ORHANELİ LİNYİT KÖMÜRÜNÜN ve ODUN PARÇALARININ DOLAŞIMLI AKIŞKAN YATAKTA YAKILMASI- 750 kW PİLOT UYGULAMA
Aysel T. ATIMTAY a*, Hayati OLGUNb, Ufuk KAYAHANb, Alper ÜNLÜb, Berrin ENGİNb, Murat VAROLa, Merve ÇÖMLEKÇİOĞLUa, Burak KAMALIa , Hüsnü ATAKÜLc, Gerçek BARDAKÇIOĞLUd
a*ODTÜ Çevre Müh. Böl., Ankara (aatimtay@metu.edu.tr)
b*TÜBİTAK-Marmara Araştırma Merkezi, Gebze, Kocaeli (hayati.olgun@tubitak.gov.tr)
Özet
Türkiye birincil enerji temini yönünden dışa bağımlı bir ülkedir. 2011 yılında toplam enerji talebinin yaklaşık %73 ü ithalatla karşılanmıştır. Enerji üretiminin yavaş, talebin ise hızlı artması sonucunda enerji ithalat miktarı da artmaktadır. Türkiye’nin enerji politikaları belirlenirken artan talebin daha çok yerli kaynaklardan elde edilmesi büyük önem taşımaktadır. Aynı zamanda üretilen enerjinin temiz enerji olması da çevre kirliliğini azaltma ve önleme politikalarının başında gelmektedir.
Projenin amacı, ülkemizdeki ulusal kaynaklarımızı enerji üretiminde daha fazla kullanabilmek amacı ile düşük ısıl değerli linyit kömürlerimizi biyokütle ile beraber yakarak kısa ve orta vadede bu kaynaklardan temiz enerji üretiminin artmasını sağlamaktır. Bu amaçla ülkemizde yerleşmesi arzu edilen Dolaşımlı Akışkan Yatak (DAY) teknolojisi ile çalışan bir yakıcı ve Kazan sistemi kurulmuş (40 cmx40 cm, 12 m yükseklik), bu sistemde yakma ve buhar üretimi çalışmaları yapılmıştır. Sistemin gücü 750 kW termiktir ve ülkemizdeki ilk pilot DAY sistemidir. 24 barda buhar üretmektedir.
Bu tebliğde DAY sisteminde yakılan Orhaneli linyit kömürü ile atık odun parçalarının yakma deneyleri sonuçları verilmiş, yanma verimleri ve emisyon ölçümleri rapor edilmiş, emisyonların kullanılan fazla hava katsayısı ile nasıl değiştiği ve hangi Ca/S oranının kabul edilebilir SO2 emisyonunu sağladığı gösterilmiştir.
1. Giriş
Proje çerçevesinde TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi Gebze Yerleşkesinde kurulan pilot ölçekteki dolaşımlı akışkan yatak yakma (Pilot DAY) sistemi ülkemizde bu ölçekte kurulmuş ilk pilot dolaşımlı akışkan yataklı yakma ve buhar üretim sistemidir. Sistemin performansını incelemek amacıyla, proje çerçevesinde kullanılması kararlaştırılmış olan kömür ve biyokütle numuneleri yakılarak deneyler yapılmıştır. Bu deneyler boyunca, sistemin çeşitli alt ünitelerinin (yanma odası/reaktör, siklonlar, torba filtreler, pompalar, fanlar, yakıt besleme sistemleri, kül çekme sistemi, kontrol sistemi, v.s gibi) çalışması, sistemin ön ısınması, sistemde yatışkın yanma koşullarının oluşması ve sürdürülebilirliği, dolaşımlı akışkan yatak içinde ve sistemin çeşitli bölgelerindeki sıcaklık ve basınç dağılımları, katı kütlenin sistem içinde sirkülâsyonu, çeşitli emisyonlar, üretilen buhar miktarı ve özellikleri v.s gibi sistemin performansını yansıtan çeşitli operasyonel ve mekaniksel konular incelenmiş, sistemin gerekli yerlerinde düzeltmeler yapılmış, tüm sistemin entegre olarak çalıştırılması konusunda çok önemli bir birikim ve know-how sağlanmıştır.
