Şekil 1- Kömür Çeşitleri [2]

2. KÖMÜR ve SAFSIZLIKLARI

Kömür bitki kökenli bir maddedir. Bu nedenle ana elemanı karbondur.

Bitkilerin, bitkilerin zamanla ve sıcaklık-basınç altında, değişim geçirmesi sonucunda oluşmuştur. Kömür, karbon, Hidrojen, oksijen ve azottan oluşan, kükürt ve mineral maddeler içeren, fiziksel ve kimyasal olarak farklı yapıya sahip bir maddedir. İnsan yaşamında ve enerji hammaddeleri içinde çok önemli bir yere sahip olan kömür, dünyada geniş rezervlere ve vazgeçilmez yaygın tüketim alanlarına sahiptir. Kömür emniyetli, üretimi kolay, ucuz ve temiz bir fosil yakıttır. Kömür geçmiş zamanlarda bitki kalıntılarının biyolojik ve fiziksel olarak değişimleri sonucunda önce linyit kömür sonra taş kömürü ve son olarak Antrasit kömür halinde oluşmaktadır. Buna göre, en genç kömür - Linyit kömür, en yaşlı kömür Antrasit kömür ve en uygun olanı ise Taş Kömürü olup orta yaş grubundadır. [1]

Şekil 1- Kömür Çeşitleri [2]

Yeterli miktarlarda yanıcı organik bileşikler içeren, doğal halde veya bazı

değişimlerden sonra yakcak olarak kullanılabilen kayaçlara “mineral yakıtlar” adı verilir.Mineral bir yakıt olan kömür,aynı zamanda organik bir kayadır.Genellikle kuru olarak % 50 den fazla yanabilen madde içeren kömür; organik, inorganik maddeler ve nemden oluşur. Kömürün ısıl değerine katkısı olmayan nem ve mineral madde dışındaki bölümü “saf madde olarak adlandırılır.

2.1 Kömürün Fiziksel ve Kimyasal Özelllikleri

Siyah renkte, az çok parıltılı olup, genel olarak düzgün yüzeylidir. Kolayca kırılıp ufalanmaz. Özgül ağırlığı(kg/dm3): 1,1 (linyit) ile 1,8 (antrasit) arasında değişir. Kömürün diğer fiziksel özellilerine nem,sertlik , aşındırma ,dayanıklılık, ufalanabilirlik örnek olarak verilebilir.

Kömürler de iki çeşit nem bulunur. Bunlar bünye ve yüzey nemidir. Bünye nemi kömürün yapısında yer alırken, yüzey nemi ise kömürde serbest halde bulunan sudan oluşur.

Sertlik, kömürün bağlı olduğu sınıfa göre değişim göstermektedir. Sertliği kömürün içerdiği karbon ve uçucu madde oranları belirler. Kömürler arasıda en sert olanı antrasit en yumuşak olanı ise linyittir.Aşındırma , kömürün içerdiği artık maddelerden ileri gelmektedir.

Kömürün basınca karşı dayanımı içerdiği uçucu madde oranına bağlı olarak değişir. En düşük dayanım miktarı uçucu madde oranının %20-25 olduğu aralıktadır. Ufalanabilirlik ise; herhangi bir parçanın kendinden küçük parçalara kırılabilmesidir ve bu kömürün önemli özelliklerinden biridir.

Kömürleşen kısımlara ve kömürleşme sürecine bağlı olarak kömür homojenbir madde değildir [3] Taşlaşmış karbon kütlesi olan bir cins katı yakıt.

Kömür, bir mineral değildir. Çünkü bir oluşum sonucu meydana gelmemiştir.

Demir, bakır, çinko, alüminyum veya bunların oksidleri, sülfürleri vb. gibi tabiî olarak kendi durumunda var olan bir cevher değildir. Kömür, karbon yönünden zengin (% 65-95 arasında) tabii bir cisimdir. Bileşiminde ayrıca kükürt, demir oksit, alüminyum, kireç, silisyum, oksijen, hidrojen vb. bulunur.[2]

2.2 Kömür İçindeki Mineraller

Kömürün inorganik içeriği, yanma önesinde “mineral madde”, yanma sonrasınd ise”kül” olarak adlandırılır. Kömür içinde 50-60 tür mineral gözlenmiştir. Kömürün içerisindeki mineral madde, kömür damarı içerisinde dağılmış olabilir,ya da üretim sırasında damarın tabanından ve tavanından kömüre karışan kil ya da kil taşınca zengin karbonlu parçacıklardan oluşabilir. Tablo-1 de kömürn içerdiği mineraller gösterilmiştir. [4]

Tablo -1 Kömürdeki Mineral Madde Dağılımı

2.3.Kömür Çeşitleri

Kömürler çeşitli şekillerde sınıflandırılabilir. Üç tip kömür vardır: antrasit, taş kömürü ve linyit. Antrasit en değerli kömür türüdür %95 i karbondan oluşur.

