Kabarcıklı akışkan yataklı bir multi jenerasyon santralinin sanayide uygulanması ve termodinamik analizinin yapılması
Thermodynamic analysis of a bubbling fluidized bed multi generation plant for industrial applications
Yazar: DUYGU GÜNDÜZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. İBRAHİM ATILGAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Bileşik ısı güç santrali = Combined heat power plant ; Biyokütle enerjisi = Biomass energy ; Kömür kazanları = Coal boilers ; Kömür yanması = Coal combustion ; Linyit kömürü = Lignite coal

Özet:
Enerji teminindeki çeşitli zorluklar ve petrol fiyatlarındaki aşırı artışlar, enerjisinin yaklaşık  % 70?ini ithal eden ve düşük kaliteli linyitler bakımından göreceli zengin olan Türkiye?ye, enerji ve çevre politikalarının oluşturulmasında bu kaynaklardan olabildiğince yararlanmayı zorunlu kılmaktadır. Aynı zamanda, bu tür düşük kaliteli linyitlerin biokütle ile birlikte aynı anda yakılması, gelecekte biokütle enerjisinden büyük ölçüde faydalanmada çok iyi bir potansiyel ortaya koyacaktır. Bu çalışmanın amacı, çeşitli sanayi sektörlerinde çalışabilecek düşük kaliteli linyit yakıtı ve günümüz Türkiye?sinde kullanılan başlıca 8 tür biokütlenin kullanıldığı 6,5 MWe kurulu güçte,  2,5 t/h proses buhar üreten ve 7,5 MW termik güçte sıcak su ısıtıcısından oluşan bir bileşik ısı ? güç santralinin tasarımlanmasıdır. Tasarımlanan santralde, paket programı vasıtasıyla modelleme ve simülasyon çalışmalarının ardından kapsamlı enerji ve ekserji analizleri yapılarak, santralde enerji ve çevresel performansın iyileştirilmesine yönelik araştırmalar gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada, biokütle ve linyitin aynı anda yakılmasına dayanan bir bileşik ısı ? güç sistemine, biokütlenin sistem performansına ve gaz emisyonlarına (CO2 ve SO2) olan etkisini incelemek amacıyla enerji ve ekserji analizleri yapılmıştır. Yapılan analizde, ısı ? güç üretim sistemi olarak kabarcıklı akışkan yataklı buhar kazanı sistemi düşünülmüştür. Öte yandan sekiz adet biokütle (mısır koçanı, orman atıkları, fındık kabuğu, zeytin çekirdeği, fıstık kabuğu, pirinç kılıfı, atık kağıtlar ve şeker kamışı) ve düşük kaliteli Kangal linyiti seçilmiştir.  Biokütlenin karışım oranı %10 olarak alınmıştır. Sonuçta; çevrimin ekserji yıkımının, birlikte yakma ile azaldığı görülmüştür. En düşük ekserji yıkımı Kangal linyiti ile fıstık kabuğu ve Kangal linyiti ile fındık kabuğu birlikte  yakıldığında görülmektedir. Ekserji verimi, seçilen biokütle çeşitlerinin özgül özelliklerine bağlıdır. Ayrıca linyit biokütle karışımının birlikte yakılması halinde gaz emisyonlarında da azalma olmuştur. Aynı zamanda sonuçlar; toplam santral ekserji kaybının % 90?ının kazanda oluştuğunu ve  kayıpların enerji analizlerinin aksine,  % 2,41 ekserji kaybının oluştuğu soğutma sisteminde değil, kazanda olduğunu göstermiştir. Düşük kaliteli yerli linyit yakan santrallerde, yakıt ekserjilerinin ve bileşik ısı ? güç santrali ekserji verimlerinin, yakıt alt ısıl değerinin ve santral enerji verimlerinin yardımı ile doğrudan yaklaşık olarak belirlenmesi için belli katsayılar belirlenmiştir. Böylelikle karmaşık ekserji analizlerinin, yaklaşık da olsa, uygulayıcı mühendisler tarafından kolayca kullanılması olanağı sağlanmıştır.

Abstract:
Politic restrictions in energy assurance and extreme increase in petroleum prices have directed Turkey towards energy and environment legislation to maximize the utilization of low grade local lignites, in which the country is relatively rich. Biomass co-firing with coal exhibits great potential for large scale utilization of biomass energy in the near future. The object of this study is to design a 6,5 MWe, 2,5 t/h proses steam and 7,5 MWt district heating capacity multi-energy generation power plant for operating with low grade lignite, Kangal, and eight different types of biomass of Turkey and implementing of the various R&D studies. After modeling and simulation of the designed power plant, comprehensive energy and exergy analyses have been carried out in order to improve its energy and environmental performance. In the present work, energy and exergy analyses are carried out for a co-firing based multi energy generation power plant system to investigate the impacts of biomass co-firing on system performance and gaseous emissions of CO2 and SO2. The power generation system considered is a typical bubling fluidized bed coal-fired steam cycle system, while eight biomass fuels (corn cobs, forest resedulas, hazalnut shells, olive pits, pistachio shells, rice husk, waste papers and bigasse) and one coal (Kangal lignite) are chosen for the analysis. System performance is evaluated in terms of important performance parameters for 10% of fuel at different cofiring conditions are considered. The results indicate that plant exergy distruction decrease with biomass proportion in the fuel mixture. As shwon from results, the lowest exergy distruction is in case of Kangal and pistachio shells and Kangal and hazalnut shells. The extent of decrease in exergy distruction depends on specific properties of the chosen biomass types. The results also show that the fraction of biomass significantly reduces the net CO2 and SO emissions for all types of selected biomass. Also as shown from the results that the exergy analyses have demonstrated that 90% of the total exergy loss of the power plant occurs in the boiler, and unlike energy analyses, actual energy efficiency must be in the boiler, not in the cooling system where only 2.41% of the total exergy loss occurs. Certain coefficients have been calculated for power plants fired with low grade local lignites, in order to determine directly the approximate fuels exergies and power plants exergy efficiencies with the help of the lower and higher heating values of the fuels and power plant energy efficiencies. Therefore, an approximate but highly practical tool has been obtained for reoffering the complicated exergy analyses by engineers.