docTemiz Kömür Teknolojileri
download 
Şikayet Transkript
Temiz Kömür Teknolojileri
MART 2010 TEMZ KÖMÜR TEKNOLOJLER MART 2010 1 ISBN : 978-605-89548-4-7 YAYIN NO : 0015/2010 Bu kitap Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi’ne ait olup rapordan kaynak gösterilmek art ile alnt yaplabilir. Raporun tamam ya da bir ksm izinsiz yaynlanamaz. 2 Dünya Enerji Konseyi Türk Milli Komitesi YÖNETM KURULU Temsil Ettii Kurulu Bakan : Süreyya Yücel Özden Gerçek Kii Bakan Yardmcs : Prof.Dr.H.Mete en TÜ Rektörlüü Genel Sekreter : Ömer Ünver Gerçek Kii Sayman Üye : Ülker Aydn Gerçek Kii Üye : Mustafa Çetin Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanl Üye : Atilla Gürbüz EE Genel Müdürlüü Üye : Nurettin Kulal EÜA Genel Müdürlüü Üye : Mustafa Akta TK Genel Müdürlüü Üye : Ali Ouz Türkylmaz TMMOB-Makina Mühendisleri Odas Üye : Gültekin Türkolu Gerçek Kii Üye : Prof.Dr.A.Orhan Yein Gerçek Kii Üye : A.Necdet Pamir Gerçek Kii DENETM KURULU Temsil Ettii Kurulu Bakan : Dr.Hac Duran Gökkaya TETA Genel Müdürlüü Üye : Tülin Keskin Gerçek Kii Üye : Muzaffer Baaran Gerçek Kii ENERJ RAPORU 2009GRUBU ÇALIMA GRUBU ÇALIMA Gültekin Türkolu Temsil TemsilEttii EttiiKurulu Kurulu Bakan Bakan : Ömer Ünver : Raportör Raportör : Hülya Peker : Selva Tüzüner DEK-TMK Üyesi DEK-TMK Üyesi Üye Üye : Zerrin Taç Altuntaolu : Muzaffer Baaran DEK-TMK ÜyesiKurulu Üyesi DEK-TMK Denetim Üye Üye : Mücella Ersoy: Dr.Figen Ar DEK-TMK Üyesi DEK-TMK Üyesi Üye Üye : Nilgün Ercan : Kimya Mühendisi DEK-TMK Yönetim Kurulu Sayman Üye : Metin Gürkan Üye Üye : Sevil Gürkan : Ülker Aydn DEK-TMK Yönetim Kurulu Üyesi DEK-TMK Genel Sekreteri ÜyesiMühendisi Elektrik Tülin Keskin DEK-TMK Denetim Kurulu Üyesi Kimya Mühendisi Çalma Gurubu üyelerini soyadna göre alfabetik olarak sralanmtr. III 3 4 IV ÇNDEKLER 1. GR ......................................................................................................................1 2. KÖMÜR HAZIRLAMA VE YLETRME TEKNOLOJLER ................................4 2.1. TÜRKYE KÖMÜRLERNN YIKANABLRLK KARAKTERSTKLER ........5 2.2. TÜRKYE’DEK UYGULAMA ÖRNEKLER ....................................................5 2.3. KÖMÜR HAZIRLAMANIN TERMK SANTRAL VERM AÇISINDAN DEERLENDRLMES ................................................................................12 2.3.1. Kömür Ykama leminin Termik Santral Performans Yönünden Deerlendirilmesi (Arslan, 2008): ......................................................13 2.4. KAYNAKLAR ................................................................................................14 3. EMSYON KONTROL TEKNOLOJLER ............................................................15 3.1. BACA GAZI KÜKÜRT ARITMA TESSLER ..................................................18 3.1.1. Giri ....................................................................................................18 3.1.2. Sülfürik Asit Buhar Oluumu .............................................................18 3.1.3. BGD’lerde Proses Çeitleri ................................................................18 3.1.4. Türkiye’de Baca Gaz Kükürt Artma (BGD) Tesisleri .........................24 3.1.5. Türkiye’deki BGD Tesislerinden Örnekler...........................................26 3.1.6. BGD’lerde Yatrm Maliyeti .................................................................30 3.1.7. Sonuç .................................................................................................31 3.1.8. Kaynaklar ...........................................................................................31 3.2. BACA GAZI AZOT OKSTLER KONTROL YÖNTEMLER ..........................31 3.2.1 Azot Oksitlerin Oluumu .....................................................................31 3.2.2 Yanmaya ilikin NOX Kontrol Önlem ve Teknikleri ..............................32 3.2.3 Yanma Sonras NOX Kontrol Prosesleri .............................................33 3.2.4- Birleik SOx – NOx Artma Sistemleri ................................................38 3.2.5 Maliyetler ............................................................................................39 3.2.6 Sonuç .................................................................................................40 3.2.7. Kaynaklar: ..........................................................................................41 4. SÜPERKRTK KAZAN TEKNOLOJS ..............................................................43 4.1. GR ............................................................................................................43 4.2. BUHAR SANTRALLARINDA VERM ............................................................43 V 5 4.3. SÜPERKRTK KAZAN ÖZELLKLER ........................................................44 4.4. SÜPERKRTK KAZANLARDA GELMELER .............................................47 4.5. LNYT YAKITLI SÜPERKRTK TEKNOLOJ VE TÜRK LNYTLER ..........50 4.6. SONUÇ .........................................................................................................51 4.7. KAYNAKLAR .................................................................................................52 5. AKIKAN YATAKLI YAKMA TEKNOLOJS .......................................................53 5.1. YAKMA TPNE GÖRE AKIKAN YATAKLI SANTRAL TEKNOLOJS .........53 5.1.1. Atmosferik Dolaml Akkan Yatakl Yakma Teknolojisi ............................53 5.1.2. Kabarckl Akkan Yatakta Yakma ............................................................60 5.3. BUHAR PARAMETRELERNE GÖRE AKIKAN YATAKLI SANTRALLAR ..61 5.4. SONUÇ .........................................................................................................62 5.5. KAYNAKLAR .................................................................................................63 6. KÖMÜR GAZLATIRMA, SIVILATIRMA TEKNOLOJLER ............................64 6.1. KÖMÜRÜN GAZLATIRILMASI .................................................................64 6.1.1. IGCC (Entegre Gazlatrma Kombine Çevrim) Teknolojisi ................65 6.1.2. Gazlatrma Prosesi ..........................................................................68 6.1.3. Sentez Gaznn Temizlenmesi ..........................................................69 6.1.4. IGCC Tesisleri ve letme Deneyimleri .............................................77 6.1.5. Kömür Kalitesinin IGCC Üniteleri Üzerine Etkisi ..............................82 6.1.6 Karbon Tutma leminin IGCC Prosesine Etkileri ...............................83 6.1.7. Maliyetler ..........................................................................................84 6.1.8. IGCC Teknolojisine likin Deerlendirmeler ve Sonuç .....................85 6.1.9. Kaynaklar...........................................................................................87 6.2. KÖMÜRÜN SIVILATIRILMASI TEKNOLOJS ..........................................88 6.2.1. Günümüzde Dünya Genelinde CTL Teknolojisine Artan lgi Gösterilmesinin Nedenleri .................................................................89 6.2.2. CTL Teknolojisinin Salad Avantajlar.............................................90 6.2.3. CTL Teknolojisinin Önündeki Engeller ...............................................90 6.2.4. CTL Teknolojisi ..................................................................................90 6.2.5. Kömür Özelliklerinin Svlatrma Prosesi Seçenekleri Üzerine Etkisi92 6 VI 6.2.6. Ekonomik Boyutu...............................................................................93 6.2.8. Dünyadan Örnekler ..........................................................................94 6.2.2.9. Türkiye’de Kömürün Gazlatrlmas ve Svlatrlmas Alannda Baz Giriimler ..............................................................................98 6.2.10. Sonuç ve Öneriler ..........................................................................101 6.2.11. Kaynaklar .......................................................................................102 7. KARBON TUTMA VE DEPOLAMA (KTD) ........................................................104 7.1. KTD TEKNOLOJSNN TANIMI, UYGULAMA ALANI, BLEENLER, ......104 7.1.1. Karbon Tutma Teknolojileri .............................................................105 7.1.2. Yanma Öncesi Karbon Tutma Teknolojisi: ........................................108 7.1.3. Oksi-Yakt Yakma Teknolojisi: ...........................................................109 7.1.4. Karbon Tutma Teknolojilerin Karlatrlmas .................................. 110 7.2. KARBONUN TAINMASI ............................................................................ 112 7.3. KARBONUN DEPOLANMASI ..................................................................... 113 7.3.1. Jeolojik Depolama............................................................................ 114 7.3.2. Okyanusa Depolama ....................................................................... 116 7.3.3 zleme (Monitoring), Dorulama (Verication), Szdrmazlk, Güvenlik 116 7.4. KTD TEKNOLOJSNN YAYGINLAMASI ÖNÜNDEK ENGELLER ....... 116 7.4.1. Mali Yönler ........................................................................................ 117 7.4.2. dari, Hukuki Yönler .......................................................................... 118 7.5. TÜRKYE’DEK ÇALIMALAR ...................................................................120 7.6. KAYNAKLAR ..............................................................................................121 8. KÖMÜRLÜ SANTRALLARDA REHABLTASYON ..........................................122 8.1 GR ...........................................................................................................122 8.2. SANTRALLARIN YALANMASI.................................................................122 8.2.1. Sünme (Creep) ................................................................................122 8.2.2. Yorulma (Fatigue) ............................................................................123 8.2.3. Korozyon .........................................................................................123 8.2.4. Anma (wear, erosion) ...................................................................124 8.3. REHABLTASYON YAPMANIN NEDENLER ..........................................124 8.4. REHABLTASYON KAPSAMININ BELRLENMES ..................................125 7 VII 8.5. DÜNYA’DA REHABLTASYON ..................................................................125 8.5.1. ABD ..................................................................................................125 8.5.2. Hindistan ..........................................................................................127 8.5.3. Polonya ............................................................................................128 8.5.4. Çin ....................................................................................................129 8.5.5. Güney Afrika .....................................................................................129 8.6. TÜRKYE’DE REHABLTASYON ..............................................................129 8.7. AFN ELBSTAN SANTRALI ....................................................................131 8.8. SONUÇ ......................................................................................................135 8.9. KAYNAKLAR ..............................................................................................135 9. SONUÇ VE ÖNERLER .....................................................................................137 VIII 8 KISALTMALAR AB AGR ASU ABFBC ACFBC AYT AYY BGD BGKA BT BTL CCS CIAB CLC CO2 CoP CTL de-NOX de-SOX DOE ECBMR ECO EGR EPA EPRI EGR EOR EU EÜA FGD F-T GEE GT GTI HHV IEA IGCC KT KTD kW kWh : Avrupa Birlii : Acid gas removal (Asit Gaz Uzaklatrma) : Air seperation Unit (Hava ayrma ünitesi) : Atmospheric Bubbling Fluidized Bed Combustion (Atmosferik kabarckl akkan yatakl yakma) : Atmospheric Circulating Fluidized Bed Combustion (Atmosferik dolaml akkan yatakl yakma : Akkan yatak teknolojisi : Akkan yatakta yakma : Baca gaz desülfürizasyon : Baca gaz kükürt artma : Buhar türbini : Biomass-to-Liquid (Biyokütleden akaryakt) : Carbon Capture and Storage (Karbon tutma ve depolama) : Coal Industry Advisory Board (Kömür Endüstrisi Danma Kurulu) : Chemical Looping Combustion (Kimyasal Döngü Yakma) : Karbon dioksit : Conoco Phillips E-Gas TM (gazlatrma teknolojisi) : Coal-to-Liquid (Kömürden akaryakt) : Azot oksitleri giderme : Kükürt oksitleri giderme : Department of Energy (ABD Enerji Bakanl) : Enhanced Coal-Bed Methane Recovery (Kömür yata metan üretimi artrlmas : Elektrokatalitik oksidasyon : Enhanced gas recovery (Gaz üretimini artrma) : Environmental Protection Agency (Çevre Koruma Kurumu) : Electric Power Resarch Institute (Elektrik Enerjisi Aratrma Enstitüsü)-ABD : Enhanced gas recovery (Doal gaz üretimini artrma) : Enhanced oil recovery (Petrol üretimini artrma) : European Union (Avrupa Birlii) : Elektrik Üretim A.. : Flue gas desulphurization (Baca gaz desülfürizasyonu) : Fischer Tropsch : General Electric Energy : Gaz türbini : Gaz Teknoloji Enstitüsü : Higher heating value (Üst sl deer) : International Energy Agency (Uluslararas Enerji Ajans) : Integrated gasification combined cycle (Entegre gazlatrma kombine çevrim) : Karbon tutma : Karbon tutma ve depolama : Kilowat (103 Watt ) : Kilovatsaat 9 IX LCP LHV LNB LNG LPG MDEA MEA MIT MTA MW NETL NGCC NOX OFA PC PPMV PBFBC : Large combustion plants (Büyük yakma tesisleri) : Lower heating value (Alt sl deer) : Low NOx burner (Düük NOx yakcs) : Liquified natural gas (svlatrlm doalgaz) : Liquified petroleum gas (svlatrlm petrol gaz) : Metildietanolamin : monoetanolamin : Massachusetts Teknoloji Enstitüsü : Maden Tetkik Arama Enstitüsü : Megawat (103 kW) : DOE Ulusal Enerji Teknoloji Laboratuvar : Natural gas combined cycle (Doal gaz kombine çevrim) : Azot oksitler : ALEV üzeri hava : Pulverize kömür : Parts per million volumetric (hacmsal olarak milyonda ksm) : Pressurized bubbling fluidized bed combustion (Basnçl kabarckl akkan yatakta yakma PCFBC : Pressurized circulating fluidized bed combustion (Basnçl dolaml akkan yatakta yakma RH : Reheater SCOT Prosesi : Shell Claus çk gaz ileme prosesi SCR : Selective Catalytic Reduction (Selektif katalitik indirgeme) SH : Superheater SNCR : Selective Non-Catalytic Reduction (Katalitik olmayan selektif indirgeme) SO2 : Kükürt dioksit TK : Türkiye Kömür letmeleri TS : Termik santral TTK : Türkiye Ta Kömürü letmeleri USD : ABD dolar X 10 1. GR Bu çalma ile; temiz kömür teknolojileri ve bu teknolojiler ile ilgili olarak Dünyadaki ve Türkiye’deki gelimeler hakknda genel bir bilgilendirme amaçlanmtr. Bu çerçevede, temiz kömür teknolojileri arasnda önemli yer tutan teknolojiler dikkate alnm olup, Rapor; kömür hazrlama ve iyiletirme teknolojileri, emisyon kontrol teknolojileri, kömür gazlatrma ve svlatrma teknolojileri, akkan yatak teknolojisi, süper kritik kazan teknolojisi, karbon tutma ve depolama teknolojisi ve rehabilitasyon bölümlerinden olumaktadr. Elektrik üretiminde “Temiz Kömür Teknolojileri” kömürün yanma verimini ve santral verimini artrmak ve çevre teknolojilerini de kapsayarak olumsuz çevresel etkileri en aza ve kabul edilebilir seviyelere indirmek amacyla gelitirilmi/ tasarlanm teknolojiler olarak tanmlanabilir. Temiz kömür teknolojileri, konvansiyonel teknolojilere göre, üstün nitelikli teknolojiler olup, sürekli geliim göstermektedir. Kömürün elektrik üretimindeki önemi ve temiz kömür teknolojilerinin gelitirilerek bu günkü seviyesine ulamasn daha iyi anlamak için tarihe çok ksa bir göz atmakta yarar vardr. 