2. Pilot DAY Yakma Sistemi Kısa Tanıtımı
Proje çerçevesinde 700 kW ısıl (termal) kapasitede bir dolaşımlı akışkan (DAY) yatak yakma ve buhar üretme sistemi kurulmuştur. Sistemin buhar üretme kapasitesi 800 kg/saat (24 bar, 260 oC) tir. DAY sistemi başlıca şu ana ünitelerden oluşmaktadır:
1.Yakıt ve kireçtaşı besleme ünitesi, 2.Dolaşımlı akışkan yatak (DAY), 3.Kabarcıklı akışkan yatak (KAY), 4.Siklonlar, 5.Kazan ünitesi, 6.Hava besleme ve çekiş fanları, 7.Kül boşaltma ünitesi, 8.Kontrol ünitesi, 9.Emisyon ölçüm ünitesi, 10.Torbalı Filtre, 11.Yardımcı üniteler.
1. Yakıt ve kireçtaşı besleme ünitesi. Bu ünitede kömür, biyokütle ve kireçtaşı beslemek için kullanılan toplam 3 adet silo bulunmaktadır. Kömür ve biyokütle siloları 3,6 m3 kireçtaşı silosu ise 0,75 m3 kapasitededir. Silolar 304 kalite paslanmaz çelikten yapılmıştır. Yakıt silolarının alt bölgesinde, yakıtın akışını kolaylaştırmak için kullanılan, mekanik karıştırıcılar yerleştirilmiştir. Bu siloların hemen altında sonsuz vida şeklinde yapılmış yakıt besleme hatları bulunmaktadır. Yakıt ve kireçtaşı, silolardan vidalı besleyicilere akmakta ve buradan yatağa beslenmektedir. Vidalı besleyiciler, devri
değişebilen elektrik motorları tarafından tahrik edilmektedir. Bu motorların devri değiştirilerek vida hızı ve dolayısıyla yakıt/kireçtaşı besleme debisi ayarlanmaktadır. Her deneyden önce kullanılan yakıt için vidalı besleyiciler kalibre edilmekte ve besleme grafikleri türetilmektedir. Tıkanmaları önlemek amacıyla, gerektiğinde basınçlı hava göndermek için vidalı besleyiciler üzerinde hava girişleri bulunmaktadır.
2. Dolaşımlı Akışkan Yatak (DAY). Yakıtın yakıldığı reaktör bölümüdür. DAY 0,4x0,4 m kesit alanına ve dağıtıcıdan itibaren toplam 12 m yüksekliğe sahiptir ve 321 kalite paslanmaz çelik malzemeden imal edilmiştir. İşletme kolaylığı açısından modüller şekilde yapılmıştır ve toplam 9 modülden oluşmaktadır. Yatak 150 mm kalınlığında 1200 °C’a dayanıklı refrakter bir malzemeyle kaplanmıştır. DAY’ın en üstteki 4.2 m’ lık bölümü evaporatör duvarlarından oluşmaktadır. DAY içinde dağıtıcıdan itibaren 335, 936, 2840, 4145, 5650, 8760 ve 12120 mm yüksekliklerde 7 noktada sıcaklık ve basınç ölçüm girişleri bulunmaktadır. Yine dağıtıcıdan itibaren 1375, 3210 ve 5370 mm yüksekliklerde ikincil hava girişleri bulunmaktadır. Reaktörün en altında nozul tipi bir dağıtıcı bulunmaktadır. Dağıtıcının altında ise hava giriş odası (windbox) bulunmaktadır.