En sert kömür türü olup yandığında diğerlerinden daha fazla ısı verir. Taş kömürünün %70’i, Linyitin %50` sinden daha az bir kısmı karbondur. Kömürler organik olgunluklarına göre linyit, alt bitümlü kömür, bitümlü kömür ve antrasit tiplerine ayrılırlar. Linyit ve kısmen alt bitümlü kömürler genellikle yumuşak, kolayca ufalanabilen ve mat görünüştedirler. Bu tip kömürlerin ana özelliği göreceli olarak çok yüksek nem içerirler ve karbon içerikleri düşüktür. Antrasit ve bitümlü kömürler ise genellikle daha sert, dayanıklı, siyah renkli ve camsı parlak görünüştedirler. Göreceli olarak nem içerikleri daha düşük olup, karbon oranları daha yüksektir.

2.3.1 Türkiye’deki Kömür Çeşitleri ve Rezervleri

Yerli kaynak potansiyelimizin 10,4 milyar tonunu linyit, 1,33 milyar tonunu taşkömürü oluşturmaktadır. Ülkemiz linyit rezervleri açısından zengin sayılabilir; toplam dünya linyit rezervinin yaklaşık %1,6’sı ülkemizde bulunmaktadır. Bununla birlikte linyitlerimizin büyük kısmının ısıl değeri düşük olduğundan termik santrallerde kullanımı önplana çıkmıştır. 2007 yılında yapılan 31,6 milyon ton toplam kömür satışının, %79‘u termik santrallere, %21 ise ısınma

ve sanayiye olmuştur. Linyite dayalı termik santrallerimizin kurulu gücü 6.549 MW olup toplam kurulu gücümüzün %28’ine karşılık gelmektedir. Taşkömürüne dayalı termik santralimizin kurulu gücü 300 MW olup, toplam kurulu gücümüzün

%8’ine karşılık gelmektedir.

2005 yılından itibaren enerji üretiminde yerli kaynaklara önem verilmesi ve dışa bağımlılığın azaltılması bağlamında sanayileşme ve nüfus artışına koşut olarak artan enerji talebinin karşılanması amacıyla; yeni kömür sahalarının bulunması ve bilinen sahaların geliştirilmesi çalışmalarına hız verilmiştir. Kömür aramalarında sondaj miktarı son beş yılda beş kat artmış, aramaların sonucunda 8,1 milyar ton olan mevcut rezerve ilave olarak 2,3 milyar ton yeni kömür rezervi ortaya çıkartılmıştır.[5]

2.4 Türkiye’deki Linyit Havzaları ve Genel Özellikleri

Ülkemizde Trakya ve Anadolu’nun birçok bölgesinde linyit kömürüne rastlamak mümkündür. Türkiye’nin neojen sahası toplamı 109 bin km² dir.

Günümüzde bu miktarın yaklaşık dörtte birini etüdü tamamlanmış olup,241 yerde linyit oluşumu saptanmıştır.

Üklemizde linyit kömür üretimi Türkiye Kömür İşletmeleri Kurumu Genel Müdürlüğü (TKİ) ve özel sektör tarafından gerçekleştirilmektedir. Türkiye’nin her yanına dağılmış olan linyit sahaları çeşitlikuruluşlar tarafından çalıştırılmaktadır.