1700’lü yllarda ngiltere’de balayan ve daha sonra Avrupa’ya ve Kuzey Amerika’ya yaylan “Sanayi Devrimi”nde, kömürün kullanld buhar türbinlerinin gelimesi insan veya hayvan gücü ile yaplan pek çok eyin artk mekanik güç ile yaplmasna geçilmitir. Bu dönemde, demirçelik endüstrisinin, tekstil endüstrisinin, demiryollarnn gelimesine kömür çok önemli bir katkda bulunmu ve enerji kayna olarak sanayi devrimine damgasn vurmutur. Günümüzde kalknmann vazgeçilmez unsuru olan elektrik enerjisinin gelimesi ve elektrik üretiminde kömürün kullanm ise yllar sonra gerçekleebilmitir. Su gücü ile elektrik elde edilmesinden çok ksa bir süre sonra, kömürün elektrik üretiminde de kullanlmasna balanmtr. Elektrik enerjisi önemli bir dönüm noktas olmu, ksa sürede bir yandan sanayileme ivme kazanrken, dier yandan elektrik üretiminde hem yeni enerji kaynaklar alannda gerekse teknoloji açsndan önemli gelimeler kaydedilmitir. Kömürün corak olarak dünyada homojen dalm, bol miktarda bulunmas, ucuz bir enerji kayna olmas gibi nedenlerle elektrik üretimindeki önemi günümüze kadar devam etmi olup, gelecekte de bu önemini koruyaca anlalmaktadr. Ancak, söz konusu avantajlarn yan sra, kömür önemli çevre sorunlar yaratan bir kaynaktr. Özellikle, kömürün yanmas sonucunda çkan SO2, NOX ve toz hava kirlilii oluturmaktadr. Bu nedenle, çevre bilincinin artmas ile bu yönde düünceler ve çalmalar balamtr. Böylece, baca 1 gaz desülfürizasyon (BGD) tesisleri ve de-NOX sistemleri v.b. emisyon kontrol teknolojilerinin gelitirilmesinde ilk admlar atlmtr. Örnein baca gazndan SO2 ayrma yönündeki ilk düünceler 1850’li yllarda ortaya çkmtr. Ancak, bu gelimeler kömüre dayal büyük ölçekli santrallarn kurulmaya balamas ile hz kazanm ve 1935 ylnda ilk baca gaz desülfürizasyon (BGD) tesisi kurulmutur. 1970’lerden bu yana hem uluslararas anlamalar, hem de bata Avrupa Birlii (AB) ülkeleri olmak üzere çevre mevzuatnn gelimesi ile, belirlenen emisyon limit deerlerinin altnda kalnmas için, çevre kontrol teknolojilerinin uygulanmas gerekli hale gelmitir. Günümüzde ise çevre kontrol teknolojilerinde önemli aamalar kaydedilmi olup çok çeitli de-SOx ve de-NOx prosesleri gelitirilmitir. Ülkemizde de, 1986 ylnda yaynlanan “Hava Kalitesinin Korunmas Yönetmelii” (Halen yürürlükte olan 07.07.2009 tarihli “Sanayi Kaynakl Hava Kirliliinin Kontrolu Yönetmelii”) ile emisyon limit deerleri belirlenmi olup, yüksek kükürtlü linyite dayal termik santrallarda BGD tesisi kurulmas zorunlu hale gelmitir. Ayrca, AB adaylmz çerçevesinde devam eden çevre mevzuat uyum çalmalar çerçevesinde yer alan Büyük Yakma Tesisleri AB Direkti (LCP Direkti) ülkemizin çevre mevzuatndan çok daha sk limit deerler içermektedir. Çevre kontrol teknolojileri genellikle yanma sonras kirliliin temizlenmesi prosesleri olarak gelimitir. Ancak, daha sonra temiz kömür teknolojilerindeki gelimeler ise yanma öncesinde veya yanma srasnda kirliliin olumasn önlemek/azaltmak prensibine dayanmaktadr. Ayrca, santral verimliliindeki artlar üretilen birim enerji bana kirliliin azalmasna neden olur. Süperkritik yakma teknolojisi, akkan yatakta yakma, kömür gazlatrma ve svlatrma teknolojileri önemli temiz kömür teknolojileri olarak bilinmektedir. Süperkritik santrallar yüksek basnç ve yüksek scakla dayanmaktadr. Verimlilikleri yüksek olup, son gelimelerle verimlilik %47’leri bulmaktadr. Bu arada AB ülkeleri birlikte %52’nin üzerinde verime sahip olacak santral tasarm üzerinde çalmaktadrlar. Ancak, kirletici emisyonlar azaltmak için ilave BGD tesisi ve de-NOX tesislerinin kurulmasn gerektirmektedir. Akkan yatakta yakma teknolojisinde ise kazana verilen kimyasal maddeler ile (örnein kireçta ilavesiyle) emisyonlar yanma srasnda azaltlmaktadr. Atmosferik dolaml akkan yatakl yakma teknolojisi ticarilemi olup, dünyada yaygn bir ekilde kullanlmaktadr. Kömür gazlatrma ve svlatrma teknolojileri ise kirliliin yanma öncesinde temizlenmesi teknolojileridir. Kömür gazlatrma teknolojisi 2 çok eski yllara dayanmakla birlikte elektrik üretiminde kullanlmas daha yakn tarihlerde gerçeklemi olup, özellikle ABD ve Avrupa’daki ticari ölçekli entegre gazlatrma kombine çevrim tesislerinden önemli deneyimler elde edilmitir. Ancak, bu tesisler henüz pulverize kömür santrallar kadar standartlamam olup, maliyetleri göreceli olarak yüksektir. Kömür svlatrma teknolojileri dorudan ve dolayl olmak üzere iki kategoride ele alnmaktadr. Dolayl svlatrma teknolojisi; Almanya’da II. Dünya Sava zamannda kullanlm, sava sonras 1955 ylndan bu yana Güney Afrika’da ticari olarak uygulamada olup Çin Halk Cumhuriyeti ve ABD’de ise uygulamaya sokulma aamasndadr. Dorudan svlatrma teknolojisi ise ilk olarak ticari ölçekte 2009 ylnda Çin Halk Cumhuriyetinde uygulamaya sokulmutur. Temiz kömür teknolojilerin seçiminde ve uygulanmasnda maliyetlerin önemi kadar kullanlan kömürün kalitesi de önemlidir. Teknolojinin uygulanmasndan önce kullanlacak yakt için testlerin yaplmas, baz durumlarda pilot tesis denemeleri ile kömürün söz konusu teknolojiye uygun olup olmad konusunda kir verecektir. Genel olarak temiz kömür teknolojileri kirletici atklarn azaltlmas/en aza indirilmesi amacna yönelik olarak gelitirilmitir. Ancak, son on yllarda küresel snma ve iklim deiiklii sorununun gün geçtikçe önem kazanmas ve sera gazlarnn azaltlmas gereklilii nedeniyle, teknolojik gelimeler bu yönde younlamtr. Genel olarak temiz kömür teknolojilerinin verimliliklerinin yüksek olmas nedeniyle üretilen birim elektrik enerjisi bana atmosfere verilen sera gazlarnn azaltmasna katkda bulunmasna karlk yeterli bir azaltm salanamamaktadr. Bu çerçevede,CO2 emisyonlarnn önemli ölçüde azaltlmas için “Karbon Tutma ve Depolama” – KTD (Carbon Capture and Storage - CCS) teknolojileri gündeme gelmitir. Ancak, bu teknolojiler henüz demonstrasyon aamasnda olup, hala çözümlenmesi gereken teknolojik, hukuki, mali, idari sorunlar bulunmaktadr. Ayrca, maliyetlerin çok yüksek olup, ticarilemesinin yllar alaca düünülmektedir. Dier taraftan, mevcut eski santrallarda eskime, ypranma, metal yorgunluu vb. nedenlerle santral verimlilii, emre amadelii, güvenilirlii dümekte, ayrca çevresel performans da azalmaktadr. Bu nedenle, rehabilitasyon olarak tanmlanan yenileme ve iyiletirme çalmalar yaplarak bir yandan verimlilik, güvenirlik artrlrken, dier yandan çevresel performans da artrlmakta, ayrca, yenilenme nedeniyle santraln ömrü de uzatlmaktadr. 3 2. KÖMÜR HAZIRLAMA VE YLETRME TEKNOLOJLER Kömür hazrlama ve iyiletirme teknolojileri; kömürün kullanm amacna yönelik olarak krma/öütme, eleme/boyutlandrma, susuzlandrma, ykama ilemlerinden olumaktadr. Bu teknolojiler ile ksaca, kömür oluum sürecinde ve üretim srasnda kömüre karan inorganik maddelerin (kül yapc mineraller ve piritik kükürt) bir ksmn kömürden ayrarak azaltmak ve/veya nem orann düürerek kalori deerini yükseltmek mümkün olabilmektedir. Kömürün içerdii, kül oluturan mineraller ve kükürt gibi safszlklar kömürün kullanmnda sorunlar yaratmaktadr. Kömür içerisindeki mineral maddelerin bir ksm kömür oluum sürecinde kömüre karrken, bazlar üretim esnasnda yan talardan kömüre karmaktadr. Kömür oluum sürecinde kömüre karanlarn bir ksm kömür bünyesine çok ince boyutta dalabilmektedir. Bunlar kömür ykama açsndan büyük olumsuzluk oluturmaktadr. Bu safszlklardan bir ksm ise, organik kükürt, bünye külü gibi organik yapsnn bir parçasdr. Kömür oluum sürecinde iri merceksi yapl ya da kaln ara kesmeler eklinde olan mineral maddeler ile üretim esnasnda kömüre karan yan kayaçlarn oluturduu mineral maddeler, kömür hazrlama ve iyiletirme teknolojileri ile belli bir oranda kömürden uzaklatrlabilmektedir. Kömürü mineral maddeler ile piritik kükürt gibi safszlklardan temizleyebilmek için öncelikle içindeki safszlklarla kömür arasnda bir serbestleme olmas gerekmektedir. Bu serbestlemenin salanabilmesi için bazen ufalama ilemleri gerekli olmaktadr. Ancak, bilindii üzere, kömür yakld proseslere uygun olarak farkl boyutlarda hazrlanmaktadr. Ayrca kömür iri boyutta olduu zaman tama, depolama, hazrlama, ykama vb ilemler daha kolay ve ekonomik bir ekilde gerçekletirilebilmektedir. Bu nedenlerden dolay, kömür hazrlama - ykama ilemlerinde, mümkün olduunca, kömür ufalamadan kaçnlmakta, kömürün ykama ilemlerine uygun boyuta (200mm, 150mm, 100mm veya yakn boyutlar) indirilmesi ufalama açsndan yeterli görülmektedir. Sadece ekonomik deeri yüksek olan (genellikle koklar nitelikli) kömürlerde biraz daha ince boyutlara ufalama yaplabilmektedir. Kömürlerde saylan nedenlerden dolay fazla ufalama istenmemesi nedeniyle genelde merdaneli krclar tercih edilir. Ancak dier krc tipleri de kullanlabilmektedir. Tesis için uygun boyuta indirgenen kömürler snandrlarak zenginletirme devrelerine beslenirler. Türkiye’deki tesislerde genelde iri devrede ar ortam tamburu ya da Drewboy ekipman; ince devrede ar ortam siklonu mevcuttur. Son yllarda tesislerde 0,5 mm’nin altnda boyuta sahip kömürler için Humrey spirali kullanm artm, böylelikle bu boyutun altndaki kömürlerin zenginletirmesi ekonomik olarak mümkün olmutur. 4 Kömürlerin temizlenmesi için çeitli ziksel yöntemler (düük mineral madde içeren kömür parçacklarn yüksek mineral madde içeren parçacklardan younluk farkna göre ayrma) ve yüzey özelliklerinden yararlanarak zenginletirme otasyon yöntemleri kullanlmaktadr. Ya sistem olarak çalan bu yöntemlerin yannda kuru ayrma prensibi ile çalan ekipmanlar da, özellikle Çin’de belli oranda kullanma girmeye balamtr. Bunlarn yannda halen iptidai bir yöntem olan elle seçme uygulamalar da devam etmektedir. Bu yöntemin alternati olarak gelitirilmi olan optik ayklayclar özellikle Türk kömürleri için ekonomik olma ansna sahip deildir. Halen uygulanmakta olan bu yöntemlere ilaveten bilimsel olarak kullanlabilirlii olan ancak henüz ekonomik hale gelmemi olan elektrostatik ayrma yöntemleri ve manyetik ayrma esasl yöntemler de mevcuttur. Kömür ykama için yöntem seçimi yapmadan önce temsili numune alma, tüvenan kömürün kimyasal analizi, elek analizleri yüzdürme - batrma testleri yaplmas ve böylelikle ykanabilirlik verilerinin elde edilmesi gerekmektedir. Yatrm kararnda; kömürlerin kömürleme derecelerine bal olarak cinsine (linyit, takömürü, antrasit) göre ve ykanm ürünün planlanan kullanm amacna göre yaklamlar deikenlik arz etmektedir (Arslan, 2009). 2.1. TÜRKYE KÖMÜRLERNN YIKANABLRLK KARAKTERSTKLER Zonguldak takömürleri, teknolojik özellikleri dikkate alndnda deikenlik gösterirler. Karadon, Kozlu ve Üzülmez kömürleri koklaabilir kömürler olarak snandrlrken, Armutçuk ve Amasra kömürleri yar - koklar ve koklama özellikleri olmayan kömürler olarak snandrlmaktadrlar (Özbayolu,2008). Zonguldak kömürlerinin, lamlar (0,1 mm alt) hariç, ykama problemi yoktur. ri kömürler jigler ve ar ortam ayrclar kullanlarak ykamaya uygun görülmektedir. Ancak deerli bir kömür olan takömüründe daha yüksek verim eldesi için (özellikle düük küllü kömür elde etmede önemlidir) ar ortam esasl yöntemleri kullanmak daha doru olacaktr. Bu kömürlerin bünyesel kül içeriklerinin biraz yüksek olmas nedeniyle, çok temiz ürün elde etmek mümkün olmamaktadr (Özbayolu, 2008). Zonguldak kömürlerinin kimyasal analizleri Tablo 2.1‘de, Türkiye’de kamu sektörüne ait linyit rezervlerin miktar ve kaliteleri Tablo 2.2’de verilmektedir. 2.2. TÜRKYE’DEK UYGULAMA ÖRNEKLER Türkiye bu alanda son yllarda bir hamle yapp kömür (linyit+takömürü) ykama kapasitesini 8742 ton/saat’e (> 50 milyon ton/yl) çkarmtr. Ayrca bata TK olmak üzere, MTA, TÜBTAK, ve Üniversiteler ibirliinde kömür ykama tesisi ince atklarnn iyiletirilmesi ve briketlenmesi, kuru kömür iyiletirme yönteminin 5 Türk linyitlerine uygulanabilirliinin aratrlmas üzerinde Ar-Ge çalmalar yürütülmektedir. Tablo 2.1.TTK’da Üretilen Kömürlerin Üretim Yerleri tibariyle Kimyasal Özellikleri (TTK ) Rutubet (ar)% Kül (ar)% Uçucu Madde (ar)% Sabit Karbon (ar)% Üst Is (ar) kcal/kg Alt Is (ar) kca/lkg Kül (d)% Uçucu Madde (d)% Sabit Karbon (d)% Üst Is (d) kcal/kg Alt Is (d) kcal/kg Karbon(C)% Hidrojen(H)% Toplam Kükürt(S)%(MAX) 6 ZONGULDAK LAVVARI ÇATALAZI LAVVARI 10- 1010- 100-10 Filtras. 