Birincil hava, önce hava giriş odasına oradan da dağıtıcı vasıtasıyla reaktöre beslenmektedir
3. Kabarcıklı Akışkan Yatak (KAY). Sistemde DAY’ın yanı sıra 310 kalite paslanmaz çelikten yapılmış bir kabarcıklı akışkan yatak bulunmaktadır. KAY rektörü siklonda toplanan katı karışımını (yanmamış karbon + kül + yatak malzemesi) bir iniş borusu ve vidalı besleyici yardımıyla birinci bölmeye beslenmekte ve burada yanmamış karbonlar tekrar yakılarak yanma verimi arttırılmaktadır. Yanmadan geriye kalan katı kütle akışkan yatağın ikinci kamarasına, oradan da DAY reaktörüne geri beslenmektedir.
KAY’da ısı değiştirici (Su Ön Isıtıcı) boruları bulunmaktadır. KAY reaktörü hem ısı geri kazanım ünitesi hem de katı kütleyi DAY’a geri beslemek için bir kutucuk (loop seal) gibi kullanılmaktadır.
4. Siklon. DAY’ın hemen sonrasında birincil siklon olarak isimlendirilen bir siklon yer almaktadır. Siklonda tutulan katı kütle bir iniş borusu ve vidalı taşıtıcı vasıtasıyla KAY’ a gönderilmektedir.
5. Kazan hattı, Kazan ve Buhar Domu. Birincil siklondan çıkan yanma gazlarının takip ettiği hat ve kazanın kendisinden oluşmaktadır. Kazan içerisinde
yukarıdan aşağıya sırası ile kızdırıcı, evaporatör ve ekonomizör eşanjörleri bulunmaktadır. Buhar domu ise silindir yapılı, torisferik kafalı bir basınçlı kaptır. Temel amacı buharlaştırıcılarda üretilen doymuş buharı delikli plaka yapılı ayrıştırıcıları kullanarak doymuş su ve doymuş buhar şeklinde ayırmaktır. Ayrıştırılan doymuş buhar sıcaklığı arttırılmak üzere daha sonra kızdırıcıya gönderilirken, doymuş su buharlaştırmak üzere tekrar buharlaştırıcıya gönderilmektedir. Buhar domu doymuş su için aynı zamanda bir depo görevi yapmaktadir.
Tesiste üretilen ısı suyun buharlaştırılması için kullanılmaktadır. Üretilen buharın tasarıma göre 24 bar basınçta ve 800 kg/saat debide olması gerekmektedir. Su-buhar çevrimi demineralize su sisteminde, şebeke suyu içindeki mineral maddeler ayrılmaktadır.
6. Hava besleme fanları. Sistemde toplam 4 adet hava besleme fanı bulunmaktadır. Bunlar DAY basma fanı (FD Fan), DAY çekiş fanı (ID Fan), ikincil hava fanı ve KAY basma fanlarıdır.
7. Kül boşaltma ünitesi. Kül boşaltma ünitesi hemen DAY’ın altında yer almaktadır ve temel olarak vidalı bir taşıyıcı ve kül toplama bunkerinden oluşmaktadır.
DAY ve KAY’ dan çekilen küller aynı vidalı taşıyıcı tarafından toplama bunkerine taşınmakta ve orada biriktirilmektedir.
8. Kontrol ünitesi. Sistem için geliştirilen kontrol ünitesi DAY sisteminin yanında yer alan bir odada bulunmaktadır. Kontrol ünitesi, dört ana ekrana ayrılmıştır. Operatör 3 ayrı monitörden bu ekranları izleyebilmekte, gerekirse aralarında geçiş yapabilmektedir.
9. Emisyon ölçüm ünitesi. Sistemin çalışması sırasında çeşitli emisyonlar, sürekli ve hat-üstü (on- line) olarak ölçülüp kaydedilmektedir.
Ölçümler ABB marka AO2000 bir analiz cihazıyla, Gasmet marka bir FTIR cihazı kullanılmaktadır. Bu cihazlar yardımıyla, CO, CO2, NOx (NO, N2O, NO2), SO2, NH3, HF, HCN, HCl, çeşitli hidrokarbon gazları (CH4, C2H4, C3H8, C6H14) ölçülebilmektedir.
