3. SONUÇLARIN TARTIŞILMASI
3.2. Projede Tamamlanan Çalışmaların Türkiye ve Dünyadaki Mevcut Bilim ve Teknoloji ile Kıyaslaması
3.2.1.
Bilimsel ve Teknolojik KıyaslamaProjede elde edilen çıktıların benzer konularda Türkiye ve Dünya’da yapılmış olan çalışmalar ile detaylı bilimsel ve teknolojik karşılaştırması ilgili kaynaklara referans verilerek yapılmalıdır.
Projenin nihai çıktısı; farklı özelliklerdeki biyokütle ve kömürleri yüksek verim ve düşük emisyon değerleri ile yakabilecek 700 kWtermal kapasiteli bir dolaşımlı akışkan yatak (DAY) yakma sistemi kurmak ve bu sistemden elde edilecek bilgi birikimi ile daha büyük ölçekli sistemler kurmaya yönelik tasarım kabiliyetine ulaşmaktır. Bu hedefe ulaşabilmek için iki farklı ölçekte dolaşımlı akışkan yatak (DAY) yakma sistemi kurulmuştır. Bunlar; 700 kW termal
kapasiteli pilot ölçekli DAY yakma sistemi ve 30 kW termal kapasiteli laboratuvar ölçekli DAY yakma sistemidir.
Dünyadaki, üniversite, araştırma merkezleri ve endüstride laboratuvar ölçekli (20-200 kWth) birçok DAY yakma sistemi bulunmasına karşılık, demo amaçlı kurulup işletilebilen fazla sayıda pilot ölçekli (200-12000 kWtermal) DAY yakma sistemi bilgisine ulaşılamamıştır. Dünya üzerinde mevcut ve önemli DAY sistemleri aşağıda verilmiştir.
1. Bilinen en büyük pilot ölçekli demo DAY sistemi İsveç’de Chalmers üniversitesinde kurulmuştur. Şekil 1’de Chalmers Üniversitesinde (İsveç) kurulan 12 MWtermal kapasiteli dolaşımlı akışkan yatak test sistemi verilmiştir. Bu sistem, 150 cm x150 cm kare kesitli ve 13,6 m yüksekliğindedir. Bu sistemde proses ısısı (buhar) üretilmekte ve üniversite kampüsünde kullanılmaktadır. Bu sistem ile birçok AB projesi yapıldığı raporlanmıştır. Bu sistem’de biyokütle yakılmasına ait bazi sonuçlar Şekil 2’de verilmiştir
Kaynak: [http://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/local_153728.pdf].
.
Şekil 1: Chalmers üniversitesinde kurulan DAY yakma sistemi
Şekil 2: Biyokütle yakılmasına ait bazı sonuçlar
Kaynak: [http://web.abo.fi/instut/biofuelsGS-2/kursen/asignment/Group%20assignment%20on%20bed
2. Pilot ölçekli ve test amaçlı kullanılan diğer bir DAY yakma sistemi, “Babcock and Wilcox” kazan firmasına ait olup 2500 kWtermal kapasiteli bir DAY yakma sistemidir.
Bu sistemde gazı soğutmaya yönelik ısı eşanjörleri mevcut olup harici bir kazan ünitesi yoktur. DAY reaktörü 70x70 cm kare kesitli ve 23 m yüksekliğindedir (Şekil 3). Kazan firması, bu pilot ölçekli DAY yakma sistemini kullanarak farklı yakıtlar için endüstriyel boyutta akışkan yataklı kazanlar geliştirmiştir Şekil 4).
Kaynak: [F. Belin Babcock &Wilcox, Barberton, Ohio, U.S.A., CFB Combustion of HighAsh Ukrainian Anthracite -Test Results and Design Implications, Ukraine/US. Joint Conference on Ukraine Clean Coal Power Plant Upgrade opportunities April 21-24,1998 Kiev, Ukrania].
Şekil 3: Babcock Wilcox CFB sistemi (2500 kW termal)
Şekil 4: 250 ton/saat buhar kapasiteli Babcock Wilcox kazanı
3. North Dakota üniversitesinde kurulu 1 MWtermal kapasiteli pilot DAY yakma sistemi farklı özelliklerdeki kömürlerin yakma deneylerinde demo amaçlı olarak kullanılmaktadır. Şekil 5’de bu sistem verilmiştir. Bu sistemde de baca gazını soğutmak amacı ile ısı eşanjörleri bulunmaktadır.
