmesi çok önemlidir. Yanma sıcaklığının muhakkak kül ergime noktası altında olması gereklidir. Aksi takdirde yatakta aglomerasyon oluşmakta ve yanma durmakta veya eriyen kül ısı değiştirici yüzeylerine yapışarak kirlenmeye ve ısı aktarım veriminin düşmesine neden olmaktadır. DAY sisteminde yatak, yani yanma sıcaklığı 800-850 0C civarında tutulacaktır. Bu durum göz önüne alındığında akışkan yatağın operasyon sıcaklığı en düşük kül ergime sıcaklığına sahip Seyitömer linyitinin kül ergime sıcaklığının yaklaşık 350 C altında kalmaktadır. Bu açıdan bakıldığında akışkan yatakta aglomerasyon tehlikesinin olmadığı söylenebilir. Ancak aglomerasyon kül yumuşama sıcaklığı civarında başlayabilmektedir. Bu nedenle bu kömürlerin kül yumuşama
PROJE NO: 105G023
27
sıcaklığının bilinmesi çok önemlidir. Yukarıda belirtildiği gibi bu konu kömürlerin kül ergime karakteristikleri önümüzdeki dönemde ayrıntılı bir şekilde incelenecektir.
Linyit Örneklerinin Kül Analizi:
Linyit numunelerinin kül analizleri yarı kantitatif yüntemlerle yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar Tablo 13 ve Tablo 14’ te verilmiştir. Kül bileşimleri Tablo 13’ de element formda, Tablo 14’ te ise bileşik formunda verilmiştir. Yarı kantitatif element analizlerinde periyodik cetvelde Oksijen-Uranyum arasındaki elementler tanımlanabilmektedir.
Bu tablolar gözden geçirildiğinde küllerde en fazla bulunan elementlerin aluminyum, demir ve silisyum olduğu görülmektedir. Bu elementlerin toplam oksitleri açısından bakıldığında Orhaneli en düşük (%70), Çan ise en yüksek (%93) olduğu görülmektedir. Tunçbilek linyiti külünde kalsiyum miktarı göreceli olarak düşüktür. En düşük silisyum oranına sahip olan linyit Orhaneli (%39), en yüksek silisyum oranına sahip olan Tunçbilek (%53) ve Çan (%52) linyitleridir. Silisyum oranı yüksek olan kömürlerin daha sert ve aşınmaya karşı daha dirençli kömürler olması beklenmektedir.
Aglomerasyon açısından önem taşıyan potasyum ve sodyum içeriklerine bakıldığında Çan ve Orhaneli’ nin en düşük oranlara (%1.3) sahip olduğu görülmektedir. Buna karşın diğer iki kömürün içerikleri birbirine yakın olup %2 civarındadır. Bu sonuçlar Tablo 11’ de verilen ön ergime sıcaklık değerleri ile kıyaslandığında en düşük potasyum ve sodyum oranına sahip olan Çan kömürünün aynı zamanda en yüksek ergime sıcaklığına sahip olduğu dikkati çekmektedir. Buna karşılık diğer kömürlerinin ergime sıcaklarının birbirine yakın, ancak Çan kömüründen daha düşük olduğu görülmektedir. Bu sonuçlar sodyum ve potasyum oranı yüksek olan kömürlerin aglomerasyona daha yatkın olduğu yönündeki görüşlerle uyum içinde görülmektedir.
Bileşim formunda verilen sonuçlar, Tablo 13, küllerde en yüksek oranlarda bulunan elementin oksijen olduğunu göstermektedir. Bunun nedeni küldeki elementlerin oksit formunda olmasından kaynaklanmaktadır.
28
Tablo 13. Kömür küllerinin bileşimi (Element formunda)
Külde bulunan sodyumoksit ve magnezyumoksitin SO2 tutmada katkıları olduğu bilinmektedir. İncelenen kömürler içinde Orhaneli (%13) en yüksek, Tunçbilek (%1.8) ise en düşük kalsiyumoksit oranına sahiptir. Kalsiyumoksit oranının yüksek olması Orhaneli kömürünün yakılması sürecinde SO2’ nin tutulması açısından bir avantaj olarak düşünülebilir.
PROJE NO: 105G023
29
Tablo 14. Kömür küllerinin bileşimi (Oksit formunda)
Daha önce de belirtildiği gibi rezervleri göz önüne alınarak dört adet linyit numunesi incelenmiştir. Analiz sonuçları göz önüne alınarak kullanılacak kömürlerin seçiminde kükürt oranı temel alınmıştır. Buna göre yüksek kükürt içeren kömür olarak Orhaneli linyiti, düşük kükürt içeren kömür olarak da Seyitömer linyiti seçilmiştir. Diğer analizler seçilen iki linyit örneği için yapılmıştır.