10. Torbalı filtre. Yanma gazları kazan hattını terk ettikten sonra bacaya gönderilmeden önce bir torba filtreden geçirilerek katı partiküllerinden arındırılmakta ve 200oC da çalışabilmektedir.
3. Pilot DAY Yakma Sistemi Deneyleri
3.1 Pilot DAY Yakma Sisteminde Kullanılan Yakıtlar
Pilot-DAY yakma sisteminde toplamda 3 adet kömür, 2 adet biyokütle numunesi ve bunların karışımları yakıt olarak kullanılmıştır. Çalışmalar boyunca her birinden toplam 25 ton kadar kömür ve biyokütle temin edilmiştir. Temin edilen yakıtlar yakma öncesinde bir hazırlama ön işleminden geçirilerek istenen özelliklere getirilmiştir. Bu çerçevede, numuneler kırılmış, öğütülmüş, kurutulmuş ve elenmişlerdir. Yakma çalışmalarında, 1-2 mm’lik yakıt fraksiyonları kullanılmıştır. Biyokütle numuneleri OGM’den gövde ve dal karışımı şeklinde satın alınmıştır. Bu numuneler Gebze’de bulunan Kastamonu Entegre Firmasının tesislerine götürülmüş, burada kabaca kırıldıktan sonra MAM’a aktarılmıştır.
Kırılmış numuneler MAM’da açık havada bırakılarak kurutulmuş, biyokütle öğütücüden geçirilerek öğütülmüş ve elenmiştir. Çalışmalarda biyokütleden de 1-2 mm boyutlarındaki fraksiyonlar kullanılmıştır. Biyokütlenin parçalanması,kırılması, öğütülmesi ve elenmesi sırasında tam bir karışma sağlanmış, kullanılacak biyokütleler tam olarak homojen bir karışım haline getirilmiştir. Kömür ve biyokütle numuneleri standard yöntemler kullanılarak karakterize edilmişlerdir. Bunun için kısa, elementel, ısıl değer ve kül analizleri yapılmıştır. Bu analizler her yeni gelen yakıt numunesi için tekrarlanmıştır.
Analiz sonuçları Tablo 1 de verilmiştir.
Bu tebliğde sadece Orhaneli linyiti ve sapsız meşe ile yapılan yakma deneylerinin sonuçları verilecektir.
Tablo 1. Deneylerde kullanılan yakıtların analiz sonuçları
Nem* Uçucu Madde* Kül* S.Karbon
*
Uç.Madde** Kül** S.Karbon*
*
Orhaneli/ 30,14 33,06 12,04 24,76 47,31 17,23 35,46
Bolu-Meşe 19,37 63,53 0,74 16,36 78,79 0,92 20,29
% C % H % N % Top. S % O*
Orhaneli/ 60,03 3,15 0,56 2,05 16,98
Bolu- Meşe 55,80 9,50 0,16 0 33,62
Kalorifik Değer**
Üst Isıl Değer(kcal/kg)**
Alt Isıl Değer(kcal/kg)**
Orhaneli/ 5281 4992
Bolu-Meşe 4629 4338
* Orijinal Baz (% ağırlıkça), ** Kuru Baz (% ağırlıkça)
3.2 Deneylerin Yapılması
Pilot DAY yakma deneyleri uzun bir ön hazırlık çalışması gerektirmiştir ve bu nedenle uzun zaman almıştır. Tipik bir yakma deneyi şu şekilde gerçekleştirilmiştir. Deney planlaması ve koşulları önceden belirlenmiştir. Deneyler başlamadan önce kullanılacak yakıtlar ilgili silolara yüklenmiştir. Yaklaşık 300 kg kadar yatak malzemesi (silisyum kumu) akışkan yatağa doldurulmuş ve dağıtıcı elek vasıtasıyla yatağa beslenen birincil hava ile akışkanlaştırılmıştır.
