Bazı Türk linyitlerinin akışkan yatakta yanma özellikleri ve aglomerasyonlarının incelenmesi
Investigation of combustion characteristics and agglomeration of some Turkish lignites in a fluidised bed combustor
- Tez No: 100802
- Danışmanlar: PROF.DR. HÜSNÜ ATAKÜL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2000
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 118
Özet
BAZI TÜRK LİNYİTLERİNİN AKIŞKAN YATAKTA YANMA ÖZELLİKLERİ VE AGLOMERASYONLARININ İNCELENMESİ ÖZET Akışkan yatak yanma teknolojisi yeni bir teknoloji olup, düşük kaliteli katı fosil yakıtları etkin ve çevre açısından daha temiz bir şekilde yakılması için kullanılmaktadır. Bu teknolojinin uygulamaları gün geçtikçe artmaktadır. Ancak yanma özellikleri birbirinden farklı olduğundan, kömürlerin tek tek yakılarak akışkan yatakta yanma özelliklerinin belirlenmesi gerekmektedir. Diğer taraftan, akışkan yatakta kararlı bir akışkanlaşma ve etkin bir yanma sağlamak için aglomerasyon olayının önlenmesi gerekmektedir. Aglomerasyon kavramı, kömür, kül ve yatak malzemesi taneciklerinin, çeşitli nedenlerle, birbirlerine yapışarak sinterleştiği bir yoğunlaşma olayıdır. Aglomerasyon, akışkan yatakta durgunlaşma (defluidization), ısı aktarımının bozulması, ısı aktarım yüzeylerinin kirlenmesi ve klinkerleşme gibi problemlere yol açmaktadır. Daha ciddi durumlarda ise, bu olay akışkanlaşmanın bozulmasına, yanmanın tamamen son bulmasına ve yakıcının tümü ile devre dışı kalmasına neden olmaktadır. Akışkan yatakta kömürün aglomerasyonu, başta yatak içeriğinin fiziksel ve kimyasal özellikleri ile sistemin çalışma koşullan olmak üzere, bir çok faktör tarafından etkilenen oldukça karmaşık bir olaydır. Toz (pulverize) kömürlerin sinterleşme mekanizması bir çok araştırmanın konusu olmuştur. Bu çalışmalarda daha çok kömürün anorganik yapısının dönüşmesi üzerinde durulmuştur. Bunun yanında, akışkan yataklarda kömürlerin aglomerasyonu ile ilgili olarak yapılan çalışmalar sınırlı kalmıştır. Akışkan yatak yanma çalışmalarından edinilen deneyimler, kömürlerin akışkan yatakta yanma özelliklerinin biribirinden çok değişik olduğunu ortaya koymuştur. Bu çalışmada, beş Türk linyit kömürünün akışkan yatakta yanma özellikleri incelenmiştir. Linyit numuneleri, Türkiye'nin değişik bölgelerinden seçilmiştir ve önemli kömür kaynaklan arasında yer almaktadır. Bunlar Beypazan, Çan, Kısrakdere (Soma), Tunçbİlek ve Yatağan linyitleridir. Linyit numuneleri %8.62- 23.7 nem, %10.5-37.9 kül, %30.6-47.3 uçucu madde ve %3.4-39.1 oranında sabit karbon içermekte ve üst ısıl değerleri 2630-5355 kcal/kg arasında değişmektedir. Linyit numuneleri kınlmış ve 1.0 -1.9, 1.9 -2.7 and 2.7-3.3 mm 'lik fraksiyonlara ayrılarak deneylerde kullanılmıştır. Deneylerde, 100 mm çapında, paslanmaz çelikten yapılmış, bir akışkan yatak kullanılmıştır. Akışkan yatak 1-10 mm boyutlannda kömür yakabilecek ve sürekli çalışacak şekilde yapılmıştır. 0.6-1.0 mm 'lik kuvars kumu yatak malzesi olarak kullanılmıştır. Isıl çiftler kullanılarak yatakta, dikey yönde dağıtıcı elekten itibaren 50,150 ve 300 mm yüksekliklerde sıcaklıklar sürekli bir şekilde ölçülmüş ve bilgisayar ortamında saklanmıştır. Akışkan yatak bir bilgisayar kontrol ünitesi ile donatılmıştır. Hava ve kömür debileri bu ünite vasıtasıyla ayarlanmış ve kontrol edilmiştir. Yine akışkan yatağa bağlı ve sürekli çalışabilen bir gaz analiz ünitesi yardımıyla yanma ürünlerindeki çeşitli gazların yayınımları ölçülmüş ve bilgisayar ortamında saklanmıştır. Linyit küllerinin analizi standart ASTM yöntemleriyle gerçekleştirilmiştir. Küllerin ergime sıcaklıkları, ASTM D 1857-68 'e göre ve oksitleyici bir atmosferde ölçülmüştür. Cihazın hassasiyeti 5°C ve maksimum ölçme sıcaklığı 1570°C 'dır. Akışkan yatakta oluşan aglomere kütleler