Geri Dön

Türkiye'de yerli kömür yakıtlı büyük ölçekli termik santrallerin kül atıklarının yönetimi ve çimento üretiminde kullanımının ekonomik analizi

Economic analysis of local coal-fired large-scale thermal power plant coal combustion waste management and use in cement production in Turkey

PDF İndir

  1. Tez No: 771656
  2. Yazar: KADİR ÖZÇELİK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. OSMAN ATİLLA ARIKAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 113

Özet

Termik santraller, enerji üretiminde yüksek paya sahip tesislerdir. Kömür, termik santrallerde elektrik üretiminde yaygın olarak kullanılan başlıca fosil yakıtlardan biridir. Yakıt olarak kömür kullanan termik santrallerde, yakma işlemi sonucunda ısı ve elektrik üretimi yanısıra kül atıkları oluşmaktadır. Kül atıkları olası olumsuz çevresel etkilerinin yanında ciddi miktarda oluşması nedeniyle dikkat çeken ve araştırılan bir konu olmuştur. Uluslararası Enerji Ajansı Temiz Kömür Merkezi (IEA, CCC), kül atıklarının kaynak olarak görülebileceğini ve kömür yakma ürünleri olarak adlandırılabileceğini belirtmektedir. Kül atıklarının yönetiminde yeniden kullanım, geri dönüşüm, geri kazanım ve bertaraf gibi farklı yöntemler uygulanmaktadır. Atık hiyerarşisine göre öncelikli tercih edilen yöntem kül atıklarının yeniden kullanımı, geri dönüşümü ve geri kazanımı olmalıdır. Ancak bunun mümkün olmadığı durumlarda kül atıkları çevresel etkileri en aza indirecek şekilde bertaraf edilmektedir. Türkiye'de kül atıklarının yönetimine yönelik yapılacak çalışmalarda, kül atıklarının kaynak olarak değerlendirilebileceğinin göz önünde bulundurulması ve bu kapsamda daha fazla çalışma yapılması gerekmektedir. Kül atıkları uçucu kül, cüruf ve alçıtaşı karışımını temsil etmektedir. Uçucu kül kararlı ve uygun fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olması nedeniyle, külün kullanımı ile ilgili çalışmaların çoğu uçucu kül üzerine odaklanmaktadır. Uçucu külün farklı amaçlarla kullanıldığı uygulamalar vardır. Bazı uygulamalarda fiziksel özellikleri için, bazı uygulamalarda ise kimyasal özelliklerinden dolayı tercih edilmektedir. Uçucu küller, puzolanik özelliklerinden dolayı bağlayıcı olarak kullanılabilen malzemelerdir. Bu özelliğinden dolayı özellikle inşaat sektöründe çimento ve beton katkı maddesi olarak yaygın bir biçimde kullanılmaktadır. Türkiye'de; 1960'lı yıllarda hidratasyon ısısını azaltmak için farklı baraj inşaatlarında uçucu kül kullanılmasına karar verilmiş ve Türk Standartları Enstitüsü uçucu kül (TS 639) ve uçucu kül çimento (TS 640) standartlarını hazırlamış ve yayınlamıştır. Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü (DSİ)'nün baraj uygulamaları dışında Karayolları Genel Müdürlüğü (KGM) bazı köprü ve yol inşaatlarında deneme amaçlı uçucu kül kullanmıştır. Geçmişte Türkiye'de uçucu kül kullanımı bu tür uygulamalarla sınırlı kalmıştır. Ancak son yıllarda özellikle hazır beton endüstrisinin gelişmesi ve Avrupa'dan uyarlanan yeni çimento ve beton standartları, çimento ve beton endüstrilerinde uçucu küle olan ilgiliyi arttırmıştır. Hazır beton sektöründe yıllık yaklaşık 1-1.5 milyon ton uçucu kül mineral katkı olarak üretimde kullanılmaktadır. Bununla birlikte çimento üretiminde kullanılan uçucu kül miktarına ait bir bilgi literatürde bulunamamıştır. T.C. Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı, Çimento Sektörü Raporu'na, göre 2020 yılında ~77 milyon ton çimento üretilmiştir. Ancak uçucu kül katkılı portland çimento oranının %1,25 olduğu ve bunun da büyük çoğunluğunun ihraç edildiği bilinmektedir. Buna göre çimento üretiminde yıllık yaklaşık 1 milyon tona yakın uçucu kül kullanıldığı varsayımı yapılabilir. Uçucu kül çimento üretiminde yalnızca portland çimentolarda kullanılmamaktadır. Ayrıca portland kompoze ve kompoze çimentoda da kullanılabilmektedir. Portland kompoze çimento üretimi toplam çimento üretiminin yaklaşık %25'i kadar olduğu bilindiğine göre yaklaşık 19,3 milyon ton portland çimento üretimi uçucu kül kullanımı için büyük bir potansiyel oluşturmaktadır. Örneğin, Bursa Çimento A.