0-10 Filtras. 100 18 100 18 4 5 11 15 4 5 8 14 ± ± ± ± ± ± ± ± 1 1 2 2 1 1 1 2 39 15 15 11 40 11 13 9 ± ± ± ± ± ± ± ± 2 2 2 2 2 2 2 2 27 26 26 17 28 27 28 18 ± ± ± ± ± ± ± ± 1 1 1 1 1 1 1 2 55 55 29 57 57 54 52 28 ± ± ± ± ± ± ± ± 2 2 2 2 2 2 2 2 6870 6605 6545 3450 7060 6800 6955 3645 ± ± ± ± ± ± ± ± 150 150 150 150 150 150 150 150 6630 6365 6275 3245 6810 6555 6690 3440 ± ± ± ± ± ± ± ± 150 150 150 150 150 150 150 150 14 10 45 47 12 14 16 12 ± ± ± ± ± ± ± ± 2 2 1 3 2 2 3 2 20 28 27 29 29 28 30 21 ± ± ± ± ± ± ± ± 1 1 1 2 1 1 1 2 58 57 59 33 59 58 60 34 ± ± ± ± ± ± ± ± 2 2 2 2 2 2 2 2 7155 6955 7355 4060 7355 7155 7560 4235 ± ± ± ± ± ± ± ± 150 150 150 150 150 150 150 150 4090 6925 6730 7120 3920 7120 6925 7320 ± ± ± ± ± ± ± ± 150 150 150 150 150 150 150 150 75-78 75-78 77-79 43-45 76-78 75-78 76-80 45-47 3,5-5 3,5-5 3,5-5 2-3,5 3.8-5 3.8-5 3.8-5 2.5-3 0.8 0.8 Azot(N)% 0.8-1.1 Oksijen(O)% Kül Erim. (Min)°C 5-6.5 0.81.1 5-6.5 1350 1350 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 5-6.5 0.81.1 5-6.5 0.80.80.8-1.1 1.1 1.1 5-6.5 5-6.5 5-6.5 0.81.1 5-6.5 1350 1350 1350 1350 0.8-1.1 1350 1350 ARMUTÇUK LAVVARI 18/100 5 ± 1 10 ± 2 33 ± 1 53 ± 2 6900 ± 150 6650 ± 150 11 ± 2 34 ± 1 55 ± 2 7190 ± 150 6955 ± 150 0-18 10 ± 2 10 ± 2 31 ± 1 49 ± 2 6470 ± 150 6200 ± 150 11 ± 2 34 ± 1 55 ± 2 7190 ± 150 6955 ± 150 Filtrasyon 14 ± 2 40 ± 2 18 ± 2 28 ± 2 3355 ± 150 3150 ± 150 47 ± 3 21 ± 2 32 ± 2 3900 ± 150 3755 ± 150 (0-10) 12 ± 2 18 ± 2 26 ± 1 44 ± 2 5560 ± 150 5300 ± 150 20 ± 2 30 ± 1 50 ± 2 6320 ± 150 6105 ± 150 Karbon (C)% 73-77 73-77 43-45 64-67 Hidrojen (H)% 3.5-5.3 3.5-5.3 2.5-3.5 3-5 Toplam Kükürt (S)% Max0.9 Max0.9 Max0.9 Max0.9 Rutubet (ar)% Kül (ar)% Uçucu Madde (ar)% Sabit Karbon (ar)% Üst Is (ar) kcal/kg Alt Is (ar) kca/lkg Kül (d)% Uçucu Madde (d)% Sabit Karbon (d)% Üst Is(d) kcal/kg Alt Is (d) kcal/kg AMASRA LAVVARI Azot(N)% 0.8-1.4 0.8-1.4 0.8-1.4 0.8-1.4 Oksijen(O)% 7-9 7-9 5-6.5 7-9 Kül Ergime (Min)°C 1270 1270 1270 1270 18-100 5 ± 1 13 ± 2 36 ± 1 46 ± 2 6145 ± 150 5890 ± 150 14 ± 2 38 ± 1 48 ± 2 6470 ± 150 6230 ± 150 70 ± 3 4 ± 1 0-18 11 ± 1 12 ± 2 34 ± 1 43 ± 2 5760 ± 150 5480 ± 150 14 ± 2 38 ± 1 48 ± 2 6470 ± 150 6230 ± 150 70 ± 3 4 ± 1 Max1 Max1 1.2 ± 0.4 8 ± 2 1.2 ± 0.4 8 ± 2 1270 1270 (ar) :Orjinal kömürde ; (d): Kuru kömürde 7 Tablo 2.2. Türkiye Kamu Sektörü Linyit Rezervleri ve Kimyasal Özellikleri (TK, EÜA) REZERVLER (1000 ton) TK- MÜESSESELER/LETMELER/ KONTROL MÜDÜRLÜKLER Mümkün Muhtemel Görünür Hazr 39.000 11.000 4.895 54.895 ÇL EL EL Manisa-Soma-Eynez Manisa-Soma-Deni Manisa-Soma Toplam Çanakkale-Çan Müessese Toplam Kütahya-Tunçbilek Konya-Ilgn Konya-Beyehir* letme Toplam Müessese Toplam Mula-Yataan-Eskihisar Mula-Yataan-Tnaz Mula-Yataan-Bayaka Mula-Yataan-Bayr* Mula-Yataan-Turgut* Mula-Yataan-Takesik Toplam Mula-Milas-Hüsamlar Mula-Milas-Belentepe Mula-Milas-kizköy Mula-Milas-Sekköy Mula-Milas-Karacahisar* Mula-Milas-Alatepe** letme Toplam Müessese Toplam Kütahya-Seyitömer Bursa-Orhaneli Bursa-Keles-Harmanalan Bursa-Keles-Davutlar* letme Toplam Müessese Toplam rnak-Silopi(Asfaltit)** rnak(Asfaltit)** Silopi Toplam Göynük Bolu-Göynük** Tekirda-Saray** Saray Dodurga Çorum-Dodurga** Kontrol Müdürlükleri Toplam Adana- Tufanbeyli* Bingöl-Karlova* DER SAHALAR Küçük Sahalar Toplam Toplam TK TOPLAMI IL 974 974 974 KONTROL MÜDÜRLÜKLER 8 BL SL SL YL GEL GEL GL GL 54.895 1.560 1.560 1.560 1.000 6.300 7.300 7.300 8.860 19.945 19.945 19.945 16.210 13.260 29.470 1.000 105.570 2.465 138.505 34.596 34.596 248.915 376.245 164.594 58.365 599.204 82.674 681.878 278.503 19.710 81.011 100.721 379.224 41.431 25.057 2.601 23.788 28.760 37.995 159.632 58.143 8.287 85.396 21.475 85.770 13.050 272.121 431.753 149.487 33.001 26.898 17.557 77.456 226.943 32.029 8.178 40.207 37.247 23.581 12.647 113.682 323.329 88.662 40.359 452.350 2.285.830 4.358 1.191 3.335 8.884 250 9.134 4.514 596 596 5.110 913 106 1.019 2.764 2.508 150 301 5.723 6.742 3.022 95 56 151 3.173 24.159 KMYASAL ÖZELLKLER*** Toplam Nem(%) Kül (%) 419.603 13 176.785 18 66.595 15 662.983 82.924 23 745.907 283.017 15 21.280 50 81.011 48 102.291 385.308 42.344 34 25.163 33 2.601 38 23.788 26 28.760 27 37.995 30 160.651 60.907 30 10.795 30 85.546 29 21.776 34 85.770 30 13.050 27 277.844 438.495 152.509 32 33.096 24 26.954 34 39.062 31 99.112 251.621 49.239 6 27.738 6 76.977 38.247 27 129.151 45 15.112 23 259.487 323.329 41 88.662 47 74.955 0,3-40 486.946 2.567.764 S(%) U.M.(%) AID(Kcal/kg) 33 40 36 1,3 1,2 1,2 27 20 26 3150 2080 2940 25 4,2 30 3000 41 11 25 1,6 1,1 1,1 25 26 17 2560 2180 1110 27 27 26 24 27 24 3 2,41 1,26 2,8 3,1 27 25 25 31 2185 2111 1807 2670 2635 2660 34 31 26 26 22 15 1,2 1,3 2 1,2 4,5 4,3 28 1607 1864 2209 1861 2279 4200 43 24 26 26 1,2 2 1,5 4,5 22 34 26 2080 2500 1900 2340 31 31 4 4,5 30 39 5310 5330 31 16 23 1,8 1,9 1,6 25 20 39 2340 2080 3150 28 2,1 24 0,6 7-76 0,2-2,6 29 5 24 1298 16 1460 20-32 500-3500 EÜA REZERVLER Afin -Elbistan Havzas Klaköy (A) Sektörü 619.000 Çöllolar (B) Sektörü 621.000 53,15 19,87 2,48 1031 544.500 544.500 50,27 22,4 2,03 1156 (C) Sektörü 759.000 759.000 52,41 21,67 1,54 1130 (D) Sektörü 758.500 758.500 (E) Sektörü 731.000 Toplam/ Ortalama 731.000 2.000 1100 731.000 2.681.000 2.000 3.414.000 50-55 17-21 1,5-2 1100 Kalburçayr Sektörü 49.890 3.400 53.000 50,00 21,00 2,02 1300 Etyemez Sektörü 640 1.000 49,83 19,04 3,57 1494 Hamal Sektörü 29.270 29.000 52,06 20,04 2,69 1207 Toplam/ Ortalama 79.800 83.000 48-52 19-21 2,76 1282 34,97 3,71 2399 Sivas-Kangal Havzas 3.400 Çayrhan Havzas 1. Saha 19.000 154.000 173.000 22,17 2. Saha 74.000 58.000 132.000 26,44 25,36 2,79 2839 Kounal Sahas 12.000 28.000 40.000 25,79 30,9 2,50 2539 Toplam/ Ortalama 105.000 240.000 0 345.000 3,00 2592 836.000 3.000.800 5.400 3.842.000 EÜA TOPLAMI * letilmeyen sektörler veya sahalar ** Rödövans ile iletilen sahalar 24,8 30,41 *** Ortalama deerlerdir. 9 ekil 2.1. Kömür Ykama Tesisi (Lavvar) Akm emasna bir Örnek Dereköy Kömür Ykama Tesisi Tablo 2.3. Türkiye’deki Kömür Ykama Tesisleri, Kapasiteleri ve Kullanlan Ekipmanlar (Arslan, 2009) Tesis Kapasite ri Devre nce Devre Toz (t/h) Amasra 210 Ar Ortam Tamburu AOS Flotasyon Arlar Madencilik San. Tic. A../Zonguldak 60 (10/100) Drewboy (0,5/10) AOS Spiral Aydn Linyit 100 2 Adet Jig Bahadr Madencilik/Gelik-Zonguldak 60 (18/100) Drewboy (0,5/18) Ar mayi siklon (çift ür.) Spiral EL Deni Lavvar 100 Drewboy Polat Madencilik Dursunbey, Balkesir 125 Ar Ortam Tamburu AOS Spiral Özçevreci Madencilik Dursunbey, Balkesir 100 Ar Ortam Tamburu AOS Spiral Özerdemler Madencilik Tavanl, Kütahya 120 Ar Ortam Tamburu AOS Spiral Enerji Madencilik, Kepsut 100 Ar Ortam Tamburu AOS Spiral Ortur Madencilik Gönen, Balkesir 150 Ar Ortam Tamubu AOS Çatalaz 500 Jig Jig Çelikler / Çorum 175 (6/150) (0.5/10) AOS 10 Filtrasyon Soma Kömürleri A.. 600 Ar Ortam Drewboy- AOS 2. devre Tambur Humprey Spirali Söke ekerler Madencilik 20 Baum (10/80) Tuncerler (Tunçbilek) 50 Ar Ortam Tamburu Tunçbilek 700 Ar Ortam Tamburu AOS Tunçbilek Ömerler 600 Ar Ortam Teknesi AOS Siklon-Elek Humprey Spirali Uysal Madencilik / Tekirda 175 (20/150) Drewboy (0.5/20) AOS Pullukcu) Malkara / Tekirda 100 50 t/h Tambur 50 t/h AOS Volkar Enerji San. ve Tic. A.. Tekirda 75 (20/100) Drewboy (0.5/20) AOS Y.K.. Ylmazlar Köm. lt. Mengen Bolu 50 *(18/150) ri kömür Y.K.. Ylmazlar Köm.lt. Kilimli - 59 (10/100) Drewboy brice maden letmeleri (rfan Malkara (0.5/10) AOS Zonguldak (+0.15-0.5) Spiral Yeni Çeltek Kömür letmesi 50 Ylmaz Madencilik 75 Zirve Madencilik / Kilimli-Zonguldak 175 Ar Ortam Tamburu Pres Filtre (0.5/40) AOS (18/150) Drewboy (0.5/18) Çift younluklu siklon Zonguldak Kozlu-Park 300 Zonguldak Üzülmez-Park 300 Yeniköy Linyit letmesi 220 Ar Ortam Tamburu 120 th AOS Merdivenli letmesi, Mula 100 AOS De-Ka Madencilik Gelik / Zonguldak 200 Humprey Spirali Drewboy (20/150) (0.5/20) AOS Filtrasyon Spiral De-Ka Madencilik AZDAVAY 100 Drewboy (20/150) Denizli 50 Ar Ortam Tamburu Dodurga 75 Drewboy (0.5/20) AOS Filtrasyon Spiral AOS Ege uyarlar Madencilik (Söke) 150 (20/150) Drewboy (0.5/20) AOS Eski Çeltek (Suluova) Kömür letmesi 175 Drewboy AOS Forbes Madencilik 75 (20/150) Drewboy (0.5/20) AOS Hema Kandilli Kömür l. 150 (10/150) Drewboy (0.5/10) AOS mbat Madencilik, Soma 350 Drewboy AOS Kartalkaya Mad./Azdavay-Kastamonu 118 (18/150) Drewboy Çift Younluklu Spiral Spiral Siklon Milten/stanbul 150 (10/150 Drewboy (0.5/20) AOS Park Teknik (Çayrhan) 300 Drewboy AOS Seyitömer (Park Teknik) 300 Drewboy AOS Azyak Madencilik, Soma 200 Ar Ortam Tamburu AOS Azyak Madencilik, Soma 100 Ar Ortam Tamburu AOS Çiftay (Mayda Madencilik) Soma 800 Çift Younluklu Ar Ortam AOS Humprey Tamburu Spirali Humprey Spirali Humprey Spirali Toplam 8742 11 2.3. KÖMÜR HAZIRLAMANIN TERMK SANTRAL VERM AÇISINDAN DEERLENDRLMES 2008 ylnda ülkemizde üretilen toplam 198.598 Milyon kWh elektrik enerjisinin %21’i linyite dayal termik santrallardan üretilmitir (TEIA, 2008). Bilindii gibi termik santrallar kullanacaklar kömür rezervinin ziksel ve kimyasal özelliklerine göre tasarlanrlar ve kurulurlar. Termik santral kazan tasarmna uygun, ayn özelliklerde kazana kömür beslenmesi önemli bir konudur. Türkiye’de kamuya ait linyite dayal 11 adet santral, tüvanan kömüre göre tasarlanmtr. (Soma A Santral hariç) Termik Santrallarn tüvenan kömür yakacak ekilde tasarlanmalarnn en önemli nedeni kömür ykamada özellikle linyitlerde ykama kayplarnn yüksek olmas ve ykama maliyetleri nedeniyle elektrik üretim maliyetinin ayn oranda yüksek olmasdr. Örnein ykama verimi %70 olan bir kömürün içindeki yanc madde ayn oranda kayp( arlkl olarak karbon) olacak ya da kömürün %30’nun içindeki karbon termik santralda yaklamayacaktr. Ayrca ykama maliyeti olan yaklak 2$/ton, üretim maliyetine ilave edilecektir. Termik santraldan üretilecek elektrik enerjisine daha fazla yakt gideri yüklenecektir. Ancak termik Santraln yüksek kalorili kömüre göre tasarlanmas santral boyutlarn küçülteceinden, bunun salayaca fayda ile kömürü ykama sonucunda oluacak daha yüksek üretim maliyeti kyaslanarak, bir termik santraln ykanm kömüre göre mi yoksa tüvenan kömüre mi kurulmas karar bir ekonomik analiz sonucu yaplabilir. Ancak, santraln tasarm aamasnda kullanlan kömür özellikleri ile iletme döneminde santrala verilen kömür özellikleri genellikle birbirinden farkl olabilmektedir. Elbistan Termik Santral hariç bu farkllk kömür sl deerinin dümesi, nem ve kül deerlerinin yükselmesi eklinde olmaktadr. Bu durum da; iletme artlarnn bozulmasna, erken ypranmalara, arzalara, teknik, ekonomik ve çevresel etkiler bakmndan olumsuz koullarn ortaya çkmasna sebep olmaktadr (Esin, 1994; Tatekin, 2009). Söz konusu olumsuzluklar en aza indirebilmek, kazan tasarmna uygun kömür besleyebilmek için üretim esnasnda seçimli madencilik yaplmas, farkl kalitedeki kömürlerin kartrlarak harmanlanmas ve böylelikle oluturulan karmn her noktasnda homojen kömür özelliklerinin salanmas önem arz etmektedir (Tatekin, 2009). Her ne kadar mevcut linyite dayal santrallar tüvanan kömüre göre tasarland iseler de yukarda sralanan sorunlar ortadan kaldrmak amacyla son yllarda baz termik santrallara ykanm kömür verilmektedir. Böylelikle kömürün içinde serbest halde bulunan yandnda kül oluturan mineral maddelerin belli bir 12 seviyeye kadar temizlenmesi salanmaktadr. Fakat kömür ykamann; salad faydalarn yan sra ilave bir maliyet getirmesi, kömür miktarnda azalma gibi dezavantajlar beraberinde getirdii unutulmamaldr. 2.3.1. Kömür Ykama leminin Termik Santral Performans Yönünden Deerlendirilmesi (Arslan, 2008): Termik santralda kömür kalitesi üç konuda önemli olmaktadr; 1. Elektrik üretim verimi ve birim maliyet 2. Kazan içi cüruama ve kül birikimi 3. Çevre ve hava kirlilii Kömürün termik santralda kullanm performans proje aamasnda yaplacak doru tasarm ile ilikilidir. Bunun yannda kömür hazrlama ve ykama ile, nem ve kül oranlar ile s deeri ayarlanabilmekte, mineral madde içerii belli oranda kontrol altna alnabilmektedir. Kömür külü; cüruf oluumunu, kuru kül birikimini, kazan verimini, tesis ömrünü, bakm maliyetlerini, kül atma maliyetini ve partikül madde emisyonlarn belirleyen en önemli unsurdur. Kömürün ykanmas ve mineral madde içeriinin azalmas sonucu aada sralanan faydalar salanmaktadr; x x x x x x x x Kömür tama giderleri düecektir. Stoklama ve manipülasyon maliyetleri düecektir. Kömür deirmeni ömrü uzayacak ve ayn anda kullanlacak deirmen says azalacaktr. Kömür içerisindeki mineral madde oran azaldndan kömür öütülebilirlii iyileecek ve bunun sonucu öütülen kömür tane irilii daha düük olacaktr. Daha yüksek yanma verimi salayacaktr. Kömür ykama ilemi, kömürün mineral madde içeriini azaltarak s deerini yükseltecek, birim elektrik enerjisi üretimi için gerekli kömür miktar azalacaktr. Kömürün ykanmas sonucu olarak kazana giren kül yükü azalacak, cüruf birikim süreci uzayacak, kuru yapma ile kül depolanmas yava geliecek, kurum üeyiciler az miktarlardaki birikimleri sertlemeden sökebilecektir. Kömür ykama, kül içeriini azaltarak uçucu küllerin elektro-ltrelerde tutulmalarn kolaylatracaktr. Termik santrallara beslenen kömürün ykanmas; nakliye, kül atma ve öütme maliyetlerini düürmekte, fuel oil saryatn azaltmakta ve sonuç olarak maliyet yönünden avantaj salamaktadr. 13 x Kömür Nemi: x x Kömürün nemi s deerini etkileyen önemli bir parametredir. Nem içerii kazan verimini, yakt yanma orann, alev scakln, buhar jeneratöründeki s transferini, birincil hava scaklk gereksinimini ve elektrostatik ltrelerdeki kül direncini belirlemektedir. Kurutma Kömürdeki nem içerii s deerini düürmesi ve emisyonlarn artmasna sebep olmasnn yannda, kazanda buharlatrma için 552,6 kcal/kg enerji gereksimi ortaya koymaktadr. Nem içeriindeki her %1 arta karlk s gereksinimi 5 Kcal /Kwh artmaktadr. Ykama ileminden sonra, kömür öütmeye girmeden muhakkak kurutulmaldr. 