Zonguldak-Çatalağzı Termik Santralı katı fosil yakıtı öğütme kinetiğinin araştırılması
The investigation of grinding kinetics of Zonguldak-Catalagzi Power Plant solid fossil fuel
Yazar: SELÇUK SAMANLI
Danışman: PROF. DR. YAŞAR UÇBAŞ ; YRD. DOÇ. DR. DİLEK ÇUHADAROĞLU
Zonguldak Karaelmas Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Bölümü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Benzetim = Simulation ; Bilyalı değirmen = Ball mill ; Enerji tüketimi = Energy consumption ; Öğütme = Grinding ; Öğütülebilirlik = Grindability

Özet:
Bu çalışmada, Çatalağzı Termik Santralı'ndan (ÇATES) alınan, Kozlu, Üzülmez ve Çatalağzı lavvarlarından ve özel sahalardan temin edilen kül oranı yüksek yıkama artıklarının, istenilen kül ve kalori değerini karşılayacak şekilde harmanlanmasından oluşan katı fosil yakıt kullanılmıştır. Malzemenin tamamı 3350 µm boyutu altına konik kırıcı ile kontrollü olarak kırılmıştır. Homojen olmayan yapının ortaya konulabilmesi için yıkama testleri yapılmıştır. Yüksek küllü şist ağırlıklı yapı içinde yer alan nispeten düşük küllü kömür-taş karışımından oluşan bir katı fosil yakıt olduğu belirlenmiştir. Laboratuvarda yapılan kısa analiz deneyleri sonrasında malzemenin kuru bazda %47,58 kül ve 3825 Kkal/kg üst ısıl değer ve piknometre ile yapılan yoğunluk belirleme testleri sonucunda da 1,8 gr/cm3 yoğunluğa sahip olduğu belirlenmiştir. ÇATES numunesinin Bond iş indeksinin 16,93 kWs/t ve Hardgrove indeksinin de 77,45 olduğu belirlenmiştir.ÇATES numunesi elenerek -3350+2360 µm, -2360+1700 µm, -1180+850 µm, -425+300 µm, -212+150 µm dar tane boyut gruplarında sınıflandırılmıştır. Tamamı 3350 µm olan malzeme ve dar tane boyut gruplarında hazırlanmış olan malzemeler, laboratuvar ölçekli dikey pinli karıştırmalı değirmen ve bilyalı değirmen ile öğütülmüşlerdir. Karıştırmalı değirmen çalışmalarında 6 mm bilya çapı ve 360 dev/dk karıştırma hızının ideal olduğu belirlenmiştir. İdeal şartlarda yapılan çalışmalarda, -425+300 µm ve -212+150 µm dar tane boyut gruplarında birinci derece kırılma davranışı, diğer dar tane boyut gruplarında ise doğrusal olmayan kırılma davranışı elde edilmiştir. Karıştırmalı değirmende özgül kırılma hızı 425 µm tane boyutunda maksimuma ulaşmıştır. Bilyalı değirmende ise birinci derece kırılma davranışı -1180+850 ?m, -425+300 ?m ve -212+150 ?m dar tane boyut gruplarında gerçekleşmiştir. Diğer dar tane boyut gruplarında ise doğrusal kırılma davranışından uzaklaşılmıştır. Bilyalı değirmende özgül kırılma hızı 2360 µm tane boyutunda maksimuma ulaşmıştır. Karıştırmalı değirmende ve bilyalı değirmende kırılma dağılım parametreleri normalize edilememiş ve malzemenin başlangıç boyutlarına bağlı olduğu belirlenmiştir.3350 ?m (d80?2100 ?m) altında olan ÇATES numunesinin, karıştırmalı değirmende 0,25 dk, 0,50 dk, 1 dk ve 4 dk öğütülmesi ile elde edilen d80 boyutları sırasıyla 190 ?m, 102 ?m, 78 ?m ve 28 ?m olarak belirlenmiştir. Aynı numune, bilyalı değirmende 1 dk, 4 dk, 8 dk, 12 dk ve 24 dk öğütülmüştür. Sonuçta, elde edilen d80 boyutları sırasıyla 1802 ?m, 1130 ?m, 324 ?m, 167 ?m ve 81 ?m olarak belirlenmiştir. Karıştırmalı değirmende d80?78 ?m'ye 1 dk öğütme süresi sonunda 10,53 kWs/t enerji harcanarak, bilyalı değirmende ise d80?81 ?m'ye 24 dk öğütme süresi sonunda 72,73 kWs/t enerji harcanarak ulaşılmıştır. Karıştırmalı değirmende, bilyalı değirmenden daha ince ürün çok daha ekonomik elde edilmiştir. Öğütme ürünleri JKSimMet simulasyon programı yardımıyla simule edilmiştir. Bilyalı değirmenin öğütme ürünlerinde, deneysel sonuçlar ile simulasyon sonuçları oldukça iyi benzeşim göstermiştir. Karıştırmalı değirmende ise deneysel sonuçlar ile simulasyon eğrilerinin çok uyumlu olmadıkları görülmüştür. Sunulan deneysel çalışma sonuçları, karıştırmalı değirmenin mikronize öğütmede diğer konvansiyonel değirmenlere üstünlük sağlayacağını ortaya koymuştur.