Ş. tarafından Kütahya bölgesinde çimento talebini karşılamak üzere Kütahya Karıştırma ve Paketleme Tesisi devreye alınmış olup, tesiste Bursa'da üretilen ve buraya getirilip stoklanan çimento, Seyitömer-Tunçbilek-Orhaneli Termik Santrallerinden getirilen uçucu kül ile karıştırılarak, katkılı çimento üretimi gerçekleştirilmektedir. Ayrıca Soma Termik Santralinden çıkan külün yaklaşık 270.000 ton/yıl kadarı özel kuruluşlara satılıp, çimento karışımında kullanılarak ekonomiye kazandırılmaktadır. Kül atıklarının özellikleri ve sınıflandırılması, kül atıkları yönetimine dair uluslararası ve ulusal mevzuat, kül atıklarının kullanım alanları ile bertarafı ve çevresel etkilerinin de özetlendiği bu çalışmada, Türkiye'de bulunan yerli kömür yakıtlı 200 MW üzeri kurulu güce sahip 15 termik santralin kül atıklarının yönetimi ortaya konulmuştur. Bu termik santrallerden uçucu kül özelliklerine ulaşılan 10'unda oluşan uçucu küllerin çimento üretiminde kullanımı değerlendirilmiş, kullanımı uygun bulunan 5'i için ekonomik analiz (Senaryo 1, mevcut durum senaryosu; kül atıklarının tamamının mevcut durumda uygulanan yönetimine (depolamaya) devam etmesi; Senaryo 2, uçucu kül atıklarının çimento üretiminde kullanımının değerlendirilmesi) yapılmıştır. Türkiye'de yılda 122,7 ton kömür yakılmaktadır. Yakılan kömürün yaklaşık ~82,2 tonu yerli kömür (linyit ve taş kömürü) olup, yerli kömür yakan termik santrallerden ~17,2 milyon ton kül atığı oluşmaktadır. TUİK verilerine göre Türkiye'de 2018 yılında ~23,3 milyon ton, 2020 yılında ~19,4 milyon ton kül atığı oluşmuştur. Oluşan kül atıklarının ~%85'i kül depolama sahalarında depolanmış, ~ %13'ü lisanslı atık arıtma tesislerine satılmış/gönderilmiş veya maden ve taş ocaklarının doldurulmasında kullanılmıştır. Kalan ~%1-2'lik kısmı ise tehlikeli atık olarak veya diğer bertaraf metotları ile bertaraf edilmiştir. Uçucu külün kullanımı uygun olan 5 termik santralde kül atıkları yönetiminin mevcut haliyle (depolamayla) devam etmesi halinde (Senaryo 1) transfer işlemleri için ilk yatırım maliyeti toplamda ~70,2 milyon $, depolama alanı ilk yatırım maliyeti toplamı ~175,5-439,1 milyon $ aralığında, ilk yatırım maliyetlerinin toplamı ise ~245,7-509,3 milyon $ aralığında hesaplanmıştır. Yıllık transfer maliyeti toplamı ~19,3 milyon $ ve depolama alanı işletme maliyeti toplamı ~47,6 milyon $ olmak üzere, tüm tesislerin toplam işletme maliyeti ~66,9 milyon $'dır. Aynı 5 termik santralin uçucu küllerinin kullanımının değerlendirilmesi (Senaryo 2) halinde transfer ilk yatırım maliyeti toplamda ~48,2 milyon $, depolama alanı ilk yatırım maliyeti toplamı ise ~127,3-317,9 milyon $ aralığında, ilk yatırım maliyetlerinin toplamı ise ~175,9-366,5 milyon $ aralığında hesaplanmıştır. Yıllık transfer maliyeti toplamı ~14,6 milyon $ ve depolama alanı işletme maliyeti toplamı ~34,4 milyon $ olmak üzere, tüm tesislerin toplam işletme maliyeti ~49 milyon $'dır. Kül atıkları yönetiminin mevcut haliyle devam etmesi hali için (Senaryo 1) kül yönetimi maliyeti 16 ila 23 $/ton iken, termik santrallerin uçucu küllerinin kullanılması halinde (Senaryo 2) 1 ila 19 $ aralığında değişmektedir. Senaryo 1'de TS-4'te 16-20 $/ton, TS-15'te 16-20 $/ton, TS-7 19-23 $/ton, TS-11'de 19-23 $/ton ve TS-13'te ise 19-23 $/ton olan kül atığı yönetim maliyeti, Senaryo 2'de sırasıyla 7-10 $/ton (%50-56 azalma), 1-3 $/ton (%85-94 azalma), 16-19 $/ton (%16-17 azalma), 11-14 $/ton (%39-42 azalma) ve 3-5 $/ton (%78-84 azalma)'a kadar düşmüştür. Sonuçlar, uçucu külün kullanımının termik santrallerin kül yönetim maliyetlerini azaltacağını göstermektedir. Bunun yanısıra bertaraf edilmesi gereken kül atıkları miktarındaki azalma sayesinde olası çevresel etkiler de engellenmiş olacaktır. Ayrıca hem çimento üretimi için hammadde kullanımı azaltılacak hem de bu hammaddelerin çıkarılması, ürün haline getirilmesi vb. dolaylı emisyonların da önüne geçilecektir.