[6]

Linyit kömür sahaları ve yer aldıkları bölgeler

• Garp Linyitleri İşletmesi (GLİ) : Tunçbilek, Seyit Ömer

• Ege Linyitleri İşletmesi (ELİ) : Soma Bölgesi

• Güney Ege Linyitleri İşletmesi (GEL): Yatağan, Eskihisar

• Orta Anadolu Linyitleri İşletmesi (OAL) : Çayırhan, Göynük

• Doğu Linyitleri İşletmesi (DLİ) : Orahneli, Keleş, Saray , Çan

• Sivas-Kangal Linyitleri İşletmesi (SKL) : Kangal

• Konya Linyitleri İşletmesi (KLİ) : Ilgın, Beyşehir,Ermenek

• Alpagut- Dodurga Linyitleri İşletmesi (ADL) :Alpagut , Dodurga

• Afşin- Elbistan Linyitleri İşletmesi (AEL) :Elbistan [6]

2.4.1. Ege Linyitleri İşletmesi

Garp Linyitleri İşletmesi’nin Soma bölgesi, çevresindeki özel

işletmelerinin 1978’de devletleştirilip , TKİ’ye devredilmesiyle oluşturulmuştur.

Ege’nin bütün linyitleri Ege ve Güney Ege olmak üzere İki kurum halinde organize edilmiştir. Kurum Soma Ve çevresindeki alanlarda halen 489 milyon ton kömür rezervi olup, yeni sondajlar ile bu miktar artmaktadır.

Siyah parlak görünümlü olan kömür ocak çıkışımda ortalama %22 su,

%11-12 kül ve % 3 Kükürt içerikli olup, 4200-4500 Kcal/kg ısıl değerinedir. Soma linyitlerinin diğer özellikleri Ek- 1 de verilmiştir.

2.5. Kömür Hazırlama ve Zenginleştirme Yöntemleri

Kömür, özellikle ülkemiz için önemli bir özkaynak varlığı olması nedeniyle, dışa bağımlılığı azaltmak ve enerji güvenliğini artırmak için muhakkak ön planda tutulmalıdır. Kömürün doğrudan kullanımı çeşitli çevre problemlerine neden olmakta ve enerji üretiminde verimsiz bir yol olmaktadır. Bu sorunlar nedeniyle, kömür hazırlama işlemleri, kömürün kullanımı için muhakkak olması gereken bir uygulama haline gelmiştir.

Kömür hazırlamanın sürecine bakıldığında, dünyada bu konudaki çalışmaların tarihinin

oldukça eski olduğu görülmektedir. Ağır ortamla çalışan aygıtlarda, ilk olarak ağır ortam siklonu patenti 1858 yılında alınmıştır. Söz konusu siklonda metal klorür tuzlariyla oluşturulan ağır ortam kullanılmıştır. Bundan sonra da 1917 de patenti alınanve su ve kumu kullanılarak çalıştırılan Chance konisi 1925'te ilk olarak kömürde kullanılmıştır. Conklin Prosesinde 1922'de ilk manyetit kullanılmış olmasına rağmen, manyetitle oluşturulan ilk ticari ağır ortam 1938 de Tromp Prosesi'nde kullanılmıştır. Kömürde kullanılan ilk ağır ortam prosesi Amerikan Cyanamid firması tarafından 1940

yılında geliştirilmiştir. O tarihten sonra da ağır ortam aygıtları hızla gelişmiş ve bugünkü teknolojik seviyeye ulaşılmıştır [7]

Kömürün değerlendirilmesinde izlenecek yolun seçimi en önemli aşamadır. Kömür özellikleri, kömürün olası kullanım alanındaki beklentiler, kömüre uygulanacak prosesin seçimi açısından yol göstericidir. Şekil 2'te verilen şema kömür değerlendirmede tercih edilebilecek aşamaları şematize etmektedir.

Buradan da görüldüğü gibi, seçilecek proses, kömür kalitesinin yanında maliyetler açısından da önemli olmaktadır. Yatırımcı burada seçim yaparken, maksimum ekonomik faydayı

sağlamayı hedeflerken, uymak zorunda olduğu limit değerleri de göz önüne almak zorundadır [8]

Şekil 2. Kömür değerlendirmenin aşamaları

2.5.1. Kömürün Kurutulması

Kömürün yüzey ve bünye nemi, susuzlaştırma yöntemleri uygulanarak giderildiğinde, öyle bir nem sınırına ulaşılır ki, daha fazla nem giderilmesi yalnızca kurutma yapılarak mümkün olur. Kurutma enerji ve kütle transferinin eş zamanlı gerçekleştiği bir işlemdir. Kurutma da ısıtma uygulanarak kömürün içerdiği su buharlaştırılır ve ortamdan uzaklaştırılır. Kurutma yöntemi ile nem giderme, suyun kaynama noktası civarında buharlaştırma yapılır. Suyun buharlaşma ısısı, 100⁰ C ‘de 2557 kj/kg H2O kadardır.Buharlaştırma işlemi sırasında gerek suyun,gerekse kömürün, ortam sıcaklığından 100⁰ C’ a ısıtılacağı , ısı kayıpları gibi faktörlerde göz önüne alınmalıdır

Kömürün aşırı derecede kurutulması zararlıdır çünkü bu takdirde:

• Özellikle, toz kömürde patlamalar oluşabilir (detonasyon tehlikesi), kendiliğinden tutuşma içten içe yanma gibi problemler çıkabilir.

