Estimation of higher heating value of refuse derived fuel from proximate and ultimate analysis
Atıktan türetilmiş yakıtın ısıl değerinin kısa ve elementel analizler ile tahmini
- Tez No: 738018
- Danışmanlar: PROF. DR. SERDAR YAMAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 121
Özet
Endüstriyel ve teknolojik gelişmeler sonucu sürekli olarak artan atık üretimi, dünya genelinde önemli bir sorun haline gelmektedir. Gün geçtikçe artan atık üretimi ile birlikte, ortaya çıkan atıkların çevre dostu bir şekilde bertaraf edilmesi gerekmektedir. Öte yandan, fosil yakıtlara olan bağımlılığın azaltılması ve yenilenebilir enerji üretiminin artması amacıyla, atıktan enerji eldesi üzerine çalışmalar yapılmaktadır. Bu nedenle, evsel katı atığın fiziksel işlemlerden geçirilmesi sonucu elde edilen atıktan türetilmiş yakıt (ATY) üzerine çalışmalar yapılmaktadır. ATY, hem atıkların çevre dostu bir şekilde bertafını sağlamakta, hem de fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltarak yenilenebilir enerji üretimine katkı sağlamaktadır. Ayrıca enerji üretiminde fosil yakıtların yerine kullanılması ile zararlı emisyonların salımı azalmaktadır. ATY kullanılan tesislerin tasarımı için ısıl değerinin doğru bir biçimde analiz edilmesi gerekmektedir. Bu nedenle, tez kapsamında ATY'nin sahip olduğu bileşenlerin miktarına göre üst ısıl değer tahmini yapılabilen matematiksel korelasyonlar geliştirmek amaçlanmıştır. Üst ısıl değerini etkileyen bileşenleri belirlemek ve matematiksel bir model oluşturmak için kısa ve elementel analiz verileri kullanılmıştır. Literatür taraması sonucunda ATY örneklerine ait kısa ve elementel analiz dataları elde edilmiştir. 46 numuneye ait kısa analiz datası ve 74 numuneye ait elementel analiz datası incelenmiştir. İlk olarak, elde edilen kısa analiz dataları üzerine çalışılmıştır. Kısa analiz verilerinde numunelerin sahip olduğu nem, kül, uçucu madde ve sabit karbonun ağırlıkça yüzdeleri ve karşılık gelen üst ısıl değerleri yer almaktadır. Numune analizlerinin bir kısmı nem içerirken geri kalanı kuru bazda hesaplanmıştır. Dolayısıyla nemin üst ısıl değer üzerindeki etkisini inceleyebilmek için öncelikle nem içeren veriler incelenmiştir. Nem, kül, uçucu madde ve sabit karbonun üst ısıl değeri nasıl etkilediğinin belirlenebilmesi için bileşenlerin üst ısıl değere göre grafikleri çizilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre uçucu madde miktarının artması ile birlikte üst ısıl değerlerinde artış görülmüştür. Öte yandan, nem ve külün artması, üst ısıl değerlerin düşmesine sebep olmuştur. Daha sonra kül, uçucu madde ve sabit karbonun üst ısıl değer üzerindeki etkisinin daha net anlaşılabilmesi için kuru bazda olan kısa analiz verileri ele alınmıştır. Kuru baz kısa analiz bileşenleri ve sahip oldukları üst ısıl değerlerin grafikleri çizilmiştir. Kuru bazda kül, uçucu madde ve sabit karbonun üst ısıl değere etkisi nem içeren datalar ile benzerdir. Aynı şekilde uçucu madde miktarının artması ile birlikte üst ısıl değerleri artmakta ve külün artmasıyla birlikte üst ısıl değerleri azalmaktadır. İkincil olarak, 74 farklı ATY numunesine ait elementel analiz dataları incelenmiştir. Element analiz ile ağırlıkça karbon, hidrojen, oksijen, azot, kükürt ve klor yüzdelerinin üst ısıl değere olan etkisi araştırılmıştır. Öncelikle, bahsedilen elementlerin ağırlıkça yüzdeleri kuru ve külsüz bazda hesaplanmıştır. Daha sonra her bir elementin ağırlıkça yüzdeleri ve karşılık gelen üst ısıl değerlerin grafikleri çizilmiştir. Elde edilen grafikler incelendiğinde, karbon ve hidrojenin ağırlıkça yüzdelerinin artmasıyla üst ısıl değerlerin arttığı tespit edilmiştir. Oksijen yüzdesinin artması ise üst ısıl değerin düşmesine sebep olmaktadır. Öte yandan azot, kükürt ve klor elementlerinin ağırlıkça yüzdeleri incelendiğinde, elementel analiz datalarının çoğunda sıfır ya da sıfıra çok yakın yüzdelere sahip oldukları görülmektedir. Dolayısıyla üst ısıl değere etkileri oldukça azdır. Kısa ve elementel analiz datalarına çoklu doğrusal regresyon metodu uygulanarak, ATY'nin üst ısıl değerinin tahmin edilebilmesi için denklemler türetilmiştir. Çoklu doğrusal regresyon metodu ilk olarak nem içeren kısa analiz verilerine uygulanmıştır. Uygulanan regresyonda bağımlı değişken üst ısıl değer ve bağımsız değişkenler