Şekil 5: North Dakota Üniversitesinde kurulu 1 MW termal kapasiteli DAY yakma sistemi
4. Şekil 6’da Türk Tufanbeyli kömürlerinn yakma deneylerine ait bazi sonuçlar verilmiştir.
Kaynak: http://www.osti.gov/bridge/purl.cover.jsp?purl=/988095-sb5pnb/988095.pdf
Şekil 6: Türk Tufanbeyli kömürleri yakma deneyi sonuçları
(JV Task 108 – Circulating Fluidised Bed Combustion and Combustion Testing of Turkish Tufanbeyli coal, 2007 EERC -08-07)
5. Endüstriyel boyutlu dolaşımlı akışkan yatak kazan üretiminde dünyada söz sahibi olan “Foster Wheeler”
firmasının Finlandiya’nın Karhula kentinde bulunan Ar-Ge merkezindeki pilot DAY demo tesisi 800 kWtermal
kapasitesindedir. Kaynak: [http://www.fwc.com/publications/tech_papers/files/TP_CFB_01_01.pdf]. Şekil 7’de Foster Wheeler firması için kurulmuş 800 kWtermal kapasiteli pilot ölçekli DAY sistemi verilmiştir. Foster Wheeler’in pilot DAY sistemi harici bir kazan ünitesi ile entegre edilmemiştir. Bu sistemle; farklı yakıtlar için stabil yanma koşulları belirlenmekte, yanma verimi hesaplanmakta, gaz emisonları ve partikül emisyonları ölçülmekte, kireç taşının kükürt emisyonlarını tutmaya etkisi ve deposit oluşumu incelenmekte, kül analizleri yapılmakta ve külün mineral yapısı incelenmektedir. Bu sistemi kullanarak Estonya’nın “oil shale” leri için yanma deneyleri yapılmış ve 100 MWe kapasiteli DAY yakma sistemi kurulmuştur (Şekil 8).
Kaynak: [P. Kinnunen, Aspects Considered in new CFB boiler design, for Narva Power Plants, Oil Shale, 2003, Vol.
20, No. 3 pp. 371-37].
Şekil 7: Foster Wheeler’in 800 kW termal CFB sistemi Şekil 8: 100 MWe kapasiteli DAY yakma sistemi
6. Kanada “Canmet Enerji Teknoloji” Merkezinde bulunan 800 kW
termal kapasiteli DAY yakma sistemi 40 cm çapında ve 6.6 m yüksekliğinde olup kazan ünitesi ile entegre edilmemiştir. Bu sistem, oksi yanmaya uygun hale getirilmiştir (Şekil 9) (Industrial Fluidization South Africa Johannesburg, South Africa November 15-17,2011 TP_CCS_11_06).
Kaynak: http://www.fwc.com/publications/tech_papers/files/TP_CCS_11_06.pdf
Şekil 9: Kanada Canmette kurulan pilot DAY yakma sistemi
7. Büyük kapasiteli kazan tasarımı yapmaya yönelik kurulan demo DAY yakma sistemlerden bir tanesi “Mitsubishi Heavy Industries, Ltd” e ait DAY yakma sistemidir. Bu sistem Şekil 10’da verilmiştir. Pilot ölçekli DAY yakma reaktörü 40 cm X 40 cm kare kesite sahip olup 21 m yüksekliğindedir. Termal kapasitesi 600 kWtermal’ dır. Yakıt beslemesi, bir yakıt depolama silosu altına yerleştirilmiş vidalı besleme ile yapılmakta ve yakıt, reaktöre ağırlığı etkisi ile dökülmektedir (proje kapsamında kurulan DAY yakma sistemindeki yakıt besleme sistemine benzer olarak çalışmaktadır). Yatak malzemesi olarak kum kullanılmaktadır. Bu sistem kapasite ve boyut olarak MAM pilot DAY yakma sistemine oldukça yakın bir sistemdir. Bu sisteme buhar üretmeye yönelik bir kazan entegre edilmemiştir. Atık plastik ve kâğıt yakarak 200 ton/saat buhar üretecek bir endüstriyel ölçekli DAY yakma sisteminin ön deneylerinde bu demo test sistemi kullanılmış ve sonuçlar raporlanmıştır. Deneyler 850oC yatak sıcaklığında gerçekleştirilmiş ve her bir deney süresi 20 saat olarak verilmiştir (Tablo 1). Kurulan 200 ton/saat buhar kapasiteli DAY yakma sistemi ise aşağıda Şekil 10 ve 11’de verilmiştir.
