Konya-Ilgın linyitinin kurutma karakteristiğinin belirlenmesi
Determination of drying characteristic of Konya-Ilgın lignite
Yazar: ŞABAN PUSAT
Danışman: DOÇ. DR. HASAN HÜSEYİN ERDEM
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Enerji = Energy ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Linyit kömürü = Lignite coal

Özet:
Dünyadaki linyit ile ilgili son gelişmelere bakıldığında, kömürün gazlaştırılması, sıvılaştırılması ve düşük kaliteli kömürlerin kurutulması konuları hala güncelliğini korumaktadır. Literatüre bakıldığında, yapılan çalışmaların temel amacının linyit kaynaklarının daha verimli kullanılabilmesini sağlamak olduğu görülmektedir.
Enerjide büyük oranda dışa bağımlı olan Türkiye'nin en önemli yerli enerji kaynağı olan linyitlerin verimli bir şekilde kullanılması çok önemlidir. Ayrıca, cari açıktaki enerji payının büyüklüğü, enerji fiyatlarındaki uluslararası dalgalanmalar, enerji arz güvenliği gibi ülkelerin enerji stratejilerindeki etkin parametreler nedeni ile de yerli enerji kaynaklarına olan ilgi artmaktadır. Yüksek nemli yerli kömürlerin gerek ısıtma amacıyla gerekse de elektrik üretimi amacıyla kullanılması durumunda verim, işletme güçlüğü ve emisyon sorunları görülmektedir. Bunların başlıca sebebi ise kömürün yakılması ile elde edilen enerjinin önemli bir kısmının kömür içerisindeki nemin buharlaştırılması amacıyla harcanmasıdır. Ancak, bu kadar yüksek öneme sahip olan yerli linyitlerin kalitesinin artırılması ve kullanım yerlerinde oluşan işletme problemlerinin kök nedeni olan yüksek neminin giderilmesi ile ilgili gerekli çalışmalar neredeyse hiç yapılmamıştır. Linyitleri kurutma amacı ile yapılan çalışmalara bakıldığında, akışkan yatak teknolojisi üzerinde büyük bir yoğunlaşma olduğu görülmektedir. Ancak, kurutmaya etki eden parametrelerin çokluğu, enerji tüketimleri, kömür tane boyutları, yüksek kapasitelerde kurutma talepleri ve kömür özelliklerinin farklılığı bu konudaki farklı kurutma teknolojilerinin de araştırılmasına yol açmıştır. Bu nedenle son yıllarda özellikle buharlı akışkan yatak teknolojisi üzerine çok sayıda çalışma yapılmıştır.
Türkiye'de kömür kurutma ile ilgili birkaç çalışma yapılmış olmakla birlikte uygulamaya dönük olarak herhangi bir çalışma bulunmamaktadır. En büyük yerli enerji kaynağı linyit olan Türkiye için bu konuda çalışma yapılmamış olması büyük bir eksikliktir.
Bu tezin temel amacı, ısıtma amacıyla kullanılan linyitlerin kurutularak yönetmeliklere uygun hale getirilmesi için gerekli deneysel ve teorik çalışmaların yapılmasıdır. Bu tez çalışması kapsamında, Konya-Ilgın linyitinin kurutma karakteristiği sabit yatak kurutucu deney seti kullanılarak belirlenmiştir. Deney seti ile kurutma prosesinde etkin parametreler olan kurutma sıcaklığı, kurutucu akışkan hızı, kömür yığın yüksekliği ve kömür tane boyutu için kurutma karakteristikleri elde edilmiştir. Literatürdeki çalışmalarda akışkan yataklı kurutmada kömür tane boyutları 0-6 mm aralığında iken, yaptığımız çalışmada, literatürden farklı olarak büyük taneli kömürlerle yapılmıştır. Bunun amacı, ısıtma amacı ile kullanılacak yerli kömürlerde torbalama için kömür tane boyutlarının standartlardaki büyük (18-150 mm) olması zorunluluğudur. Bu zorunluluk hem kurutma yöntemini hem de kurutmadaki kömür tane boyutunu etkilemektedir.  Deneyler 70, 100 ve 130 oC kurutma havası sıcaklığı, 0.4, 0.7 ve 1.1 m/s kurutma havası hızı, 80, 130 ve 150 mm kömür yüksekliği ve 20, 35 ve 50 mm kömür tane boyutu şartlarında yapılmıştır.
