temiz kömür teknolojileri
Transkript
temiz kömür teknolojileri
World Energy Council CONSEIL MONDIAL DE L’ENERGIE — Turkish National Committee COMITE NATIONAL TURC Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi TEMİZ KÖMÜR TEKNOLOJİLERİ DEK TMK TEMİZ KÖMÜR TEKNOLOJİLERİ ÇALIŞMA GRUBU 16 Mart 2010, Ankara TEMĠZ KÖMÜR TEKNOLOJĠLERĠ ÇALIġMA GRUBU ÖMER ÜNVER,………………………. Dek/Tmk Genel Sekreteri SELVA TÜZÜNER ,………………….. Dek/Tmk Üyesi MUZAFFER BAŞARAN,…………… Dek/Tmk Denetleme Kurulu Üyesi MÜCELLA ERSOY,………………….. Dek/Tmk Üyesi NİLGÜN ERCAN,……………………. Kimya Mühendisi SEVİL GÜRKAN,…………………….. Kimya Mühendisi METİN GÜRKAN,…………………… Elektrik Mühendisi KAPSAM GĠRĠġ: Temiz Kömür Teknolojilerine GeçiĢ Nedenleri Ömer ÜNVER Kömür Hazırlama Teknolojileri Mücella ERSOY Kömür GazlaĢtırma ve SıvılaĢtırma Teknolojileri Mücella ERSOY Emisyon Kontrol Teknolojileri Selva Tüzüner Karbon Tutma ve Depolama Teknolojileri Selva Tüzüner Süperkritik ve AkıĢkan Yataklı Kazanlar Muzaffer Başaran Santrallarda Rehabilitasyon Muzaffer Başaran TartıĢma ve KapanıĢ TEMĠZ KÖMÜR TEKNOLOJĠLERĠNE GEÇĠġ NEDENLERĠ TEMĠZ KÖMÜR TEKNOLOJĠLERĠNE GEÇĠġ NEDENLERĠ •Çevresel Etkilerin Azaltılması -Birim enerji üretimi için CO2 emisyonunun azaltılması -CO2 tutma ve depolama TEMĠZ KÖMÜR TEKNOLOJĠLERĠNE GEÇĠġ NEDENLERĠ •Verim Artışı Sağlama -Kömürle çalışan termik santrallerde verimi arttırmak,böylece diğer alternatif yakıtlara göre rekabet gücünü kuvvetlendirmek -Çevresel etkileri azaltmak TEMĠZ KÖMÜR TEKNOLOJĠLERĠNE GEÇĠġ NEDENLERĠ •Petrol ve Doğalgazı İkame Etmek •Petrol ve Doğalgaz fiyatlarının yüksekliği ve istikrarsızlığı •Petrol ve doğalgaz talebinin artışı karşılığında tükenen rezervlere alternatif oluşturmak •Petrol ve doğalgaz üreticisi ülkelerin jeopolitik belirsizliği ve siyasi istikrarsızlığı TKİ 4.800.000 TON/YIL YIKAMA KAPASİTELİ DEREKÖY LAVVARI (SOMA/MANİSA) KÖMÜR HAZIRLAMA TEKNOLOJĠLERĠ TEMĠZ KÖMÜR TEKNOLOJĠLERĠ- Kömürden daha etkin yararlanmak için yapılan, yapılmakta olan çalıĢmalar Sıfır emisyonlu teknolojiler (CO2 tutma ve depolama teknoloji) Ġleri teknolojiler (IGCC ve Basınçlı AkıĢkan Yatakta Yakma Teknolojileri: yüksek verimlilikli, düĢük emisyonlu) Mevcut santrallerde verimlilik iyileĢtirmesi (Konvansiyonel kritik altı superkritik ve ultra-superkritik santral verimliliği) Kömür hazırlama/iyileĢtirme (yıkama,kurutma, briketleme) Kaynak:IEA/CIAB KÖMÜR Bir Örnek: Alt bitümlü kömür * Majör mineraller(kil, kuartz,pirit,karbonat…) * Minör mineraller ve * Ġz elementleri(Hg, An, Ni, Pb,..) Linyit Alt-bitümlü Bitümlü Antrasit KÖMÜRLERĠN KULLANIM ALANLARI Türkiye’de 12 milyar ton linyit, 1,3 milyar ton taĢkömürü bulunmaktadır. DÜNYA ELEKTRĠK ÜRETĠMĠNDE KÖMÜR 94 93 81 76 71 70 68 62 57 Dünya Ortalaması: %41 AB(27): %29 55 (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Türkiye Yunanistan Fas Çek Cumh. Hindistan Kazakistan Ġsrail Avustralya Çin Polonya G.Afrika 29 Kaynak: IEA,2009 Linyit:%21 TaĢkömürü: %8 Türkiye’de üretilen linyitin %87’si elektrik üretiminde geri kalanı sanayi ve ısınma amaçlı kullanılmaktadır. KÖMÜRÜN ELEKTRĠK ÜRETĠMĠNDE KULLANIMI TÜRKĠYE MEVCUT KÖMÜRE DAYALI TERMĠK SANTRAL KAPASĠTE VE TEKNOLOJĠLERĠ Kömürün Cinsi Kaynak Linyit Yerli Yerli Toplam Linyit TaĢkömürü TaĢkömürü Yerli Ġthal Toplam Taşk ömürü Asfaltit Yerli Toplam "iĢletmede" Kurulu Kapasite (MW) 7759 320 8079 300 1915 2215 135 10429 Teknoloji Devlet /Özel Açıklama Sektör Pulverize FBC Devlet Devlet iĢletmede iĢletmede Pulverize Pulverize Devlet Özel Sektör iĢletmede iĢletmede FBC Özel Sektör iĢletmede * Ġlave 10000 MW ‘i besleyebilecek linyit potansiyeli mevcuttur. Kömür Kömür Aramaları Aramal arı Sondaj Yarma Mostra Numune Numune Kömürün Kimyasal ve Fiziksel Özellikleri Fizibilite ÇalıĢması Kömür Rezerv ve ve Kömür Rezervi Özellikleri Özellikleri Termik Santral Kararı Kömür SatıĢ Protokolü Santral Kazan Dizaynına Esas Kömür Analizleri ve Yakma Testleri (Kalori,Kül,Nem,Ebat, Fiyat,Teslim Yeri) Kömür SatıĢ Protokol Revizyonu Kömürün KimyasalFiziksel Özellikleri Termik Santral Yatırımı Santral SantralStok Stok Sahası Sahası Stoklama ve Harmanlama Kömür Hazırlama Tesisi Kaynak: Ünal&Ersoy, 2000 MadenYatırımı KırmaÖğütme Termik Sant. Kazanı (Yanma) Kömür Üretimi Kömür Teslim Noktası (Köm.Su,Kül, Kalori Anal.) Tüvenan Kömür SatıĢı Kömürün Nakli (Kamyon-Bant) Tüvenan Kömürün Kim.Fiz. Özellikleri Kömür Hazırlama Tesisleri YıkanmıĢ Kömürün Kim.Fiz. Özellikleri KÖMÜR HAZIRLAMA TEKNOLOJĠLERĠ kırma/öğütme, eleme/boyutlandırma, yıkama susuzlandırma, Bu teknolojiler ile kısaca, kömür oluĢum sürecinde ve üretim sırasında kömüre karıĢan inorganik maddelerin (kül yapıcı mineraller ve piritik kükürt) bir kısmını kömürden ayırarak azaltmak ve/veya nem oranını düĢürerek kalori değerini yükseltmek mümkün olabilmektedir. KÖMÜR HAZIRLAMA TENOLOJĠLERĠ Kırma/Öğütme Kömürün içindeki safsızlıklardan iyi temizlenebilmesi için öncelikle içindeki safsızlıklarla kömür arasında bir serbestleĢme olması gerekmektedir. Eleme/Boyutlandırma Kömür yakıldığı proseslere uygun olarak farklı boyutlarda hazırlanmaktadır.Boyut landırma elek ve siklonlar kullanılarak yapılır. kömürün yıkama iĢlemlerine uygun boyuta (200mm, 150mm, 100mm veya yakın boyutlar) indirilmesi ufalama açısından yeterli görülmektedir Yıkama Kömürlerin yıkanması için çeĢitli fiziksel yöntemler (düĢük mineral madde içeren kömür parçacıkların yüksek mineral madde içeren parçacıklardan yoğunluk farkına göre ayırma) ve yüzey özelliklerinden yararlanarak zenginleĢtirme flotasyon yöntemleri kullanılmaktadır. ( Ayrıca kuru ayırma) Susuzlandırma Sulu ortamda yıkanmıĢ kömürdeki suyun ayrıĢtırılması. Bu amaçla santrifuj vakumlu disk filtresi yatay spiraller gibi makinalar kullanılır. DEREKÖY LAVVARI TESĠSĠ AKIM ġEMASI Türkiye’deki tesislerde genelde iri devrede ağır ortam tamburu ya da Drewboy ekipmanı; ince devrede ağır ortam siklonu mevcuttur. Son yıllarda tesislerde 0,5 mm’nin altında boyuta sahip kömürler için Humrey spirali kullanımı artmıĢ, böylelikle bu boyutun altındaki kömürlerin zenginleĢtirmesi ekonomik olarak mümkün olmuĢtur. Kaynak: Arslan 2008 Türkiye’de Mevcut Lavvarlardan Örnekler TKİ 4.800.000 TON/YIL YIKAMA KAPASİTELİ DEREKÖY LAVVARI (SOMA/MANİSA) TKİ 3.600.000 TON/YIL YIKAMA KAPASİTELİ ÖMERLER LAVVARI (ÖMERLER/KÜTAHYA) TÜRKĠYE