Reducing fossil fuel consumption in cement industry: Modeling of gas emissions and innovative solar calciner approach
Çimento endüstrisinde fosil yakıt tüketiminin azaltılması: Gaz emisyonlarının modellenmesi ve yenilikçi solar kalsinatör yaklaşımı
- Tez No: 911500
- Danışmanlar: PROF. DR. HASAN SADIKOĞLU, DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜN YÜCEL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 116
Özet
Bölüm 1, çimento kalsinatöründeki alternatif ve fosil yakıtların emisyonlarını değerlendirmek için NASA-CEA ve Chemkin-Pro simülasyonlarını önermektedir. Mevcut sistemde, çimento fabrikasının kalsinatöründen ölçümler alındı ve bu veriler NASA-CEA ve Chemkin-Pro simülasyonları kullanılarak doğrulandı. Mevcut sisteme ek olarak, kalsinatör ve ana brülöre beslenen alternatif yakıtlar(atıktan türetilmiş yakıt, lastikten türetilmiş yakıt, atık yağ) ve fosil yakıtların (petkok, linyit) oranlarını değiştirerek 15 senaryo geliştirdik.Nihai ve yakın analiz sonuçlarına dayanarak, yakıtların adyabatik alev sıcaklıklarını ve yanma gazı bileşimini hacim yüzdesi olarak hesaplandı. Mevcut sisteme en yakın kalorifik değere sahip alternatif modeller seçildi (Senaryo 1, Senaryo 2, Senaryo 5, Senaryo 12 ve Senaryo 13) ve CO2, NOx, SOx ve H2O (nem) gibi emisyonlar karşılaştırıldı, yakıt türlerine göre enjeksiyon noktaları belirlendi ve literatürle doğrulandı. Bölüm 2, geleneksel çimento üretim sürecinin hibrit bir modda işletilmesini önerilmektedir. Önerilen sistem, konvansiyonel üretimden ön ısıtma, kalsinasyon ve döner fırın süreçlerini korudu ancak kalsinasyon sürecini gerçekleştirmek için bir güneş kalsinatörünü bir güneş enerjisi santrali ile entegre edildi. Farklı senaryolar altında, Türkiye'nin farklı illerindeki yıllık doğrudan normal radyasyon (DNI) dağılımını dikkate alarak CO2 emisyonları hesaplandı ve CO2 azaltma potansiyelini değerlendirildi. %100 güneş enerjili bir kalsinatör kullanılması, CO2 emisyonlarını %20'ye kadar azaltırken, alternatif yakıtların kullanımının artırılması CO2 azaltımlarını %16'dan %24'e kadar çıkarmaktadır. Mersin ve Şanlıurfa, solar kalsinatörler için en etkili sonuçları sunarak daha yüksek CO₂ azaltımları (yüzde 24'e kadar) elde etti. Heliostat sayılarını optimize etmenin sistem performansını artırdığını ve çimento üretiminde CO2 emisyonlarını azalttığı kanıtlanmıştır.
Özet (Çeviri)
Chapter 1 proposes NASA CEA and Chemkin-Pro simulations to evaluate emissions from alternative and fossil fuels in the cement calciner. In the existing system, we measured emissions from the cement calciner and verified these data using NASA-CEA and Chemkin-Pro simulations. We developed 15 scenarios in addition to the existing system by varying the ratios of alternative fuels and fossil fuels (petcoke, lignite) fed by the calciner and main burner. Based on the ultimate and proximate analysis results, we calculated the adiabatic flame temperatures of the fuels and the combustion gas composition as a volume percentage. Alternative models with the closest calorific value to the existing system selected (Scenario 1, Scenario 2, Scenario 5, Scenario 12, and Scenario 13) and emissions such as CO2, NOx, SOx, and H2O (moisture) compared, injection points determined according to fuel types and verified with literature. Chapter 2 proposes operating the conventional cement production process in a hybrid mode. The proposed system preserved the preheating, calcination, and rotary kiln processes from conventional production but integrated a solar calciner with a solar power plant to carry out the calcination process. We calculated CO2 emissions in various scenarios, considering the annual direct normal radiation (DNI) distribution in different provinces of Turkey, to assess the potential for CO2 reduction. Using a 100% solar-powered calciner reduced CO2 emissions by up to 20%, while increasing the use of alternative fuels results in CO2 reductions ranging from 16% to 24%. Mersin and Şanlıurfa offer the most effective results for solar calciners, achieving higher CO2 reductions (up to 24%). We have proven that optimizing heliostat numbers enhances system performance and reduces CO2 emissions in cement production.
Benzer Tezler
- Dünya ve Türkiye'deki çimento endüstrisinin CO2 emisyonunu azaltmayöntemlerinin karşılaştırılması
Comparison of CO2 emission reduction methods of the cement industry in the world and Türkiye
FATMA DİKÇAL AKARSU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Tıbbi Ekoloji ve Klimatolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiAfet ve Acil Durum Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DİDEM SALOĞLU DERTLİ
- Farklı atık tiplerinin klinker fazları ve dayanımı üzerine etkileri
Klinker phases of different waste types and its effects on strength
PERİHAN ARSEVEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiAfyon Kocatepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELTEM DİLEK
- Investigation of the effects of commercial polymer additives on zeolite filled recycled polypropylene composites
Ticari polimerik katkıların zeolit dolgulu geri dönüşüm polipropilen kompozit üzerindeki etkilerinin incelenmesi
HANİFİ AKYURT
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURSELİ UYANIK
- Farklı katı yakıt türlerinin üst ısıl değerlerinin çoklu lineer regresyon, karar ağacı, random forest ve yapay sinir ağları yöntemleriyle belirlenmesi
Prediction of calorific value of solid fuel by multiple linear regression, decision tree, random forest and artificial neural network
KAAN BÜYÜKKANBER
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANZADE AÇMA
- Eğitim yapılarında pasif sistemlerle güneş enerjisinden yararlanılmasına yönelik bir yaklaşım
An approach utilizing solar energy through passive systems in educational buildings
ÖZLEM ZEYBEK
Doktora
Türkçe
2024
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜLTEN MANİOĞLU
PROF. DR. GÜL KOÇLAR ORAL