Combustion behavior and kinetics of a Turkish lignite blended with biomass/magnesite dust
Türk linyitin biyokütle/magnezit tozu ile karışımlarının yanma özellikleri ve kinetik çalışması
- Tez No: 474945
- Danışmanlar: Assist. Prof. Dr. FEYZA KAZANÇ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 106
Özet
Bu çalışma Türk linyitin biyokütle ya da magnezit tozu karışımlarının hava ortamında yanmasını termogravimetrik analiz cihazında incelemektedir. Bu çalışmada kullanılan linyit çeşiti Tunçbilek linyiti (TL), biyokütle çeşitleri zeytin tortusu (OR) ve badem kabuğu (AS), ve inorganik sanayi atığı magnezit tozu (MD) olmaktadır. Karışımlar farklı ağırlık keirinden oluşmuş, melas bağlayıcı madde olarak ağırlık kesiri sabit (%10 ağ.) olmaktadır. Ayrıca, halis yakıtlar, melas olarak ya olmaksızın, karşılaştırma amacyla analiz edilmiştir. TGA ağırlık kaybı grafiğinden ağırlık dönüşüm aşamalarının tanımlanması için karakteristik sıcaklıklar elde edilmektedir. Deney sonuçlarına göre, biyokütle yanmasında üç farklı dönüşüm aşaması, linyitde ise 2 dönüşüm aşama görülmektedir. Bu metinde bu aşamalar A,B ve C olarak temsil edilmektedir. A aşaması yakıtın ayrışması, B aşaması yanmanın ilk kademesi ve C aşaması yanmanın esas kademesini tanımlamaktadır. TGA grafiğinden elde edilen dört esas karakteristik sıcaklıklar ayrışma sıcaklığı (Td), tutşma sıcaklığı (Tig), uç sıcaklık (Tp) ve tükenme sıcaklığı (TB) olmaktadır. Linyit melas ile karıştırıldığında tükenme sıcaklığı 630 ºC den yaklaşık 723 ºC ye yükselmiştir. Bu da melas ile linyit karışımının sinerjik etkisinin olmasını göstermektedir. Bununla birlikte, biyokütle ve linyitin karışımı ayrışma ve tutuşma sıcaklıklarını düşürmektedir. Ayrıca, linyit ve karışımların yanma sırasında, CO2, CO, H2O ve SOx emisyonları TGA ya bağlanmış FTIR cihazı ile olçülmüştür, FTIR sonuçlarına göre, zeytin tortusu linyit ile karışırıldıkta CO ve SOx emisyonların düşmesinde pozitif etki sağlamaktadır, ama badem kabuğu bağıntılı bir trend göstermemektedir. Magnezit tozun ilave edilmesi tüm karışım oranlarında gaz emisyonlarının azalmasına sebep olmaktadır ve maksimum azalma %10 ağırlıkta gorülmektedir. Bununla birlikte, halis yakıta yapıştırıcı (melas) eklenmesi gaz emisyonlarını etkilemektedir. Melasın zeytin tortusuna eklenmesi CO2, H2O ve SOx emisyonlarını hafifce artırmakta, ancak badem kabuğuna eklendiğinde emisyonlar azalmaktadır. Üstelik, model uydurma yöntemi (Coats-Redfern) ile her yakıt için kinetik parametreleri (aktivasyon enerjisi, frekans faktörü) elde edilmiştir. Modele ilişkin olarak, B aşaması her yakıt için tepkime derecesi mekanizmasıyla kontrol edilmekte, ancak, C aşaması için diffüzyon kontrolu sorumlu mekanizma olmaktadır. Linyite biyokütle/magnesit tozu eklenmesi C aşamasının aktivasyon enerjisini düşürmektedir ve bu reaktifliğin artmasını göstermektedir. Özellikle, linyite melas eklendikte aktivasyon enerjisi 105.6 kJ.mol-1 den 81.6 kJ.mol-1 e düşür ve sonunda zeytin tortusu ve badem kabuğu eklendikte sırasıyla 20 and 22.4 kJ.mol-1 mıktarlarına erişir. B aşamasında aktivasyon enerjisi aşağıdakı gibi artmaktadır: 20TL70OR, 90OR, ve 100OR, ancak, aynı miktarlar badem kabuğu numunelerinde olduğu zaman aktivasyon enerji düşmektedir.