Linyit Örneklerinin Termal Analizi:
Proje kapsamında kullanılması planlanan Orhaneli ve Seyitömer linyitlerinin İki farklı metot ile Termogravimetrik analizleri gerçekleştirilmiştir. Her bir örneğin analizi ikişer kez yapılmış ve tekrarlanabilirlik görülmüş, raporda her metot için her örnekten birer termogram verilmiştir. Her metodun açıklaması termogramlar üzerinde yapılmıştır.Termogramların elde edilmesinde kullanılan örnek miktarları termogramlar üzerinde verilmiştir.
Orhaneli linyitine ait termogramlar iki metod için sırasıyla Şekil 4’ te verilmiştir. 20 0C/dk ısıtma hızıyla elde edilen termogram Şekil 4 a.’ da görülmektedir. 820 0C’ a kadar numunenin ağırlığında hemen hemen doğrusal ve hızlı bir düşüş olmuştur. Isıtma başladıktan sonra ilk etapta nem uzaklaşmış ve çok hafif uçucuların buharlaşması 11 dakika içinde tamamlanmıştır. Daha sonra 11-42 dak aralığında Uçucu maddelerin ve ardından da oluşan kokun yandığı görülmektedir. Bu oldukça geniş bir aralıktır. Uçucu maddelerin yandığı sıcaklık aralığı da 220-820 0C olarak belirlenmiştir. Isıtma hızının 40 C/dk’ya yükseltilmesi Şekil 4 b’ de görüldüğü gibi karakteristik yanma eğrisinin genel özeliiklerinde önemli bir değişiklik yaratmamıştır. Ancak genel olarak yanma prosesinde bir hızlanma olduğu görülmektedir.
30
a.
b
Şekil 4. Orhaneli linyitinin Kuru Hava atmosferinde termal analizi, a.) Isıtma hızı: 20 0C/dk b.) Isıtma hızı:40 0C/dk.
PROJE NO: 105G023
31
Seyitömer Linyitinin Termal Analizi
Seyitömer linyitinin termal analizi de Orhaneli linyiti ile aynı koşullar altında iki farklı metotla gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar Şekil 5’de verilmiştir. 20 0C/dk ısıtma hızıyla gerçekleştirilen deneylerde numunenin ağırlık kaybı 300 - 700 0C aralığında hızlı ve doğrusal bir şekilde azalmıştır. İlk 10 dakika içinde nemin yanı sıra bazı çok hafif uçucu maddeler uzaklaşmıştır.
Bu peryoddan sonra uçucu maddeler ve ardından kok yanması başlamış ve 38. dakikaya kadar devam etmiştir. Bu süre içinde sıcaklık 220 oC’dan 800 oC’ a kadar çıkmıştır. Bu linyitte uçucu madde oranı kuru bazda yaklaşık olarak %33.62 olarak tespit edilmiştir. Bu değer Orhaneli linyitinin uçucu madde miktarından biraz daha düşüktür.Şekil 5 b’ de görüldüğü gibi ısıtma hızının 40 C/dk’ ya çıkarılması bu genel davranışta önemli bir değişiklik yaratmamıştır. Ancak, ısıtma hızı 2 kat daha fazla olduğundan reaksiyonlar hızlanmıştır. Nem ve çok hafif uçucuların uzaklaşması ve yanması 5 dakika içinde tamamlanmıştır. Daha sonra 5-21 dak aralığında Uçucu maddelerin ve ardından da oluşan kokun yandığı görülmektedir. Isıtma hızı yüksek olduğundan yanma ve reaksiyon zamanları kısalmıştır.
a
32
b
Şekil 5. Seyitömer linyitinin Kuru Hava atmosferinde termal analizi, a.) Isıtma hızı: 20 0C/dk b.) Isıtma hızı:40 0C/dk.
Biyokütlenin karakterizasyonu
Türkiye, Dünya’da zeytinyağı üretiminin %90’ını gerçekleştiren 6 Akdeniz ülkesinden birisidir (İspanya, İtalya, Yunanistan, Türkiye, Tunus ve Fas) ve yıllık 169×103 ton zeytinyağı üretimi ile Dünya’da %7’lik bir paya sahiptir [Clean 2008, 36 (3), 315 – 319]. Zeytinyağı endüstrisinin atığı olan prina, enerji üretiminde kullanılabilecek özellikteki bir biyokütle kaynağıdır. Yıllık 20 milyon ton üretimi ile ülkemizdeki diğer bir biyokütle kaynağı da orman atıklarıdır [Renewable Energy 33 (2008) 802–812]. Bu sebeple, DAY projesi kapsamında, biyokütle kaynağı olarak prina ve orman ürünleri sanayi atıklarının (odun parçacıkları) kullanılmasına karar verilmiştir. Balıkesir Edremit’ten temin edilen prina ve Kastamonu Entegre Ağaç Sanayi ve Ticaret A.Ş.’den alınan odun parçacıkları 250 μm’nin altına öğütülerek analizlerde kullanılmıştır.