nem, kül, uçucu madde ve sabit karbon olarak ele alınmıştır. Uygulanan matematiksel yöntem sonucu; nem, kül ve sabit karbon içeren bir üst ısıl değer tahmini denklemi türetilmiştir. Türetilen denklemler ile üst ısıl değerler hesaplanarak, gerçek üst ısıl değerlerle kıyaslanmıştır. Üst ısıl değer hesabı, türetilen denklemde nem, kül ve sabit karbonun kısa analiz verileri kullanılarak hesaplanmıştır. Hesaplanan üst ısıl değerlerin gerçek değerlere göre hata yüzdesi bulunmuş ve denklemin %10'dan daha düşük hata ile üst ısıl değer tahmini yapabildiği tespit edilmiştir. Daha sonra kuru bazda kısa analiz verileri kullanılarak çoklu doğrusal regresyon yöntemi yeniden uygulanmıştır. Bu kez bağımlı değişken üst ısıl değerken, bağımsız değişkenler kül, uçucu madde ve sabit karbon olarak ele alınmıştır. Uygulanan regresyon sonucunda uçucu madde ve sabit karbon içeren üst ısıl değer tahmini denklemi türetilmiştir. Bu denklem ile kısa analiz verilerinde yer alan uçucu madde ve sabit karbon yüzdeleri kullanılarak üst ısıl değerler hesaplanmış ve gerçek ısıl değerlere göre hata yüzdeleri hesaplanmıştır. Aynı şekilde kuru bazda elde edilen denklemin de hata payı ortalama olarak %10 civarındadır. Son olarak elementel analiz dataları üzerine incelemeler yapılmıştır. Karbon, hidrojen, oksijen ve azot bağımsız değişkenler ve üst ısıl değer bağımlı değişken olarak ele alınmıştır. Regresyon sonucu karbon, hidrojen ve oksijen bilinmeyenlerini içeren bir denklem türetilmiştir. Denklem, elementel analiz datalarındaki veriler kullanılarak denenmiş ve yeni üst ısıl değerler elde edilmiştir. Hesaplanan üst ısıl değerlere göre denklemin hata oranı hesaplanmış ve kısa analiz denklemlerine benzer şekilde, %10 civarında olduğu görülmüştür. Sonuç olarak çoklu doğrusal regresyon yöntemiyle üç farklı üst ısıl değer tahmin denklemi türetilmiştir. Denklemlerden elde edilen üst ısıl değerler gerçek değerlerle kıyaslanarak hata oranı hesaplanmış ve her bir denklemin
Özet (Çeviri)
Waste production, which is constantly increasing as a result of industrial and technological developments, is becoming an important problem worldwide. Especially with the increase in human population and urbanization, the increase in waste production is inevitable. With the increasing waste production day by day, the resulting wastes must be disposed of in an environmentally friendly way. On the other hand, studies are carried out on obtaining energy from waste in order to reduce dependence on fossil fuels and increase renewable energy production. For this reason, studies are carried out on refuse derived fuel (RDF), which is obtained as a result of physical treatment of municipal solid waste. RDF not only ensures the disposal of waste in an environment friendly way, but also contributes to the production of renewable energy by reducing the dependence on fossil fuels. In addition, the use of fossil fuels in energy production reduces the emission of harmful emissions. RDF contains many different types of waste such as textile, food, rubber, paper, metal, battery, glass. The reason why it is composed of many different components is that there is a wide variety of wastes in municipal solid waste. The compositions in RDF and MSW vary according to factors such as climatic conditions, geographical location and income level. A more homogeneous fuel is obtained by converting municipal solid waste to refuse derived fuel. As a result of obtaining a more homogeneous fuel by converting the wastes to RDF, higher efficiency in energy production is provided. At the same time, RDF has a higher calorific value than MSW. Also, the amount of air required for RDF combustion is less than the amount of air required by MSW. RDF is obtained as a result of various physical processes applied to municipal solid wastes and includes materials such as packaging waste, municipal waste and industrial waste. RDF is a solid fuel with high calorific value and is used as a fuel in many areas such as cement factories and power generation facilities. There are many different methods used to generate energy from RDF. With the thermochemical conversion methods used in obtaining energy from RDF, both waste disposal is ensured and heat or electrical energy is produced. Combustion, pyrolysis, gasification and plasma-based