Şekil 10: 600 kW termal demo DAY Yakma Sistemi Tablo 1: Deney koşulları ve emisyonlar
Şekil 11: 200 ton/saat buhar kapasiteli endüstriyel DAY yakma sistemi
Kaynak:
Design and Operational Performance of RPF Fired Circulating Fluidized Bed Boiler, Technical Review Vol.42 No. 3, October 2005.
8. Şekil 12’de Çin’de kurulan biyokütle ve kömür yakmaya yönelik CFB yakma sistemi 500kW termal kapasiteli olup, 18 m yüksekliğindedir. Reaktör 31 x 31 cm kare kesitindedir. Bu pilot DAY yakma sisteminde baca gazı soğutma sistemi mevcut olup ayrı bir kazan ile kızgın buhar üretilmemektedir. Deneyler, ilk 2 saat sistemin rejime girmesi için 4 saat de veri almak için yapılmaktadır.
Kaynak: [Chunjiang Yu, Jianguang Qin,* Jing Xu, Hu Nie, Zhongyang Luo and Kefa Cen, Straw Combustion in Circulating Fluidized Bed at Low-Temperature: Transformation and Distribution of Potassium, The Canadian journal of Chemical Engineering, Vol 88, İssue 5, 2010].
Şekil 12: Çin’de kurulan 500 kW termal kapasiteli DAY yakma sistemi
9. 300 KWtermal kapasiteli pilot ölçekli bir DAY yakma sistemi Utah üniversitesinde kurulmuştur. Bu sistem daha sonra oksijence zengin yanmaya uygun bir şekilde modifiye edilmiştir. Bu sistemde kullanılan reaktör çapı 25 cm ve uzunluğu 6,4 m’dir. Bu sistemde de bir harici kazan ünitesi bulunmamaktadır (Şekil 13).
Kaynak:http://www.ieaghg.org/docs/oxyfuel/OCC1/Session%204_A/Eddings_1st_IEA_Oxycoal_Conference_
Sept09.pdf].
Şekil 13: Oksijence zengin yanma için modifiye edilmiş CFB yakma sistemi
10. İspanya CİEMAT’da kurulan pilot ölçekli DAY yakma sistemi Şekil 14’de verilmiştir. Bu sistem 300 kW termal
kapasiteye sahip olup, 200 mm çapında ve 6.5 m yüksekliğindedir. Şekilden de görüldüğü gibi harici bir kazan ile entegre edilmemiştir.
Şekil 14: İspanya CIEMAT da bulunan 300 kW termal kapasiteli DAY yakma sistemi
11. Türkiye’de DAY yakma sistemi ODTÜ Kimya Mühendisliği bölümünde kurulmuştur. Bu sistem 150 kWtermal
kapasitesine sahiptir. Reaktörün çapı 25 cm, yüksekliği 8 m dir. Bu sistemde de harici bir kazan ünitesi bulunmamaktadır (Şekil 15).
Kaynak: Aykan Batu, Investigation of combustion characteristics of indigenous lignite in a 150 kW termal circulating fluidised bed combustor, Doktora Tezi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi Mart 2008.
Şekil 15: Orta Doğu Teknik Üniversitesi Kimya Mühendisliği bölümünde kurulu DAY yakma sistemi
12. Şekil 16’de Polonya’da Foster Wheeler için kurulmuş olan 100 kWtermal kapasiteli DAY yakma sistemi verilmiştir.
Burada kullanılan reaktörün çapı 10 cm ve yüksekliği 5 m’dir. Bu sistem oksi yanma için modifiye edilmiştir.
Kaynak: [T. Czakiert, K. Sztekler, S. Karski, D. Markiewicz, W. Nowak, Oxy-fuel circulating fluidized bed combustion in a small pilot-scale test rig Fuel Processing Technology 91 (2010) 1617–1623
Şekil 16: Polonya’da Foster Wheeller ile birlikte kurulan DAY yakma sistemi
13. Laboratuvar ölçekli DAY yakma sistemine örnek olarak Ruhr üniversitesinde (Bochum) kurulan 30 cm çapında ve 6 m yüksekliğe sahip 100 kWtermal kapasiteli DAY yakma test sistemi gösterilebilir. Şekil 17’de bu sistem detaylı olarak verilmiştir. Şekil 18’de ise örnek deney sonuçları verilmiştir.