Biyokütle Örneklerinin Kısa Analizi
Prina ve odun parçacıklarının kısa analizi TÜBİTAK-MAM Enerji Enstitüsü laboratuvarlarında linyit örnekleri ile aynı koşullarda gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar Tablo 15’ de verilmiştir
Tabloda görüldüğü gibi prina ve odunun oldukça farklı bileşime sahip görülmektedir. Kuru bazda karşılaştırıldığında prinanın kül oranının bir hayli yüksek olduğu, buna karşın uçucu madde oranının daha düşük olduğu görülmektedir.
İlginç olan nokta ise her iki yakıtın sabit karbon içeriklerinin neredeyse aynı olmasıdır.
Tablo 15. Biyokütle örneklerinin kısa analiz sonuçları
Yakıt Orijinal numune (% ağırlıkça) Kuru baz üzerinden (% ağırlıkça)
Nem Uçucu
Madde
Kül Sabit Karbon
Uçucu Madde
Kül Sabit
Karbon
Prina 16,65 53,84 15,92 13,59 64,59 19,10 16,30
Odun 10,10 74,39 0,81 14,69 82,75 0,90 16,34
PROJE NO: 105G023
33
Biyokütle Örneklerinin Elementel Analizi
Prina ve odun parçacıklarının elementel analizi, TÜBİTAK-MAM Enerji Enstitüsü laboratuvarlarında linyit örnekleri ile aynı koşullarda gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar Tablo 16’ de verilmiştir Tablodan da görüldüğü gibi kükürt içerikleri kömüre göre çok daha düşüktür. Buna karşılık oksijen oranları çok daha yüksektir.
Tablo 16. Biyokütle örneklerinin elementel analiz sonuçları. (kuru baz üzerinden, % ağılıkça)
Yakıt % N % C % H % S % O*
Prina 1,24 40,45 5,31 0,1 33,80
Odun Parçacıkları
0,32 44,93 5,88 0,025 47,95
* Oksijen farktan hesaplanmıştır: [100-(%S+%C+%N+%H+% kuru bazda kül)]
Biyokütle Örneklerinin Isıl Değer Analizi
Biyokütle örneklerinin alt ve üst ısıl değer tayini proje ekibi tarafından, linyit örnekleri ile aynı koşullarda gerçekleştirilmiş, sonuçlar Tablo 17’ da verilmiştir.
Tablo 17. Biyokütle örneklerinin ısıl değer sonuçları (Orjinal bazda).
Yakıt Üst Isıl Değer, (kcal/kg) Alt Isıl Değer (kcal/kg)
Prina 3422 3113
Odun 4711 4395
Ayrıca biyokütle ve linyit örneklerinde cıva (Hg) ve klor (Cl) tayini TÜBİTAK-MAM Kimya ve Çevre Enstitüsü (KÇE) Laboratuarlarında hizmet alımı kapsamında yaptırılmıştır. Cl tayini ISO 587 standard test metoduna göre yapılmış, prina ve odun örneklerinin Cl içermediği saptanmıştır. Numunelerdeki Hg tayini ise PerkinElmer 800 Atomik Absorpsiyon Spektrometresi’nde Cıva Soğuk Buhar Metoduna göre yapılmış, biyokütle örneklerinde Hg içeriği de saptanmamıştır.
Linyit örneklerine ait yüzde olarak Cl ve ppm mertebesindeki Hg sonuçları Tablo18’ de verilmiştir. Tabloda görüldüğü gibi kömürlerde civa ve klor tespit edililmiş, ancak biyokütlelerde tespit edilememiştir.