Bu sırada LPG ile çalışan brülör ateşlenerek sistem ısıtılmaya başlanmıştır. Bu işlem sırasında sistemin değişik bölgelerindeki sıcaklık ve basınçlar sürekli olarak ölçülmüş ve izlenmiştir. Ön ısıtma işlemi yatak içindeki sıcaklıklar, yakıtın tutuşma sıcaklığına ulaşıncaya kadar devam ettirilmiştir. Yatak sıcaklıkları yaklaşık 400-450°C’a ulaşınca yakıt akışkan yatağa beslemeye başlanmıştır. Yakıtın beslenmesinden sonra sıcaklıklar yükselmeye başlamış ve brülöre beslenen LPG aşamalı olarak azaltılmış ve en sonunda da tümüyle kesilmiştir. Yatak içi sıcaklıklar yatışkın (steady-state) duruma ulaşınca emisyon ölçümleri alınmaya başlanmıştır. Bu çalışmada yatışkın hal, yatak içi sıcaklıkların standard akışkan yatak yanma seviyelerinde (750-900oC) ve kabul edilebilir bir aralıkta (±100oC) değiştiği ve yanmanın herhangi bir sorun olmaksızın sürdürülebildiği bir süreç olarak tanımlanmıştır. Sıcaklık, basınç ve emisyon ölçümleri tüm deney boyunca sürekli bir şekilde alınmış ve bir veri toplama ünitesi vasıtasıyla, daha sonra değerlendirilmek üzere, bilgisayar ortamına aktarılarak saklanmıştır. Benzer şekilde üretilen buharın miktarı, sıcaklık ve basıncı da izlenmiş ve kaydedilmiştir. Yatak sıcaklığı 800-900oC arasında sabit tutulmaya çalışılmış, akışkanlaşma hızı sabit
tutularak yakıt miktarı üzerinden hava fazlalık katsayıları değiştirilmeye çalışılmıştır.
Deneylerde, emisyonlar ve reaktör boyunca sıcaklıklar ölçülmüştür. Kömür ve biyokütle iki ayrı besleme sistemiyle yatağa ayrı ayrı beslenmiştir. Besleme sistemleri, kullanılan yakıtlara göre, önceden kalibre edilmiştir. Yakıt ve hava debileri geliştirilen kontrol sistemi vasıtasıyla ölçülmüş ve kontrol edilmiştir. Hava beslemek için kullanılan basma fanının yanı sıra, torbalı filtreden sonra konuşlandırılmış bir çekme fanı vasıtasıyla sistem negatif basınç altında çalıştırılmıştır.
Birinci siklonda toplanan kum ve yakıt tanecikleri bir geri besleme ayağı vasıtasıyla kabarcıklı bir akışkan yatağa beslenerek burada yakılmış ve buradan da kontrollü bir şekilde dolaşımlı akışkan yatağa geri döndürülmüştür. Burada Kabarcıklı Akışkan Yatak (KAY), literatürde belirtilen “Loop-Seal” görevini yapmaktadır. Deneyler esnasında DAY ve KAY reaktörlerinde biriken kül kontrollü bir şekilde toplanmıştır. Deneyler sonlandırıldıktan sonra, DAY’ın altından çekilen kül ile ikinci siklon ve torbalı filtrede toplanan uçucu küllerden numuneler alınarak, yanmamış karbon analizi için saklanmıştır. Deneylerde SO2 tutmak amacıyla kireçtaşı kullanılmıştır. Laboratuar ölçeğindeki dolaşımlı akışkan yatak sistemiyle (Lab DAY) yapılan ayrıntılı deneyler sırasında kullanılan kömürler için optimum Ca/S oranının 2,5-3 civarında olduğu belirlenmiştir. Bu bilgi temel alınarak, pilot ölçek deneylerinde yalnızca Ca/S = 3 olacak şekilde akışkan yatağa kireçtaşı beslenmiştir.
Deneylerde ölçülen emisyonlar şunlardır: CO, CO2, SO2, NOx (NO, NO2), N2O, NH3, HCl, HF, HCN, hidrokarbon gazları (CH4, C2H4, C3H8, C6H14). Kullanılan yakıtlardaki klor miktarı çok düşük olduğu için, dioksin emisyonlarının ölçülmesine gerek görülmemiştir.
