Pirolizde Kullanılan Fırınlar

Piroliz iĢlemi, demir-çelik endüstrisi veya kimya endüstrisinde kullanılan, yüksek sıcaklığa, klorit ve sülfitler gibi aĢındırıcı gazlara dayanıklı bir yapıya sahip fırınlarda yapılmaktadır. Fırının tabanı erimeyen bir yapıya sahiptir. Atıklar fırının üst kısmından fırına atılır. Fırının sıcaklığı aĢağıya indikçe arttığı için atıklar dibe çöktükçe erirler ve atıkların yapısında bulunan gazlar açığa çıkar. OluĢan bu gazlar ısındıkları için yükselirler ve fırının üst kısmına yakın bir yerden dıĢarı çıkarlar. Çıkan gazı külden kurtarmak ve nemini almak için Gaz Temizleme Ünitesine gerek vardır. Diğer atıklar fırının dip kısmında erimiĢ mucur olarak birikir. Mucur su vasıtasıyla ayrıĢtırma tanklarına gönderilir. AyrıĢtırma tankında, metallerden arındırılan mucur yüksek vasıflı karbon (Kok Kömürü) olarak değerlendirilir.

1.4.10.1. Izgaralı Fırınlar

Izgaralı fırınlar farklı büyüklüklere sahip olup günde 100 tondan 1000 tona kadar atık yakabilirler. Atık fırın içinden geçerken tam yanmayı sağlamak için çalkalama ve karıĢtırma yapan bir ızgara mevcuttur. Yanmayı sağlayacak hava ızgaranın üstünde ve altında bulunan fanlardan veya körüklerden verilir. Fırın atık yakmaya baĢlamadan önce çalıĢma sıcaklığı olan 750 ºC civarına getirilir. 24 saat devamlı atık yakılabilir. Atık önce fırındaki hareketli ızgara üzerine itilir. Bu Ģekilde atıklar fırın içinden yaklaĢık iki buçuk saat süresince yavaĢ yavaĢ geçerler. Havanın bekleme odasından yanma odasına çekilmesiyle pis kokuların çevredeki etkisi azaltılır. OluĢan küldeki metal içerikli parçalar elektromıknatıs yardımıyla geri kazanılır. Yanma odasında oluĢan ısı, çok geçiĢli bir buhar kazanında değerlendirilir. Bu kazanda, elektrik üretimi için kullanılan su buharı elde edilir. Son olarak baca gazları havaya atılmadan önce temizleme iĢleminden geçirilir. Nitrik asit oluĢumunu sınırlandırmak amacıyla yanma odasına kimyasal madde enjekte edilir. Bundan sonra gazlar, gaz temizlemeye gider. Kükürt

dioksit ve hidrojen klorür gibi asit içerikli kirleticilerden kurtulmak için üzerine kireç sütü püskürtülür ve aktif karbon ilave edilerek dioksin gibi yapıda kalmıĢ zararlı organik bileĢiklerin giderilmesi sağlanır. Bu iĢlemlere ilave olarak ağır metal ve partiküllerden arındırılmak üzere filtreden geçirilir. Geri kalan gaz (çoğunlukla karbondioksit ve su buharı) havaya verilir[8,29,30].

1.4.10.2. Modüler Atık Yakma Fırını

Modüler fırınlar az hava ve fazla hava yöntemleri ile çalıĢabilirler. Ġki tane yanma odası vardır. Modüler birimlerin, hava enjekte edilen her iki yanma odasında da brülörler bulunur. Atıklar birinci yanma odasında yakılırlar. Ġkinci yanma odasında ise birinci yanma odasından taĢınan yanmamıĢ organik maddelerin yanabilmesi için gerekli bekleme süresi sağlanır. Prizma Ģeklindeki bu yakıcıların içerisinde bulunan engeller yanma gazlarının yatay ve dikey doğrultuda 90º dönmesini sağlarlar. Bu iĢlem ile her yön değiĢtirmede gaz akımından atık kül ayrılır. Besleme kesikli olabileceği gibi sürekli de olabilir. Modüler fırınların en önemli avantajları, düĢük maliyetleri, baca gazı emisyonlarına karĢı ilave önlem gerektirmemeleri ve döner fırınlara oranla inĢa edilmelerinin daha kolay olmasıdır[11,23,31].