ise SEM ve X-ışmı teknikleri kullanılarak incelenmiştir. Deneysel sonuçlar, incelenen linyitlerin akışkan yatakta yanma özelliklerinin birbirinden farklı olduğunu ve yanma süreçlerinin linyitlerin özellikleri ve çalışma koşullan tarafından etkilendiklerini ortaya koymuştur. Linyitlerin yüksek oranlarda uçucu madde içermelerinden dolayı, serbest bölgede de önemli ölçülerde yanmanın gerçekleştiği anlaşılmaktadır. Özellikle sürükleme hızı diğer linyitlere kıyasla daha yüksek olan Beypazarı linyitinin yanması sırasında, serbest bölgedeki sıcaklıklar aktif yatak bölgesi sıcaklıkları seviyesinde seyretmiştir. Bu linyitin yanması sırasında yanma gazlarında ölçülen CO yayınımları da diğerlerine kıyasla çok daha yüksek olmuştur. Bu durum bu linyitlerin akışkan yataklarda yanması sırasında yanma veriminin yüksek olabilmesi için serbest bölgede önlem alınması gerektiğini göstermektedir. Linyitlerin yanması sırasında yanma gazlarında ölçülen SO2 derişimi koşullara bağlı olarak 2 000- 20 000 mg/m3 gibi geniş bir aralıkta değişmiştir. En yüksek SO2 derişimi Beypazarı, en düşük SO2 derişimi ise Kısrakdere linyiti için ölçülmüştür. Çalışmada kullanılan linyitlerin aglomerasyon sıcaklıkları akışkan yatağın çalışma koşullarında ölçülmüştür. Elde edilen değerler 870-1 120°C aralığında değişmiştir. Linyitlerin aglomerasyon sıcaklıkları (T^) ve aglomerasyon sıcaklığı ile başlangıç deformasyon (Td), yumuşama (Ts), yan küreselleşme (Th) ve ergime (Tf) sıcakhklan arasındaki farklar Tablo 1' de gösterilmiştir. Bu tabloda; ATi=Td-T.^, AT2=Ts-TAg, AT3=TH-TAg ve AT4=TF-TAg' dır. Tablo 1. Linyitlerin Aglomerasyon sıcaklıktan ve aglomerasyon sıcaklığı ile özgül kül sıcakhklan arasındaki farklar (°C). XITablodan görüldüğü gibi, bütün linyitler için aglomerasyon sıcaklığının özgül kül sıcaklıklarından düşük olduğu görülmektedir. Burada, ATı ve AT4 farklarının pozitif değerler olarak sırasıyla, 125-209°C ve 306-390°C arasında değiştiği gözden kaçırılmamalıdır. Akışkan yatakta yanan bir taneciğin sıcaklığının ölçülen yatak sıcaklığından yaklaşık olarak 100-150°C daha yüksek olduğu göz önüne alındığında, yatak sıcaklıklarının kül deformasyon sıcaklıklarına ulaşmasından sonra aglomerasyonun başlayabileceği söylenebilir. Buna karşın, hem aglomerasyon başlama ve hem de tanecik sıcaklıkları kül ergime sıcaklığının bir hayli altında kalmaktadır. Başka bir ifade ile, aglomerasyon bütün linyitler için kül ergime sıcaklıklarına ulaşmadan başlamaktadır. Buna karşın, aglomerasyon eğilimi ile özgül kül sıcaklıkları arasında bir paralellik göze çarpmaktadır. Özgül sıcaklıkları yüksek olan linyitlerin aglomerasyon sıcaklıklarının daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Ancak bu ilişki sistematik ve düzenli bir ilişki olarak görülmemektedir. Agglomerasyon eğilimi, küllerin anorganik bileşimleri temel alınarak incelendiğinde, aglomerasyon eğiliminin Na2Û ve K2O oranı yükseldikçe arttığı, buna karşın AI2O3 oranındaki artışa bağlı olarak düştüğü gözlenmiştir. Ancak buna rağmen incelenen bu linyitler için, aglomerasyon eğilimi ile küllerin anorganik yapılan arasında düzgün değişen bir bağımlılıktan söz etmek mümkün değildir. xu
Özet (Çeviri)
INVESTIGATION OF COMBUSTION CHARACTERISTICS AND AGGLOMERATION OF SOME TURKISH LIGNITES IN A FLUIDIZED BED COMBUSTOR SUMMARY Fluidized bed combustion is an emerging technology which is increasingly being used for combustion of low-grade fossil fuels effectively and in an environmentally friendly way. But the fluidized bed combustion behavior of coals varies widely, combustion of each individual coal must be characterized by burning it in a fluidized bed combustor. On the other hands, to maintain a stable fluidization and effective combustion in fluidized bed