Deneylerde dolaşımlı akışkan yatakta yanma verimi ve kazan verimi literatürde [1]
verilen yönteme göre hesaplanmıştır.
4. Kömür ve Biyokütle ile Yapılan Yakma Deneyleri
Proje çalışmasında kurulmuş olan Pilot DAY sistemi, kullanılan linyit ve biyokütlelerinin yanı sıra bunların karışımlarının yakılması için de test edilmiştir. Bu çerçevede Bursa Orhaneli kömürünü Sapsız meşe ile yakma deneyleri, hem sorbentsiz ve hem de sorbent ilavesi yapılarak gerçekleştirilmiştir. Sorbent olarak kireç taşı kullanılmıştır.
Yapılan deneylerin sonuçları aşağıda özetlenmiştir.
4.1 Bursa Orhaneli Kömürü- Sapsız Meşe Karışımının Yakılması
Daha önce bu iki yakıt tek tek yakılarak Pilot DAY sisteminin test çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Burada verilen deneyde de bu yakıtlar karıştırılarak yakılmıştır.
Deneyle ilgili bu metinde “Bursa Orhaneli kömürü”, sadece sadeleştirme amacıyla kısaca “kömür” olarak adlandırılacaktır. Karışım ağırlıkça %70 kömür + %30 biyokütle şeklinde hazırlanmıştır. Bu oranlar, laboratuvar ölçeğindeki bir dolaşımlı akışkan yatakta (Lab DAY) yapılan ayrıntılı çalışmalara dayanılarak belirlenmiştir. Bu yakıtların karışımının yakılma koşulları Tablo 2’ de gösterilmiştir. Yakma deneyi yaklaşık 17 saat devam etmiştir. Deneyde, ön ısıtmadan sonra sisteme önce yalnızca kömür beslenmiş ve deney yatışkın koşullarda bir süre bu kömürle sürdürülmüştür. Daha sonra kireçtaşı beslenerek kömür+kireçtaşı ile deneye devam edilmiştir. Deneyin son aşamasında ise kömür-sapsız meşe karışımı yakılmıştır.
Tablo 2. Bursa Orhaneli kömürü-Sapsız meşe ile yapılan deneyin gerçekleştirildiği koşullar
4.1.1 Sıcaklık Profilleri
Deney, yalnız kömür, kireçtaşı eklenerek kömür ve kömür-biyokütle yanması gibi değişik aşamalardan geçilerek gerçekleştirilmiştir. Şekil 1'de görüldüğü gibi, her 3 durumda da yanma odasındaki sıcaklık profilleri genel olarak birbirine ve diğer kömürlerin yanması sırasında gözlenen sıcaklık profillerine benzemektedir. Her üç durumda da sıcaklık profilleri hava fazlalık katsayısı tarafından çok fazla etkilenmemiştir. Kömürün tek başına yandığı sistemde, yanma odasının ekseni boyunca sıcaklık farklılıkları 300oC’a kadar çıktığı dikkati çekmektedir. Kömür-biyokütle karışımının yandığı akışkan yatakta ise, dağıtıcı eleğin hemen üstündeki 20 cm‘lık bölge bir tarafa bırakılırsa yine aynı
Yakıt Bursa Orhaneli (%70)-Sapsız Meşe (%30)
Kullanılan toplam yakıt 1475,23 kg (kömür) + 347,19 kg (biyokütle)
Yakıtın boyutu 1-2 mm
Yatak malzemesinin (kum)miktarı 275 kg (0,5-1 mm) + 25 kg (1-2 mm) Yatak malzemesinin boyutu 0,5-2 mm
Hava fazlalık katsayısı 1,5-1,8 Kullanılan Kireçtaşı Çan-Fernas (1-2 mm), Ca/S=3
Toplam deney süresi 17 saat
mertebelerde bir sıcaklık gradyeni göze çarpmaktadır. Biyokütlenin etkisiyle kömür- biyokütle karışımlarının yanması biraz daha üst bölgelere doğru yoğunlaşarak gerçekleşmektedir. 4m yükseklikteki bölgede sıcaklık 1000oC ulaşmış bulunmaktadır. Bu durum aglomerasyon riskini artırmaktadır. Ancak bu deney süresince böyle bir sorun yaşanmamıştır.