Tez çalışması bulgularına göre, kurutma havası sıcaklığı ve hızı ve kömür tane boyutu ve yüksekliği kurutma prosesini önemli ölçüde etkilemektedir. Kurutma süresi, kurutma havası sıcaklığı ve hızı arttıkça azalmakta, kömür tane boyutu ve yüksekliği arttıkça artmakta olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, Konya-Ilgın linyitinin sabit kurutma hızı aşamasına sahip olmadığı, sadece uzun ve azalan kurutma hızı aşamasına sahip olduğu tespit edilmiştir. Çalışmada elde edilen bulgular ile istenen son neme göre, kurutma süresi ve kurutucu boyut ve maliyetlerinin optimizasyonunun yapılabilmesi için gerekli alt yapı oluşturulmuştur.
Konya-Ilgın linyitinin kurutma karakteristiği belirlendikten sonra, uygun kurutucu ön tasarımı ile ilgili gerekli çalışmalar yapılmıştır. Kurutucu çıkışındaki kömür özelliklerinin yönetmelikle belirlenen şartlara uygun olabilmesi için birçok farklı şartta deneyler yapılmıştır. Bu deneylerin amacı ısıl değer, ufalanma oranı ve nem içeriği değerlerini istenen şartlara getirebilmektir. Tane boyutu büyük olduğu için en uygun kurutma yönteminin bantlı kurutma sistemi olduğu belirlenmiştir. Bu amaçla, bantlı kurutma sistemi için gerekli ön tasarım parametreleri belirlenmiştir.  Sonuç olarak, 1 ton/h kapasiteye sahip bantlı kurutma sisteminin ön tasarımı gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Gasification, liquifaction and drying of low rank coals are still up-to-date topics around the world. The main aim of the studies, concerning the literature, is to be able to utilize low rank coal sources more efficiently.
Turkey is a foreign-dependent country in energy sector. Therefore, utilizing of lignite sources, which is the most important local energy source of Turkey, efficiently is a very important topic for Turkey. Additionally, attention to the local energy sources has increased due to important parameters in energy strategies of countries such as share of energy import in total current deficit, international fluctuations in cost of energy, security of energy supply, etc. Problems in efficiency, operation and emissions are seen in utilization of high moisture content local coals in both electricity production and heating sectors. Main cause of the problems is to consume significant part of the energy for removal of moisture. However, there are hardly ever studies for increasing the quality of local lignites and removing of high moisture content which is the basic cause of operation problems. It can be seen that there is a high interest on fluidized bed technology in the literature. However, there are some other different technologies investigated due to numbers of effective parameters on drying process, energy consumptions, coal particle sizes, high capacity drying demands and differences in coal properties. Therefore, there are lots of studies on superheated steam fluidized bed technology in the recent years.
In Turkey, there is no any applicable study, although there are a few studies on coal drying. This is a significant deficiency for Turkey in which lignite is the most important local energy source.
The main aim of this thesis is to do necessary experimental and theoretical works to make suitable of liginites used in heating sector according to regulations. Drying characteristics of Konya-Ilgın lignite in a fixed bed dryer experimental set-up have been determined within the context of this thesis. Most effective parameters as drying temperature, drying fluid velocity, bed height and particle size, have been investigated by the experimental set-up. Drying experiments have been done with coarse lignite particles, which is different from most of the studies (0-6 mm) in the coal drying literature. This is due to the regulations which state that size of coal particles should be course (18-150 mm). This limitation affects the particle size and drying method. Drying experiments have been carried out at 70, 100 and 130 oC drying air temperatures, 0.4, 0.7 and 1.1 m/s drying air velocities, 80, 130 and 150 mm sample heights and 20, 35 and 50 mm sample sizes.
The results of this thesis show that drying air temperature and velocity, sample size and bed height all significantly influence the drying process. Drying time is reduced by increasing of the air temperature and velocity and decreasing of the particle size and bed height. Drying of Konya-Ilgın Lignite doesn't show a constant drying rate stage. It has long and falling drying rate stage. The necessary knowledge has been created to optimize dryer sizes and costs for preferred output moisture and necessary drying time by using the obtained results from this study.
The necessary studies have been carried out for appropriate dryer design after determination of drying characteristics of Konya-Ilgın lignite. Many different experimental conditions have been examined to achieve dryer output properties as in the regulations. The aim of these experiments is to obtain required heating value, fragmentation rate, and moisture content value. It is determined that the most appropriate drying method is band dryer due to the particle sizes. For this aim, required design parameters have been determined for band dryer system. As a result, pre-design of 1 ton/h capacity band dryer has been performed.