KÖMÜR YIKAMA KAPASĠTESĠ Dünya’da kömür yıkama ABD, Avrupa, Japonya, Avustralya’da yaygın bir Ģekilde, geliĢmekte olan ülkelerde yaygın değil TÜRKĠYE TOPLAM KÖMÜR YIKAMA KAPASĠTESĠ 8730 t/h’dir. YILLIK KAPASĠTE 52 Milyon ton’dur. 2008 yılında 76,2 milyon ton linyit, 2,6 milyon ton taĢkömürü, 630 bin ton asfaltit olmak üzere toplam 79,43 milyon ton kömür üretilmiĢtir. Türkiye’de tüm üretilen taĢkömürler yıkanmaktadır. TKĠ, kömür yıkama kapasitesini arttırma yönünde ciddi çalıĢmalar yürüterek, kapasitesini 24 milyon ton/yıla, torbalama kapasitesini yaklaĢık 30.000 ton/gün’e çıkarmıĢtır. Ayrıca lavlar, Ģlam ve ince atıklarının değerlendirilmesi ve briketleme, kuru kömür zenginleĢtirme yönteminin uygulanabilirliğinin araĢtırılması üzerine Ar-ge çalıĢmaları yürütülmektedir. LĠNYĠTE DAYALI TERMĠK SANTRALLARIN TASARIM PARAMETRELERĠ Türkiye’de linyite dayalı tesis edilmiĢ olan termik santraller (Soma A ve Tunçbilek A hariç) tuvönan kömüre göre tasarlanmıĢlardır. Kömür Santral GÜCÜ ADI K A L O R Ġ YILLIK ĠHTĠYAÇ K Cal / Kg. ORĠJĠNAL %' de TANE BOYUTU MW 1000 Ton Dizayn Değeri Kül Orhaneli 1 * 210 1.580 2560 + %10 30 32 0-1000 Seyitömer 1,2,3 3 * 150 4.000 1750 + 200 35 40 0 - 200 Seyitömer 4 1 * 150 1.550 1650 + 100 45 40 0 - 200 Tunçbilek A 2 * 32 1 * 65 490 3600 + 100 18 22 0 - 18 Tunçbilek B 2 * 150 1.950 2170 + 100 42 24 0 - 1000 A 2 * 22 270 3500 + 100 27 22 Soma B 1,2,3,4 4 * 165 4.600 2400 + 100 32 21 2 * 165 3.300 1550 + 100 52 19 0 - 1000 2*160 1800 2600(-200) 32 22 0-1000 Yatağan 1, 3 3 * 210 4.845 2100 + %10 20 34 0 - 200 Yeniköy 1, 2 2 * 210 3.750 1750 + 200 29 33 0 - 600 Kemerköy 1,2,3 3 * 210 5.900 1750 + 200 29 33 0 - 600 Çayırhan 1, 2 2 * 150 1.750 2800 + 200 30 27,5 0 -500 Çayırhan 3, 4 2 * 150 2.000 2000 + 200 45 30 0-200 Elbistan A 1,2,3,4 4 * 340 18.600 1 050 + 100 17 55 0 - 1000 Elbistan B 1,2,3,4 4 * 360 17.000 1 150 + 100 19 52 Kangal 1,2,3 2 * 150 1 * 157 5.400 1300 + 100 Soma Soma B 5, 6 Deniş Çan 78.785 Nem mm. 0 - 30 0 -0,5 0 - 200 0-1000 0-1000 2.500 2.400 1.900 1.700 01.10.2009 03.10.2009 05.10.2009 07.10.2009 09.10.2009 11.10.2009 13.10.2009 15.10.2009 17.10.2009 19.10.2009 21.10.2009 23.10.2009 25.10.2009 27.10.2009 29.10.2009 31.10.2009 02.11.2009 04.11.2009 06.11.2009 08.11.2009 10.11.2009 12.11.2009 14.11.2009 16.11.2009 18.11.2009 20.11.2009 22.11.2009 24.11.2009 26.11.2009 28.11.2009 30.11.2009 02.12.2009 04.12.2009 06.12.2009 08.12.2009 10.12.2009 12.12.2009 14.12.2009 16.12.2009 18.12.2009 20.12.2009 22.12.2009 24.12.2009 26.12.2009 28.12.2009 30.12.2009 SANTRAL TASARIM PARAMETRELERĠNĠN ÖNEMĠ Santrallerin verimli çalıĢtırılabilmesi için tasarım uygun çalıĢtırılmaları çok önemlidir. parametrelerine İSTENEN MAX KALORİ (2350) 2.300 2.200 2.100 2.000 1.800 İSTENEN ORTALAMA KALORİ (1900) 1.600 İSTENEN MİNİMUM KALORİ (1600) 1.500 HOMOJEN KÖMÜR ÖZELLĠKLERĠNĠN SAĞLANMASININ ÖNEMĠ ve KÖMÜR YIKAMA Santralın tasarım aĢamasında kullanılan kömür özellikleri ile iĢletme döneminde santrala verilen kömür özellikleri genellikle birbirinden farklı olabilmektedir. Kömürün termik santralda kullanım performansı esas olarak proje aĢamasında yapılacak doğru tasarım ile iliĢkilidir. Ayrıca kazan tasarımına uygun kömür besleyebilmek için üretim esnasında seçimli madencilik yapılması, farklı kalitedeki kömürlerin karıĢtırılarak harmanlanması ve böylelikle oluĢturulan karıĢımın her noktasında homojen kömür özelliklerinin sağlanması önem arz etmektedir (TaĢtekin, 2009). Kömürün homojen hale getirilmesi kazanda yanma optimizasyonu ve üretimin stabilizasyonu dolayısıyla santral verimi yönünden önemlidir. Kömür hazırlama ve yıkama yoluyla nem ve kül oranları ile ısı değeri ayarlanabilmekte, mineral madde içeriği belli oranda kontrol altına alınabilmekte ve santrala daha homojen kömür verilmesi sağlanabilmektedir. Her ne kadar mevcut linyite dayalı santrallar tüvanan kömüre göre tasarlandı iseler de yukarıda sıralanan sorunları ortadan kaldırmak amacıyla son yıllarda bazı termik santrallara yıkanmıĢ kömür verilmektedir. Böylelikle kömürün içinde serbest halde bulunan yandığında kül oluĢturan mineral maddelerin belli bir seviyeye kadar temizlenmesi sağlanmaktadır. Fakat linyitlerde yıkama kayıplarının yüksek olduğu ve yıkama maliyetleri nedeniyle elektrik üretim maliyetinin aynı oranda yüksek olacağı dikkate alınmalıdır. KÖMÜR NEMĠNĠN SANTRAL VERĠMLĠLĠĞĠNE ETKĠSĠ ve KURUTMA 46,00 44,00 42,00 40,00 max (37,4) 38,00 36,00 34,00 İSTENEN ORTALAMA NEM (34+%10) 32,00 30,00 min 01.10.2009 03.10.2009 05.10.2009 07.10.2009 09.10.2009 11.10.2009 13.10.2009 15.10.2009 17.10.2009 19.10.2009 21.10.2009 23.10.2009 25.10.2009 27.10.2009 29.10.2009 31.10.2009 02.11.2009 04.11.2009 06.11.2009 08.11.2009 10.11.2009 12.11.2009 14.11.2009 16.11.2009 18.11.2009 20.11.2009 22.11.2009 24.11.2009 26.11.2009 28.11.2009 30.11.2009 02.12.2009 04.12.2009 06.12.2009 08.12.2009 10.12.2009 12.12.2009 14.12.2009 16.12.2009 18.12.2009 20.12.2009 22.12.2009 24.12.2009 26.12.2009 28.12.2009 30.12.2009 28,00 Kömür Nemi: Kömürün nemi ısı değerini etkileyen önemli bir parametredir. Nem içeriği kazan verimini, yakıt yanma oranını, alev sıcaklığını, buhar jeneratöründeki ısı transferini, birincil hava sıcaklık gereksinimini ve elektrostatik filtrelerdeki kül direncini belirlemektedir. Kurutma Kömürdeki nem içeriği ısı değerini düĢürmesi ve emisyonların artmasına sebep olmasının yanında, kazanda buharlaĢtırma için 552,6 kcal/kg enerji gereksimi ortaya koymaktadır. Nem içeriğindeki her %1 artıĢa karĢılık ısı gereksinimi 5 Kcal /Kwh artmaktadır. Yıkama iĢleminden sonra, kömür öğütmeye girmeden muhakkak kurutulmalıdır. Kaynak: Arslan V., 2008 KÖMÜRÜN ĠÇERDĠĞĠ MĠNERAL MADDENĠN SANTRAL VERĠMLĠLĠĞĠNE ETKĠSĠ ve KÖMÜR YIKAMA Kül; kömürün içerdiği Mineral Maddenin tam yanması sonucu oluĢan artıktır. 