Kaynak: Ch. Vogt M. Kretschmann S. Haarmann S. Wirtz V. Scherer, CFBC Combustion Tests on Asphaltite Fuel RUHR-UNIVERSITÄT BOCHUM, October 2008.
Şekil 17: Ruhr üniversitesinde kurulu labaratuar ölçekli DAY yakma test sistemi
Şekil 18: Örnek akma deneyi sonuçları
14. VTT (Finlandiya) araştırma merkezinde kurulan laboratuar ölçekli DAY yakma sistemi, 100 kWtermal kapasiteli olup, 170 mm çapında ve 8 m yüksekliğindedir (Şekil 19).
Kaynak: Pilar Gayana, Juan Adaneza, Luis F. de Diegoa, Francisco Garcı´-Labianoa, Andres Cabanillas, Alberto Bahillo, Martti Aho, Kati Veijonen, Circulating fluidised bed co-combustion of coal and biomassFuel 83 (2004) 277–
286.
.
Şekil 19: VTT de bulunan 100 kW termal kapasiteli DAY yakma sistemi
15. Türkiye’de Gazi üniversitesi Makine mühendisliği bölümünde kurulmuş bulunan 80 kW termal kapasiteli, 125 mm çapında ve 1800 mm yüksekliğinde DAY yakma sistemi Şekil 20’de verilmiştir.
Kaynak: G.Ü. Fen Bilimleri Dergisi, 17(4): 89-101 (2004), ISSN 1303-9709 G.U. Jurnal of Science
Şekil 20: Gazi Üniversitesi Makine Mühendisliğinde kurulmuş DAY yakma sistemi
Proje kapsamında kurulan 24 barda kızgın buhar üreten 700 kW termal kapasiteli DAY yakma sistemi, kapasite ve özellikleri bakımından benzer sistemlerin çok ilerisindedir. Sadece, Chalmers üniversitesinde bulunan 12 MW termal kapasiteli DAY yakma sistemi buhar üretmekte ve üniversitenin ısıtma sistemi ile entegre çalıştığı belirtilmiştir. Diğer demo sistemlerde buhar üretimi bir amaç değildir. Bu açıdan bakıldığında projede kurulan DAY yakma sistemi sadece ülkemiz için değil uluslararaı platformda da önemli bir boşluğu doldurmaktadır.
Çan’da kurulu 2 X 160 MWel gücündeki santralin kömür yanma deneyleri Türkiye’de bir test sistemi olmadığı için Almanya’nın Rheinbraun bölgesindeki 1.2 MW termal kapasiteli Niederaussem DAY yakma sisteminde yapılmıştır.
Aynı şekilde Tufanbeyli kömürlerinin ön yanma deneyleri de Amerika’da bulunan akışkan yatak test sisteminde yapılmıştır. Ülkemizde kurulması planlanan kömüre dayalı termik santrallerde akışkan yataklı sistemler önemli bir yer tutacaktır. Bu nedenle kurulan bu deney sistemleri yeni kurulacak kömür ve biyokütle santrallerinde kullanılacak yakıtların ön yanma deneylerini yapabilecek kapasitededir.
Yeni Ar-Ge projeleri ile bu sistemler kullanılarak farklı projeler ve araştırmalar da yapılabilir.
3.2.2.
Diğer KıyaslamalarYukarıda belirtilen çalışmalar ve çıktılar; yöntem, uygulanabilirlik, maliyet (geliştirme ve tahmini uygulama maliyetleri), süre, kullanım alanları vs. gözönüne alınarak artı ve eksileriyle karşılaştırılmalıdır.
Dolaşımlı akışkan yatakta orman biyokütlesi yakarak enerji üretimine yönelik bir fizibilite çalışması hazırlanmış ve ekte sunulmuştur. Bunun dışında ülkemizde enerji üretiminde kullanılması mümkün olan birçok tarım artığı vardır.
Bunların başında prina, pamuk sapları, ayçiçeği sapları ve tablası, fındık kabukları, vb. gelmektedir. Bunlar için de bir fizibilite çalışması yapılması gerektir.