technologies can be given as examples to these thermochemical methods. RDF transforms into solid, liquid and gaseous products through energy production methods. The heating value of the RDF used in energy production is an important factor in terms of the efficiency of the processes. For the design of facilities using RDF, the calorific value must be analyzed correctly. Therefore, within the scope of the thesis, it is aimed to develop correlations that can predict the higher heating value according to the amount of components of the RDF. Proximate and ultimate analysis data were used to determine the components effects on higher heating value and to create a mathematical model. The effects of weight percentage of moisture, ash, volatile matter and fixed carbon on the higher heating value were investigated with the proximate analysis data of 46 different RDF samples obtained as a result of the literature research. According to the results, it was observed that the higher heating values increased with the increase in the amount of volatile matter. On the other hand, the increase in moisture, ash and fixed carbon caused the higher heating values to decrease. In addition, the effects of carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, sulfur and chlorine components on the higher heating value were investigated by using the ultimate analysis data of 74 different RDF samples. It was determined that the higher heating values increased with the increase in the weight percentages of carbon and hydrogen. The increase in the oxygen percentage causes the higher heating value to decrease. By applying the multiple linear regression method to the proximate and ultimate analysis data, equations were obtained to estimate the higher heating value of RDF. In regression calculations, higher heating value in the proximate analysis data as the dependent variable; moisture, ash, volatile matter and fixed carbon were considered as independent variables. In the ultimate analysis data, calculations were made with carbon, hydrogen, oxygen and nitrogen components as independent variables. As a result, three different higher heating value estimation equations were obtained with the multiple linear regression method. The higher heating values were calculated with the obtained equations and compared with the actual higher heating values. The error percentage of the calculated higher heating value according to actual values has been found and it has been determined that the equations can predict the higher heating value with an error of less than 10%.
Benzer Tezler
- Biyokütle pirolitik sıvısı üst ısıl değerinin hammadde özellikleri ve proses koşullarına bağlı olarak ileri beslemeli yapay sinir ağları kullanılarak tahmini
Estimation of biomass pyrolytic liquid higher heating value using feed-forward artificial neural networks depending on raw material properties and process conditions
AKRAM MANSOUR QAID ALI
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Kimya MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELİM CEYLAN
- Development of a correlation for estimation of biomass higher heating value with statistical and machine learning based approaches
Biyokütle yüksek ısıl değeri tahmini için istatistik ve makine öğrenimine dayalı yaklaşımlarla korelasyon geliştirilmesi
HAVVA YAKA
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN SADIKOĞLU
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜN YÜCEL
- Polistiren, bitümlü şist ve karışımlarının yanma kinetiklerinin termogravimetrik analiz cihazı kullanılarak incelenmesi
Investigation of combustion kinetics of polystyrene, oil shale and their blends by a thermogravimetric analyzer
SONER YAĞMUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Kimya MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. TÜLAY DURUSOY
- On steady-state performance estimation of three-phase induction motors
Üç fazlı asenkron motorların sürekli-hal performans kestirimi
RAMI AL SAMARAAE
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR ÜSTÜN
- Türkiye genelinde Bahel modeli ve yapay sinir ağları ile güneş radyasyonu tahmini
Solar radiation estimation for Turkey using Bahel model and artificial neural networks
ELVAN BURCU KOŞMA
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BURAK BARUTÇU