Özet (Çeviri)

Thermal power plants are facilities that have a high share in energy production. Coal is one of the main fossil fuels widely used in power generation in thermal power plants. In thermal power plants that use coal as fuel, ash wastes are generated as a result of the combustion process, as well as heat and electricity production. Ash waste has been a subject that has attracted attention and been researched due to its possible negative environmental effects, as well as its serious amount of formation. The International Energy Agency's Clean Coal Center (IEA, CCC) states that ash waste can be viewed as a resource and referred to as coal combustion products. Different methods such as reuse, recycling, recovery and disposal are applied in the management of ash wastes. According to the waste hierarchy, the preferred method should be the reuse, recycling and recovery of ash wastes. However, in cases where this is not possible, ash wastes are disposed of in a way that minimizes environmental impacts. In studies to be carried out on the management of ash wastes in Turkey, it is necessary to consider that ash wastes can be considered as a source and more studies should be carried out in this context. Ash waste represents a mixture of fly ash, slag and gypsum. Because fly ash is stable and has suitable physical and chemical properties, most of the studies on the use of ash focus on fly ash. There are applications where fly ash is used for different purposes. It is preferred for its physical properties in some applications and for its chemical properties in some applications. Fly ashes are materials that can be used as binders due to their pozzolanic properties. Due to this feature, it is widely used as a cement and concrete additive, especially in the construction sector. In Turkey; In the 1960s, it was decided to use fly ash in different dam constructions to reduce the hydration heat, and the Turkish Standards Institute prepared and published fly ash (TS 639) and fly ash cement (TS 640) standards. Apart from the dam applications of the General Directorate of State Hydraulic Works (DSI), the General Directorate of Highways (KGM) used fly ash for trial purposes in some bridge and road constructions. In the past, the use of fly ash in Turkey was limited to such applications. However, in recent years, the development of the ready mixed concrete industry and the new cement and concrete standards adapted from Europe have increased the interest in fly ash in the cement and concrete industries. In the ready mixed concrete sector, approximately 1-1.5 million tons of fly ash is used annually as a mineral additive in production. However, information on the amount of fly ash used in cement production could not be found in the literature. T.R. According to the Cement Sector Report of the Ministry of Industry and Technology, ~77 million tons of cement was produced in 2020. However, it is known that the ratio of fly ash added Portland cement is 1.25% and the majority of this is exported. Accordingly, it can be assumed that approximately 1 million tons of fly ash is used annually in cement production. Fly ash is not only used in Portland cement in cement production. It can also be used in Portland composite and composite cement. As it is known that Portland composite cement production is approximately 25% of the total cement production, approximately 19.3 million tons of Portland cement production creates a great potential for the use of fly ash. For example, Bursa Cement A.Ş. Kütahya Mixing and Packing Facility has been commissioned to meet the cement demand in the Kütahya region, and the cement produced in Bursa and stored here is mixed with fly ash brought from Seyitömer-Tunçbilek-Orhaneli Thermal Power Plants to produce cement with additives. In addition, approximately 270,000 tons/year of the ash from the Soma Thermal Power Plant is sold to private institutions and used in the cement mixture to be used in the economy. In this study, in which the characteristics and classification of ash wastes, international and national legislation on ash waste management, usage areas and disposal of ash wastes and environmental effects are summarized, the ash waste management of 15 domestic coal-fired thermal power plants with an installed power of more than 200 MW in Turkey is presented. . The use of fly ash formed in 10 of these thermal power plants, whose fly ash characteristics were achieved, was evaluated, and economic analysis for 5 of which were found suitable to be used (Scenario 1, current situation scenario; continuation of the current management (storage) of all ash wastes; Scenario 2 Evaluation of the use of fly ash wastes in cement production). 122.7 tons of coal is burned annually in Turkey. Approximately ~82.2 tons of burned coal is domestic coal (lignite and hard coal), and ~17.2 million tons of ash waste is generated from thermal power plants burning domestic coal. According to TUIK data, ~23.3 million tons of ash waste was generated in Turkey in 2018 and ~19.4 million tons of ash waste in 2020. ~85% of the ash waste generated was stored in ash storage areas, ~13% was sold/sent to licensed waste treatment facilities or used for filling mines and quarries. The remaining ~1-2% was disposed of as hazardous waste or by other disposal methods. If the ash waste management continues in its current form (with storage) in 5 thermal power plants where fly ash is suitable (Scenario 1), the initial investment cost for the transfer operations is ~70.2 million $ in total, the total initial investment cost for the storage area is ~175.5-439, It was calculated in the range of $ 1 million, and the total initial investment costs were calculated in the range of $ 245.7-509.3 million. Total operating cost of all facilities is ~$66.9 million, with annual transfer costs totaling ~$19.3 million and storage area operating costs totaling ~$47.6 million. If the use of fly ash from the same 5 thermal power plants is evaluated (Scenario 2), the total initial investment cost of the transfer is ~$48.2 million, the total initial investment cost of the storage area is ~$127.3-317.9 million, and the sum of the initial investment costs is ~$48.2 million. It has been calculated in the range of $175.9-366.5 million. The total operating cost of all facilities is ~$49 million, with annual transfer costs totaling ~$14.6 million and storage area operating costs totaling ~$34.4 million. The cost of ash management is $16 to $23/tonne for ash waste management to continue in its current form (Scenario 1), while it ranges from $1 to $19 if fly ash from thermal power plants is used (Scenario 2). In scenario 1, $16-20/tonne in TS-4, $16-20/tonne in TS-15, $19-23/tonne in TS-7, $19-23/tonne in TS-11 and Ash waste management cost of $19-23/ton in TS-13, $7-10/ton (50-56% reduction) in Scenario 2, 1-3$/ton (85-94% reduction) respectively, $16-19/ton (16-17% decrease), 11-14$/tonne (39- 42% decrease) and 3-5 $/ton (78-84% decrease). The results show that the use of fly ash will reduce the ash management costs of thermal power plants. In addition, possible environmental impacts will be prevented thanks to the reduction in the amount of ash wastes that need to be disposed of. In addition, both the use of raw materials for cement production will be reduced and the extraction of these raw materials, turning them into products, etc. indirect emissions will also be avoided.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    184498