2.4. KAYNAKLAR 1. Arslan, V.,2008, “Kömür Hazrlamann Termik Santral Verimi Açsndan Deerlendirilmesi”, Linyitlerin Gazlatrlarak Sv Yakt ve H2 Üretimi Çaltay, TK, Ankara 2. Arslan, V., Tanrverdi, M., en S. Er,B., 2009, “Türkiye’de Kömür Hazrlama Tesisleri, Performans Ölçümünün Önemi ve Bir Örnek Uygulama, 21. Ulus ar aras Madencilik Kongresi Bildiriler Kitab, s.433-442. 3. Ünal,V. ve Ersoy, M., 2000; “Termik Santrallara Verilen Kömürlerin Üretim ve Hazrlanmasnda Karlalan Sorunlar ve Çözüm Önerileri”, Kömür Teknolojisi ve Kullanm Semineri V Bildiriler Kitab, Ankara, Türkiye, s.164-184. 4. Esin, J.,1994, “Linyite Dayal Santrallarda Enerji Üretimi ve Çevre”, 2000’li Yllara Doru Linyit Sempozyumu 5. MTA, 2002, “Türk Tersiyer Kömürlerin Kimyasal ve Teknolojik Özellikleri”. 6. Özbayolu, G., 2008, “Coal in Turkey”, CPSA Journal-Summer 2008 7. Tatekin, C., 2009, “Linyit Yaktl Termik Santrallarda Kömür Ykama, Harmanlama ve Homojinasyon Uygulamas, 21. Uluslararas Madencilik Kongresi Bildiriler Kitab, s.415-422 14 3. EMSYON KONTROL TEKNOLOJLER Kömürün yanmasndan oluan kükürtdioksiti (SO2) giderme yönündeki çalmalarn tarihi oldukça eskidir. Santrallarda baca gazndan SO2’i ayrma metodlar son 150 yldr üzerinde çallan bir konudur. Konuyla ilgili ilk düünceler 1850’li yllarda ngiltere’de ortaya çkmtr. 1920’lerde büyük ölçekte santrallarn yapmnn balamasyla tek bir sahadan büyük ölçüde SO2 emisyonu kamuoyunda endie yaratmaya balamtr. 1929’da Manchester Bölgesinde bir arazi sahibinin SO2 emisyonlarna kar tazminat talebi bu konuya dikkatleri toplamtr. Bunun arkasndan Londra’da santral kurulmasna kar balatlan kampanya üzerine tüm santrallarda SO2 azaltmak üzere kontrol yükümlülükleri konulmutur. Bu dönemde ngiltere’de ilk baca gaz desülfürizasyon (BGD) tesisleri kurulmaya balanmtr. lk BGD tesisi 1931’de London Power Company’ye ait Battersea santralnda kurulmu ve arkasndan 1935’de Swansea ve 1938’de Fulham Santralnda BGD tesisi kurulmutur. Bu tesisler 2. Dünya Savanda braklm ve daha sonra 1970’lerde ABD ve Japonya’da kurulmaya balanmtr. 1973’lerde 5-250 MW aras tesislerde Dünyadaki 42 BGD tesisinin 36’s Japonya’da ve 6’s ABD’de bulunuyordu. 1999-2000’lerde 27 ülkede, toplam 229.000 MW’lk 678 BGD tesisi iletmedeydi. Bunun %45’i ABD’de, %24’ü Almanya’da, %11’i Japonya’da ve %20’si dier ülkelerdeydi. Ünitelerin 199.000 MW’na tekabül eden %79’u slak kireçta teknolojisi kullanyordu. 1970’li yllarda, dünyada çevre bilincinin artmas ve 1979 ylnda, Birlemi Milletler tarafndan hazrlanan “Uzun Menzilli Hava Kirliliinin Snrlarötesi Tanm Sözlemesi” bir süre sonra, kirletici emisyonlar (SO2, NOX, toz) snrlayc tedbirlerin alnmasn zorunlu hale getirmi ve bata Avrupa Birlii’nde (AB) olmak üzere, ülkelerde ilgili mevzuatn olumasn salamtr. Emisyon snrlamalarnn getirilmesi, termik santrallarda emisyon azaltc teknolojilerin kurulmasn gerektirmitir. Böylece, SO2 emisyonlarnn ve NOX emisyonlarnn getirdii limit deerlere uyulabilmesi için dünyada deSOX (desülfürizasyon) ve de-NOX teknolojileri gelitirilmitir. Bata Avrupa Birlii mevzuatnda olmak üzere, çevre mevzuatlarnda limit deerlerin aa çekilmesine paralel olarak söz konusu teknolojiler gün geçtikçe daha da gelimektedir. Türkiye de “Uzun Menzilli Hava Kirliliinin Snrlarötesi Tanm Sözlemesi”ne taraf olmutur. Daha sonra çevre mevzuatnn ilk adm atlm ve 09.08.1983 15 tarih ve 2872 sayl “Çevre Kanunu” yaymlanmtr. Çevre Kanunu çerçevesinde ise hava kirleticileri ile ilgili olarak aadaki Yönetmelikler yaymlanmtr. 1986 tarihinde, “Hava Kalitesinin Korunmas Yönetmelii yaymlanmtr. - 02.11.1986 tarihinde Resmi Gazetede yaymlanan “Hava Kalitesinin Korunmas Yönetmelii”. 07.10.2004 tarihinde Resmi Gazetede yaymlanan “Endüstriyel Kaynakl Hava Kirliliinin Kontrolu Yönetmelii”. 22.07.2006 tarihinde Resmi Gazetede yaymlanan “Endüstri Tesislerinden Kaynaklanan Hava Kirliliinin Kontrolu Yönetmelii”. 03.07.2009 tarihinde Resmi Gazetede yaymlanan “Sanayi Kaynakl Hava Kirliliinin Kontrolu Yönetmelii” Yukarda sralanan Yönetmelikler yaplan revizyonlar/deiiklikler çerçevesinde yürürlükten kaldrlm olup, Halen yürürlükte olan “Sanayi Kaynakl Hava Kirliliinin Kontrolu Yönetmelii”dir. Söz konusu Yönetmelik sanayiden ve enerji tesislerinden kaynaklanan hava kirletici emisyonlarnn kontrolunu kapsamakta olup, kat yaktl tesislerde SO2 ve NOX için baz limit deerler aada özetlenmektedir. SO2 < 100 MWt d 100 MWt - 300 MWt t 300 MWt 2000 mg/Nm3 1300 mg/Nm3 1000 mg/Nm3 NOX t 50 MWt 800 mg/Nm3 1986 yl itibariyle emisyon limit deerlerinin getirilmesi özellikle düük sl deere, yüksek kül ve kükürt içeriine sahip düük kaliteli yerli linyite dayal termik santrallar yakndan etkilemi ve yüksek verimli baca gaz desülfürizasyon (BGD) tesislerinin retrot olarak kurulmasn mevzuatn yaymlanmasndan sonra planlanan santrallarn BGD tesisleri dahil olmak üzere kurulmasn gerekli hale getirmitir. Genelde, baca gazndaki SO2 emisyonlarn limit deerlerin altna indirmek için %95 verimli, slak kireç ta yöntemi kullanlmaktadr. Ülkemizin linyite dayal termik santrallarnda yanma odas scaklklarnn düük olmas, teetsel yakma yönteminin kullanlmas nedenleriyle azot oksitlerin (NOX) oluumu düük olmakta ve mevzuatta verilen snr deerlerin altnda 16 kalmakta, dolaysyla herhangi bir NOX azaltc sistem gerektirmemektedir. Buna karlk, doal gaz kombine çevrim santrallarnda ise NOX oluumu yüksek olup, limit deerlere uyulmas için baz önlemler gerekmektedir. Dier taraftan, Türkiye’nin AB üyelii yolunda olmas nedeniyle, Türk çevre mevzuatnn AB çevre mevzuat ile uyumlatrlmas gerekmektedir. Ancak, AB mevzuat çok daha sk hükümler içermektedir. “Büyük Yakma Tesislerinden Kaynaklanan Kirletici Emisyonlarn Snrlandrlmas” konulu ve ksaca LCP (Large Combustion Plants) olarak adlandrlan AB Direkti (2001/80/EC) SO2, NO2 ve toz için kat, sv ve gaz yaktl mevcut ve yeni tesislere yönelik oldukça düük seviyede limitler getirmektedir. LCP Direktinde kat yaktlar için yer alan SO2 ve NOx emisyonlar limit deerleri aada verilmektedir. Söz konusu direktifte özellikle yeni tesisler için limit deerlerin çok düük seviyede olduu görülmektedir. SO2 için limit deerler: Mevcut tesisler 50 –100 MWt 100 - 500 MWt t 500 MWt Yeni Tesisler: 50 –100 MWt 100 MWt üstüt NOX için limit deerler 3 2000 mg/Nm 2000–400 mg/Nm3 400 mg/Nm3 850 mg/Nm3 200 mg/Nm3 Eski Mevcut tesisler 50 –500 MWt 600 mg/Nm3 ! 500 MWt 500 mg/Nm3 Mevcut tesisler için 01.01.2016 sonras 50 –500 MWt 600 mg/Nm3 ! 500 MWt 200 mg/Nm3 Yeni Tesisler: 50 –100 MWt 100 MWt üstü 400 mg/Nm3 200 mg/Nm3 Mevzuat uyumu çerçevesinde, ülkemizde taslak bir yönetmelik hazrlanm ve sonra revize edilmitir. 2009 ylnda yaplan son revize taslakta önemli bir deiiklik olmamakla birlikte yönetmeliin yaymlanma yl 2009’a, mevcut tesisler için uyum yl ise 2019 ylna uzatlmtr. Ancak, söz konusu yönetmelik yaymlanmamtr. Kirliliin Entegre Olarak Önlenmesi ve Kontrolu (Integrated Pollution Prevention and Control – IPPC) konulu AB Direktinde ise “Mevcut en iyi tekniklerin (Best Available Techniques – BAT)” uygulanmasnn öngörülmesinden dolay bu limit 17 deerler daha da dümektedir. Ayrca, LCP ve IPPC direktierinin birletirilmesi konusunda çalmalar yaplmakta olup, daha da düük snr deerlerin belirlenmesi söz konusu olabilecektir. Bu konuda AB’de yaplan çalmalar hzla devam etmektedir. Bu nedenle, AB adayl söz konusu olan ülkemizde çevre teknolojilerinin uygulanmas daha da önem kazanacaktr. Bu kapsamda, baca gaznn SO2 ve azot oksitlerden temizlenmesine yönelik olarak Baca Gaz Desülfürizasyon (BGD) tesisleri ve de-NOX sistemleri Bölüm 3.1. ve 3.2. ‘de detayl bir ekilde incelenmektedir. Mevcut tesislerde limit deerlere uymak için gerekli retrot tesislerin/sistemlerin kurulmas, santraln kalan ömrüne gore zibil olmayabilir. Bu durumda, santral önce rehabilite edilerek verimliliinin artrlmas ve ömrünün uzatlmas, daha sonra retrot sistemin kurulmas daha uygun bir çözüm olacaktr. 3. 1. BACA GAZI KÜKÜRT ARITMA TESSLER 3.1.1. Giri Kömür veya petrol ürünleri yakan santrallarda kazan veya yanma odas baca gazlarndan kükürt dioksit (SO2)’i ayran teknolojilere baca gaz kükürt artma tesisleri veya baca gaz desülfürizasyon tesisleri – BGD (FGD-Flue Gas Desulphurization Plant) ad verilir. 3.1.2. Sülfürik Asit Buhar Oluumu Kömür ve petrol gibi fosil yaktlar önemli oranda kükürt ihtiva etmektedirler. Yakldnda kükürtün yaklak %95’i SO2’ye dönüür. Bu baca gaznda bulunan oksijenle normal scaklkta oluur. Baca gaznda oksijen oran yüksek olduunda, SO2 tekrar okside olarak kükürt trioksit (SO3) meydana gelir. Bu gaz da sülfürik asit (H2SO4) buharna dönüür. Genel olarak SO2’in %1’i SO3’e dönüür. 3.1.3. BGD’lerde Proses Çeitleri Baca gazndaki SO2’i artmak amacyla uygulanmakta olan prosesler genel olarak kuru ve slak olmak üzere iki gruba ayrlmaktadr. Kuru proseslerde, SO2 giderilmesi gaz- kat sorbent (gaz emen, absorbe eden madde) temas ile salanmaktadr. Islak proseslerde ise, baca gaz, sorbent içeren sulu çözeltiler ile temas ettirilerek, kimyasal absorbsiyon yoluyla SO2 giderimi salanmakta ve temizlenmi baca gaz su buhar ile doymu olarak sistemden çkmaktadr. 18 3.1.3.1. Kuru Prosesler u anda kuru ve rejenere edilemeyen ya BGD prosesleri en yaygn kullanlan proseslerdir, ancak kuru sistemlerin de birçok avantaj vardr. Bu avantajlar aada verilmektedir. - Yan ürün oluumu azdr. Yararl kükürt içeren ürünler için kükürtün geri dönüümü mümkündür. SO2 ve NOx’in ayn anda uzaklatrlmas mümkündür. Baca gaznn tekrar stlmasna ve çok su tüketimine gerek yoktur. 3.1.3.1.1. Püskürtmeli Kurutma Prosesleri Baca gazndaki SO2’in alkali çözeltiler kullanlarak püskürtmeli kurutucuda tutulmas esasna dayanan prosesler, slak proseslere oranla daha düük yatrm maliyeti gerektirmesi, sonuç ürünün kat olmas, tkanma, erozyon, korozyon sorunlarnn azl ve iletme kolaylklar nedeniyle önem kazanmtr. Bu proseslerde genellikle kireç, kireçta ve soda kullanlarak hazrlanan alkali çözelti kurutucuya küçük damlacklar halinde püskürtülerek, damlacklarn baca gaz ile temas sonucu SO2 tutulmaktadr. Oluan ürün kuru olarak sistemden alnmaktadr. Kireç yerine kireç tann aktif madde olarak kullanlmas sistemi daha ekonomik hale getirmektedir. Ancak, kireçta kullanlmas durumunda SO2 tutma veriminin dütüü bilinmektedir. Püskürtmeli kurutuculardan ürün olarak çkan kat taneciklerin toplanmas amacyla çkta bir torba ltre bulunmaktadr. Kat ürünün yeterince kurutulmamas halinde, torba ltrelerde çeitli sorunlarn meydana gelmesi, bu prosesin en önemli dezavantajdr. Bu yöntemde, SO2 tutma verimini etkileyen en önemli parametre kurutucu çkndaki bal nemdir. Örnein bal nemin %10’dan %65’e yükselmesi, sistemdeki SO2 tutulma veriminin bir saniyeden ksa temas süresi içinde % 20’ den %76’ya çkmasn salamtr. Sistemdeki Ca/S mol oran, bal nemin yüksek olmas durumunda önem kazanmaktadr. 3.1.3.1.2. Alkali Enjeksiyon Prosesleri Islak proseslere göre yatrm maliyeti daha düük olan alkali enjeksiyon prosesleri son yllarda oldukça önem kazanmtr. Bu proseslerde kullanlan sorbentin cinsine bal olarak enjeksiyon bölgesi farkllk göstermektedir. Enjeksiyon prosesleri aada anlatlmaktadr. 19 3.1.3.1.2.1.Kalsiyum çeren Alkali Enjeksiyon Prosesi Sorbent olarak kireç, kireçta veya dolomitin kullanld bu prosesin en önemli üstünlüü, yatrm maliyetinin düük olmasdr. Özellikle kireçtann doada bol bulunmas ve ucuz olmas, bu yöntemin tercih nedenlerindendir. Kireçta enjeksiyonu için, scakln yüksek olduu aleve yakn bir bölge tercih edilmektedir. Bu bölgede, kireçtann kalsinasyonu sonucu gözenekli yapya sahip kalsiyum oksit olumakta, SO2 bu gözenekli kat madde ile tepkimeye girerek tutulmaktadr. CaCO3 CaO + CO2 CaO + SO2 + ½ O2 CaSO4 Kireçtann kalsinasyonu sonucunda oluan kalsiyum oksitin gözenekli yaps, SO2’e olan reaktivitesini büyük ölçüde etkilemektedir. Gözenek yaps hem aktif yüzey alann belirlemekte hem de SO2’in gözenekler içindeki difüzyon direncini etkilemektedir. Kalsiyum oksitin gözenek yapsn, kullanlan kayacn orijini ve kalsinasyon koullar büyük ölçüde etkilemektedir. Sisteme beslenen kireçta miktar ve tanecik boyutu SO2 tutma verimini etkileyen dier parametrelerdir. Kireçta enjeksiyon prosesinin en büyük dezavantaj, sorbent dönüümünün düük olmas nedeniyle, sisteme fazla miktarda sorbent enjekte edilmesini gerektirmesidir. Sülfatasyon sonucu oluan kalsiyum sülfatn molar hacminin üç kat kadar olmas, tepkime srasnda gözeneklerin tkanmasna ve dönüüm orannn düük olmasna neden olmaktadr. 3.1.3.1.2.2. Sodyum çeren Alkali Enjeksiyon Prosesi Sodyum bileiklerinin, baca gaz scaklnn 150 – 200 oC olduu bölgeye enjekte edildii bu proseste, sorbent tanecikleri torba ltrelerde tutulmakta ve SO2 ile olan tepkimeleri ltrelerde de devam etmektedir. Sodyum bileikleri olarak en çok kullanlan doal sorbentler, trona (Na2CO3 NaHCO3 2H2O) ve nahkolit (NaHCO3)’dir. Bu bileiklerin, kireçtana oranla SO2’e kar çok daha yüksek bir reaktiviteye sahip olmalar, konu ile ilgili çalmalar hzlandrmtr. Nahkolit ve tronann 200 oC’ta kalsinasyonu sonucu oluan aktif soda (Na2CO3) yüksek bir yüzey alanna sahiptir ve 150 – 200 oC scaklk aralnda SO2 ile çok hzl tepkimeye girmektedir. Aktif sodann SO2’i tutmada kireçtana oranla önemli üstünlükleri, tepkimenin düük scaklklarda (150 – 200 oC) gerçeklemesi ve dönüüm orannn çok yüksek olmasdr. Kalsiyum oksit - SO2 tepkimesini önemli ölçüde etkileyen gözenek tkanmas, soda - SO2 tepkimesinde, önemli bir rol oynamamaktadr. 20 Nahkolit kullanlarak gerçekletirilen çalmalarda, baca gazndaki SO2’nin %70’den fazlas giderilebilmitir. Bu prosesin dier üstünlükleri; sistemde kabuklama ve tkanma sorunlarnn olmamas, Na/S orannn stokiometrik olarak gerekenin iki katna çkarlmasyla %90’n üzerinde SO2 gideriminin salanabilmesidir. 