35,00 30,00 25,00 20,00 -CüruflaĢma problemi max (22) İSTENEN ORTALAMA KÜL (20+%10) min -ErimiĢ cürufun ısı aktarımını engellemesi, 15,00 01.10.2009 03.10.2009 05.10.2009 07.10.2009 09.10.2009 11.10.2009 13.10.2009 15.10.2009 17.10.2009 19.10.2009 21.10.2009 23.10.2009 25.10.2009 27.10.2009 29.10.2009 31.10.2009 02.11.2009 04.11.2009 06.11.2009 08.11.2009 10.11.2009 12.11.2009 14.11.2009 16.11.2009 18.11.2009 20.11.2009 22.11.2009 24.11.2009 26.11.2009 28.11.2009 30.11.2009 02.12.2009 04.12.2009 06.12.2009 08.12.2009 10.12.2009 12.12.2009 14.12.2009 16.12.2009 18.12.2009 20.12.2009 22.12.2009 24.12.2009 26.12.2009 28.12.2009 30.12.2009 10,00 -ErimiĢ cürufun içinde kalan yanmamıĢ karbonun yanma verimini düĢürmesi, -Elektrofiltrelerde fazla yük, -Kül atma maliyetlerinde artıĢ, -Partikül madde emisyonlarında artıĢ, -Borularda aĢınma dolayısıyla bakım maliyetlerine artıĢ, KÖMÜRÜN ĠÇERDĠĞĠ MĠNERAL MADDENĠN SANTRAL VERĠMLĠLĠĞĠNE ETKĠSĠ ve KÖMÜR YIKAMA Kömürün yıkanması ve mineral madde içeriğinin azalması sonucu aĢağıda sıralanan faydalar sağlanmaktadır; Kömür taĢıma giderleri düĢecektir. Stoklama ve manipülasyon maliyetleri düĢecektir. Kömür değirmeni ömrü uzayacak ve aynı anda kullanılacak değirmen sayısı azalacaktır. Kömür içerisindeki mineral madde oranı azaldığından kömür öğütülebilirliği iyileĢecek ve bunun sonucu öğütülen kömür tane iriliği daha düĢük olacaktır. Daha yüksek yanma verimi sağlayacaktır. Kömür yıkama iĢlemi, kömürün mineral madde içeriğini azaltarak ısı değerini yükseltecek, birim elektrik enerjisi üretimi için gerekli kömür miktarı azalacaktır. Kömürün yıkanması sonucu olarak kazana giren kül yükü azalacak, cüruf birikim süreci uzayacak, kuru yapıĢma ile kül depolanması yavaĢ geliĢecek, kurum üfleyiciler az miktarlardaki birikimleri sertleĢmeden sökebilecektir. Kömür yıkama, kül içeriğini azaltarak uçucu küllerin elektro-filtrelerde tutulmalarını kolaylaĢtıracaktır. Termik santrallara beslenen kömürün yıkanması; nakliye, kül atma ve öğütme maliyetlerini düĢürmekte, fuel oil sarfiyatını azaltmakta ve sonuç olarak maliyet yönünden avantaj sağlamaktadır. Kaynak: Arslan,V.,2008 SONUÇ Projelendirme aĢamasında santral kazan tasarımına esas kömür analizleri ile yakma testlerinin güvenilirliğinin önemi ĠĢletme aĢamasında santral kazan tasarım parametrelerine uygun kömürün homojen olarak verilmesinin önemi, Türkiye’de tuvönan linyite göre tasarlanan mevcut santrallerde tasarım parametrelerine uygun homojen kömür verilememesinden kaynaklanan durumlarda gerektiğinde kömürün yıkanarak da verildiği, Fakat linyitlerde yıkama kayıplarının yüksek olduğu ve yıkama maliyetleri nedeniyle elektrik üretim maliyetinin aynı oranda yüksek olacağının dikkate alınması gerektiği, Kömür yıkamanın ve mineral maddelerin azaltılmasının termik santraller yönünden çok sayıda faydası olduğu ancak yeni tasarlanacak santrallerin yıkanmıĢ kömür ya da tuvönan kömüre göre tasarlanması kararının bir ekonomik analiz sonucunda verilmesi, KÖMÜRÜN GAZLAġTIRILMASI KÖMÜRÜN GAZLAġTIRILMASI Kömür gazlaĢtırma prosesi, kömürün doğrudan yakılması yerine, termokimyasal bir yöntemle kimyasal bileĢenlerine ayrılması iĢlemidir. GazlaĢtırma prosesinde kullanılacak hammadde sadece kömürle sınırlı olmayıp, petrokok gibi petrol kökenli maddelerin, biyokütle ve atıkların da gazlaĢtırma iĢlemine tabi tutulması mümkündür. Kömürün gazlaĢtırılması, kömürün elektrik, hidrojen ve diğer enerji ürünlerine dönüĢtürülmesinde kullanılan en temiz ve birden çok amaca hizmet eden yöntemlerden biridir. Bir gazlaĢtırıcıda, kömür yüksek basınç ve sıcaklıklarda, ortamda buhar varken, kontrollü miktarlardaki hava veya oksijene maruz bırakılır ve moleküler yapısı parçalanarak karbonmonoksit, hidrojen ve diğer bileĢenlerine ayrıĢtırılır. Esas olarak hidrojen ve karbonmonoksitten meydana gelen bu gaza sentez gazı (kısaca syngas) denmektedir. Gazdaki diğer bileĢenler, hammaddenin türüne ve gazlaĢtırıcının koĢullarına bağlı olarak değiĢiklik göstermektedir. GAZLAġTIRMA PROSESĠ Girdi Gazlaştırma Gaz Temizleme Yakma Türbinü Uç Ürünler Elektrik Oksijen HRSG Buhar Hidrojen Sentez Gazı Cıva Sentez Gazı Kömür UzaklaĢtırma Kimyasallar Amonyak Metanol Kükürt/CO2 UzaklaĢtırma Sentez Gazı Ulaşım Yakıt H S 2 Biyokütle Endüstriyel atık Petrokok Kükürt Eldesi Dizel Jet Yakıt D.Gaz İkamesi SNG Kükürt Katı Atık Cıva CO2 Ayrıştırma seçeneği GAZLAġTIRICI TĠPLERĠ Sabit yataklı gazlaĢtırıcı (Kuru kül) Gaz H2O, O2 veya hava Sıcaklık º C Gaz Kömür Kömür Gaz GazlaĢtırıcı (tepe) AkıĢkan yataklı gazlaĢtırıcı H2O,O2 veya hava Buhar/ O2 veya hava Kül Kömür Kül Sıcaklık º C Buhar/ O2 veya hava GazlaĢtırıcı (tepe) Kömür Sürüklemeli akıĢlı gazlaĢtırıcı H2O, O2 veya hava Gaz Gaz Cüruf GazlaĢtırıcı (taban) Sıcaklık º C Cüruf GazlaĢtırıcı (taban) Kaynak: O.Maurstad, “An Overview of Coal based IGCC Technology”, 2005, MIT Laboratory for Energy and the Environment GAZLAġTIRICI TĠPLERĠNĠN ÖZELLĠKLERĠ Tablo-6.1.1 GazlaĢtırıcı Tiplerinin Özellikleri SABIT YATAK AKIġKAN YATAK SÜRÜKLEMELĠ AKIġLI ÇıkıĢ sıcaklığı DüĢük(425-600º C) Orta (900-1050º C) Yüksek (1250-1600ºC) Oksitleyici ihtiyacı DüĢük Orta Yüksek Külün durumu Kuru kül / cüruf Kuru kül / aglomera Cüruf Kömür boyutu 6-50 mm 6-10 mm < 100 µm Diğer özellikler Sentez gazında DüĢük karbon Temiz sentez gazı, metan, katran dönüĢümü yüksek karbon dönüĢümü Kaynak: The Future of Coal, MIT, 2007 IGCC (Entegre GazlaĢtırma Kombine Çevrim) Teknolojisi 5 Ana AĢama : 1. Hava Ayırma Ünitesinden Oksijenin AyrıĢtırılması 2. Kömürün GazlaĢtırılıp Sentez Gazı Üretilmesi 3. Sentez gazının soğutulması 4. Sentez gazının temizlenmesi 5. Gaz ve buhar türbininde elektrik üretilmesi Kaynak: Renaissance of Gasification Technologies , VGB PowerTech 9/2005 based on Cutting Edge Tesis Sahibi/Yer SCE Cool Water ABD 2 Dow LGTI PlaquemineABD (LA)2 Nuon PowerHollanda PSI/Global Wabash-ABD (IN) TECO Polk County ABD (FL) Texaco El Dorado3ABD (KS) SUV- Çek Cumhuriyeti Schwarze Pumpe/Almanya Shell Pernis Rafinerisi/ Hollanda Elcogas/İspanya Sierra Pacific 4 ABD (NV) ISAB Enerji/ İtalya API /İtalya Delaware Şehir Rafinerisi ABD Sarlux/Sara rafinerisi/İtalya Exxon Mobile /Singapur FIFE İskoçya NPRC Negishi Rafinerisi Yıl 1 MW Uygulama Yakıt Gazlaştırıcı Texaco (GE) COP (Destec) 120 Elektrik Kömür 1984 1987 160 Kojenerasyon Kömür 1994 250 Elektrik Kömür Shell 1995 260 Elk. Kapasite yükseltme Kömür E.Gas (COP) 1996 250 Elektrik Kömür Texaco (GE) 1996 40 Kojenerasyon Petrokok Texaco (GE) 1996 350 Kojenerasyon Kömür Lurgi 1996 40 Elektrik/metanol Linyit Noell 1997 120 Kojenerasyon/hidrojen Sıvı yakıt Shell 1998 1998 300 100 Elektrik Elektrik Kömür/petrokok Kömür 1999 500 Elektrik/Hidrojen Sıvı yakıt Prenflo KRW 6 Hava Texaco(GE) 2000 2000 250 180 Sıvı yakıt Petrokok Texaco(GE) Texaco(GE) 2000 550 Elektrik/Hidrojen Elk. Kapasite yükseltme Kojenerasyon/hidrojen Sıvı yakıt Texaco(GE) 2000 180 Kojenerasyon/hidrojen Sıvı yakıt Texaco(GE) 2001 120 Elektrik BGL5 2003 342 Elektrik Çamur/atık (Sludge) Sıvı yakıt Texaco(GE) IGCC PROJELERĠ 1Sentez gazı üretiminin baĢladığı yıl 2 Devreden çıkarıldı 3El Dorado rafinerisinin Ģimdiki sahibi Frontier Refining firmasıdır. 