    Türkiye'de alternatif santral kapasitelerinin ve bölgelere göre dağıtımlarının optimizasyonu

    Optimization power plant capacity and geographical region distribution in Turkey

    HASAN HÜSEYİN ERDEM

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2002

    Makine MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERTUĞRUL KÜÇÜKKARAMIKLI

    PROF. DR. BAHRİ ŞAHİN

  2. Tez No

    104083

    Dünyada ve Türkiye'de enerji sektörünün genel durumu ve Türkiye'nin elektrik enerjisi üretim ve tüketim tahminleri

    General situation of the energy sector in the world and in Turkey and forecasts for Turkey's production and consumption of electrical energy

    ERİNÇ ŞENER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2001

    İşletmeİstanbul Teknik Üniversitesi

    YRD. DOÇ. DR. SUAT KÜÇÜKÇİFTÇİ

  3. Tez No

    485356

    Cumulative impact of the proposed coal-fired thermal power plants on air quality in Canakkale province

    Kurulması planlanan kömür yakıtlı termik santrallerin Çanakkale ili hava kalitesine kümülatif etkisi

    EZGİ AKYÜZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BURÇAK KAYNAK TEZEL

  4. Tez No

    863815

    Ülkemiz yerli enerji kaynaklarının yeni teknolojilerle değerlendirilmesi sonucunda oluşacak sera gazı azaltım potansiyelinin belirlenmesi ve maliyet analizleri

    Determination of greenhouse gas mitigation potential resulting from the utilization of our country's domestic energy resources with new technologies and cost analysis

    ECE GİZEM ÇAKMAK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HASAN CAN OKUTAN

  5. Tez No

    593837

    Türkiye'deki linyit kaynaklı elektrik üretim santralleri üzerine performans tabanlı düzenleme uygulaması

    Performance-based regulation implementation based on lignite fired power plant in Turkey

    MÜGE DÖNMEZÇELİK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    EkonometriAnkara Hacı Bayram Veli Üniversitesi

    Ekonometri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MURAT ATAN

Geri Dön