Özet (Çeviri)
This study investigated the effect of blending on the combustion behavior of Turkish lignite blended with biomass or magnesite dust using a thermogravimetric analyzer (TGA) under air atmosphere. The lignite used in this study is Tunçbilek lignite (TL), which is blended with the biomass types; olive residue (OR) and almond shell (AS), and the inorganic industrial waste, magnesite dust (MD). The blends are composed of various weight fractions of fuels, with a constant weight fraction of molasses (10 wt. %) as a binding agent. In addition, neat fuels, with and without molasses, are analyzed for comparison purposes. TGA weight loss trends are used to obtain characteristic temperatures and to define weight conversion stages. Experimental results show three distinct stages of conversion during combustion of biomass fuels and two stages for lignite. The stages are represented as stage A, B, C in the text. Stage A represents decomposition of the fuel, stage B shows first stage of combustion, and stage C represents the major stage of combustion. Four main characteristic temperatures obtained from TGA trends are decomposition temperature (Td), ignition temperature (Tig), peak temperature (Tp), and burnout temperature (TB). Burnout temperature of lignite is 630 ºC which is shifted to a higher temperature at approximately 723 ºC when blended with molasses. This is an indication of a synergistic effect of molasses on combustion characteristics of lignite. On the other hand blending of biomass with lignite results in lower decomposition and ignition temperatures. Furthermore, CO2, CO, H2O and SOx emissions are monitored during the combustion of lignite and its blends using a Fourier transform spectrometer (FTIR) coupled with TGA. FTIR results show the positive effect of olive residue in reducing the CO and SOx emissions when blended with lignite, whereas almond shell does not show a consistent trend. Magnesite dust addition causes a decrease in gaseous emissions for all blending ratios having the maximum reduction at 10 wt. %. On the other hand, the binder (molasses) addition to neat fuels effect the gaseous emissions. CO2, H2O, and SOx emissions increase slightly by adding molasses to olive residue, whereas, they decrease by adding to almond shell. Moreover, kinetic parameters (activation energy, pre-exponential factor) for each fuel are obtained using a model fitting method (Coats-Redfern). Regarding to the model, stage B of relevant fuels is controlled by reaction order mechanism, whereas, the responsible mechanism for stage C is diffusion control. Addition of biomass/magnesite dust to the lignite caused a decrease in activation energy of stage C which is an indication of increased reactivity. Specifically, activation energy of lignite decreases from 105.6 kJ.mol-1 to 81.6 kJ.mol-1 by adding molasses and finally reaches to 20 and 22.4 kJ.mol-1 by adding olive residue and almond shell with a blending ratio of 70 wt.%, respectively. The activation energy increases as follows for stage B: 20TL70OR, 90OR, and 100OR, whereas, it decreases for the same portions of samples for almond shell.
Benzer Tezler
- Afşin Elbistan linyit kömürü ve RDF'den üretilen yarıkok karışımlarının yanma davranımlarının belirlenmesi
Determination combustion behavior of chars produced from Afsin Elbistan lignite coal and RDF
GÜLŞEN KURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANZADE AÇMA
- Şeker pancarı küspesinin, Ilgın linyitinin ve bunların karışımlarının yanma ve piroliz kinetiğinin termogravimetrik analiz yöntemi ile incelenmesi
Investigation of the combustion and pyrolysis kinetics of sugar beet pulp, Ilgin lignite and their mixture by thermogravimetric analysis method
ÇAĞLAYAN BURAK ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimya MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ARZU KANCA
- Combustion characteristics of coal briquettes
Kömür briketlerinin yanma özellikleri
N. EMRE ALTUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2002
Maden Mühendisliği ve MadencilikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CAHİT HİÇYILMAZ
- Ham ve torefiye edilmiş iki farklı biyokütlenin yanma karakteristiklerinin ve kinetiklerinin belirlenmesi
Determination of the combustion characteristics and kinetics of the raw and torrefied two different biomass
SELİN ARMAKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Çevre MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEMA YURDAKUL
- The production of quality fuels from the co-combustion of original, pyrolysed lignite and torrefied, pyrolysed, original biomass blends
Orijinal, piroliz edilmiş linyitler ile orijinal, torefiye ve piroliz edilmiş biyokütle karışımlarının birlikte yakılması ile kaliteli yakıt üretimi
AYŞEN ÇALIŞKAN SARIKAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANZADE HAYKIRI AÇMA