Kentsel katı atıkların termal işlenmesinin enerji optimizasyonu
Energy optimization of thermal treatment of municipal solid waste
Yazar: FİKRET POLAT
Danışman: DOÇ. DR. ETHEM TOKLU
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Kentsel katı atık içeriği bölgeden bölgeye, ülkeden ülkeye, ilden ile hatta aynı il için yıldan yıla göre bile değişiklik gösterdiği için, literatürde farklı menülerde hazırlanmış kentsel katı atığın pirolizine ait veri bulunmamaktadır. Bu çalışmada kentsel katı atıklardan enerji üretim teknolojileri hakkında detaylı literatür taraması yapılmış, sıcaklığın termal bertaraf yöntemlerinden piroliz işleminin sonucunda elde edilecek son ürün miktarlarına ve özellikle metan gazı miktarına olan etkisini araştırmak üzere deneyler yapılmıştır. Ayrıca döner fırın piroliz reaktörü nümerik olarak modellenmiş, kütle, enerji, momentum ve ısı transferi denklemleri türetilmiştir. Aynı zamanda üç farklı çap/boy oranında tasarlanan piroliz reaktörü için sonlu elemanlar modeli oluşturulmuş, 2015 yılı Kocaeli ili çevre durum raporundan alınan verilerle giriş sıcaklığı, partikül boyutu ve dönme hızlarında farklı değerler denenerek toplamda 81 adet hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi yapılmıştır. Maksimum metan gazı miktarının elde edildiği analiz şartlarına göre Kocaeli ilinin kentsel katı atıklardan elde edilebilecek enerji potansiyeli hesaplanmıştır. Metan miktarı açısından sonlu elemanlar analizi ile deneysel verilerin birbiriyle örtüştüğü ve buna bağlı olarak da Kocaeli ilindeki kentsel katı atıkların piroliz işlemine tabi tutulmaları halinde meydana gelecek gaz ürünlerden sadece metan gazının değerlendirildiğinde bile üretilebilecek yıllık elektrik enerjisinin yaklaşık 156 GWh olduğu hesaplanmıştır.

Abstract:
Since the content of municipal solid waste (MSW) varies from region to region, from country to country, from province to province, data on pyrolysis of the municipal solid waste prepared in different menus are not available in the literature. In this study, detailed literature search on energy production technologies from municipal solid wastes was carried out. Experiments have been carried out to investigate the effect of temperature on final product yield and methane gas yield in particular. In addition, rotary kiln pyrolysis reactor is numerically modeled, and mass, energy, momentum and heat transfer equations are derived. At the same time, a finite element model was constructed for a pyrolysis reactor designed at three different diameter / aspect ratios. A total of 81 computational fluids dynamics analyzes were carried out by using different values for inlet temperature, particle size and rotation speed with data from Kocaeli province environmental situation report' 2015. According to the analysis conditions, where the maximum methane gas yield is obtained, the energy potential that can be obtained from the municipal solid wastes of Kocaeli province was calculated. It has been observed that the experimental data overlaps with the finite elements analysis in terms of methane yield. Accordingly, it has been calculated that the annual electric energy that can be produced from the methane gas is about 156 GWh when the municipal solid wastes pyrolyzed.