3.1.3.1.3. Aktif Kömür ile Adsorpsiyon Prosesi Kuru ve rejenere edilebilen sorbentlerden aktif karbon, oda scaklnda SO2 adsorplama kapasitesi yüksek olduundan dikkat çekmektedir. Daha yüksek scaklklarda aktif kömürün kükürt kapasitesi azaldndan bu teknik, 100 oC’dan daha düük scaklklarda daha iyi sonuç verir. 300 oC’dan yüksek scaklklarda SO2’in uzaklatrlmas için CuO, Fe2O3 ve Na gibi bileikler içeren alümina ve silika destekli sorbentler üzerinde de çallmtr. Buna karlk SO2’in 120 ile 250 oC aralnda uzaklatrlmasnn ekonomik olduu saptanmtr. 3.1.3.1.4. Katalitik Oksidasyon Prosesi Bu proseste, SO2’in katalitik oksidasyonu sonucu kükürt trioksit (SO3) olumakta ve oluan SO3, sülfürik asit (H2SO4) ya da sülfatl bileiklere dönütürülmektedir. SO2’in, katalitik oksidasyonu iki farkl yöntemle gerçekletirilmektedir. H2SO4 üretim prosesine benzeyen birinci yöntemde oksidasyon, yüksek scaklkta ve genellikle vanadyum katalizörü kullanlarak salanrken; ikinci yöntemde oksidasyon, suda çözünmü katalizör kullanlarak salanmaktadr. SO2’den arndrlm olan baca gaz her iki yöntemde de sistemi yaklak 200 oC’da terk etmektedir. Baca gazndaki SO2’in giderilme oran, katalitik dönüümünün derecesine bal olarak deimektedir. TiU2, V2U5, Fe2O3, Al2O3, MoO ve WO en çok kullanlan katalizörlerdir. Katalizör yardmyla SO2 ve azot oksitlerin birlikte giderilmesini salayan prosesler endüstride yaygn olarak kullanlmaktadr. 3.1.3.2. Islak Prosesler Balca slak SO2 tutma prosesleri aada verilmektedir. 3.1.3.2.1. Kalsiyum çeren Bileiklerin Kullanld Prosesler Kireçtann ucuz ve kolay bulunabilen bir madde olmasyla bu prosesler öne çkmtr. SO2 su tarafndan absorblanarak HSO3, SO3, SO4 iyonlar olumakta, ardndan bu iyonlarn kireçta ile tepkimesi sonucunda ise kalsiyum sült ve kalsiyum sülfat meydana gelmektedir. Bu yöntemin verimli olabilmesi için pH aralnn 4 – 7 olmas gerektii, bu araln altnda çözeltinin SO2 tutma veriminin dütüü belirtilmektedir. Oluan çamur eklindeki ürünün atlmas çevre sorunlar 21 yaratt için, absorbsiyon kulesine veya absorbsiyon kulesi çknda bulunan tanktaki çözelti içine hava enjekte edilerek, kalsiyum sült’in jips’e (alç ta) dönümesi salanmaktadr. Jips, haf inaat malzemesi yapmnda ve dolgu malzemesi olarak deerlendirilebilmektedir. Kireç çözeltisi kireçtannkine oranla daha aktiftir ve sistemde daha az korozyona neden olmaktadr. Ancak kireç, kireçtann kalsinasyonuyla elde edildiinden kireçtana oranla daha pahal bir sorbenttir. Kireç ve kireçta çözeltilerinin kullanld bu proseslerde, absorbere 95 oC’da giren baca gaz, sistemden 50 o C’da ve su buhar ile doymu olarak çkmaktadr. Genel olarak Ca/S orannn yaklak 1,05 olduu durumda, baca gaznn içerdii SO2’in %95’den fazlas tutulabilmektedir. 3.1.3.2.2. Magnezyum çeren Bileiklerin Kullanld Prosesler Magnesyum oksit ve magnezyum karbonat içeren sulu çözeltiler kullanlarak, baca gaz içerisindeki SO2’in MgSO3 veya MgSO4 tuzlar eklinde tutulduu prosesler bu gruba girmektedir. Bu prosesleri kalsiyum içeren bileiklerin kullanld proseslerden ayran en önemli özellik, oluan MgSO3 ve MgSO4 tuzlarnn rejenere edilebilmesi ve bu nedenle de prosesin daha ekonomik olmasdr. MgSO3 ve MgSO4 tuzlarnn kalsine edilmesi eklinde gerçekletirilen rejenerasyon srasnda %10-15 SO2 içeren bir gaz akm elde edilebilmekte ve bu gaz akmnn H2SO4 üretimi amaçl kullanm uygun olmaktadr. Ancak, rejenerasyon için fazla miktarda enerji ihtiyac söz konusudur; ayrca ilem srasnda souyan gazlarn bacadan kolaylkla atlabilmesi amacyla yeniden stlmas için de enerji tüketilmektedir. 3.1.3.2.3. kili Alkali (Sodyum Karbonat-Kireç, Amonyak-Kireç) Prosesleri Sodyum hidroksit veya sodyum karbonat çözeltilerinin SO2 tutma aktivitesi kireç çözeltisine oranla çok daha fazladr. Absorpsiyon kulesi içinde herhangi bir kabuk oluumu ve tkanma gerçeklemez. 3.1.3.2.4. Amonyan Kullanld Prosesler Yakma havasnn ön stlmas amacyla kullanlan baca gaz, elektronik toz tutuculardan geçirilip tozlarndan arndrlr ve 70 oC’a soutulur. Souk gaz üzerine amonyakl gaz püskürtülerek SO2 amonyum tuzlar (amonyum sült ve amonyum sülfat) eklinde gaz karmndan syrlmaktadr. 2 NH3 + H2O + SO2 (NH4)2 SO3 + 1/2O2 (NH4)2SO4 22 Oluan amonyum sülfat tuzu, suyu püskürtmeli kurutucuda uzaklatrldktan sonra toz halde gübre olarak pazarlanmaktadr. Proses verimi %90’n üzerinde SO2 artmn salar, ancak dezavantaj yatrm maliyetinin yüksek olmasdr. 3.1.3.2.5. Sodyum Bileiklerinin Kullanld Prosesler Tek alkali ile syrma esasna dayanan bu proseste baca gazndaki SO2, sodyum karbonat veya sodyum bikarbonatn sulu çözeltileri tarafndan absorblanmaktadr. Baca gazndaki SO2, kimyasal absorbsiyon sonucunda sodyum sült ve sodyum bisülte dönümektedir. Oluan sodyum sültin bir ksm, baca gazndaki oksijen ile oksitlenerek sodyum sülfata dönümekte ve sült ile sülfat tuzlarn içeren çözelti atk sv olarak sistemden uzaklatrlmaktadr. Sodyuma dayal bu proseste, kireç ve kireçta kullanlan tek ve ikili alkali proseslerinde olduu gibi kat atk olumamakta, çözünmü sodyum tuzlarn içeren sv atk, su artm teknikleri uygulanarak temizlenebilmektedir. Bu prosesin kükürt giderme verimi %90’n üzerindedir. Islak prosesler her ne kadar yüksek verimlerle SO2’yi giderse de NOx’ler için geçerli deildir. Bunun nedeni baca gazndaki NOx’lerin % 90’nn tekil eden NO’nun suda çok az çözünür olmasdr. Sanayide SO2 giderilmesinde slak prosesler büyük bir paya sahip olduundan sistemde küçük bir deiiklikle SO2/ NOx’in birlikte giderilmesini salayabilecek ve düük maliyet ile çaltrlabilecek bir yöntem gerekmektedir. NOx’i suda çözünen NO2’ye dönütüren NaClO2 sorbent olarak bu soruna en iyi çözümdür. Oksidasyon tepkimesi asidik koullarda gerçeklemekte ve maksimum SO2 ve NOx giderilme verimleri srasyla %88 – 100 ve %36 – 72 aralnda elde edilmektedir. 3.1.3.2.6. Organik Maddelerin Kullanld Prosesler Organik madde seçilirken ilk olarak göz önüne alnacak nokta, kullanlan organik maddelerin insan ve çevre salna zarar vermemesidir. Sorbent olarak genelde sitrik asit, kisilidin, toluidin, dimetil anilin, glikolik asit ve etilendiamin kullanlr. Bu prosesler rejenerasyon içerir ve yüksek oranda SO2 içeren gazlar, %95’den daha yüksek verimlerle artlabilmektedir. Absorplanan SO2’den saf kükürt elde edilmekte ve pazarlanabilmektedir. Kat atk sorunu olmad gibi sorbent olarak kullanlan organik asit hem zehirli deildir, hem de biyolojik yolla ayrabilen bir maddedir. 23 3.1.3.2.7. Deniz Suyunun Kullanld Prosesler Prosesin temel prensibi, deniz suyunun sahip olduu doal alkaliliin SO2’i nötralize etmesidir. Deniz suyunun genelde pH’ 8,0 – 8,3, alkalilii ise 2,2 – 2,4 milieq./l aralndadr ancak tek bana SO2 gidermek için kullanlmak istenirse, çok büyük hacimde su kullanm gerektirmektedir. Alkalilii artrmak için sisteme kireç veya kireçta ilavesi yaplr. Bu prosesin en büyük üstünlüü, atk sorununun olmamasdr. Oluan atk çözelti, canllar ve bitkiler için zararl madde içermedii için tekrar denize verilebilmekte, bir ksm ise sisteme geri beslenebilmektedir. Alkalilii artrmak için sisteme ilave edilen kireç veya kireçta, atk çözeltinin rejenere olmasn da salamaktadr. Bu proses ile %96’nn üzerinde SO2 giderimi elde edilmektedir. 3.1.4. Türkiye’de Baca Gaz Kükürt Artma (BGD) Tesisleri Türkiye’deki linyit santrallarnn hepsi bir kamu kuruluu olan EÜA’a aittir. Bu santrallardan baca gaz kükürt artma tesisi olanlar aadaki Tablo 3.1.1’de gösterilmektedir ve hepsinde de %95’in üzerinde tutma verimi hedeeyen slak kireçta prosesi kullanlmaktadr. Tablo 3.1.1: BGD’si olan EÜA linyitli santrallar Kurulu güç MW Yüklenici Sözleme tarihi Biti tarihi Çayrhan 1,2x Orhaneli Çayrhan 3,4x Kangal 3 Yataan 2x150 1x210 2x160 1x157 3x210 Lurgi Lentjes, Gama Noel KRC, Alarko Lurgi Lentjes, Güri Mitsubishi, Gama Lurgi Lentjes,Güri 03.07.1987 01.10.1993 23.12.1993 08.09.1994 16.09.1994 1991 1998 2000 2000 2007 Ayr olarak ihale edildi. Ayr olarak ihale edildi. Santralla birlikte ihale edildi. Santralla birlikte ihale edildi Ayr olarak ihale edildi Kemerköy Yeniköy 3x210 2x210 Babcock & Wilcox, Gama Lurgi Lentjes, Pasiner 15.11.1996 16.01.1998 2002 2008 Ayr olarak ihale edildi Ayr olarak ihale edildi Afin Elb. B 4x360 Mitsubishi, GTT, Enka 06.08.1998 2005 Santralla birlikte ihale edildi Santral ad Açklama x letme hakk devri nedeniyle Park Termik tarafndan iletilmektedir. Tablodaki santrallar, EÜA’n ilettii 3.487 MW ve Park Termik’in ilettii 620 MW olmak üzere 4.107 MW’dr. 320 MW’lk Çan Santral kazan akkan yatakl olduundan ve takömürü yakan Çatalaz santralnda kömürün kükürt oran düük olduundan BGD tesisine ihtiyaçlar yoktur. BGD’si olan, ihtiyaç olmayan ve yaplmas gerekenlerin dökümü Tablo 3.1.2’dedir. 24 Tablo 3.1.2: Linyitli Santrallarn BGD Tesisleri tibariyle Durumu Durumu Güç (MW) % 4.107 50,82 BGD’ye ihtiyac olmayanlar 320 3,96 BGD yaplmas gerekenler 3.654 45,22 Toplam 8.081 100,00 BGD olanlar BGD tesisi olan santrallarn tasarma esas baz parametreleri Tablo 3.1.3’dedir. Tablo 3.1.3: BGD Tesislerinin Tasarma Esas Deerleri Santral ad Baca gaz debisi (kuru)(Nm 3/saat)) Kirli gazda SO2 miktar(mg/Nm 3) Çayrhan 1,2 2x601.000 (slak) 17.580(slak) Temiz gazda SO2 miktar(mg/ Nm 3) 800(slak) Orhaneli 1x940.000 9.700 Çayrhan 3,4 2x594.568 Kangal 3 Yataan Yllk kömür tüketimi(ton) Yllk kül miktar(ton) 1.780.000 534.000 485 1.340.000 318.920 24.170 899 2.500.000 937.500 1x655.700 19.548 954 1.840.000 353.280 3x1.045.500 10.240 504 4.900.000 1.543.500 3x778.560 12.557 611 5.600.000 2.408.000 Yeniköy 2x1.293.000 9.689 440 3.750.000 1.612.500 Afin Elb. B 4x1.428.600 9.650 482 18.480.000 3.973.200 Kemerköy Tablo 3.1.4’de de BGD tesisi tüketim deerleri verilmektedir. Tablo 3.1.4: BGD Tüketim Deerleri Kurulu güç (MW) Kireçta tüketimi (ton/saat) ç tüketim (kWh) ç tüketim (%) Su tüketimi (ton/saat) Çayrhan 1,2 2x150 35,89 19.130 6,38 155 Orhaneli 1x210 11,90 5.350 2,55 72 Çayrhan 3,4 2x160 45,00 8.660 2,71 240 Kangal 3 1x157 20,40 3.710 2,36 220 Yataan 3x210 49,50 18.000 2,86 285 Kemerköy 3x210 48,00 17.781 2,82 200 Yeniköy 2x210 39,14 12.905 3,07 190 Afin Elb. B 4x360 96,00 21.420 1,49 800 Santral ad 25 3.1.5. Türkiye’deki BGD Tesislerinden Örnekler A. Yataan TS BGD Yataan Termik Santral BGD Tesisi slak kireçta teknolojisi kullanmaktadr. Tasarm deerleri Tablo 3.1.5’dedir. Tablo 3.1.5: Yataan TS BGD Tasarm Deerleri Parametre Minimum Normal Maksimum Baca gaz debisi: Islak Kuru (Nm 3/h) 670.000 549.000 1.275.000 1.045.500 1.450.000 1.189.000 9.878 10.240 10.240 Ykama kulesi resirkülasyon pompa says 2 2 2 Kireçta ihtiyac (ton/saat) 9 18 21 >95 >95 >95 SO2 (mg/ Nm 3) kuru baz SO2 tutma verimi (%) Aada, ekil 3.1.1.’de verilen emada Lurgi Lentjes Bischoff tarafndan dizayn yaplan ve Gürile beraber kurduklar Yataan TS BGD tesisinin ak emas görülmektedir. ekil 3.1.1: Yataan BGD ak emas 26 ekil 3.1.2: Yataan Ykayc Kule (Scrubber) B. Kemerköy TS BGD Kemerköy Termik Santral BGD Tesisi slak kireçta teknolojisi kullanmaktadr. Tasarm deerleri Tablo 3.1.6’dadr. Tablo 3.1.6: Kemerköy TS BGD Tasarm Deerleri Parametre Minimum Normal Maksimum Baca gaz debisi: Islak Kuru (Nm 3/h) 495.000 404.440 981.670 778.560 1.178.000 934.000 8.676 9.963 10.541 Ykama kulesi resirkülasyon pompa says 4 4 5 Kireçta ihtiyac (ton/saat) 7 16 20 >95 >95 >95 SO2 (mg/ Nm 3) kuru baz SO2 tutma verimi (%) 27 Aada ekil 3.1.3’de verilen emada Babcock & Wilcox tarafndan tasarm yaplan ve Gama’yla beraber kurduklar Kemerköy TS FGD tesisinin ak emas görülmektedir. ekil 3.1.3: Kemerköy BGD ak emas C. Afin Elbistan B TS BGD Afin Elbistan B Termik Santral BGD Tesisi slak kireçta teknolojisi kullanmaktadr. Tasarm deerleri Tablo 3.1.7’dedir. Tablo 3.1.7: Afin Elbistan B TS BGD Tasarm Deerleri Parametre Minimum Normal Maksimum Baca gaz debisi: (Nm 3/h) 1.441.091 1.999.720 2.226.280 SO2 (mg/ Nm 3) kuru baz 9.650 9.650 14.000 Ykama kulesi resirkülasyon pompa says 3 4 4 Kireçta ihtiyac (ton/saat) 17 24 36 >95 >95 >95 SO2 tutma verimi (%) 28 Aada ekil 3.1.4’deki emada Mitsubishi tarafndan dizayn yaplan ve GTT’yle beraber kurduklar Afin Elbistan B Termik Santral BGD tesisinin ak emas görülmektedir. ekil 3.1.4: Afin Elbistan B BGD ak emas ekil 3.1.5. Afin B’de Mitsubishi’nin Çift Temas Akl Ykayc Kulesi 29 ekil 3.1.2’deki Yataan ve ekil 3.1.5’deki Afin Elbistan B ykayc kuleleri arasndaki dizayn deiiklii açkça görülmektedir. Yataan’da olduu gibi Yeniköy, Kemerköy ve Çayrhan’da absorbent (kireç çözeltisi) ykayc kulede aa doru püskürtülmekte ve yukar doru çkan baca gazndaki SO2’i tutmaktadr. Ancak absorbent ve baca gaz arasnda tek temas vardr. Kangal ve Afin Elbistan B’deki ykayc kulede absorbent yukar doru püskürtülmektedir. Absorbent hem yukar doru çkarken baca gazyla temas etmektedir, hem de aaya düerken ikinci defa temas etmektedir. Dolaysyla bu sistemde verim daha yüksektir ve kireçta tüketimi daha düüktür. 3.1.6. BGD’lerde Yatrm Maliyeti Tablo 3.1.8’de görülecei üzere zaman içinde BGD yatrm maliyeti $/MW olarak dümütür. Tablo 3.1.8: BGD Yatrm Maliyeti Güç (MW) Sözleme tarihi Sözleme bedeli ($) MW bana maliyet ($/MW) BGD’nin santrala oran (%) Çayrhan 1,2 2x150 03.07.1987 39.501.000 258.820 13 Orhaneli 1x210 01.10.1993 43.285.299 280.572 14 Yataan 3x210 16.09.1994 77.791.045 172.270 16,7 Kemerköy 3x210 15.11.1996 84.072.549 176.407 10,5 Yeniköy 2x210 16.01.1998 51.346.516 163.310 14 Afin Elb. B 4x360 0608.1998 158.000.000 134.405 10,6 Santral Zamanla MW bana yatrm maliyetinin düü trendine Orhaneli’nin uymamasnn sebebi Orhanelinin tek ünite olmasndandr. Dier santrallarda BGD ortak tesislerinin maliyeti ünitelere datlrken Orhaneli de tüm ortak tesis maliyeti tek üniteye yüklenmitir. Ayrca genel kanaatin aksine BGD maliyeti santral maliyetinin yars kadar deildir. Santral maliyetinin %10 -17’si kadardr. Yataan’da %16,7 ve Yeniköy’de %14 gibi daha yüksek olmasnn sebebi de Polonya Elektrim rmasndan alnan bu santrallarn o döneme göre çok ucuza sözlemelerinin yaplm olmasndandr. 