4 BaĢarısız 5 AkıĢkan yatak 6 Sabit yatak Kaynak: Dr. Harun Bilirgen, Lehig University Energy Research Center, USA, ġubat 2009 ; IGCC SANTRALLARINDAKĠ YAKIT ÇZELLĠKLERĠNE ÖRNEKLER Tablo 6.1.3 Buggenum (Hollanda) ve Puertollano Santrallarındaki Yakıt Özellikleri Elementer analiz Ağırlık % Buggenum kömürü Kömür C % 62,8 36,3 H % 3,7 2,5 N % 0,9 0,8 O % 5,5 6,6 S % 1,1 0,9 Kül % 13,0 41,1 Nem % 13,0 11,8 LHV MJ/ kg 25,0 13,1 Puertollano Petrokok KarıĢım 82,2 59,2 3,1 2,8 1,9 1,4 -3,3 5,5 3,2 0,3 20,7 7,0 9,4 32,6 23,1 Kaynak: Renaissance of Gasification based Cutting Edge Technologies, VGB PowerTech 9/ 2005 Kömür gazlaĢtırma prosesinin elektrik üretiminde kullanılmasının konvansiyonel yakma teknolojilerine ile Kıyaslanması Yüksek Verimlilik, 2020 den sonra %60 verimliliğe ulaĢması beklenmekte DüĢük Emisyon * NOx oluĢumu düĢük * SO2 yerine H2S oluĢur. H2S giderimi daha kolay CO2 tutulması daha ucuz IGCC konvansiyonel santrale kıyasla %50 da az katı atık üretir ve %20-50 daha az su kullanır IGCC yakma öncesi kirleticileri önleme teknolojisine sahip/ Konvansiyonel santraller yakma sonrası Ayrıca: Ürün esnekliği: Üretilen sentez gazı çok amaçlı kullanılabilmekte H2 üretimi uygun Fakat: IGCC konvensiyonele (superkritik) göre %20 daha pahalı Kömür gazlaĢtırma prosesinin elektrik üretiminde kullanılmasının konvansiyonel yakma teknolojilerine göre avantajları Bazı IGCC Üniteleri için CO2 Tutma Olmaksızın ve CO2 Tutma ile Net Tesis Verimlerinin KarĢılaĢtırılması % V E R Ġ M (HHV) KT olmaksızın KT ile Kaynak: Cost and Performance Baseline for Fossil Fuel energy Plants, DOE/NETL-2007/1281 ÖRNEK BĠR PROJE -ALMANYA RWE -30 yıllık gazlaĢtırma deneyimi Linyite dayalı, ön kurutmalı, 450 MW, IGCC (Entegre GazlaĢtırma Kombine Çevrim) ve CCS (Karbon Tutma ve Depolama) teknolojisi ile termik santral tesisi %40 verimlilik 2,3 milyon ton/yıl CO2 depolama €30 /ton CO2 2014 yılında iĢletmeye alınması planlanıyor YaklaĢık 1 milyar € IGCC Prosesi ile Yakıt ve Ürün Esnekliği Yakıt (Girdi) 1 ton linyit(biokütle+ atık + gaz) Ürünler Elektrik 580 m3 H2 180 m3 SNG 270 kg Metanol 140 lt Motor yakıtı Kaynak: RWE KÖMÜRÜN SIVILAġTIRILMASI KÖMÜR SIVILAġTIRMA TEKNOLOJĠLERĠ Doğrudan ve Dolaylı SıvılaĢtırma Teknolojileri Kömürden sıvı yakıt üretimi (Coal-to-Liquid (CTL)), gazlaĢtırılan kömürden Fischer Tropsch (F-T) yöntemi kullanılarak sıvı yakıt ve kimyasal ürünler üretmek ile doğrudan sıvılaĢtırma teknolojilerini kapsamaktadır. Buhar Kömür Dolaylı GazlaĢtırıcı Metanol Sentezi Metanol den Gazoline Doğrudan Sıvı Yakıt Kömür Hidrojelen dirme [Couch,2008] NEDEN CTL? Petrol Fiyatlarının Yüksekliği ve Ġstikrarsızlığı Bazı Petrol Üreten Ülkelerde Jeopolitik Belirsizlikler ve Siyasi Ġstikrarsızlık Petrol Rezervlerinin Ömrü Azalırken Kömür Rezervlerinin Bolluğu GeliĢmekte Olan Ülkelerin Artan Enerji Talebi Kömür Rezervlerinin Daha Çok Yüksek Enerji Talebi Olan Ülkelerde Mevcudiyeti Çevresel uygunluk CTL Teknolojisinin Sağladığı Avantajlar DüĢük kaliteli linyit ile atık dahil kömür, aĢağıda sıralanan birçok sayıda avantaj sağlayarak sıvı yakıt ile kimyasal ürünlere dönüĢtürülebilmektedir. UlaĢımda kullanılan sıvı yakıt daha uzun bir süre temin edilebilecektir Petrol fiyatı dalgalanmasıyla oluĢan belirsizlikler azalacaktır Petrol üretici ülkelerin ani fiyat yükseltme eğilimlerini azaltacaktır Kömür türevi ürünler; kükürtten arındırılmıĢ, düĢük seviyeli partikül madde ve NOx ile son derece temiz yakıtlardır. UlaĢımda kullanılan araçların emisyonlarında, konvansiyonel dizele göre sıvı yakıt partikül madde emisyonu daha azdır. SıvılaĢtırma prosesi sonucunda konvansiyonel petrole göre daha yoğun CO2 oluĢtuğu için tutulup ayrıĢtırılması daha uygun hale gelir. Kömür rezervinin 70’den fazla ülkede bulunması ve 50 kadar ülkede üretiminin yapılıyor olması nedeniyle sıvı yakıt üretimine yönelik altyapı sistemleri hazır durumdadır. Yerli kaynak kullanımını artıracaktır CTL- KAPASĠTE ve YATIRIM CTL sermaye yoğun bir teknolojidir. Proses ekonomisi üzerine yapılan çoğu çalıĢmalar, 50.000- 100.000 varil/gün sıvı yakıt üretimi kapasiteye sahip ticari tesislerin ekonomik olduğunu ortaya koymaktadır [DTI,1999; IEA CCC,2009]. Böylesi bir tesis için 15.000-35.000 ton/gün bitümlü kömür; iki katı kadar miktar alt-bitümlü kömür ya da linyit kullanımı gerekmektedir. SASOL ekonomik doğrudan sıvılaĢtırma teknolojisine sahip bir tesis için 80.000 varil/gün kapasiteyi önermektedir. 80.000 varil/gün kapasiteli bir tesisin yatırım maliyeti $5-6 milyar, yıllık iĢletme maliyeti ise $250 milyon dolayındadır CTL Teknolojisinin Önündeki Engeller Dünya petrol fiyatlarında yaĢanan dalgalanmalar, CTL pazarını doğrudan etkilemektedir. CTL teknolojisinin yaygınlaĢması durumunda kömür üretimine daha fazla ihtiyaç duyulması, baĢka bir deyiĢle karbon yoğun bir yakıt olan kömürün daha fazla üretilmesi sonucu CO2 emisyonları artacaktır. CO2 tutma ve depolama teknolojisi doğrulanıp kullanıma ticari ve yaygın olarak sokulamazsa artan CO2 emisyonları ile çevresel sorunlar da artacaktır. DÜNYADAN ÖRNEKLER Hangi ülkeler/ġirketler II. Dünya savaĢı sonunda ambargo uygulanan Güney Afrika Petrol bağımlısı ve büyük kömür rezervine sahip ülkeler ABD Çin Petrol bağımlısı ve teknoloji geliĢtirmede lider ülkeler Japonya Shell BP gibi büyük Ģirketler DÜNYADAN ÖRNEKLER - Dolaylı SıvılaĢtırma Güney Afrika’da 1955’ten beri ticari olarak uygulamada Çin Halk Cumhuriyetinde Ningxia Hui Automonous Bölgesinde; Sasol ile birlikte dolaylı sıvılaĢtırma teknolojisi ile 80.000 varil /gün kapasiteli bir tesis kurma yönünde çalıĢmalar baĢlatılmıĢtır. Ayrıca 2007 yılında Çin hükümeti dolaylı sıvılaĢtırma yöntemi ile beĢ büyük ölçekli ticari CTL tesisi kurulmasına yönelik projeleri onaylamıĢtı . 