Pirinanın yüksek kükürtlü linyitlerle birlikte kabarcıklı akışkan yatakta yakılması, topaklaşma probleminin incelenmesi ve çözüm yollarının araştırılması

Abstract

Yatak malzemesinin topaklaşması, alkali içeriği yüksek biyokütlelerin akışkan yatak yakma sistemlerinde yakılması sırasında görülen bir işletme problemidir. Bu problemin mekanizmalarının belirlenmesi ve bertarafına yönelik kontrol yöntemlerinin tespit edilmesi biyokütle kaynaklarının enerji eldesinde değerlendirilmesi bakımından oldukça önemlidir. Akışkan yatak sistemlerinde yakıt külündeki alkali oksitler yatak malzemesi olarak kullanılan silika kumu ile tepkimeye girebilmekte ve erime noktası düşük alkali silikatlar oluşabilmektedir. Topaklaşmayı önlemek amacıyla bu iki içerikten birinin sistemden uzaklaştırılması ya da miktarlarının azaltılması gerekmektedir. Çalışmada biyokütle olarak yüksek alkali içeriği nedeniyle pirina kullanılmıştır. Topaklaşmayı önlemek amacıyla üç farklı kontrol yöntemi incelenmiştir. Bunlar; pirinanın (ağırlıkça %50) yüksek kükürtlü Türk linyitleri (Tunçbilek ve Çan) ile birlikte yakılmaları, yanma öncesi pirinanın yıkanması ve alternatif yatak malzemesi olarak kum yerine kireçtaşının kullanılmasıdır. Yanma deneyleri, 100 mm iç çapa, 1800 mm yüksekliğe sahip laboratuvar ölçekli kabarcıklı bir akışkan yatak yakma sisteminde gerçekleştirilmiştir. Deneyler sonunda dip külleri ve cüruf, elementel içeriklerinin ve fazlarının belirlenmesi için X-Işını Floresans (XRF), Taramalı Elektron Mikroskobu-Enerji Dağılımlı X-ışını Spektroskopisi (SEM-EDS), Elektron Prob Mikro Analiz (EPMA) ve X-Işını Dağılımı (XRD) analizlerine tabi tutulmuştur. Çalışma sonuçları, kumun yatak malzemesi olarak kullanıldığı pirinanın 850 °C'de yakılması deneyinde yatak malzemesinin topaklaştığını ortaya koymuştur. Birlikte yakma deneylerinde herhangi bir işletme problemi görülmemiştir. Birlikte yakma deneylerinden elde edilen dip küllerinde erime noktası düşük bileşiklere rastlanmamıştır. Bu durum, kullanılan linyitlerin yüksek kükürt içerikleri (Tunçbilek: %1,64; Çan: %4,51) ile açıklanmaktadır. Yüksek alkali içeriğine sahip pirinanın kükürt içeriği yüksek linyitlerle birlikte yakılması Potasyum Silikat oluşumunu engellemiş ve akabinde dip külünün topaklaşmasına mani olmuştur. Pirina ve linyit karışım deneylerinin dip külünde potasyum elementi KAlSiO4 formunda görülmüştür. Pirinanın alkali metal içeriği az olan linyitlerle birlikte karıştırılıp yakılması –aynı zamanda- yakıt karışımındaki alkali metal miktarını da azaltmaktadır. Bu da topaklaşmanın görülmemesinin bir başka nedeni olabilir. Yıkama işlemi ile pirinanın alkali içeriğinin uzaklaştırılması silikat oluşumunu önlemektedir. Yıkanmış pirinanın yakılması deneylerinde, topaklaşma oranında fark edilebilir bir düşüş gözlenmiştir. Pirina yakma deneyinde yatak malzemesinin kireçtaşı ile değiştirilmesi yakıcının iç yüzeyinde biriken kül miktarının azalması bakımından pirinanın yıkanmasından daha etkili olmuştur. Yatak malzemesi olarak kireçtaşı kullanılması potasyum elementinin dip külünde Arkanit (K2SO4) fazında bulunmasına neden olmuştur. Bu durum, topaklaşmaya neden olan alkali silikatların oluşmasını engellemiştir.