• Rüzgarla taşınma ,tozlaşma gibi çevreye zarar veren ve yakıt kaybına neden olan olaylar oluşabilir

Kurutma sırasında buharlaşarak kömürden uzaklaşan su, hava tarafından taşınır. Havanın herhangi bir T sıcaklığında ve P basıncında taşıyabileceği azami nem miktarı aşıldığındayoğuşma başlar. Sıcaklık arttıkça basınç azaldıkça, azami nem kapasitesi artar.

Kurutma hızı (R) hesaplanması;

dt dX A R=−L^s

R (kg H2O/h.m²) (X-t) eğrisinde farklı noktalar için teğet eğimlerinden (dX/dt) giderek hesaplanmaktadır (Ls kullanılan kuru katı, kg; A kurutma temas alanı, m². Ls/A 21,5 kg/m² değeri için şekil 3 deki eğri oluşturulmuştur.[9]

Kurutma Zamanının Hesaplanması

Katının başlangıç serbest nem değeri X1’den istenen serbest nem içeriği X2

değerine ulaşması için gerekli süre, Kurutma Hızını veren eşitliğin grafiksel integrasyonu ile (1/R vs X) bulunur

∫

∫

⁼

= ⁼

=

1

2 2

1 0

X

X s t t

t R

dX A dt L t

Kurutma Sabit Hız Peryodunda ise X1 ve X2 >XC (Kritik nem içeriği) [9]

R=sabit=RC

(

X1 X2

)

AR t L

c

s −

=

Şekil- 3 Kurutma Oranı-Nem Grafiği

Şekil- 4 Zamana Göre Nem Eğrisi

2.5.2. Kömür Kurutma Sistemleri

Kurutucular kurutulacak maddenin yapısı, boyutu ve şekli, miktarı, besleme ve ısıtma şekli, çalışma şekli (kesikli veya sürekli), kuruma süresi, gibi çok sayıda etken göz önüne alınarak geliştirilmiştir. Bu nedenle, kurutucular için kesin bir sınıflandırmak yapmak oldukça güçtür.

En çok kullanılan sınıflandırmalardan birisi kurutucuları konveksiyon ve kondüksiyon tipi olarak

ayırmaktır.

Konveksiyon kurutucular, Doğrudan temaslı (direkt) kurutucular olarak da bilinmektedir. Bu kurutucularda, kurutma gazı/havası doğrudan kurutulacak madde ile temasa getirilmektedir. Sıcak gazın, kurutulacak madde ile doğrudan temas etmesi nedeniyle kuruma daha hızlı bir şekilde gerçekleşmektedir. Gazın kurutulacak maddeyi kirletmesi söz konusu olmadığı uygulamalarda bu tip kurutucular kullanılmaktadır.

Kondüksiyon kurutucular, Dolaylı temaslı (indirek) kurutucular olarak da isimlendirilmektedir. İsminden de anlaşılacağı üzere, bu kurutucularda kurutulacak madde ile kurutma için kullanılan gaz/hava doğrudan değil, bir ısı değiştirici yüzey vasıtasıyla temasa gelmektedir. Bu tip kurutucular, kurutucu gazın kurutulacak maddeyi kirletmesi söz konusu olduğu durumlarda

kullanılmaktadır.

Bunları yanı sıra, bu iki grubun dışında kalan ve kurutma için herhangi bir gaz kullanmayan

kurutucular bulunmaktadır. Bunların en tipik örnekleri, Mikro dalga ve infrared tipi kurutuculardır.

Bu kurutucuların çalışması, elektromanyetik ve infrared ışınları vasıtasıyla kurutma prensibine dayanmaktadır. Bu kurutucular tekstil, film ve bazı boya maddelerinin kurutulmasında kullanılır.

Aşağıdaki tabloda ayrıntılı olarak verilmiştir.

Tablo-2 Kurutulacak maddenin formuna göre kurutucuların sınıflandırılması