2008’de Çin Hükümeti Shenhua Grubu’nun Ġç Moğolistan’daki doğrudan sıvılaĢtırma teknolojisine sahip tesis ile aynı firmanın Ningxia Hui Automonous Bölgesindeki Dolaylı sıvılaĢtırma teknolojili (80.000 varil/gün) tesisler hariç diğer tüm projeleri durdurma kararı almıĢtır. DÜNYADAN ÖRNEKLER - Dolaylı SıvılaĢtırma ABD’de; halihazırda ticari olarak üretimde olan büyük ölçekli herhangi bir CTL tesisi bulunmamakla beraber aĢağıdaki Tablo’da listelendiği gibi birçok projenin fizibilite çalıĢmaları devam etmektedir. Ortakları Lider Grup Rentech WMPI ACCF Rentech, GE, Exxon KEC Parsons Yeri Wymoying Illinois Shell,Sasol,USDOE Pennsylvania Illinois Kapasite (varil/gün) 18.800 1.800 Son Durum Tasarım tamamlandı, 2009'da inĢası Fizibilite 5.000 30.000 Fizibilite Fizibilite Alaska IDEA CPC Peabody/Rentech Peabody/Rentech Arkansas Massachusetts Ġllinois, Indiana Kentuck 80.000 10.000-30.000 10.000-30.000 Fizibilite Fizibilite Fizibilite Rentech Baard Energy Mingo Country Missouri Ohio West Virginia 10.000 35.000-50.000 20.000 Fizibilite Fizibilite Fizibilite Adams Country CEC Rentech GE,Halder, Exxon Topsoe, NACC, Synfuels Inc Headwaters Hopi Tribe Headwaters NACC, GRE, Falkirk Mining Kaynak: Miller,2007, IEA CCC,2009 Arizona 10.000-50.000 40.000 Fizibilite Fizibilite DKRW DÜNYADAN ÖRNEKLER - Dolaylı SıvılaĢtırma Dünyanın en büyük kömür ihracatçı ülkesi olan Avustralya’da önemli CTL projeleri baĢlatılmıĢtır. Anglo Coal Mining Company ve Shell tarafından baĢlatılan Monash Enerji Projesi ile, Latrobe Valley Bölgesindeki 1,2 ton kahverengi kömürden 1,0 varil yüksek kaliteli dizel üretimini hedeflenmektedir. Kömürler %60 gibi yüksek neme sahip oldukları için ön kurutma iĢleminden geçirilmesi planlanmaktadır. 2016 yılında devreye alınması planlanan 60000 varil/gün kapasiteli Entegre Dolaylı SıvılaĢtırma tesisi; ön kurutma, gazlaĢtırma, CO2 tutma, F-T tesislerini kapsayacak olup gerekli yatırım miktarı $5 Milyar öngörülmektedir. Avustralya’da ikinci büyük bir proje olan Arckaringa Projesi, %38 nem, %11 kül ve %1 kükürt özelliklerindeki Wintinna alt-bitümlü kömürlerinden 15.000 varil/gün kapasiteli sıvı yakıt ve 560 MWe elektrik üretimi amaçlı bir proje olup ön fizibilite çalıĢması tamamlanmıĢtır. Avustralya’da üçüncü bir proje olan Linc Enerji tarafından yürütülmekte olan Chinchilla projesi, yer altı gazlaĢtırma teknolojisi ile elde edilen sentez gazından 5-10 varil/gün kapasiteli bir tesisin kurulmasına yönelik bir proje olup fizibilite çalıĢması tamamlanmıĢtır. Linc Enerji 20.000 varil/gün kapasiteli bir ticari tesis kurmayı hedeflemektedir. ĠLK TĠCARĠ DOĞRUDAN SIVILAġTIRMA TEKNOLOJĠSĠ: ÇĠN Shenhua Grubu tarafından Ġç Moğolistan’da Doğrudan SıvılaĢtırma yöntemi ile 3,45 Milyon ton/yıl alt bitümlü kömürden 1,08 Milyon ton sıvı yakıt [dizel, sıvılaĢtırılmıĢ petrol gazı (LPG) ve nafta] üretimine yönelik tesis kurulmadan önce teknoloji 6 ton/gün kapasiteli pilot tesiste denenmiĢ ve baĢarılı sonuçlar alınmıĢtır. Ġlk ticari tesis ise 2008 yılı sonunda ilk varil kömürden sıvı üretimini gerçekleĢtirmiĢtir. 2009 yılında yoğun demonstrasyon ve teknolojinin doğrulanması programı sürdürülmüĢtür. Tesisi çevresel yönden sıfır atık su, minimum zararlı gaz emisyonu ve atıkların tamamının değerlendirilip kullanılmasını sağlayacak Ģekilde tasarlanmıĢtır. Beklenen ürün yelpazesi: 715000 t/d dizel, 250000 t/d nafta, 100000 t/d LPG, ve 3600 t/d fenol Shenhua Grubu ayrıca CO2 taĢıma ve depolama teknolojisinin de demonstrasyonun yapılacağını açıklamıĢtır[Capture Ready,2009]. ĠLK TĠCARĠ DOĞRUDAN SIVILAġTIRMA TEKNOLOJĠSĠ: ÇĠN $37/varil $22.8/varil Türkiye’de Kömürün GazlaĢtırılması ve SıvılaĢtırılması Alanında Bazı GiriĢimler TKĠ kurumu, 2006 yılından bu yana linyitlerin gazlaĢtırma yönünden karakterizasyonu ve gazlaĢtırılarak sentez gazı, sıvı yakıt, çeĢitli kimyasallar üretimi konusunda çeĢitli ulusal ve uluslar arası araĢtırma kurumları ve üniversitelerle pilot ölçekli projeler üzerinde çalıĢmaktadır. GazlaĢtırma ÇalıĢmalarının yol haritasını belirlemek amaçlı beyin fırtınası toplantısı ve seminerler düzenlenmiĢtir(2006). ĠTÜ ile birlikte ABD seyahati (11-19 Mayıs 2008) • • • • Chicago Gaz Teknoloji Enstitüsü(GTI), North Dakoto Üniversitesi-Enerji ve Çevre AraĢtırma Merkezi, Ulusal Enerji Teknoloji Laboratuvarı (NETL), Virginia Tech.-Virginia Polytecnic Universitesi GTI- Türk kömürlerinin analiz edilmesi ve bu kömürlere uygulanabilecek mevcut kömür gazlaĢtırma tekniklerinin incelenmesi • (3 ayrı sahadan(Soma, Seyitömer ve Tunçbilek) numune gönderildi) TKĠ’nin ĠTÜ iĢbirliği ile yürüttüğü pilot ölçekli GazlaĢtırma Projesi Pilot tesis kapasite: 250 kg/saat Ürün : 400 m3 sentez gazı Kompozisyonu: CO %58 CO2 %12 H2 %27 N% ve H2S: %3 GazlaĢtırıcı: Sürüklemeli Söz konusu gazlaĢtırma tesisi ile ilgili olarak; ĠTÜ Maden Fakültesi, Cevher Hazırlama Mühendisliği Bölümü, kömür hazırlama ünitesi, ĠTÜ Kimya Mühendisliği bölümü, üretilen gazdan kükürdün uzaklaĢtırılması prosesi, Ġstanbul Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü metanol üretimi konuları üzerinde çalıĢmaktadırlar. Ayrıca ĠTÜ tarafından yürütülecek çalıĢmalar için 20 kg/saat kapasiteli yarı pilot ölçekli bir düzeneğin kurulması çalıĢmaları da sürdürülmektedir TÜBĠTAK DESTEKLĠ Kömür ve biokütle karıĢımlarının gazlaĢtırılarak sıvı yakıt üretimi projesi 2009 Kömür ve biokütle karıĢımlarının gazlaĢtırılarak sıvı yakıt üretimi projesi 100 kg/h kapasiteli pilot ölçekli sıvı yakıt üretimi tesisi DolaĢımlı akıĢkan yatak gazlaĢtırıcı Gaz Temizleme Sistemleri (Partikül, H2S, katran, NH3, HCl, Alkali Buharları) Gaz ġartlandırma Sistemleri (Su buharı ve su gaz dönüĢüm reaktörleri ) CO2 Ayırma Ünitesi FT Sentezi ile Sıvı Yakıt Üretim Sistemi (TÜBĠTAK MAM-EE, EĠE , HabaĢ, Umde, Üniversiteler (ITÜ, Marmara Unv.) ve TKĠ) Proje kapsamında gazlaĢtırılarak sıvılaĢtırılacak kömürün seçimine yönelik analizler tamamlanmıĢtır [Akgün,2009]. SONUÇ Enerjide %72; petrol kaynağında %90’ların üzerinde, CTL teknolojisinde hemen hemen tamamen dıĢa bağımlı olduğumuz, birincil enerji tüketiminde petrolün %38 ile en yüksek paya sahip olduğu dikkate alındığında yerli linyit kaynaklarımızdan sıvı yakıt üretilmesi teknolojisi konusunda öncelikle pilot tesis kurularak denenmesi ve bilgi birikimi oluĢturulması büyük önem taĢımaktadır. Ancak, mevcut linyit rezervlerimizin tamamının sıvı yakıt üretimi amaçlı kullanıldığı varsayıldığında, bugünkü