Akışkan yataklı bir sistemde gaz-katı dağılım karakterizasyonunun belirlenmesi
Determination of gas-solid distribution characterization in a fluidized bed system
Yazar: CENK CAMANAK
Danışman: DOÇ. DR. OĞUZHAN ERBAŞ
Kütahya Dumlupınar Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Dünyada ve Türkiye'de, giderek artan enerji tüketimi, enerji maliyeti ve çevre 
kirliliğinden dolayı, enerjinin verimli kullanılması, çevresel etkilerin en aza indirilmesi 
ve buna uygun sistemlerin geliştirilmesi her geçen gün daha büyük önem kazanmaktadır. 
Bu bağlamda, yeni bulunanlar ile birlikte, Türkiye'nin düşük kaliteli linyit rezervinin 
temiz ve verimli yakılarak, enerji gereksiniminin önemli bir bölümünün karşılanması 
büyük önem taşımaktadır. Akışkan yataklar, katı taneciklerin sıvı benzeri davranış 
sergilediği sistemlerdir. Bu sistemlerde, katı tanecikler gaz veya sıvı içinde hareket eder 
ve bu hareket, akışkan benzeri bir davranışa yol açar. Özellikle düşük kaliteli fosil veya 
fosil olmayan yakıtlar tam yanma koşullarına göre yüksek verimde yakılabildiği 
sistemlerdir. Burada yatak sıcaklığının 1000oC'nin altında tutulmasına bağlı olarak NOx
oluşumunun azalması ve uygun adsorbent ilavesi ile SO2'nin tutulması sonucu genelde 
baca gazı arıtma tesislerinin kurulmasına gerek kalmamaktadır. Türkiye'deki kömürün 
yüzde 7,3'ü taşkömürü, yüzde 92,7'si linyitten oluşmaktadır. 
Türkiye'nin 19,3 milyar ton linyit, 1,5 milyar ton civarında taşkömürü rezervi 
bulunmaktadır. Bunun yanında son yıllarda Türkiye'de de üretimi artan biokütle gibi 
organik kaynaklı yakıtlarda kullanılmaktadır. Akışkan yataklı sistemlerde yanma ve 
emisyon süreçleri, büyük ölçüde yatak hidrodinamiği tarafından şekillendirilir. Yatak 
hidrodinamiği, gaz ve katı fazlar arasındaki iki fazlı akışın etkileşimlerini açıklayan temel 
bir mekanizmadır. Bu çalışmada, bir akışkan yataktaki iki fazlı akışın hidrodinamik 
davranışı, ANSYS Fluent yazılımı kullanılarak sayısal olarak incelenmiştir. Tasarlanan
basit ve klasik akışkan yatak modelleri üzerinden çeşitli analizler gerçekleştirilmiş ve 
sistem detaylı şekilde ele alınmıştır. Gaz ve katı fazların akış döngüsü görselleştirilmiş, 
basınç konturları, kolondaki gaz hızı dağılımları ve katı hız dağılımları analiz edilmiştir. 
Ayrıca, sistem girişindeki hız ve basınç profilleri oluşturularak akışın genel 
karakteristikleri değerlendirilmiştir.

Abstract:
Due to increasing energy consumption, energy costs, and environmental 
pollution worldwide and in Turkey, the efficient use of energy, minimizing environmental 
impacts, and the development of appropriate systems are becoming increasingly 
important. In this context, clean and efficient combustion of Turkey's almost 22 billion 
tons of low-quality lignite reserves, along with newly discovered resources, is crucial for 
meeting a significant portion of the country's energy needs. Of Turkey's coal, 7.3% is 
hard coal, while 92.7% is lignite. Turkey has approximately 19.3 billion tons of lignite 
and 1.5 billion tons of hard coal reserves. Additionally, fuels from organic sources like 
biomass, whose production has increased in Turkey in recent years, are also being 
used.Fluidized beds are systems in which solid particles exhibit fluid-like behavior. In 
these systems, solid particles move within a gas or liquid, leading to behavior similar to 
that of a fluid. This technology is particularly effective for burning low-quality fossil or 
non-fossil fuels under complete combustion conditions. By maintaining bed temperatures 
at 800-900°C for coal or 400-500°C for non-fossil fuels like biomass, the formation of 
NOx is reduced, and SO₂ can be captured with the addition of suitable adsorbents. 
Consequently, the need for flue gas treatment facilities is often eliminated
In fluidized beds, combustion and emission behaviors are primarily determined 
by bed hydrodynamics. Fluidized bed hydrodynamics is a mechanism that explains the 
interactions and dynamics of gas-solid two-phase flow. In this study, the hydrodynamics 
of two-phase flow within a fluidized bed were analyzed using the Ansys Fluent 
computational fluid dynamics program. The model was based on my design, using 
simpler, more classic fluidized bed designs for various analyses, and the system was 
examined. The flow cycle created by the gas and solid phases was visualized, and the 
flow characteristics were analyzed by creating pressure contours, gas velocity 
distributions within the column, solid velocity distributions, and velocity and pressure 
profiles at the system inlet.