combustors, agglomeration phenomenon must be avoided. Agglomeration concept is commonly used to describe densification process in which coal, ash and bed material particles, for many reasons, stick each other and produce a conglomerated mass. Agglomeration occurred during fluidized bed combustion of coals causes sever problems including defluidization, impending heat transfer, fouling surfaces and clinkering in combustors. In the most serious cases, it can deteriorate fluidization and lead to catastrophic shut-down of combustor after complete inhibition of combustion. Agglomeration of coal in a fluidized bed combustor is a complex phenomenon which is affected by numerous factors including, basically the physical and chemical properties of bed inventory and operational conditions. The sintering mechanism of coal in pulverized coal combustors has been investigated with emphases on the transformation of inorganic matters in the coal. Researches covering the agglomeration of lignites in fluidized bed combustors, however, are limited. Experiences with fluidized bed combustion also indicate that agglomeration behavior of coals or coal ashes varies widely depending on their inherent characteristics. In the present study, the fluidized bed combustion characteristics of five Turkish lignites have been investigated. Lignites samples were taken from the major lignite deposits in various districts of Turkey, namely Beypazarı, Çan, Kısrakdere, Tunçbilek and Yatağan. They have 8.62-23.7% moisture, 10.54-37.90% ash, 30.55-47.29% volatile matter and 2630-5355 kcal/kg gross calorific values. Lignite samples were crushed, sieved to obtained 1.0-1.9, 1.9-2.7 and 2.7-3.3 mm fractions. A stainless steel atmospheric fluidized bed of 100 mm i.d. was used to carry out combustion experiments and to measure the agglomeration temperature of lignites. The fluidized bed combustor is designed for self- sustained combustion of crushed coal of 1-10 mm. The bed material was 0.6-1.0 mm quartz sand. Temperatures at vertical direction in the bed were measured via thermocouples located at 50 mm, 150 mm and 300 mm above distributor plate and recorded by a computer. Fluidized bed was equipped with computer control system which controls the flow rate of fluidizing xiiiair and mass flow rate of coal. Emissions various gases in the combustion gases were continuously measured and recorded via an on-line gas analysis system attached to fluidized bed during experiments. The composition of lignite ashes were determined by standard ASTM techniques. Ash fusion temperature' measurements were carried out using an ash fusion furnace with a digital read out, sensitivity of 5°C and a maximum temperature of 1571°C, according to the ASTM procedure D 1857-68 under oxidizing atmosphere. Agglomerates removed from the fluidized bed were examined by SEM and X-ray techniques. Experimental results indicated that, the fluidized combustion behavior of lignites differs from each other and affected by their characteristics and operational conditions. Due to the high volatile matter contents of lignites, combustion in the freeboard is comparable with that of active bed. Particularly, during the combustion of Beypazarı lignite having the highest elutriation rate, temperature in freeboard was nearly at the same levels or higher than that of the active bed indicating an intensive combustion in that region. The CO emissions of this lignite was also higher than others which indicated that secondary air supply to freeboard is needed to enhance the combustion. The S02 emission recorded in fluidized bed combustion of lignites ranged from 2 000 to 20 000 mg/m3. Kisrakdere lignite and Beypazarı lignite has the lowest and the highest SO2 emission, respectively. The