tüketim seviyesi ile 40 yıllık petrol tüketimine karĢılık geldiği dikkate alınarak bu teknolojiyi ticari ölçekte kullanabilmemiz için uzun vadeli gerçekçi stratejiler oluĢturulması ve mevcut kömür rezervlerimizin aramalarla artırılması ivedilikle gerekmektedir [Gökalp,2009]. CTL teknolojisinin Türkiye’de ticari olarak uygulamaya sokulabilmesi için yeterli rezerv kaynağına sahip olmanın yanı sıra; bu teknolojinin ekonomik olabilmesi için, 50.000-100.000 varil/gün kapasiteye sahip olmasının, 5-6 milyar $ gibi büyük yatırım tutarlarına ve bu yatırımları gerçekleĢtirmek için hükümet desteklerine ihtiyaç duyulduğunun, Dünya genelinde yapılan çalıĢmalarla ortaya konulduğu dikkate alınmalıdır. ÇEVRE KONTROL TEKNOLOJĠLERĠ Çevre ile ilgili Teknolojilerin Gelişiminde ve Uygulanmasında Nedenler Çevre konusunda şikayetlerin artması Çevre bilincinin oluşması Çevre konusunda uluslararası anlaşmalar Çevre mevzuatının gelişmesi KĠRLETĠCĠ EMĠSYONLAR VE ÇEVRE MEVZUATI Önemli kirletici emisyonlar : SO2,NOX ve toz Emisyonların azaltılması için limit değerlerin belirlenmesi konusunda AB öncü olmuĢ ve çevre mevzuatını oluĢturmaya baĢlamıĢtır. Paralel olarak Türkiye’de de mevzuat konusunda geliĢmeler olmuĢtur. Son yıllarda AB çevre mevzuatı daha kapsamlı hale gelmiĢ ve limit değerler daha da düĢmüĢtür. -Sanayi Kaynaklı Hava Kirliliğinin Kontrolü Yön.(2009) - AB Büyük Yakma Tesisleri (LCP) Direktifi(2001) -Türkiye Büyük Yakma Tesisleri Yönetmelik Taslağı AB LCP ve TÜRK MEVZUATI LĠMĠT DEĞERLERĠ (Katı Yakıtlar) KÜKÜRTDĠOKSĠT (SO2) EMĠSYONLARI KONTROL TEKNOLOJĠLERĠ KURU PROSESLER ISLAK PROSESLER Püskürtmeli Proses Kalsiyumlu BileĢikler ile Kalsiyumlu Alkali Enjeksiyon Sodyumlu Alkali Enjeksiyon Aktif Kömür ile Oksidasyon Katalitik Oksidasyon Magnezyumlu BileĢikler ile Sodyumlu BileĢikler ile Ġkili Alkali Kullanımı Amonyak Kullanımı Organik Madde Kullanımı Deniz suyu Kullanımı KALSĠYUMLU BĠLEġĠKLER ĠLE (Islak KireçtaĢı Prosesi) Dünyada yaygın bir Ģekilde kullanılmaktadır. OlgunlaĢmıĢ ve kendini ispatlamıĢ bir teknolojidir. %95 veya daha üstünde bir arıtma verimi sağlamaktadır. Kullanılan kireçtaĢı(CaCO3)bol ve ucuz bir Ģekilde bulunmaktadır. Teknoloji yaygınlaĢtıkça maliyet düĢmektedir. KALSĠYUMLU BĠLEġĠKLERĠN KULLANILMASI (Islak KireçtaĢı Prosesi) Islak kireçtaĢı (CaCO3) prosesinde hazırlanan kireçtaĢı çözeltisi yıkayıcı kulede (Scrubber) yanma gazlarına püskürtülür . Kimyasal reaksiyonlar sonucunda yanma gazlarındaki kükürt dioksit (SO2) tutulmaktadır. SO2 su tarafından absorplanarak HSO3, SO3, SO4 iyonları oluĢmakta, ardından bu iyonların kireçtaĢı ile tepkimesi sonucunda ise kalsiyum sülfit ve kalsiyum sülfat meydana gelmektedir. YATAĞAN TERMĠK SANTRALI BGD TESĠSĠ AFġĠN-ELBĠSTAN B TERMĠK SANTRALI BGD TESĠSĠ BACA GAZI KÜKÜRT ARITMA TESİSLERİ BGD’li Santrallar AfĢin Elbistan B MW 1.440 Yatağan 630 Yeniköy 420 Kemerköy 630 Orhaneli 210 Kangal 3 157 Çayırhan 620 BGD Gereken Santrallar MW AfĢin Elbistan A 1.355 Soma 1.034 Tunçbilek 365 Seyitömer 600 Kangal 1,2 300 BGD TESİSLERİ MALİYETLERİ (EÜAŞ SANTRALLARI) Santral SözleĢme bedeli MW baĢına maliyet ($) ($/MW) BGD’nin santrala oranı (%) 2x150 39.501.000 258.820 13 1x210 43.285.299 280.572 14 3x210 77.791.045 172.270 16,7 3x210 84.072.549 176.407 10,5 2x210 51.346.516 163.310 14 4x360 158.000.000 134.405 10,6 Güç (MW) Çayırhan 1,2 Orhaneli Yatağan BGD Kemerköy Yeniköy AfĢin Elb. B AZOTOKSĠTLERĠ (NOX) KONTROL TEKNOLOJĠLERĠ YANMA SIRASI KONTROL ĠĢletme KoĢulları Optimizasyonu YANMA SONRASI KONTROL Katalitik Olmayan Selektif Ġndirgeme(SNCR) DüĢük NOX Yakıcıları Selektif Katalitik Ġndirgeme(SCR) Alev Üzeri Hava (OFA) Hibrit Prosesler Baca Gazı Resirkülasyonu BirleĢik SO2 – NOX Arıtma Yeniden Yakma KATALĠTĠK OLMAYAN SELEKTĠF ĠNDĠRGEME (SNCR) SELEKTĠF KATALĠTĠK ĠNDĠRGEME (SCR) NOX ARITMA TEKNOLOJĠLERĠ KARġILAġTIRMASI NOX arıtma oranı % 40 Yatırım maliyeti $/kWe 9 ĠĢletme maliyeti mills/ kWh 0.32 OFA 20 8 0.66 Yeniden yakma 50 15 1.23 SNCR 40 13 7.61 SCR 80 100 6.99 SNCR/SCR hibrit 50 45 6.44 Teknoloji DüĢük NOX yakıcıları Kaynak:(Wu, 2001,IEA Clean Coal Centre, NOx-Emissions and Control, 2006’da aktarılmaktadır.) KARBON TUTMA VE DEPOLAMA - KTD (CARBON CAPTURE AND STORAGE - CCS) KARBON TUTMA VE DEPOLAMA BĠLEġENLERĠ KARBON DĠOKSĠTĠN TUTULMASI, SIKIġTIRILMASI KARBON DĠOKSĠTĠN TAġINMASI KARBON DĠOKSĠTĠN DEPOLANMASI KTD tek bir teknoloji olmayıp, karbon tutma, sıkıştırma, taşıma ve depolama v.b çeşitli unsurları ve bileşenleri kapsayan bir dizi teknolojinin kombinasyonundan oluşmaktadır. Bu nedenle de KTD Yöntemi işletilmesi oldukça zor olan kompleks bir yapıya sahiptir. YANMA SONRASI (SOLVENT ĠLE) a YANMA ÖNCESĠ (IGCC ĠLE) OKSĠ-YAKIT YAKMA KARBON TUTMA TEKNOLOJİLERİ KARŞILAŞTIRMASI ELEKTRĠK ÜRETĠMĠ DÜġÜġ ORANI SANTRAL TĠPĠ CO2 TUTMA TEKNOLOJĠSĠ $/kW ARTIġ ORANI Süperkritik Pulverize Kömür Yanma Sonrası - %24 +%62 Süperkritik Pulverize Kömür Oksi – Yakıt Yakma - %20 +%42 Entegre GazlaĢtırma Kombine Çevrim Yanma Öncesi - %19 +%32 BAZI MALĠYET KARġILAġTIRMALARI KARBON DĠOKSĠTĠN TAġINMASI SıkıĢtırılmıĢ ve nemi alınmıĢ CO2’in depolama yerine taĢınması yöntemleri; Boru hatları ile taĢınması Tankerler ile taĢınması - Deniz tankerleri - Kara tankerleri CO2’in taĢınması maliyetleri taĢıma yöntemine, depolama yerinin uzaklığına göre değiĢkenlik gösterir. KARBON DĠOKSĠTĠN DEPOLANMASI CO2’in depolanmasında hala belirsizlikler ve riskler bulunmaktadır. Uzun yıllar sızdırmazlığın ve güvenliğin sağlanması, izleme sisteminin geliĢtirilmesi gerekir. Petrol kuyularına verimi artırmak için basılması (Enhanced oil recovery – EOR) Doğalgaz kuyularına verimi artırmak için basılması (Enhanced gas recovery – EGR) KapatılmıĢ petrol ve doğalgaz kuyularına depolanması Tuz oluĢumlarına vb. jeolojik formasyonlara depolanması Kömür yataklarından metan çıkıĢının artırılması Enhanced coal-bed methane recovery (ECBMR) Okyanuslara basılması KARBON DEPOLAMA TÜRLERĠ KTD’NĠN SORUNLARI KTD elektrik iç tüketimini artırır ve santral verimliliğini düşürür. Olgunlaşmış bir teknoloji değildir. Birkaç proje dışında, KTD bileşenlerinin tümünü kapsayan büyük ölçekte proje bulunmamakta olup, demonstrasyon aşamasındadır. Depolamada sızdırmazlığın ve güvenilirliğin sağlanması risk taşımaktadır. Ölçüm ve izleme sistemi gerekir. Eski tesislere uygulanmasında fiziksel, teknik , mali zorluklar var ve fizibil değildir. Eski tesislerde düşük olan verimliliği daha da düşürür. Hukuki alt yapı tam anlamıyla oluşmamıştır. KTD Bileşenlerinin yerlerinin farklı olması nedeniyle mülkiyet hakları söz konusu olup, bu konuda sorunlar çıkabilecektir. Yetki ve sorumlulukların sınırlarının iyi çizilmesini gerektirir. Maliyet çok yüksektir, her bileşenden gelen maliyet santral maliyetine eklenmektedir. Maliyetin yüksek olması, teknolojinin yaygınlaşmasında en büyük engeldir. Uygulama finansal risk taşır. 