a b
Şekil 1. Bursa Orhaneli kömürü-sapsız meşe karışımının (%70 kömür+ %30 sapsız meşe) yakıldığı Pilot DAY’da sıcaklık dağılımı. (a) Tek başına kömür, (b) Kömür-sapsız meşe karışımı (%70 kömür-%30 sapsız meşe)
4.1.2 Emisyonlar
Bursa Orhaneli-sapsız meşe karışımının yakıldığı deney, kireçtaşı varlığında kömür ve kömür-sapsız meşe karışımının yakıldığı iki aşamada gerçekleştirilmiştir. Emisyon ölçüm sonuçları Şekil 2 - 5 'de gösterilmiştir.
Şekil 2'de CO emisyonlarının hava fazlalık katsayısıyla değişimi görülmektedir.
Orhaneli Kömürü kireçtaşı ile birlikte yakıldığında CO emisyonu 500-600 mg/Nm3 aralığında değişmiştir. Kömür (%70) – Sapsız Meşe (% 30 ağırlıkça) karışımı yakıldığında ortaya çıkan CO emisyonu 400-600 mg/Nm3 aralığında değişmiş ve hava fazlalık katsayısı tarafından çok fazla etkilenmemiştir.
a b
Şekil 2. Bursa-Orhaneli kömürü-sapsız meşe karışımının yakıldığı deneyde CO emisyonunun hava fazlalık katsayısına bağlı olarak değişimi. (a) Kireçtaşı varlığında (Ca/S = 3) kömürün yanması, (b) Kömür (%70)-sapsız meşe (%30) karışımının yanması
Orhaneli kömürünün kireçtaşı varlığında ve Sapsız Meşe ile birlikte yakılması sırasında ölçülen NO emisyonları Şekil 3'de hava fazlalık katsayısının fonksiyonu olarak verilmiştir. Her iki durumda da NO emisyonlarının hava fazlalık katsayısıyla arttığı görülmektedir. Kireçtaşının eklenmesi NO emisyonuna önemli bir etkisi olmamıştır.
Orhaneli kömürüne kireçtaşı katıldığı durumda λ arttıkça NO emisyonu 400 mg/Nm3 ten 600 mg/Nm3 aşmayacak şekilde yükseldiği izlenmiştir. Kömür-biyokütle karışımı deneyinde ise NO emisyonları 500-800 mg/Nm3 arasında değişmiştir.
a b
Şekil 3.Bursa-Orhaneli kömürü-sapsız meşe karışımının yakıldığı deneyde NO emisyonunun hava fazlalık katsayısına bağlı olarak değişimi. (a) Kireçtaşı varlığında (Ca/S = 3) kömürün yanması, (b) Kömür (%70)-sapsız meşe (%30) karışımının yanması
Deney boyunca ölçülen SO2 emisyonları Şekil 4'de verilmiştir. Kömürün kireçtaşı (Ca/S
= 3) varlığında yakılması durumunda SO2 emisyonu 14000 mg/Nm3 seviyesinden 1800
mg/Nm3 seviyelerine kadar düşürülebilmiştir. Bu sonuç kullanılan kireçtaşının SO2’ ü tutmada, %85 verimle, oldukça etkin olduğunu ortaya koymaktadır.
Kömür-sapsız meşe karışımının yakıldığı süreçte kireçtaşı kullanılmamıştır. Karışım için ölçülen SO2 emisyonları, kömür-kireçtaşına kıyasla çok daha düşük miktarlarda kalmıştır. Bu durum kullanılan kömür miktarının daha az olmasından kaynaklanmaktadır.