30 3.1.7. Sonuç Pulverize kömür yakan santrallarda baca gaz kükürt artma tesisi yaplmas artk standart bir uygulamadr. En çok kullanlan proses de slak kireçta prosesidir. Kireçta doada yaygn bulunduundan ve ucuz olduundan en tercih edilen sorbenttir. Türkiye’de yeni kömürlü santrallar BGD ile birlikte kurulmakta, eski santrallara da belli bir programa göre BGD eklenmekteydi. Ancak son yllarda DPT’nin EÜA’a BGD tesisleri için yatrm ödenei vermemesi nedeniyle bu tesislerin yapmna ara verilmitir. Türkiye’deki Çevre Mevzuat ve aday olduumuz AB müktesabat bu tesislerin kurulmasn zorunlu gördüünden, hukuk devleti olmann gerei ve halkmzn sal açsndan bu tesisler en ksa zamanda kurulmaldr. 3.1.8. Kaynaklar 1. Dr. Peter Anton, Dr. Ludwig Raible, Fichtner Seminar on Flue Gas 2. Desulphurization in Coal Fired Power Stations, 06.10.1992, TEK, Ankara http:/en.wikipedia.org/wiki/Flue_gas_desulphurization 3. Ali Rza Köknal, Baca Gaz Kükürt Artma Tesisleri, Turkish American Clean Energy Conference, 29-30.01.2008, Ritz Carlton Hotel, stanbul 3.2. BACA GAZI AZOT OKSTLER KONTROL YÖNTEMLER 3.2.1 Azot Oksitlerin Oluumu Kömürün ve dier fosil yaktlarn yanmas sonucunda oluan ve kontrol edilmesi gereken kirleticiler arasnda azot oksitler (NOX) de bulunmaktadr. “Azot oksitler” terimi genel olarak azot ve oksijenin farkl oranlarda birlemesiyle oluan gazlar tanmlamak üzere kullanlmaktadr. Termik santrallarda oluan azot oksitlerin büyük bölümünü azot monoksit (NO) meydana getirmekte, daha düük oranlarda azot dioksit (NO2) ve diazot monoksit (N2O) bulunmaktadr. Azot oksitler gerek havann gerekse yaktn bileimindeki azotun oksijenle reaksiyona girmesinden dolay olumaktadr. NOx üç mekanizma sonucunda meydana gelmektedir: 1. Termal NOX: Oksijen ile havann içindeki azotun 1300 º C üzeri scaklklarda reaksiyona girmesi sonucunda olumaktadr; termal NOX oluumu alev 31 scakl, oksijen konsantrasyonu ve yanma gazlarnn yüksek scaklkl bölgelerde kalma süresi gibi faktörlere baldr. 2. Yakta bal NOX: Kömürde bulunan azotlu bileiklerin 750 º C’nin üzerindeki scaklklarda oksidasyonu sonucunda olumaktadr. Oluumu kömürdeki azot miktarna, uçucu maddelerin gazlamas srasndaki azot miktarna ve yakc tasarm gibi faktörlere baldr. Yakclarn tasarm, yanma havas ile uçucu azotun karm hzn, sonuçta da uçucu azotun NOX’e dönüümünü etkilemesi nedeniyle önemlidir. 3. Ani oluan (Prompt) NOX: Atmosferik azotun çeitli hidrokarbonlarn radikalleri ile girdii kompleks reaksiyonlar sonucunda olumaktadr. Toplam azot oksitler içinde pay en düük olup, ihmal edilebilir düzeylerdedir; genelde tutuma bölgelerinde meydana gelmektedir. Genel olarak kabul edildii üzere, pulverize kömür yakan sistemlerde toplam NOx emisyonunun % 80’i yaktn içindeki azottan, % 20’si de havadaki azottan kaynaklanmaktadr. Yanmadan kaynaklanan azot oksit emisyonlarnn kontrolü için baz yöntem ve teknolojiler gelitirilmitir. NOX kontrol yöntemlerini, esas olarak yanmaya ilikin önlemler ve teknikler (birincil kontrol teknolojileri) ile yanma sonrasnda kullanlan prosesler (ikincil kontrol teknolojileri) olarak iki grupta ele almak mümkündür. Bu yöntemlerden önemli olanlar aada ele alnmtr: 3.2.2 Yanmaya ilikin NOX Kontrol Önlem ve Teknikleri 3.2.2.1 letme Koullarnn Optimizasyonu: NOX emisyonlarnn azaltlmas için ilk yaplmas gereken iletme koullarnn optimizasyonudur. Örnein, sisteme alnan hava fazlasnn optimizasyonu yoluyla NOX oluumu engellenebilmektedir. Bu ekilde sistemde herhangi bir yeni yatrma ve deiiklie gidilmeden, dolaysyla ek bir maliyet getirmeden NOX kontrolünü salamak mümkün olmaktadr. letme koullarnda yaplacak baka deiikliklerle, örnein yaktn yakclar arasndaki dalmnn ayarlanmas gibi yöntemlerle kademeli yanmann salanmas, yanma havasnn kademeli olarak verilmesi, yakt-hava optimizasyonu gibi önlemlerle de NOX oluumunun engellenmesi mümkündür. Yanma gaznda NOX ve O2 konsantrasyonlarnn sürekli ölçülmesi optimizasyonu salamak konusunda yardmc olmaktadr. 32 3.2.2.2 Düük NOX Yakclar (LNB) : Pulverize kömür santrallarnda optimum iletme koullarnn salanmasnn yansra, yanma srasnda NOX kontrolüne dayanan yöntemler de devreye sokulabilir. Bu yöntemlerden biri de düük NOX yakclardr(LNB). LNB kullanlmasnn amac, yakt-hava karmnn kademeli yanmay salayacak ekilde ayarlanmasdr. Bu ekilde alev scakl ve yanma prosesinin baz fazlarndaki oksijen miktar düürülerek gerek termal gerekse yakt kaynakl NOX oluumu azaltlmaktadr. 3.2.2.3 Alev Üzeri Hava (OFA): Bu yöntemde ocaktaki normal alevin üst ksmna hava beslenmektedir. OFA yönteminde yakclar normal hava/yakt orannn altnda çalmaktadr. Bu metod genellikle düük NOX yakclar ile birlikte kullanlmakta olup, yanmann daha düük scaklklarda gerçeklemesi salanmaktadr. Bu yöntemin daha ileri bir örnei olarak, havann hzn arttrarak daha iyi bir karm salamak üzere, havann bir booster fan kullanlarak kazann çevresinde asimetrik olarak yerletirilmi nozullardan beslendii ROFA (rotating opposed re air) yöntemi de kullanlmaktadr. 3.2.2.4 Baca Gaz Resirkülasyonu: Bu yöntem yanma bölgesinde scakl düürmek ve oksijen konsantrasyonunu azaltmak amacyla yanma gazlarnn bir bölümünün sistemde tekrar sirküle edilmesidir. Baca gazlarnn resirkülasyonu ayn zamanda yakt “yeniden yakma” bölgesine vererek daha iyi karm salamak amacna da hizmet etmektedir. 3.2.2.5 Yeniden Yakma: Bu yöntemde kazana verilen yaktn bir bölümü (genellikle % 10-25) ayr bir yakma bölgesine beslenmektedir. Normal yanma bölgesinde oluan NOX buradaki yakt açsndan zengin koullarda indirgenmekte olup, bu bölgenin üst ksmna hava (OFA) enjekte edilerek yanma tamamlanmaktadr. Bu ekilde ocakta üç yanma bölgesi bulunmaktadr. 1-Hava/yakt orannn normal olduu yanma bölgesi, 2-Yakt açsndan zengin olan yeniden yakma bölgesi, 3-OFA ile yanmann tamamland çk bölgesi 33 3.2.3 Yanma Sonras NOX Kontrol Prosesleri Bu yöntemlerin kullanlmasna karlk NOX emisyonlarnn istenen düzeye indirilememesi halinde, yanma sonras NOX kontrolü için deiik kimyasal proseslerden yararlanlmaktadr. Bu amaçla kullanlan teknolojilere ilikin bilgi aada verilmektedir: 3.2.3.1 Katalitik Olmayan Selektif ndirgeme (SNCR) : Bu proseste yöntem, herhangi bir kataliz kullanmakszn, kazann yüksek scaklk bölgelerine (yanma bölgesinin üst ksmna) amonyak (NH3) ya da üre ((NH2)2CO) enjekte edilerek, oluan NOX’in azot ve suya indirgenmesidir. Bu yöntemin uygulanmasndaki kritik unsurlar, uygun scaklk aralnda yeterli reaksiyon süresinin olmas, kazan kesitinde reaktif maddenin homojen bir ekilde dalmas ve iyi bir karmn salanmasdr. Reaksiyondan en fazla 900-1100 ºC scaklk aralnda verim elde edilmektedir. Yüksek scaklklarda amonyan azota ayrmas, düük scaklklarda ise amonyak ile NOX arasndaki reaksiyonun hznn çok yavalamas sonucunda amonyan önemli bir bölümünün reaksiyona girmeden atlmas riski vardr. SNCR ile NOX emisyonlarnda yaklak % 30-50 azalma salanabilmektedir. Sistemin performans, yukarda da belirtildii gibi, reaktif maddenin karm, yanma gazlarnn scakl ve reaksiyon süresi gibi faktörlere baldr. Bu yönteme ilikin uygulamalar, daha ziyade küçük kapasiteli veya akkan yatakl kazanlarda mevcut olup büyük kapasiteli kazanlarda snrldr. Büyük kazanlarda reaktif maddenin tüm kazan kesitinde düzgün bir ekilde dalmn salayabilmek daha zor olmaktadr. Katalitik yöntemle kyaslandnda, bu yöntemde reaksiyona girmeden sistemden atlan amonyak (ammonium slip) daha fazla olduu için külde amonyak kirlenmesi sorunu ortaya çkmaktadr. Ayrca reaksiyona girmeyen amonyan yanma gazlarndaki SO3 ile reaksiyona girerek amonyum bisülfat meydana getirmesi ve bu bileiin de hava stclarnda depozit oluturmas riski bulunmaktadr. Bu durum, özellikle yüksek kükürt içeren kömürler için geçerlidir. Ayrca SNCR yönteminde kullanlan reaktif madde miktar, enjeksiyon scakl gibi etmenlere bal olarak bir sera gaz olan N2O’in oluumu artabilmektedir. SNCR Yöntemine ilikin uygulama ekil 3.2.1’de gösterilmektedir. 34 Reaktif madde enjeksiyonu Kazan Reaktif madde Hava ön stcs Yanma gazlar (bacaya) Reaktif madde ölçü ve kontrolu Yakt ve primer hava Sekonder hava Üre veya amonyak ekil 3.2.1 SNCR uygulamasn gösteren ema Kaynak: Srivastava et al., “NitrogenOxides Emission Control Options for Coal- Fired Electric Utility Boilers” Journal of the Air&Waste Management Association; Volume 55, September 2005,p1367-1388 SNCR teknolojisi 1970’lerin ortalarnda Japonya’da sv ve gaz yaktl santrallarda ticari kullanma girmitir. Bat Avrupa’da 1980’lerin sonlarndan beri, ABD’de ise 1990’larn balarndan beri kömür santrallarnda kullanlmaktadr. 3.2.3.2 -Selektif Katalitik ndirgeme (SCR) SCR yönteminde yanma sonucu oluan gazlardaki NOX miktar, katalizörün varlnda, konsantre ya da seyreltilmi amonyak çözeltisi kullanlarak azaltlmaktadr. Bu yöntemle % 80-90 orannda NOx azaltm mümkündür. Optimum reaksiyon scakl normal olarak ekonomizer çkndaki gaz scakl olan 300-400º C civarndadr. 35 SCR ünitesi, sistemde farkl bölümlere yerletirilebilir: -Yüksek kül bulunan ortam: Ekonomizer sonras, hava ön stcs öncesi (en yaygn kullanm durumu); -Düük kül bulunan ortam: Elektroltre sonrasnda -Kül ltresi ve BGD tesisi sonras: Daha ziyade retrot (yenileme, tadilat) projelerinde, yeterli yer imkannn olmad durumlarda kullanlr. BGD tesisinin çknda gazn scakl çok düük seviyelere indiinden, yeniden 300-400º C iletme scaklna yükseltilmesi gerekir. SCR prosesinde kazan çkna bir katalizör tank (SCR reaktör) yerletirilir. Katalizör tank öncesinde gaz hattna amonyak (NH3) enjekte edilir. Amonyak çözeltisinin enjeksiyonunda, gaz ile reaktif maddenin birbiriyle iyi bir ekilde karmas ve katalizör tank kesitinde iyi bir karm elde edilmesi için tank öncesinde yeterli mesafe verilmesine dikkat edilir. Katalizör, NH3 ile NOX arasndaki kimyasal reaksiyonu ilerleterek azot ve su buhar olumasn salamaktadr. Reaksiyona girmeden sistemden atlan amonyan yanma gazlarndaki konsantrasyonunun birkaç ppm düzeyini amamas için amonyak dozajnn kontrolü ve iyi bir karmn salanmas önemlidir. Bu yöntemin en iyi sonuç verdii kömürler düük kül ve düük/orta düzeyde kükürt ihtiva eden kömürlerdir. Katalizörün aktiii, yüksek arsenik seviyeleri sonucu düebilir. Ayrca yüksek kül de katalizörün erozyonuna neden olabilir; ancak bu tür kömürlerin yanma ss da düük olduundan NOX oluumu riski daha düüktür. SCR sistemleri geni bir kapasite aralndaki kazanlar için uygun olmakla birlikte, retrot olmas halinde yer sknts gündeme gelebilir. NOX emisyonlarn artma verimi NH3/NOX oranna ve katalizör hacmna baldr. Katalizör tankndan kaynaklanan basnç kayb nedeniyle genel ünite verimi etkilenebilmektedir. Katalizör olarak titanyum oksit, zeolit, demir oksit, aktif karbon gibi malzemeler kullanlmaktadr. Kömür santrallarnda en yaygn kullanlan katalizör vanadyum ve titanyum karmdr. 36 NH3 enjeksiyon sistemi Kazan E k o n o m i z e r B A Y P A S SCR reaktör ü Hava ön stcs Yanma gazlar (Bacaya) Yakt ve primer hava Sekonder hava NH3 Sv amonyak depolama tank buharlatrma Hava fan ekil 3.2.2 SCR uygulamasn gösteren ema (Yüksek kül bölgesi uygulamas) Kaynak: Srivastava et al. 2005, SCR teknolojisi 1980’den beri Japonya’da, 1986’dan beri Almanya’da içeriinde düük ya da orta düzeyde kükürt bulunan kömür santrallarnda kullanlmaktadr. 1990’larda ABD’de yüksek kükürtlü kömür kullanan santrallarda SCR sistemleri monte edilmeye balanmtr. NOX emisyonlar en yüksek oranda SCR teknolojisi ile azaltlabilmektedir; ancak SCR ayn zamanda maliyeti de en yüksek olan yöntemdir. leride, 3.2.5 maddesinde maliyetlere ilikin bilgi verilmitir. 3.2.3.3 Hibrit Prosesler NOX emisyonlarna getirilen snrlamalara bal olarak, SCR ve SNCR 37 proseslerinin düük NOX yakclar ile birlikte kullanlmas durumunda daha iyi sonuçlar elde edilmektedir. Ayrca SCR ve SNCR prosesleri birlikte kullanld gibi, NOX kontrol teknolojilerinin çeitli kombinasyonlarndan da yararlanlmaktadr. 3.2.4- Birleik SOx – NOx Artma Sistemleri Konvansiyonel birleik SO2/NOX prosesleri, genel olarak ya kireçta/kireçe dayal baca gaz kükürt artma sistemleri ile SCR prosesinin bileiminden ya da buna benzer kombinasyonlardan olumaktadr. Bunlarn yansra ayr teknolojiler yerine ayn zamanda iki veya daha fazla kirleticiyi artmaya yönelik olarak kullanlan artma teknolojileri de mevcut olup, bunlar çou gelitirme aamasnda olan oldukça karmak sistemlerdir. Aada bu teknolojilerden belli bal olanlar sralanmaktadr:1 - Elektron n teknolojisi ile NH3 prosesi (EBA): Bu proseste, soutulan ve amonyak enjekte edilen yanma gaz yüksek enerjili elektronlarla nlanmakta; meydana gelen radikallerle NOX ve SO2’in önce asitleri olumakta, sonra amonyak ile nötralize olmaktadr. Proses sonucunda amonyum sülfat ve amonyum nitrat meydana gelmektedir. - Aktif karbon prosesi: Birinci kademede SO2 aktif karbon tarafndan adsorbe edilmekte, buradan ilave ünitelerde elementer kükürt veya sülfürik asit oluturulmaktadr, ikinci kademede ise amonyak enjekte edilerek NOX azot ve suya ayrtrlmakta, burada aktif karbon katalizör görevi yapmaktadr. Bu proseste civann da adsorbsiyonu mümkündür. - SNOX prosesi: Katalitik bir proses olup, NOX’i SCR ile tutmak ve SO2’yi SO3’e oksitlemek için iki katalizör tank kullanlmaktadr. SO3 sülfürik asit olarak youmaktadr. - ESONOX prosesi: Bir önceki prosese benzemekte olup NOX zeolit katalizör kullanlarak SCR reaksiyonu ile azota çevrilmekte, SO2 de katalizör varlnda SO3’e ve sülfürik aside çevrilmektedir. - SOx-NOx-Rox-Box prosesi (SNRB) :Yüksek scaklkl torba ltre ünitesinde, partikülllerin yan sra, NOX, NH3 ve SCR katalizörü ile, SO2 de kalsiyum ya da sodyum bazl sorbent (emici madde) ile tutulmaktadr. 