2010-2050 ARASINDA KTD’NİN YAYGINLAŞMASI IEA, Technology Roadmap, Carbon Capture and Storage-2009 KTD bu kadar kolay değil ! SUPER KRĠTĠK KAZANLAR Termodinamikte Çevrimler CARNOT ÇEVRĠMĠ BASĠT RANKĠNE ÇEVRĠMĠ η= 1- Tmin/Tmax ARA ISITMALI RANKĠNE AKIġ ġEMASI ARA ISITMALI RANKĠNE ÇEVRĠMĠ Klasik ve Süperkritik Kazan Mukayesesi Sub-critical Santral Super-critical Santral Süperheater Süperheater Buhar Generatör Generatör Türbin Dom Kazan Türbin Kazan Yakıt Yakıt Kazan Bes. Su P. Kazan Bes. Su. P. Kazan tipi Kritik altı Kritik üstü Ultra Kritik Üstü Sıcaklık (0C) 540 610 700 Basınç (bar) 160-250 250-285 300 Güç (MW) 150-350 500-1.000 500-1.100 Verim (%) 30-37 39-43 43-50 Kömürlü Santrallarda Net Verimin GeliĢimi Kaynak: Ernst Speh, Latest Boiler Developments, Babcock Hitachi Europe, 13.12.2005 Kızdırıcı ÇıkıĢ Sıcaklığı (0C) Kazanlarda ÇıkıĢ Sıcaklığı ve Basıncı Kızdırıcı ÇıkıĢ Basıncı (bar) Kaynak: Ernst Speh, Latest Boiler Developments, Babcock Hitachi Europe, 13.12.2005 Kazanların GeliĢimi Kaynak: Ernst Speh, Latest Boiler Developments, Babcock Hitachi Europe, 13.12.2005 Kazan Malzemeleri Membran Duvar Borular Kızdırıcı ÇıkıĢ Kollektörü Gelecek ġimdi GeçmiĢ Kaynak: Alstom, Leading the Industry in Supercritical Boiler Technology, 2007 Mevcut ve geliĢtirilen Teknoloji 2005 2010 2015 Kaynak: Ernst Speh, Latest Boiler Developments, Babcock Hitachi Europe, 13.12.2005 AD 700 PROJESĠ Avrupa’da 1994’de AD 700 adında bir proje baĢlatılmıĢtır. Bu projenin amacı, super kritik kazanlarda Ģu anda 600 0C civarında olan kazan çıkıĢ buhar sıcaklığını 700 0C’a çıkararak, verimin %47’lerden %55’lere çıkarılmasıdır. Böylece CO2 emisyonu %15 düĢecektir. Projeye 10 Avrupa ülkesinden 40 kuruluĢ katılmıĢtır. Katılanlar arasında elektrik üreticileri olduğu gibi, büyük santral ekipmanı imalatçıları da vardır. Projeyi AB DG TREN ve DG RTD, ARGE fonlarıyla desteklemektedir. ÇalıĢmanın konsantre olduğu konular Ni bazlı yeni alaĢımların geliĢtirilmesi, optimum çevrimlerin belirlenmesi, kazan ve türbin dizayn konseptinin tespiti, kullanılacak malzemelerin tespitidir. Ticari teknolojinin 2015’lerde ortaya çıkması beklenmektedir. AKIġKAN YATAKLI KAZANLAR AKIġKAN YATAKLI YAKMA TEKNOLOJĠSĠ AkıĢkan yatakta yakma (AYY) teknolojisi, baĢta kömür olmak üzere, biyokütle, endüstriyel ve evsel atıkları temiz ve verimli bir Ģekilde yakabilen, bu nedenle de 1980’li yıllardan bugüne sayıları hızla artan baĢarılı santral uygulamaları sergileyen bir teknolojidir. AkıĢkan yatak terimi, bir hazne içerisinde öbeklenmiĢ katı parçacıkların, bir dağıtıcı plaka aracılığıyla homojen bir Ģekilde alttan verilen yanma havası ile, hazne içinde hareketlendirilmiĢ haline verilen addır. Bu durumdaki katı parçacıklar, bir akıĢkanın gösterdiği fiziksel davranıĢı gösterirler. AkıĢkan yatakta yanma (AYY) ise kömürün eylemsiz parçacıklardan oluĢan sıcak akıĢkan yatakta yanmasıdır. Yüksek kaliteli kömürler için yatak malzemesi olarak genelde kum kullanılır. Linyit gibi kül oranı yüksek kömürler ise kendi külleri içinde herhangi bir ilave yatak malzemesine ihtiyaç duymadan yakılırlar. AkıĢkan yataklı kazan tipleri - 1 Atmosferik DolaĢımlı AkıĢkan Yataklı Kazan Kömür parçacıkları kazanda yanarken gittikçe küçülürler ve gazla birlikte kazanı terkederler.Gazla taĢınan uçucu kül, yanmamıĢ kömür, kireçtaĢı vb. tanecikler siklonlarda tutulup kazana geri beslenir. Bu geri besleme taneciklerin kazanda kalıĢ sürelerinin, dolayısıyla yanma ve desülfürizasyon verimlerinin artmasını sağlar. Baca gazı,ikinci çekiĢ yönünden siklonları terk eder ve uçucu küller elektrofilitrede ayrıĢtırılır. Yatak külü, yanma odasının tabanındaki oyuklardan deĢarj edilir. Kül soğutucularına giden külün miktarı Lvalflerle ayarlanır. Kül, kül soğutucuda besleme suyu ve kondensat ile soğutulur ve yatak malzeme silosuna aktarılabilir. AkıĢkan yataklı kazan tipleri - 2 Kabarcıklı AkıĢkan Yataklı Kazan Kabarcıklı akıĢkan yatak teknolojisinde kolon içindeki taneciklerin teĢkil ettiği yatak bölgesine alttan verilen havanın hızı artırıldıkça hava parçacıklara kuvvet uygular ve hava kabarcıkları oluĢur. Bu nedenle, bu teknoloji kabarcıklı akıĢkan yatakta yakma olarak adlandırılmaktadır. Yatakta kömür taneleri önce içerdikleri uçucu maddelerini kaybeder. Yatak içinde kömür parçacıkları yanarken, üst kısımda da uçucu maddeler yanmaya baĢlar. Bu teknolojide de, dolaĢımlı akıĢkan yatakta olduğu gibi, yanan gazlarla birlikte sürüklenen kül parçacıklarından iri taneli olanları siklonlarda tutulur ve kazana geri gönderilir. AkıĢkan Yatak Teknolojisinin ġeması AkıĢkan Yataklı ve Pulv. Kömürlü Kazan Mukayesesi Konu AkıĢkan Yatak (AY-CFB) Pulverize Kömür (PK-PC) Değirmenler Pulverize kömür olmadığından değirmen yoktur. Sadece kırıcılar vardır (10-30 mm) Pulverize kömür elde etmek için değirmenlere ihtiyaç vardır. Bakım maliyetleri yüksektir. DeSOx verim EU: 200 mg/Nm3 Tr: 1000 mg/Nm3 Optimum yanmada DeSOx verimleri %90 civarındadır. EU limit değeri dikkate alındığında yüksek kükürtlü kömürlerde BGD gerekebilir. EU kriterleri dikkate alındığında her koĢulda BGD’ye ihtiyaç vardır. Genellikle verimi en az %95 olan ıslak kireçtaĢı prosesi tercih edilir. NOx verim EU: 200 mg/Nm3 Tr: 800 mg/Nm3 Yanma odası sıcaklığı 800 - Yanma odası sıcaklığı 900 0C’ın 900 0C civarında olduğundan üzerinde olduğundan DeNOx DeNOx tesisine gerek yoktur. ihtiyacı olabilir. Elektrofiltre EU: 50 mg/Nm3 Tr: 100 mg/Nm3 KireçtaĢı kullanıldığından filitre verimleri düĢmekte ve PC’ye göre daha büyük elektrofilitreye ihtiyaç olmaktadır. AkıĢkan yatağa göre daha küçük kapasite de elektrofilitreler kullanılmakta ve verim %99,9’a ulaĢabilmektedir. EÜAġ Çan Termik Santralı Güç: 2 x 160 MW Üretim Kapasitesi: 