vertical temperature distribution in beds burning lignites with low ash content such as Çan, Kisrakdere and Yatağan lignites was nearly uniform indicating an effective mixing in the bed, while a deteroriation of heat distribution was observed for lignites with low ash content. In fluidized bed combustors burning these lignites, a stable combustion process can be maintained in the temperatures range of 700-900°C. At temperatures higher than 900°C agglomeration likely occurs, depending on inherent characteristics of lignites and operational conditions. Segregation, which is known as an indication of deterioration of fluidization, occurs prior to the agglomeration process of lignites under some conditions. The segregation tendency was depressed by high operational velocities but promoted by high ash content of lignites. Agglomeration of lignites studied occurred at temperature levels of 870-1 120°C. The agglomeration temperature of the lignites and the differences between agglomeration temperature (TAg) and characteristic ash temperatures, namely initial deformation (TD), softening (Ts), hemispherical (TH) and fusion (TF) temperatures are given in Table 1, where, AT^Td-Tas, AT2=Ts-TAg, ATs^h-T^ and AT4=Tr-TAg. As seen from the table, agglomeration temperatures of all lignites measured in the fluidized bed combustor are lower than their characteristic temperatures. ATi and AT4 are positive and change in the range of 125-209°C and 306-390°C, respectively. Since the temperature of a burning coal particles is 100 - 150 °C higher than that of the surrounding bed which is measured in practice, these results suggest that agglomeration in the fluidized bed combustors may occur when temperature of the burning particles exceeds the initial deformation temperature. Difference between fusion and agglomeration temperature (AT4), however are considerably higher than xivATı values. In other words, these lignites can agglomerate at temperature much lower than their fusion temperature. In spite of this fact, lignites with higher ash fusion temperatures appeard to have higher agglomeration temperatures. However, the relationship between agglomeration temperature and ash fusion characteristics can not be defined with a sytematic and regular correlation. Table 1. Agglomeration temperature of lignites and differences between agglomeration and characteristic ash fusion temperatures. Although the agglomeration tendency appears to decrease with increasing Na2
Benzer Tezler
- Sabit yataklı yakma sistemlerinde yanmada kömür neminin emisyonlara etkisinin deneysel incelenmesi
Experimental investigations of effect of moisture on the emissions in fixed bed compustion appliances
NALAN ERDÖL AYDIN
- Çok amaçlı bir akışkan yataklı yakıcı tasarımı ve imalatı
Başlık çevirisi yok
MUSA USLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1994
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERALP ÖZİL
- Dolaşımlı akışkan yatağın hidrodinamik ve ısıl matematik modellemesi
Hydrodynamic and thermal numerical modeling of coal gasification in circulating fluidized bed
CEM DOLU
Doktora
Türkçe
2017
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFULLAH KUDDUSİ
- Kömür gazlaştırma ürünlerinin kimyasal denge kuramı ile incelenmesi
Investigation of coal gasification products with chemical equilibrium theory
EKİN KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
EnerjiHacettepe ÜniversitesiTemiz Tükenmez Enerjiler Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT KÖKSAL
- Bazı Türk linyitlerinin akışkan yatak gazlaştırıcıda gazlaştırılması
Gasification of some Turkish lignites in a fludized bed gasifier
AYŞE TARAKÇIOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BEDRİYE TÜLAY DURUSOY