Yatağan linyitinin akışkan yatakta kurutulmasının incelenmesi
Investigation of drying of Yatagan lignite in fluidized bed
Yazar: MUSTAFA TAHİR AKKOYUNLU
Danışman: PROF. DR. AHMET DAĞDAŞ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Linyit kömürü = Lignite coal

Özet:
Nufusun ve enerji talebinin sürekli arttığı dünyamızda kaynakların önemi de sürekli artmaktadır. Özellikle ülkelerin sahip olduğu yerli kaynaklar ile ihtiyaçlarını karşılama durumları zorunlu hale gelmiştir. Artan enerji maliyetleri, çevresel problemler ve enerji güvenilirliği konusunda yaşanan problemler ülkeleri kendi enerji ihtiyaçlarını karşılama ve kaynaklarını daha verimli kullanmaya yöneltmiştir.
Dünyada birçok ülkede bulunması yönüyle de linyitler ilgi odağı haline gelmiştir. Özellikle artan enerji taleplerinin karşılanmasında, düşük kaliteli linyitlerin kullanılması hedeflenmektedir. Bu hedef literatürede yansımış ve son yıllarda linyit üzerine birçok çalışma yapılmıştır. Bu çalışmalar linyitlerin kurutulması, gazlaştırılması, sıvılaştırılması ve yanma problemlerinin minimize edilmesi üzerine yoğunlaşmıştır.
Türkiye'de kömür kurutma üzerine yapılan çalışmalar çok az olmakla birlikte, özelikle akışkan yatakta kömür kurutma çalışması yok denecek kadar azdır. Linyitlerimizin büyük bir kısımının düşük ısıl değere sahip olduğu ve artan enerji talebimiz düşünüldüğünde bu çalışma alanı daha da önemli bir hal almaktadır.
Bu tezin amacı, yerli linyitlerimizden olan Yatağan linyitinin akışkan yatakta kurutulmasının modellenmesi ile deneysel çalışmalarla doğrulanmasıdır. Bu amaçla akışkan yataklı kömür kurutucu imal edilmiş ve deneyler yapılmıştır. Deneylerde birçok parametre denenmiş ve kurutma karakteristikleri elde edilmiştir. Deneylerde kurutma sıcaklığı, hava hızı, kömür boyutu, kömür boyut dağılımı, kömür yatak yüksekliği ve yatak içi ısıtıcıların etkisi analizleri yapılmıştır. Literatürde akışkan yatak uygulamaları 0-6 mm hatta 0-4 mm ve altı kömürlere daha çok uygulanmışken bu çalışmada 0-10 mm ve altı kömürlerin akışkanlaştırma çalışmaları yapılmıştır. Burada amaç, deney sonuçlarının santral ölçekli kurutma işlemleri için kaynak oluşturmasıdır. Deneyler; kurutma sıcaklığı 50-65-80 oC, kömür boyutu (0-10 000), (0-5350) ve (0-2525) mikron ve yatak yüksekliği 100-150-200 mm olacak şekilde gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, akışkanlaşma hızlarının altında ve üstünde olacak şekilde değişik hızlar için çalışmalar yapılmıştır. İncelenen önemli bir parametre de yatak içi ısıtıcılardır. Isıtıcılar yokken, var ama aktif değilken ve aktif olacak şekilde deneyler yapılmıştır.
Çalışma sonucunda artan kurutma hızları ve kurutma sıcaklıklarında, kurutmanın hızlandığı görülmüştür. Ayrıca kömür boyut dağılımlarındaki artış ile kurutmanın hızlandığı görülmüştür. Kömür boyutu artırıldığında akışkanlaşma hızları da artmıştır. Böylece hız etkisi boyut etkisinden daha fazla etkin hale gelmiş ve kurutma hızlanmıştır. Artan yatak yüksekliklerinin kurutmayı olumsuz etkilediği görülmüştür. Yatak içi ısıtıcıların kurutma sistemine olumlu katkısı olduğuda görülmüştür. Isıtıcılar çalışmasa bile, kurutmanın hızlanmasına sebep olmuştur. Isıtıcıların artan sıcaklıkları da kurutmayı olumlu etkilemiştir.
Çalışmanın önemli bir aşaması da kurutmanın modellenmesidir. Bunun için kurutma modelleri ayrıntılı irdelenerek uygun model için gerekli çalışmalar yapılmıştır. Süreksiz rejim kurutma teorisi uygulanarak kurutma modellenmiştir. Model çalışması sonucunda model ile deney sonuçları arasındaki sapmaların % 15 - % 32 arasında değiştiği görülmüştür.

Abstract:
The expantion of world population and energy demand causes the increment of resources importance. The countries should use their local resources for their needs. The countries should use their local resources more efficient because of rising energy cost-reliability and environmental problems.
Due to easy attainability, lignites are remarkable for all countries. Especially to meet rising demand of energy, low rank quality lignites are mostly preferred. Because of this rising interest, there are many studies on lignites last decade. The studies include drying of lignite, gasification, fluidization and minimization of combustion problems.
Studies on drying of Turkish lignite are insufficient but the fluidization studies on Turkish lignite is even less. The drying of low quality Turkish lignite topic is quite important because of rising energy demands.
The aim of this study is fluidization of Yatağan lignite which is a local resource. Therefore, fluidizied bed dryer is built, and experimental studies are performed. Many parameters are examined, and drying characteristic is described. During the experiments effects of drying air temperature, drying air velocity, coal particle size, coal particle size distribution, bed height and inner heaters in fluidized bed are investigated. Although former studies are mostly include 0-6 mm or 0-4 mm coal size, in this study 0-10 mm coal size is investigated. The main idea of the research is to produce resources for drying processes in power plants. Experiments are observed at 50-65-80 oC drying temperature, (0-10 000), (0-5350) and (0-2525) micron coal size and 100-150-200 mm bed height. Also various drying air velocity (lower and higher conditions of fluidization level) are experimented. Another important parameter is heaters inside the fluidized bed. Experiments are performed as "with heaters on", "with heaters off" and "without heaters".
During the experiments, increasing drying air velocity and drying temperature are affected positively and drying rate is rised. Also the same effect is observed with coal particle size parameter. Increasing coal size leads to increasing fluidization air velocity. Therefore, the effect of drying air velocity becomes more effective than the effect of coal size. On the other hand, increasing bed height affects drying rate negatively. Also the heaters in the fluidized bed are affected positively. Even the heaters are off, the rate of drying increases. When the temperature level of heaters inside the fluidized bed increases, the rate of drying increases.
Another step of the study is modelling of drying. To obtain suitable model for drying process, many former models are investigated. Unsteady state heat transfer theory is used to model drying. The results of the applied model and the results of the experiments are compared. Failure rates are obtained between 15% and 32%.