2,08 Milyar kWh Yapımcı: Alstom Devreye GiriĢ Tarihi: 20.10.2003 Linyit Ort. Kal. değer: 2.900 kCal/kg Linyit Ort.Nem: %22 Linyit Ort. Kül: %32 AkıĢkan Yatak Teknolojisi GeliĢimi Lagisza CFB parametreller Güç: 460 MW Kız. Buh. Debi: 1.300 ton/h Kız. Buh. Sıc: 560 0C Kız. Buh. Bas.: 275 Bar TK. Buh. Sıc: 580 0C TK. Buh. Bas. 55 Bar Kaynak: Foster Wheeler CFB BroĢürü KÖMÜRLÜ SANTRALLARDA REHABĠLĠTASYON Rehabilitasyon Gerekçesi Santrallar belli bir süre çalıĢtıktan sonra dizayn edildikleri performansın gerisine düĢmeye baĢlarlar. Emre amadelikleri, güvenilirlikleri ve verimleri düĢer. Üretim miktarında ve emre amadelikte düĢüĢ yaĢanınca üretici Ģirketler önemli bir karar vermek zorundadırlar. Ya yeni santral yaparak kurulu güçlerini artırmak ya da mevcut santrallarda rehabilitasyon yaparak düĢen performansı tekrar yükseltirken diğer taraftan santralın ömrünü uzatmak. Zaten konuyla ilgili literatürde “rehabilitasyon”dan çok “ömür uzatma” (life extension) kavramıyla karĢılaĢılacaktır. Santralların YaĢlanması Santralların yaĢlanmasında dört temel mekanizma vardır. Sünme (Creep): Katı maddelerin aĢırı stresin etkisiyle daimi olarak Ģeklinin değiĢmesidir. Sünme uzun süre sıcaklık ve basınca maruz kalan malzemelerde daha ciddi bir sorundur. Yorulma (Fatigue): Peryodik olarak inip çıkan (cyclic) yüklere veya strese tabi olan malzemelerde zamanla ilerleyen, lokal olarak yapısal hasarlara yorulma denir. Yorulma hasarı kümülatiftir. Yük ve stres ortadan kalksa da malzeme eski haline dönemez. Korozyon (Corrosion): Bir malzemenin çevresiyle kimyasal tepkimeye girerek temel özelliklerini kaybetmesine korozyon denir. En çok bilinen Ģekliyle metallerin elektronlarını kaybederek su veya oksijenle reaksiyona girmesidir. AĢınma (Wear & Tear): Katı yüzeyler, diğer katı, sıvı veya gaz maddeleri sürtünmesiyle aĢınırlar. SANTRALLARIN YAġLANMASI TermĠK Santrallar Santral adı Hidrolik Santrallar Güç (MW) YaĢ Santralın adı Ğüç (MW) YaĢ Bursa DGKÇ 1.431 10 Atatürk HS 2.400 16 AfĢin Elbistan B TS 1.420 3 Karakaya 1.800 21 AfĢin Elbistan A TS 1.360 24 Keban 1.330 34 Ambarlı DGKÇ 1.350 20 Altınkaya 703 21 Hamitabat DGKÇ 1.120 23 Berke 510 6 Soma – B TS 900 27 Hasan Uğurlu 500 29 Yatağan TS 630 26 Borçka 300 1 Kemerköy TS 630 15 Sır 283 17 Seyitömer TS 600 35 Gökçekaya 278 35 Kangal TS 457 19 Batman 198 5 Yeniköy TS 420 22 KarkamıĢ 189 9 Çatalağzı TS 300 19 Özlüce 179 9 Tunçbilek B TS 300 30 Çatalan 169 11 Çan TS 320 3 Sarıyar 160 52 Tunçbilek – A TS 69 52 Gezende 159 14 Soma – A TS 44 51 Hirfanlı 128 48 REHABİLİTASYONUN NEDENLERİ TEKNĠK NEDENLER EKONOMĠK NEDENLER ÇEVRE VE ġEBEKE ĠHTĠYAÇLARI REHABİLİTASYON İÇİN TEKNİK NEDENLER • Santral ömrünün uzatılması, • ĠĢletme problemlerinin giderilmesi (aĢınma, yırtık, çatlak, vibrasyon, kavitasyon), • Bakım iĢlerinin azaltılması, • Teknolojik iyileĢtirmeler (özellikle elektrik ve elektronik teçhizatta). REHABİLiTASYONUN EKONOMİK NEDENLERİ • Kapasite ve verimin artırılması • Üretilen elektrik enerji miktarının artırılması, • Generator ve diğer ekipmanlardaki kayıpların düĢürülmesi, • ĠĢletme süresinin artırılması, • Emreamadelik ve Güvenirliliğin Artırılması. ŞEBEKE İHTİYAÇLARI İÇİN REHABİLİTASYON Türkiye’nin önemli hedeflerinden birisi de Avrupa Ġletim ġebekesine bağlamaktır. Bunun içinde, Türkiye ġebekesi, UCTE (Union of Coordinators for the Transmission of Electricity) kriterleriyle uyumlu olmalıdır. • Primer ve sekonder frekans kontrolu, • Santrallarda yük limitlerine göre hızlı yük alır, yük atar hale getirilmesi, • DüĢük yüklerde çalıĢabilme kapasitesi, REHABİLİTASYON İÇİN ÇEVRESEL NEDENLER • Önemli bir rehabilitasyon projesine baĢlamak için tek baĢına bir gerekçe olabilir, • Rehabilitasyonun kapsamı ülke mevzuatına bağlı olacaktır, • Eski dizayn veya aĢınma nedeniyle, SO2, NOX ve partikül emisyonları sınırların üzerinde olabilir. • Atık su arıtma tesislerinde iyileĢtirmeler gerekli olabilir. teknolojik REHABİLİTASYON KAPSAMININ BELİRLENMESİ – 1 ĠĢletme tarihçesiyle ilgili verilerin toplanması, Kapsamlı saha incelemesi ve test programının belirlenmesi, Kazan, Türbo-generatör, Değirmenler ve Kül Tutucu Elekto-filtrelerde Performans Testleri. Test sonuçlarının analiz edilmesi ve emreamadeliği düĢüren, santralın devre dıĢı olmasına yol açan, verimi düĢüren ve çevreye zarar veren kilit ekipmanların tespiti. REHABİLİTASYON KAPSAMININ BELİRLENMESİ – 2 Her ekipman arızası değerlendirilirken aĢağıdaki sorular sorulmalıdır: - Bu arıza direk olarak santralın güvenli çalıĢmasını etkileyip, acil müdahalemi gereklidir? - Arızanın nedenleri nelerdir? - Her arızada ne gibi arızayı giderici faaliyetlerde bulunulmuĢtur? - Her düzeltici faaliyet için fayda maliyet analizi yapılmalıdır. - Sonuçta incelenen ekipmanın rehabilitasyon programına alınıp alınmayacağı belirlenmelidir. EÜAġ’IN REHABĠLĠTASYON BEKLENTĠSĠ SANTRAL AFŞİN ELBİSTAN -A Kazanç (kWh) 4.856 ÇATALAĞZI 201 KANGAL 810 ORHANELİ 321 SEYİTÖMER 815 TUNÇBİLEK 1.083 SOMA-B 2.756 YENİKÖY 529 ALİAĞA 321 AMBARLI DGKÇ 1.073 HAMİTABAT DGKÇ 1.100 TOPLAM 13.865 KÜL TUTUCU ELEKTROFİLİTRELER 18 MART ÇAN ORHANELĠ YENĠKÖY Emisyon limitleri Emisyon limitleri içindeki santrallar dıĢındaki santrallar -AfĢin Elbistan B -Çan -Kemerköy -Yeniköy -Yatağan -Seyitömer -Kangal 3 -Soma1,2 -Orhaneli -AfĢin Elbistan A -Soma 3-8 -Çatalağzı -Kangal 1,2 -Tunçbilek KEMERKÖY YATAĞAN AFġĠN-ELBĠSTAN B DEĞERLENDĠRME Rehabilitasyon, yeni kapasite ve daha fazla üretim için en ekonomik yoldur. Verimsiz santralları verimli hale getirmekde temiz enerjidir, çünkü verimdeki her %1 artıĢ, CO2 emisyonunda %2 düĢüĢ anlamına gelir. Ancak mevcut kamu ihale kanunuyla kamu santrallarının rehabilitasyonunu yapmak çok zordur. Mevcut denetim sistemi de karar verme sürecini felce uğratmıĢtır. AfĢin Elbistan A Rehabilitasyon Kredisi 1.355 MW gücündeki AfĢin Elbistan Santralının Rehabilitasyonu için 12.06.2006 tarihinde Dünya Bankasıyla 280 milyon €’luk kredi anlaĢması imzalanmasına rağmen ihaleler sonuçlandırılamadığı için kredi iptal edilmiĢtir.
Benzer belgeler
TERMİK SANTRALLAR - Dünya Enerji Konseyi
Kömürün homojen hale getirilmesi kazanda yanma optimizasyonu ve üretimin stabilizasyonu
dolayısıyla santral verimi yönünden önemlidir. Kömür hazırlama ve yıkama yoluyla nem ve kül
oranları ile ısı ...