1 Srivastava et al., “Nitrogen Oxides Emission Control Options for Coal- Fired Electric Utility Boilers” Journal of the Air&Waste Management Association; Volume 55, September 2005, p 1367-1388 38 - NOxSO prosesi: Kül ltresi sonrasnda yanma gazlar akkan yatakl bir adsorbsiyon ünitesinden geçirilmektedir. Burada sodyum karbonat ile emprenye edilmi alüminyumdan oluan emici madde tarafndan SO2 ve NOX adsorbe edilmektedir. - Bakr oksit prosesi: Bakrla emprenye yaplm alüminyum küreler üzerinde SO2’in bakr sülfata dönümesine, daha sonra, amonyan da bulunduu ortamda, bakr sülfatn NOX için indirgeyici katalizör görevi yerine getirmesine dayal bir teknolojidir. - Elektrokatalitik oksidasyon (ECO): NOX, SO2 ve civa ayn zamanda tutulmaktadr. Elektrodlara yüksek voltaj verilerek yanma gazlarnda radikallarin olumas yoluyla kirleticilerin oksidasyonu salanmakta, daha sonra absorbsiyon kulesinde NH3 çözeltisi ve baz özel kimyasallarla amonyum nitrat ve sülfata dönütürülmektedir. Adsorbsiyon ünitesinin tepesinde ince partiküller, asit aerosolleri ve oksitlenmi civa ykanmakta, toplanan svdan bir aktif karbon ltresi vastasyla civa da tutulabilmektedir. - ROFA-ROTAMIX: Yukarda NOx kontrolu için söz edilen ROFA yönteminin, kazana NOx’i tutmak için amonyak veya ürenin, SO2’yi tutmak için de kireç ta veya tronann enjekte edildii ROTAMIX sistemi ile birlikte kullanld bir yöntemdir. 3.2.5 Maliyetler NOx kontrol yöntemlerinin ve proseslerinin maliyetlerini etkileyen unsurlar arasnda yanma gazlarndaki NOX konsantrasyonu, dier kirleticilerin miktar, scaklk, katalizör miktar, retrot olup olmamas, ünite büyüklüü, SCR’nin yerletirildii yer gibi çok sayda faktör yer almaktadr. Dünya Bankas tarafndan 1997 ylnda yaymlanm olan bir çalmada SCR’nin yatrm maliyetinin yeni üniteler için 50-90 USD/ kW, varolan ünitelere retrot olarak eklenmesi halinde 90-150 USD/kW civarnda olduu belirtilmektedir. Baz deerlendirmelere göre, zaman içinde yatrm maliyetlerinin dütüü kabul edilmekle birlikte, yine de yatrm maliyetleri konusunda farkl tahminler söz konusudur. Bir tahmine göre SCR maliyeti, 300 MW’lik bir santral için 124 $/kW, 500 MW’lk bir tesis için 108 $/kW, 700 MW’lk bir tesis için 98$/kW civarndadr.2 2 Institute for Energy Research, “The Facts About Air Quality and Coal-Fired Power Plants” adl çalmasnda EIA’dan aktaryor. 39 NOX kontrol teknolojilerine ilikin olarak, Uluslararas Enerji Ajans Temiz Kömür Merkezi tarafndan yaymlanan bir çalmada yer alan maliyet karlatrmas Tablo 3.2.1’de verilmektedir. Tablo 3.2.1 NOX Artma Teknolojilerinin Maliyetlerinin Karlatrlmas NOX artma oran % Yatrm maliyeti $/KW e letme maliyeti mills3 / kWh Düük NOX yakclar 40 9 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 3 Kaynak:(Wu, 2001, IEA Clean Coal Centre, NOx-Emissions and Control, 2006’da aktarlmaktadr.) Tablo 3.2.1’den de görülecei üzere, yanma sonrasnda uygulanan NOX artma proseslerinin maliyetleri daha yüksektir. Ancak yukarda da belirtildii gibi, çeitli çalmalarda yaplan tahminler arasnda da farkllklar bulunabilmektedir. Yine ayn kaynakta aktarld ve dikkat çekildii üzere, bu Tablo’da yer alan iletme maliyetleri ile ABD kökenli raporlarda yer alan ve aada verilen tahminler arasnda da farkllklar bulunmaktadr: Düük NOX yakclar : 0.015-0.054 cent/ kWh SCR : 0.13-0.24 cent/kWh SNCR : 0.078-0.255 cent/kWh 3.2.6 Sonuç NOX emisyonlar konusunda getirilen snrlamalarn artmasyla birlikte, NOX emsiyonlarnn kontrolüne ilikin teknolojilerin gerek performanslarnn iyiletirilmesi gerekse maliyetlerinin düürülmesi için aratrma-gelitirme çalmalar sürdürülmektedir. Örnein, ileri NOX kontrol teknolojileri konusunda ABD Enerji Bakanl’nn konuyla ilgili program çerçevesinde, sanayi, federal devlet, eyalet ve yerel düzeydeki ajanslarn, üniversiteler ve aratrma topluluklarnn ibirlii ile yürütülen aratrma-gelitirme çalmalar arasnda, 3 (3): millis=0.1. cent 40 -Yeni nesil düük NOX yakclar, -Zengin reaktif madde enjeksiyonu -Oksijeni arttrlm yanma - Yeni gelitirilen ileri yakma teknikleri Methane de- NOX:(Gas Technology Institute): Kömürün yanma öncesinde doal gazla ön stmaya tabi tutulmas, Youn Faz Yeniden yakma sistemi(Wiley &Associates): Mikronize kömür tanecikleri ve ocakta yanma stokiyometrisinin kontrol altnda tutulmas -SCR optimizasyonu gibi teknoloji ve yöntemler yer almaktadr. 4 Ancak bilindii üzere, kömür santrallarnn enerji üretimindeki yerini koruyabilmesi için sadece NOX kontrol teknolojilerindeki gelimeler yeterli olmamaktadr. Bu alandaki ilerlemeler, dier kirleticilerin kontrolünün yan sra, günümüzde giderek önem kazanan civa kontrolü ve karbon tutma teknolojilerindeki gelimelerle birlikte ele alnmaldr. Ülkemiz linyitlerine dayal termik santrallarda, genellikle yanma srasnda kullanlan yöntemlerle NOX emisyonlarn istenen seviyelerde tutmak mümkün olmutur. Kullanlan kömürün özelliklerine ve NOX emisyonlar için getirilen snrlamalara bal olarak yanma sonras yöntemlerin kullanlmas da söz konusu olabilecektir. 3.2.7. Kaynaklar: 1. IEA, Clean Coal Centre, Clean Coal Technologies data base http://www.iea-coal.org.uk/site/ieacoal_old/clean-coal-technologies NOx-Emissions and Control, 2006, http://www.cleancoalcentre.co.uk/ catalogues/coalonline/81423/6029/html/6029.html 2. A planner’s guide for selecting clean-coal technologies for power plants 4 DOE/NETL’s NOx Emission Control R&D Program –Bringing Advanced Technology to Marketplace, (DOE/NETL NOx R&D Overview April 2008) 41 Karin Oskarsson et all, Yaynlayan: World Bank Publications, 1997, http:// books.google.com.tr/books?id=NVJ3ArZYldsC&printsec=frontcover&source =gbs_v2_summary_r&cad=0#v=onepage&q=&f=false 3. Srivastava et al., “Nitrogen Oxides Emission Control Options for Coal- Fired Electric Utility Boilers” Journal of the Air&Waste Management Association; Volume 55, September 2005, p 1367-1388, http://www.netl.doe.gov/ technologies/coalpower/ewr/pubs/NOx%20control%20Lani%20AWMA%20 0905.pdf 4. F.Oosterhuis, “Cost decreases in environmental technology, Evidence from four case studies”, Report number R-07/05, July 2007, Institute for Environmental Studies; The Netherlands, http://www.ivm.vu.nl/en/Images/ report076B53BAA6-A7C4-D335-EBEF7BF4A698131E_tcm53-86999.pdf 5. DOE/NETL’s NOx Emission Control R&D Program –Bringing Advanced Technology to Marketplace, (DOE/NETL NOx R&D Overview April 2008), http://www.netl.doe.gov/technologies/coalpower/ewr/pubs/iep%20NOx%20 r&d%20program%20brochure%20v.3%200408.pdf 6. Institute for Energy Research, “The facts about air quality and coal red power plants”, June 1, 2009, http://www.instituteforenergyresearch. org/2009/06/01/the-facts-about-air-quality-and-coal-red-power-plants/ 42 4. SÜPERKRTK KAZAN TEKNOLOJS 4.1. GR Son yllarda “küresel snma” ve “iklim deiiklii” kavramlar Dünya gündemine oturmu olup, bunu önlemek için neler yaplabilecei tartlmaktadr. Bilim adamlarnn çounluunca kabul edildii gibi küresel snmann en bata gelen etkenlerinden olan sera gazlar içinde CO2 dier endüstri kollarnda da atmosfere verilse de emisyonlarda en yüksek pay enerji sektörüne aittir. Birim enerji üretimi bana emisyonu düürmek için santrallarda verimi artrma çabalarnn bir ürünü de süper kritik kazanlardr. 4.2. BUHAR SANTRALLARINDA VERM Klasik tip buhar santrallarnda ideal çevrim verimi Carnot çevrimiyle ifade edilmektedir. =1-Tmin/Tmax Bu formülden de görülecei gibi çevrimdeki en yüksek scaklk (Tmax) ne kadar yüksekse ve çevrimdeki en düük scaklk (Tmin) ne kadar düükse çevrim verimi () o kadar yüksektir. Carnot çevrimi gerçekte uygulanamaz bir çevrim olduundan daha gerçekçi olan Rankine çevrimi uygulamaya daha yakndr. Rankine çevriminde dört safha bulunmaktadr. a. b. c. d. Pompayla isantropik sktrma, Kazanda, sisteme sabit basnçta s geçii, Türbinde izantropik genileme, Youturucuda sistemden sabit basnçta s atlmas. Rankine çevriminde verimi artrmak için kullanlan iki yaygn uygulama vardr. Kazandan gelen yüksek basnçtaki kzgn buhar (superheated) türbinde genleip basnç ve scakl dütükten sonra tekrar kazana gönderilir ve scakl tekrar yükseltilir. Bu uygulamaya santrallarda “tekrar kzdrma” (reheat) ad verilir. Dier uygulama ise türbinden ara buhar alp besleme suyu stclarna (feedwater heating system) gönderilmesidir. Klasik tip buhar çevrimlerinde hem kazanda kzdrclardan çkan kzgn buhar, hem de tekrar kzdrcdan çkan tekrar kzdrlm buhar 530-5400C 43 civarlarndadr. Kzdrcdaki buhar debisi ve basnc ise santral ünitesinin gücüne göre farkllk gösterir. 4.3. SÜPERKRTK KAZAN ÖZELLKLER Kazan teknolojileri ana buhar basnç deerlerine göre 3 kategoriye ayrlmaktadr. x Kritik alt (subcritical) x Kritik üstü (supercritical) x Ultra kritik üstü (ultrasuper critical) Buhar parametrelerinin dnda kritik alt ve kritik üstü kazanlar arasndaki en önemli fark “Dom” olarak bilinen ve genellikle kritik alt kazanlarda bulunan buhar ayrtrcs kritik üstü kazanlarda olmamasdr. Ayrca devreye alma ekilleri farkldr. ekil 4.1’de verilen emada iki santral tipinin prensip emas verilmektedir. Kritik Alt (Klasik) Santral Buhar Süperkritik Santral Superheater Superheater Generator Generator Dom 㨀 㧳 Turbine Kazan Su Turbine 㨀 Kazan Yakt Yakt 㧼 㧼 Kazan Bes. Su P. Kazan Bes. Su. P. ekil 4.1: Klasik ve Superkritik Santral Prensip emalar 44 㧳 Bilindii gibi buhar parametreleri; x Kritik Alt ; 160 – 250 bar, 538 º C x Kritik Üstü; 250 – 285 bar 610 º C x Ultra Kritik Üstü ;300 bar 700 º C 1968 ylnda ilk defa Süperkritik kazanlarda ana buhar scaklnn 538 - 550 0 C’den 610 0 C art aadaki grakte santrallar refere edilerek gösterilmektedir. Süperkritik santrallarn buhar çevriminde aadaki teknolojik iyiletirmeler yaplmtr: Sub-critical Santral Güç:150350MWe Net Verim: 3037% Super-critical Santral Güç: 5001000MWe Net Verim: 3943% Ultra Super-critical Santral Güç: 5001100MWe Net Verim: 43% Aada, ekil 4.2’de süperkritik kazan prensip emas verilmektedir. spray SH spray SH spray SH SH Türbine C/V C/V C/V Su Separatörü RH spray RH W/W EC0 C/V C/V Türbine Kazan Sirk. Pompas condensate pump Kondenser condensate demineralizer Kazan Besleme Suyu Önsstc Ön sstc Ön sstc Ön sstc C/V : Control valve C/V㧦Control valve Ana Hat Startup Hatt SH Superheater RH Reheater ekil 4.2 Süperkritik Kazan Prensip emas 45 emadan da görülecei üzere bu kazanlarda dom olmadndan tuz blöfü yaplamamakta bunun yerine kondansat artma sistemi kullanlarak su temizlii yaplmaktadr. Bu kazanlarn alt kritik kazanlara göre su prosesi ve artlandrmas açsndan farkllklar aadaki tabloda verilmektedir. Tablo 4.1: Sub-kritik ve Süperkritik Kazan Suyu Kyaslamas Detay Özellikler Su Tasfiye Metodu Detay Sub-kritik • Dom • Tek Geçili (Dom Yok) • Kondanset Artma • Besi Suyu leme • Besi Suyu leme • Dom’dan tuz blöfü • Kondansat Artma • Kimyasal Enjeksiyon • Kimyasal Enjeksiyon • pH Kontrolu • pH Kontrolu • Çözülmü oksijenin atlmas • Çözülmü oksijenin atlmas • pH • Çözünmü Oksijen Ölçümler Süperkritik • Elektriksel letkenlik • Silis • Toplam kat partikül • pH • Çözünmü Oksijen • Elektriksel letkenlik • Toplam Demir • Toplam Bakr • Sodyum Süperkritik kazanlarnn iletmesinde çok dikkatli olmak gerekmektedir. Su kalitesi çok yakndan takip edilmeli bu çerçevede kondansat artma sistemi sürekli fonksiyonel olmaldr. Süperkritik kazann kongürasyon ve maliyet açsnda kyaslamas aadaki tabloda yer almaktadr. 46 Tablo 4.2: Sub-kritik ve Süperkritik Kazan Kyaslamas Madde Subkritik Kazan Konfügürasyon Kullanlan malzeme Süperkritik Kazan • Tek Geçili • Dom • Start sistemi gerekli • Çounluk Karbon Çelik • Yüksek alaml özel çelik • Kondanse artma Besleme • Dom Blöfü Kontrol • OBK (Otomatik Kazan Kontrol) Yapm maliyeti Baz • Besleme suyu kalitesini izleyen özel kontrol sistemi • OSK (Otomatik Santral Kontrol) yaklak 110% daha fazla • Ana ve tekrar kzdrc buhar scaklklar, ana buhar basnc superkritik artlara geçi dahil yükseltilmitir. • Çevrim kongürasyonunda tekrar kzdrc kademeleri, besi suyu stclar says artrlmtr. Besi suyu stcs saysnn artrlmas sonucu kazana beslenen besi suyu skl artrlarak kazan verimi artrlmtr. • Santraln her bölümünün performans iyiletirilmitir.(Kömür yakma, buhar türbini verimlilii, pompalarn verimlilii, kondenser performans ve bu gibi.) • Santral iç ihtiyac düürülmütür. 4.4. SÜPERKRTK KAZANLARDA GELMELER Termodinamik olarak buhar basnc ve scaklnn artrlmas ile sl verimde önemli artlar elde edilmitir. ekil 4.3 Kömürlü Santrallarda Net Verimin Geliimi Kaynak: Ernst Speh, 2005 47 ekil 4.4 Yüksek Verimli Santrallarda Kazan Çk Scakl ve Basnc Kaynak: Ernst Speh, 2005 Buhar parametrelerindeki bu artlar nedeni ile kullanlan malzeme kalitesi artm buna bal olarak da yatrm bedelleri birim MW olarak yaklak % 10 artm buna karlk ise net termik verimlerdeki ciddi artlar uzun dönemdeki üretim maliyetlerini azaltmtr. Aadaki emada kazanlarn evaporatör duvarlarda, borularda ve kollektörlerde kullanlan malzemeler gösterilmektedir.. ekil 4.5 Kazanda Kullanlan Malzemelerin Geliimi Kaynak: Alstom 2007 48 • Japonya’da 600 0 C/600 0 C Buhar scakl olan Misumi-1 santral tamamlanarak servise alnmtr. 6000 C/6100 C buhar scaklnda ve 250 bar basnçtaki 1.050 MW’lk Tachibanawan santral 2 ünitesi devreye alnmtr. • Danimarka elektrik irketi ELSAM %50 verimlilikle çalacak 325 bar/610 0 C /630 0 C / 630 0 C çift tekrar kzdrcl santraln yapmn planlamaktadr. • Avrupa’da en son yaplm linyitle çalan superkritik kazanl santral verimi %43 olup linyit kurutma tesisi kurulduktan sonra verim %44-46’ya çkabilecektir. • Avrupa Birliinin bütün büyük elektrik irketleri bir araya gelerek EC-THERMIE “700” superkritik kazan gelitirme projesini balatm olup hedef; 2010 ylna kadar 7000C((700/720°C, 375 bar) buhar scaklnda %52-55 veriminde ve CO2 emisyonunu %15 azaltan modern bir santral gerçekletirmektir. ekil 4.6’da ünite gücü 360 MW olan Afin Elbistan B, ünite gücü 400 MW olan Schokopau ve ünite gücü 1.100 MW olan Neurath Santrallarnn kazan boyutlar karlatrlmaktadr. ekil 4.6 Kazan Boyutlarnn Geliimi ekil 4.6’da 2005, 2010 ve 2015 yllarnda kazan teknolojisinde ki gelimeler daha net olarak görülmektedir. Verimin artmas için kazan çk ve türbin giri scaklklar ve basnçlar yükseltilmekte ve bu parametreler yükseldikçe de daha yüksek scaklk ve basnca dayankl alamlarn gelitirilmesi gerekmektedir. 