Düşük kaliteli tek kömür tanesinin buhar ve hava ile kurutulmasının deneysel incelenmesi ve modellenmesi
Experimental investigation and modelling of single particle of low rank coal dried in superheated steam and hot air
Yazar: PINAR CELEN
Danışman: DOÇ. DR. HASAN HÜSEYİN ERDEM
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Türkiye'deki kömür kaynaklarının büyük kısmını düşük kalorili ve yüksek nem içeriğine sahip linyitler oluşturmaktadır. Özellikle termik santrallerde kullanılan bu linyitlerin kurutulması, hem santralde oluşan sorunların çözülmesi hem de santralde enerji veriminin arttırılması açısından büyük öneme sahiptir. Ancak kurutma tekniğinin ve kurutucu akışkanın doğru belirlenmesi durumunda beklenen bu faydalar elde edilebilecektir. Ayrıca kurutmaya etki eden tane boyutunun santraldeki sorunların çözümüne yardımcı olacak şekilde seçilmesi gerekmektedir. Bu nedenle uygun tane boyutlarında ve farklı kurutma ortamlarında düşük kaliteli enerji ile kömürün kurutulmasının modellenmesi doğru sistem tasarımı, ekonomik kurutma ve sistemin entagrasyonu için gereklidir. Bu tez çalışması kapsamında iki farklı kurutma ortamında linyit kurutma deneyleri yapılmıştır. 20 mm, 30 mm, 40 mm ve 50 mm çapındaki küresel numuneler alçak basınçlı kızgın buhar ve sıcak hava ile kurutulmuştur. Yüzey sıcaklığı, numune kütlesi ve kurutma hızının zamanla  değişimleri göz önüne alınarak kurutma işlemleri periyotlara ayrılmıştır. Kurutma süresinin belirlenmesi için önemli olan ilk kurutma periyotları üzerinde durularak çapa göre değişimleri incelenmiştir. Hem sıcak hava ile kurutmada hem de kızgın buharla kurutmada küçük çaplı numunelerde kurutma hızının daha yüksek olduğu görülmüştür. Ön ısıtma, yoğuşma ve ilk buharlaşma periyotlarında kurutma hızının kızgın buharla kurutmada, sonraki periyotlarda ise sıcak hava ile kurutmada daha yüksek olduğu görülmüştür. Linyitlerin kurutma esnasında her periyot için ayrı ayrı anlık sıcaklık ve nem değerlerinin hesaplanabileceği matematiksel modeller oluşturulmuştur. Bulunan matemetiksel model deneysel datalarla karşılaştırılıp doğrulanmıştır. Yapılan bu çalışma kurutma ortamlarının kurutma hızı, sıcaklık dağılımı ve kurutma periyotları arasındaki farkları net olarak ortaya koymuştur. Herbir akışkan için her bir periyodun modellerinin elde edilmesi kurutma sistemlerinin tasarlanmasında büyük fayda sağlayacaktır. Santrallerde değirmen öncesinde kömür kurutma sisteminin entegrasyonun önünü açacaktır.

Abstract:
Most of the coal in Turkey have low calorific value and high moisture content. Especially drying of these lignites used in thermal power plants is of great importance both in terms of problems in the power plant and in terms of energy efficiency of the power plant. İf the drying technique and the drying fluid are correctly determined, these expected benefits can be achieved. In addition, the particle size affecting the drying should be selected to help solve problems in the plant. Therefore, it is necessary to model the drying of coal with low quality energy in the appropriate particle sizes and different drying environments for the correct system design, economical drying and entaration of the system. In this thesis, lignite drying experiments were carried out in two different drying environments. Spherical samples of 20 mm, 30 mm, 40 mm and 50 mm diameter were dried with low pressure superheated steam and hot air. Considering the changes in surface temperature, sample mass and drying rate over time, drying processes are divided into periods. The first drying periods, which are important for determining the drying time, were examined with respect to the changes in diameter.
Both the hot air drying and superheated steam drying showed higher drying speed in the smaller samples. Both hot air drying and hot steam drying have shown a higher drying rate in small-diameter samples. In preheating, condensation and first evaporation periods, the drying rate was higher in superheated steam drying and in the following periods it was higher in hot air drying. Mathematical models have been developed in which the instantaneous temperature and humidity values of lignites can be calculated separately for each period during drying. The mathematical model was compared with the experimental data and verified. In this study, the effects of drying environments on drying speed, temperature distribution and drying periods are observed. Obtaining models of each period for each fluid will be of great benefit in designing drying systems. It will pave the way for the integration of coal drying system before the mill in the plants.