1.4.10.3. Döner Fırınlar

Döner fırınlar, kimyasal, metalürjik ve ilaç endüstrilerinin hemen hemen tamamında vardır. Bunlar, genel olarak üç amaç için kullanılır; ısıtma, reaksiyona sokulma ve katı maddenin kurutulması ve birçok durumda da bu amaçların bir kombinasyonunu elde etmek için kullanılmaktadır. Geçtiğimiz birkaç yıl içinde döner fırınlar atık maddelerin termal tedavisi için yaygın olarak kullanılır hale gelmiĢtir.( örneğin, tehlikeli atıkların yakılması, aktif karbon elde etmek için atık lastiklerin veya ahĢapların gazifikasyonu ve kirlenmiĢ toprakların termal yayılım için yakılması). Bu yaygın kullanım çeĢitli hammaddeyi iĢleme yeteneği gibi faktörlere bağlanabilir, örneğin, çamur ya da parçacık boyutu büyük farklılaĢmalara sahip olan zerrecik halinde malzemeler için, farklı ortamlar sağlama yeteneği için örneğin bir oksitleyici fribord ile yatak birliktelik içinde indirgeyici koĢullar gibi. Eğimli bir ocağın yavaĢ dönmesi giriĢten çıkıĢa taĢıma sırasında atık bir karıĢım sağlar ve kalma süresinin esnek ayarlanması katı atıkların termal yok edilmesi için optimum koĢulları sağlayabilir. Döner fırınların tasarım veya modellemesinde, dört önemli konu süreç mühendisliği açısından düĢünülmelidir; Isı transferi, döner ocak boyunca malzeme akıĢı, gaz-katı madde kütle transferi ve

reaksiyon kinetiği. Bunlar içinde en önemli olanı ısı transferidir. Çünkü birçok tatbiki durumlarda, ısı transferi döner ocağının performansını sınırlar. Dolgulu yatak ve akıĢkan yatak gibi diğer gaz / katı madde reaktörleri ile karĢılaĢtırıldığında, döner fırında ısı transferinin içsel özellikleri Ģunlardır:

Gaz ve döner duvar ile gaz ve haddeleme yatak yüzeyi arasındaki ısı transferi katsayıları tamburun dönme hızından etkilenmektedir. Ġç duvar periyodik olarak, yüksek sıcaklıklı bir gaz ile ve dökme yatak aralıklarıyla temas halindedir. Böylece duvar tarafından emilen yüksek sıcaklıklı gazın ısısı dolaylı olarak yatağa teslim edilir. Radyasyon ısı transferi nispeten yüksek sıcaklık ortamında göz ardı edilemez. Özellikle, sıcaklık 1000

o_{C aĢtığı zaman[32].}

Genel olarak döner fırınlar içten ısıtmalı ve dıĢtan ısıtmalı diye sınıflandırılabilir. Ġçten ısıtmalı mod, çoğunlukla atık yakma fırını olarak kullanılır ve ısı kaynağı olarak yüksek sıcaklıklı baca gazına sahiptir. DıĢtan ısıtılan fırın ise genellikle belirli atıkların pirolizi veya gazlaĢtırılması olarak benimsenmiĢtir. Ġki mod arasındaki en büyük fark, içten ısıtmalı modda dıĢ duvardan çevreye olan ısı kaybı düĢünülmelidir, dıĢtan ısıtmalıda ise dıĢ duvardan kaynaklanan ısı düĢünülmelidir. Döner fırın içindeki ısı transferi takip eden 5 mekanizmayla birlikte gerçekleĢir.

Qcw-cb kapalı duvar ile kapalı alt yatak arasındaki ısı transferi. Bu kararsız hal ısı iletimi,

katı parçacıkların temas ve kapalı duvar, ve radyasyon yoluyla ısı yayımı da dahil olmak üzere tamamlayıcı bir süreçtir[32].

Qg-ew maruz kalan duvar ve hava payı arasındaki hem taĢınım hemde radyasyonla olan

ısı transferi[32].

Qg-eb maruz kalan üst yatak ile hava payı arasındaki hem taĢınım hemde radyasyonla

olan ısı transferi[32].

Qew-eb maruz kalan duvar ile maruz kalan yatak arasında sadece radyasyon ile olan ıs

transferi[32].

Qsh içten ısıtmalı döner fırın için duvarın ısı kaybı, S0 dıĢtan ısıtmalı döner fırın için