Tablo 18. Linyit ve biyokütle örneklerinde cıva ve klor tayini
Yakıt Cl (% ağırlıkça) Hg (ppm)
Prina - -
Odun - -
Seyitömer Linyiti 0.155 0.338
Orhaneli Linyiti 0.057 0.24
34
Biyokütle Örneklerinin Termal Analizi
Dolaşımlı akışkan yatak yakma sisteminde kullanılmak üzere seçilen iki biyokütle örneğinin (Prina ve Odun) TGA çalışmaları linyitler ile aynı koşullarda gerçekleştirilmiş ve sonuçlar Şekil 6 ve Şekil 7’ de verilmiştir.
a
b
Şekil 6. Prina örneğinin kuru hava atmosferinde termal analizi a.) Isıtma hızı: 20 0C/dk, b) Isıtma hızı: 40 0C/dk
PROJE NO: 105G023
35
Prinanın Şekil 6’ da görülen termogramı linyitlerinkinden çok farklıdır. Biyokütlelerde nem oranı oldukça düşüktür ve 105-110 0C civarında nem uzaklaştıktan sonra 300 0C civarında çok çabuk şekilde uçucu maddeler yanmaktadır. Geriye de çok az kok ve kül kalmakltadır. Yanma 800 0C’ da yaklaşık 40 dak içinde tamamlanmaktadır. Prinadaki uçucu madde oranı kuru baz üzerinden % 64.6’ dır. Şekil 6 b’ de görüldüğü gibi ısıtma hızının 40 0C/dk’ ya çıkarılması yanma karakteristiklerinde önemli bir değişiklik yaratmadığı anlaşılmaktadır. Isıtma hızının artmasına paralel olarak kimyasal süreçler hızlanmıştır ve daha kısa sürede sonuçlanmıştır.
Şekil 7’ de görüldüğü gibi odunun uçucu madde piki prinaya oranla çok daha büyüktür. Bu da odunun uçucu madde miktarının (%82.7) daha yüksek olmasındamn kaynaklanmaktadır. Bu nedenle elde edilen uçucu madde piki daha Yanma 750 0C civarında tamamlanmıştır ve 20 0C/dk ısıtma hızında 36 dak sürmektedir. Isıtma hızının 40 C/dk.’ ya çıkarılması yanma eğrisinde önemli bir değişiklik yaratmamıştır. Ancak daha önceki örneklerde de olduğu gibi yanma süreci daha hızlı bir şekilde gerçekleşmiştir.
a
36
b
Şekil 7. Odunun kuru hava atmosferinde termal analizi a.) Isıtma hızı: 20 0C/dk, b) Isıtma hızı: 40 0C/dk Kireçtaşının karakterizasyonu
DAY projesinde kullanılmak üzere Çanakkale-Çan (KT1) ve Konya-Çumra (KT2) bölgelerinden kireçtaşı temin edilmiştir.
Bunların analizleri standart yöntemlere göre gerçekleştirlmiştir. Kireçtaşı örneklerinin nem içerikleri Çan ve Çumra için sırasıyla %1.85 ve % 0.59 olarak, C içerikleri ise yine aynı sıra ile %5.50 ve %7.68 olarak bulunmuştur.
Çan Kireçtaşı Tanımlama Analizleri:
Çan Kireçtaşı XRF Sonuçları:
Çan kireçtaşında yarı kantitatif element analizi TÜBİTAK-MAM Malzeme Enstitüsü (ME) Laboratuarlarında hizmet alımı kapsamında yaptırılmıştır. Sonuçlar Tablo 19’ de verilmiştir. KT1’ deki CaO oranı yaklaşık % 98’ dir.
Tablo 19. KT1’ in bileşimi
Element % ağırlıkça Oksit % ağırlıkça
Al 0,179 Al2O3 0,339
Ba 0,110 BaO 0,123
Ca 70,026 CaO 97,979
Fe 0,233 Fe2O3 0,333
K 0,009 K2O 0,011
Mg 0,197 MgO 0,327
Mn 0,041 MnO2 0,064
O 28,831 - -
S 0,082 SO3 0,206
Si 0,285 SiO2 0,610
Sr 0,007 SrO 0,008
PROJE NO: 105G023
37
Çan Kireçtaşı Dökme Yoğunluk Tayini:
Çan kireçtaşı örneğinin dökme yoğunluk tayini TÜBİTAK-MAM KÇE Laboratuarlarında, TS 3529, TS 6801 EN 1237 standard test metoduna göre hizmet alımı kapsamında gerçekleştirilmiştir. Dökme yoğunluk orijinal örnek için 1,47 g/cm3, 105 oC’de 3 saat kurutulduktan sonra yapılan ölçümde 1670 kg/m3 olarak bulunmuştur.
Çan kireçtaşı örneğinin dökme yoğunluk tayini TÜBİTAK-MAM KÇE Laboratuarlarında, TS 3529, TS 6801 EN 1237 standard test metoduna göre hizmet alımı kapsamında gerçekleştirilmiştir. Dökme yoğunluk orijinal örnek için 1,47 g/cm3, 105 oC’de 3 saat kurutulduktan sonra yapılan ölçümde 1670 kg/m3 olarak bulunmuştur.