Abstract:
In this study solid fossil fuel taken from Catalagzi Power Plant (CATES) and formed by blending of high-ash wastes of Kozlu, Uzulmez, Catalagzi washeries and private fields to meet desired ash and calorific value were used. The whole sample was crushed to 3350 µm below by a cone crusher. Washing tests were done to show heterogeneous structure. It was determined that the solid fossil fuel is composed of low-ash coal-rock mixture within high-ash shale. After proximate analysis it was determined that the sample has an ash of 47.58% (dry basis) and a maximum calorific value of 3825 Kcal/kg and also it was determined by a picnometer that the sample has a density of 1.8 g/cm3.As a result of tests performed in Bond ball mill and Hardgrove device to determine the grindability characteristics of CATES sample it was found that Bond Work Index and Hardgrove index were 16.93 kWh/t and 77.45, respectively. CATES sample was dry screened and classified in narrow size groups of -3350+2360 µm, -2360+1700 µm, -1180+850 µm, -425+300 µm and -212+150 µm. The sample was exposed to grinding tests in a laboratory scale vertical pinned stirred mill and ball mill. After grinding tests in stirred mill 6 mm ball diameter and 360 rev/min stirring speed was found to be ideal in the determination of breakage behavior. In studies performed at ideal conditions first degree breakage behavior was obtained for 425+300 µm and -212+150 µm size groups and a nonlinear breakage behavior was obtained for the others. Specific rate of breakage was reached to the maximum in 425 µm particle size in the stirred mill and then it started to decrease. In ball mill first degree breakage behavior was realized in -1180+850 ?m, -425+300 ?m and -212+150 ?m size groups. For other narrow size groups, however, as in ball mill, linear breakage behavior was totally diminished. Specific rate of breakage was reached to the maximum in 2360 µm particle size in ball mill and then it started to decrease. Breakage distribution parameters for both stirred and ball mill couldn?t be normalized and it was determined that these parameters depends on the initial size of material.d80 values obtained by grinding of CATES sample all was -3350 µm (d80?2100 µm) for 0.25, 0.50, 1 and 4 minutes were determined as 190 ?m, 102 ?m, 78 ?m and 28 ?m, respectively. Same sample was ground in ball mill for 1, 4, 8, 12 and 24 minutes. Obtained d80 values were 1802 ?m, 1130 ?m, 324 ?m, 167 ?m and 81 ?m. d80?78 µm was reached after by energy consumption of 10.53 kWh/t for 1 minute of grinding period for stirred mill, and d80?81 µm was reached by energy consumption of 72.73 kWh/t for 24 minutes of grinding period for ball mill. These results showed that the stirred mill is superior to ball mill revealing shorter grinding period and lower energy consumption. In addition, grinding products were simulated by JKSimMet simulation software. A very good match was obtained between experimental and simulation results for ball mill products. Since the model used in simulation was developed for ball mills experimental results and simulation curves for the stirred mill didn?t reveal a nice fit. The results of the experimental work presented in this study displayed that the stirred mill is superior to other conventional mills in micronized grinding.