Kullanılan sapsız meşenin içermiş olduğu kükürt miktarı ihmal edilecek düzeyde olduğundan, bu yakıttan emisyona olan katkısı da ihmal edilecek düzeydedir. Kömür ve Sapsız Meşe karışımının ölçülen ortalama SO2 emisyonu 150 mg/Nm3 civarında olmuştur. Hava fazlalık katsayısının artmasına paralel olarak, SO2 emisyonlarında seyrelmenin etkisiyle genel olarak bir azalma eğilimi göze çarpsa da sistematik bir ilişkiden söz etmek mümkün değildir.
a b
Şekil 4. Bursa-Orhaneli kömürü-sapsız meşe karışımının yakıldığı deneyde SO2 emisyonunun hava fazlalık katsayısına bağlı olarak değişimi. (a) Kireçtaşı varlığında (Ca/S = 3) kömürün yanması, (b) Kömür (%70)-sapsız meşe (%30) karışımının yanması
Bu deney sürecinde yapılan NO, N2O, NH3 ve NO2 emisyon ölçüm sonuçları Şekil 5'de görülmektedir. NO2 ve NH3 miktarları eser düzeyinde kalmıştır. Buna karşılık koşullara bağlı olarak değişik miktarlarda N2O emisyonlar ölçülmüştür. Kömür kireçtaşı varlığında yakıldığında N2O emisyonu 40-60 mg/Nm3 olarak ölçülürken kömür-sapsız meşe için 0- 40 mg/Nm3’e kadar gerilemiştir.
a b
Şekil 5. Bursa Orhaneli kömürü-sapsız meşe karışımının yakıldığı PD-7'de NO, N2O, NH3 ve NO2 emisyonunun hava fazlalık katsayısına bağlı olarak değişimi, a) Kireçtaşı varlığında (Ca/S = 3) kömürün yanması, (b) Kömür (%70)- sapsız meşe (%30) karışımının yanması
CH4, C2H4, C3H8, C6H14 ve CHOH emisyon ölçümlerinden elde edilen sonuçlar, bu gazların miktarlarının hem tek başına kömür hem de kömür-sapsız meşe karışımı için eser düzeyde kaldığını göstermiştir. HCl ve HF emisyonları da benzer şekilde sıfıra yakın olmuştur. Ancak deney sırasında 60 mg/Nm3 ile 100 mg/Nm3 arasında değişen oranlarda HCN emisyonlarına rastlanmıştır.
4.1.3 Verim
Kazan ve yanma verimi kömürün kireçtaşı varlığında yakıldığı ve kömür-sapsız meşe karışımı için ayrı ayrı hesaplanmıştır. Kazan verimi değişik koşullar altında yaklaşık %76 olmuştur. Yanma verimleri ise %99 gibi yüksek bir değere ulaşmıştır. Bunda özellikle küllerde yanmamış karbon yüzdesinin düşük seviyelerde kalması önemli bir rol oynamıştır. Diğer önemli bir etken de, proje ekibinin zaman içerisinde konuyla ilgili deneyim kazanması ve sistem üzerinde yapılan iyileştirme/geliştirme çalışmaları sonucunda sistemin daha etkin çalışır duruma gelmesidir.
5. Sonuç
Elde edilen sonuçlar, DAY sisteminin linyit kömürleri ve biyokütle için uygun sistemler olduğunu göstermiştir. Buradan elde edilen deneyim ile DAY sisteminin Türkiye’de enerji üretiminde yaygınlaşması, tasarım ve imalatının ülkemizde gerçekleşmesi hedeflenmektedir.
Teşekkür: Bu projeyi destekleyen TÜBİTAK-KAMAG grubuna teşekkürlerimizi sunarız.
Kaynaklar:
[1] http://www.em-ea.org/Guide%20Books/book-4/4.1%20Boiler.pdf
[2] Sanayi Kaynaklı Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği, 03/07/2009 tarih ve 27277 sayılı Resmi Gazete.