49 BUGÜN 2010 2015 ekil 4.7. Ta Kömürü için Mevcut ve Gelitirilen Teknoloji 4.5. LNYT YAKITLI SÜPERKRTK TEKNOLOJ VE TÜRK LNYTLER Süperkirtik kazan teknolojisi ile yakt olarak linyitin kullanlmas durumunda 3 ana parametre ön plana çkmakta ve santral büyüklüüne bir takm kstlar getirmektedir. 1. Büyük boyutlu kazan imalat, 2. Büyük kapasiteli deirmenler ve onlarn yerleimi, 3. Türbin kapasiteleri, Linyitlerin düük sl deer yüksek kül oran ve nem özelliklerinden dolay kazan boyutlar daha da büyümekte ve yatrm maliyetlerini artrmaktadr. Ancak bunun yannda kazan verimleri de göreceli bir ekilde artmaktadr. Dünyada bilinen en büyük Deirmen kapasitesi 150-200 Ton/h.dr. Avrupa’da bilinen linyite dayal süperkritik teknoloji ile tesis edilmi santrallardan bazlar aada Tablo 4.3‘de verilmektedir. 50 Tablo 4.3. Baz Süperkritik Teknolojisine Sahip Santrallar Santral ismi Schkopau Lippendorf Boxberg Niederaussem Kapasite 495 MW 933 MW 900 MW 1012 MW Yakt Lignite Lignite Lignite 2198 Lignite A.I.D. 2746 kcal/kg 2507 kcal/kg 2054 kcal/kg kcal/kg Buhar Parameterleri 26.0 MPa 545/560 0 C 26.75 MPa 554/583 0 C 26.6 MPa 545/580 0 C 29 MPa 580/600 0 C Verim (Net) 40 % 42.3 % 41.7 % 42 % letme Yl 1996 1999 2000 2002 Germany Germany Germany Germany Ülke Tablodan da görülecei gibi kullanlan yaktlarn sl deeri Türk Linyitleri ile büyük benzerlik göstermektedir. Ülkemiz linyitlerinin süperkritik teknolji kullanlarak yaklmas durumunda yakt sl deerlerine göre zbl kurulu güç büyüklükleri aadaki Tablo 4.4’de verildii gibi olmaktadr. Yakt olarak ta kömürü kullanlmas durumunda ünite kurulu güçleri de kyas amaçl verilmektedir. Tablo 4.4. Süper Kritik Teknolojisinin Uygulanmasnda Olas Fizbl Deerler Kömür Tipi Linyit (Elbistan) Linyit Ta kömürü (Orhaneli) (Catalaz) Isl Deer (kcal/kg) 1150 2240 3040 6000 Maximum Kapasite (MW) 550-660MW <900MW 900-1000 MW 1000-1100 MW Beklenen Net Verim (%) % 39 % 41 42 %43,5 thal Kömür 4.6. SONUÇ klim deiikliiyle mücadelede en çok üzerinde durulan konulardan birisi de kömürlü santrallarda verimin yükseltilmesidir. Superkritik kazan teknolojisiyle verimde %53’lere yaklalm olup, verimliliin daha da artrlmas hedeenmektedir. 51 Ancak verimin yükselmesi daha yüksek scaklk ve basnca dayankl malzemeler bulacak olan metalurji teknolojisine bal olacaktr. 4.7. KAYNAKLAR 1. Ernst Speh, Latest Boiler Developments, EÜA’da Babcock Hitachi Europe Sunumu, 13.12.2005, Ankara 2. Alstom, Leading the industry in supercritical boiler technology, 2007. 3. Kömür Çalma Grubu Raporu, DEK TMK Çalma Grubu Raporlar, Ankara, Aralk 2007 52 5. AKIKAN YATAKLI YAKMA TEKNOLOJS Akkan yatakta yakma (AYY) teknolojisi, bata kömür olmak üzere, biyokütle, endüstriyel ve evsel atklar temiz ve verimli bir ekilde yakabilen, bu nedenle de 1980’li yllardan bugüne saylar hzla artan baarl santral uygulamalar sergileyen bir teknolojidir. Akkan yatak terimi, bir hazne içerisinde öbeklenmi kat parçacklarn, bir datc plaka araclyla homojen bir ekilde alttan verilen yanma havas ile, hazne içinde hareketlendirilmi haline verilen addr. Bu durumdaki kat parçacklar, bir akkann gösterdii ziksel davran gösterirler. Akkan yatakta yanma (AYY) ise kömürün eylemsiz parçacklardan oluan scak akkan yatakta yanmasdr. Yüksek kaliteli kömürler için yatak malzemesi olarak genelde kum kullanlr. Linyit gibi kül oran yüksek kömürler ise kendi külleri içinde herhangi bir ilave yatak malzemesine ihtiyaç duymadan yaklrlar. 5.1. YAKMA TPNE GÖRE AKIKAN YATAKLI SANTRAL TEKNOLOJS Akkan yatakta yakma teknolojileri atmosfer basncnda (atmosferikatmospheric) ve basnç altnda çalan (basnçl-pressurized) olmak üzere iki ana grupta snandrlr. Bu teknolojiler akkanlatrma koullarna bal olarak da kabarckl (bubbling) ve dolaml (circulating) olmak üzere ikiye ayrlr. Günümüzde ticari boyuta ulam ve yaygnlam olan teknoloji atmosferik dolaml akkan yatakl yakma (atmospheric circulating uidized bed combustion-ACFBC) teknolojisi olup, basnçl kabarckl akkan yatakl yakma (pressurized bubbling uidized bed combustion-PBFBC) ile basnçl dolaml akkan yatakl yakma (pressurized circulating uidized bed combustionPCFBC) teknolojileri henüz gelime aamasndadr. 5.1.1. Atmosferik Dolaml Akkan Yatakl Yakma Teknolojisi Atmosferik Dolaml Akkan Yatakta Yakma (Atmospheric Circulating Fludized Bed Combustion–ACFBC) Teknolojisinde kömür parçacklar kazanda yanarken gittikçe küçülürler ve gazla birlikte kazan terk ederler. Yanma odasndan gazla tanan uçucu kül, yanmam kömür, kireçta vb. tanecikler siklonlarda tutulup kazana geri beslenir. Bu geri besleme taneciklerin kazanda kal sürelerinin ve dolaysyla yanma ve desülfürizasyon verimlerinin artmasn salar. Bu sirkülasyon kat döngüsünü oluturur ve bu nedenle bu tip akkan yatakl sistemlere “dolaml” denir. Yüksek akkanlama hz ve sirkülasyon nedeniyle dolaml akkan yatakl kazanlarda belirgin bir yatak yüzeyi yoktur. Taneciklerin sistemde ortalama kalma süreleri yanma sürelerine kyasla daha uzundur ve yaklak 7-10 saniye 53 civarndadr. Taneciklerin yatakta kalma sürelerinin uzun olmas ve mükemmel gaz-kat karm, akkan yatakl kazanlarn özellikle lavvar tesislerinden çkan lam gibi yaklmas güç yaktlar, endüstriyel kat atklar da dahil her türlü kat yakt yakabilmesine olanak tanr. Dolaml akkan yatakl sistemlerde yüksek hz, parçack younluu ve türbülanstan dolay kazann alt ksmnda s transfer yüzeyleri veya serpantin yoktur. Akkan yatak teknolojisinde kazana kömürle birlikte kireçta (CaCO3) da verilir. Böylece, kazanda kömür, kül ve kireçta birlikte yatak malzemesini oluturmaktadr. CaCO3 kömürün içindeki kükürdün (S) yanmas ile oluan kükürt dioksitin (SO2) çok büyük bir bölümünü tutarak baca gaznda SO2 emisyonunu büyük ölçüde azaltr. SO2’in CaCO3 tarafndan tutulmasna ilikin kimyasal reaksiyonlar aada verilmektedir. S + O2 SO2 CaCO3 CaO + CO2 CaO + SO2 + ½O2 CaSO4 (Yanma reaksiyonu) (Kalsinasyon reaksiyonu) (Desülfürizasyon reaksiyonu) SO2’nin tutulmasndaki verim, kömürün içindeki yanar kükürt oranna uygun miktarda kireçtann kullanlmasna baldr. Bu nedenle, Ca/S oran önemli olup, kazan tasarmnda kömürün içindeki kükürt miktar ile baca gaznda SO2 emisyonunda yeterli azaltma salayabilecek ekilde kullanlmas gereken CaCO3 miktar, dier bir deyile Ca/S oran dikkate alnmaktadr. Genel olarak Ca/S oran 2-2,5 civarndadr. SO2 emisyonundaki gerekli azaltmann salanabilmesi ayrca, kireçtann kalitesine (reaktivite, nem oran, CaCO3 yüzdesi v.b.) ve kazanda kal süresine de baldr. Kazandaki büyük parçacklarn sirkülasyonu ile gazn hzyla kazandan ayrlan büyük parçacklarn siklondan geri dönmesi bu süreyi biraz daha uzatarak emisyonlarda daha fazla azalma salamaktadr. 54 Kül malzeme Baca gaz Bacagaz Hava Kömür Kireçta Baca gaz Baca gaz Kül Kül Malzeme Hava Bacagaz +hava Kül malzeme Kül ekil 5.1. Akkan Yatakta Yakma Teknolojisinin ematik Anlatm Reaksiyonlar sonras oluan alçta (CaSO4) kül ile birlikte kül depolama alanna gönderilir. Siklonlarda boyutu büyük parçacklar kazana geri döner. Daha küçük olanlar ise elektroltrelere gider ve orada bu uçucu külün büyük bir bölümü tutulur. Kazan çknda baca gazlarnn dier konvansiyonel kazanlara göre daha düük scaklkta olmas baca gaz ssndan daha fazla yararlanmaya olanak salamakta ve kazan verimini yükseltmektedir.laveten kükürdün kazan içinde tutulmas ve scakln düük olmas korozyon riskini de azalmaktadr. Akkan yatakl kazanlarda uygun yakt-gaz karmnn salanmas, parçacklarn kazanda uzun süre kalmas, gazla beraber tanan iri parçacklarn kazana geri gönderilerek mümkün olduu kadar tam yanmann salanmas yanma verimini artran unsurlardr. Akkan yatakta yakma teknolojisinde kazanda yanma scakl (850°C) civarndadr. Bu düük yanma scakl havayla giren azotun oksitlenmesini (sl NOx oluumunu) en alt seviyeye indirir. Yakt azotundan kaynaklanan NOx emisyonu ise kademeli hava besleme teknii ile son derece düük seviyelere çekilebilmektedir. 55 Düük kaliteli linyitlerin çevreyi etkilememesi için bir yandan baca gaz artma tesisi gibi oldukça pahal ilave yatrmlar yaplrken bir yandan da söz konusu düük kaliteli yaktlarn çevreye zarar vermeden yaklabilme teknikleri gelitirilmi, bu yöndeki gayretlerin sonucu olarak akkan yatakl kazan teknolojileri, termik santrallarrda uygulanmaya balanmtr. Bu çerçevede elektrik üretimi alannda akkan yatakl kazan teknolojisi Türkiye’de EÜA tarafndan ilk olarak 2X160 MW 18 Mart Çan Termik Santralnda uygulanmtr. 2008 yl Eylül aynda Santraln kesin kabulü yaplm olup, halen elektrik üretimine devam etmektedir. Çan Termik Santral hariç bugüne kadar EÜA tarafndan gerçekletirilen kömür yaktl termik santrallarda pulverize yakma teknolojisi uygulanmtr.ekil 5.2’de Çan Termik Santraln gösteren bir resim yer almaktadr. ekil 5.2. Çan Termik Santral ekil 5.3’de Çan Termik Santralnn basit bir kazan kesit resmi verilmektedir. Akkan yatakl kazanlar; ocak iç yüzeyleri tabandan balamak üzere tüm kazann büyük bir ksm refraktör malzeme ile kapl, termik olarak izole edilmi, anmaya kar korunmu bir siklon ayrc, ocak alt bölümündeki yatak malzemesinin geri dönüünü salamak için bir resirkülasyon sistemi, akkan yatakl kül soutucular, yatak altndan ve yan yüzeylerden yanma havas salama sisteminden olumaktadr. Yanma havas genel olarak, primer ve sekonder hava sisteminden olumutur, Primer hava nozul tabanndan, sekonder hava ise nozul tabannn üst tarafndaki hava kanalndan geçen havadr. Yatak malzemesi yaklak %98 56 kül veya kumdan oluur. Nozul taban yatak malzemesinin homojen olarak akkanlamasn salar. Primer hava, yatak malzemesini yanma odasndan yukar doru akn salar. Kaba kül yan duvarlar boyunca aaya düer. Dier maddeler siklonlar içinde birbirinden ayrtrlr. Ayrtrlan madde, kül geri sevk hattndan akkanlama havas vastasyla yanma odasna geri döner. ekil 5.3.‘de de Çan Termik Santral ak diyagram görülmektedir. ekil-5.3 Çan Termik Santrali kazan kesiti 57 ekil-5.4 Çan Termik Santral Ak emas Aada kazana ilikin baz tasarm deerleri verilmektedir. x x x x x x Kazan SH Buhar kapasitesi 462 t/h Kazan SH Buhar Basnc 175 bar Kazan SH Buhar Scakl 543 C϶ Kazan RH Buhar 416 t/h Kazan RH Buhar Basnc 38 bar Kazan RH Buhar Scakl 542 C϶ (SH Süperheater, RH Reheater) Dolaml Akkan Yatakta Yakma Sistemi; Baca gaz, siklonlar ikinci çeki yönünden terk eder, uçucu küller elektroltrede ayrtrlr. Kazann ilk çaltrlmasnda veya bir revizyondan sonra yanma odas önce kum veya mevcut yatak malzemesi ile doldurulur. Yatak malzemesi, döner besleyici ve zincirli konveyör vastasyla yanma odasna sevk edilir. Yatak malzemesinin homojen dalmn salamak için, besleme esnasnda primer hava minimum seviyede tutulur. Yatak külü, yanma odasnn tabanndaki dört oyuktan dearj edilir, yanma odas kül miktarnn kül soutucularna gidii L-valerle ayarlanr. Yatak külü, kül soutucusuna aktarlr ve besleme suyu ve kondensat ile soutulur. Soutulmu yatak külü yatak malzemesi silosuna nakledilebilir. Partikül boyutunun dalm aadakilere baldr: • Sevk edilen kömürün tane büyüklüü • Kireç tann tane büyüklüü • Haricen tanan yatak malzemesinin tane büyüklüü • Siklonlarn partikül tutma özellii • Külün anma özellii 58 Tablo 5.1’de tane ebad dalm ile ilgili bilgiler verilmektedir. Tablo 5.1. Beklenen Tane Ebad Dalm Malzeme Maks. Tane boyutu (mm) Ortalama tane boyutu (mm) < 20 4-5 Kireçta <1 0,1-0,15 Yatak külü <1 0,2-0,5 Kömür Tablo 5.2’de akkan yatakl kazan ile konvansiyonel pulverize kömürlü kazann karlatrlmas verilmektedir. Tablo 5.2. Akkan Yatakl Kazan ile Pulverize Kazann Karlatrlmas; Madde Akkan Yatak (AY- CFB) Pulverize Kömür (PK- PC) 1. Deirmenler Pulverize kömüre ihtiyaç olmadndan deirmenlere ihtiyaç yoktur, sadece krclara ihtiyaç vardr (30-10 mm) Pulverize kömür elde etmek için büyük kapasiteli deirmenlere ihtiyaç vardr. ( 1000 ) Bunlarn bakm maliyetleri yüksektir. 2. DeSOx (K %) Verimleri Genellikle optimum yanmada DeSOx verimleri % 90 civarndadr. Ancak, özellikle AB limit deeri (SO2 200 mg/Nm3) dikkate alndnda, yüksek kükürt ihtiva eden kömürlerin kullanmnda ilave kükürt artma tesisi (BGD) gerekli olabilecektir. AB kriterleri dikkate alndnda ( 200 mg S) deerini karlamak için her koulda Baca Gaz Kükürt Artma Tesisine (BGD) ihtiyaç vardr. Genellikle verimleri en az % 95 olan slak kireçta prosesi tercih edilmektedir. Yanma odas scaklklar 800-900 C civarnda olduundan yakt kalitesine de bal olarak ilave De-NOx tesisine ihtiyaç yoktur. NOx için AB kriteri < 200mg/Nm3 olup, bu limit deer de karlanabilmektedir. Yanma odas scaklklar 900 C0 olduundan De-NOx tesisine ihtiyaç duyulabilmektedir. Ancak, Türkiye linyitlerine dayal tesislerde genel olarak NOx deerleri oldukça düüktür. AB limit deeri açsndan sorun olsa bile primer baz önlemlerle emisyonlar istenen seviyeye düürülebilecektir. Kazanda büyük oranda kireç ta tüketildiinden CaO partiküllerinin miktarnn yüksek olmas elektrostatik filtrelerinin toz tutma verimlerini düürmekte ve PC ye göre daha büyük kapasitede elektrostatik filtre kullanlmak zorunda kalnmaktadr. Akkan Yataa göre daha küçük kapasitede elektrostatik filtreler kullanlmakta ve bunlarn verimleri de %99,9‘a ulamaktadr. 0 3. NOx Giderme 4.Elektrofiltreler Not: Çevre ve Orman Bakanl yeni santral için yaplan Çevresel Etki Deerlendirmesi (ÇED) süreçlerinde AB kriterlerini dikkate almaktadr. 59 5.1.2. Kabarckl Akkan Yatakta Yakma Kabarckl akkan yatak teknolojisinde kolon içindeki taneciklerin tekil ettii yatak bölgesine alttan verilen havann hz artrldkça hava parçacklara kuvvet uygular ve hava kabarcklar oluur. Bu nedenle, bu teknoloji kabarckl akkan yatakta yakma olarak adlandrlmaktadr. Yatakta kömür taneleri önce içerdikleri uçucu maddelerini kaybeder. Yatak içinde kömür parçacklar yanarken, üst ksmda da uçucu maddeler yanmaya balar. Bu teknolojide de, dolaml akkan yatakta olduu gibi, yanan gazlarla birlikte sürüklenen kül parçacklarndan iri taneli olanlar siklonlarda tutulur ve kazana geri gönderilir. ekil 5.5’de kabarckl akkan yatakta yakma teknolojisi ile dolaml akkan yatakta yakma teknolojisinin karlatrmas verilmektedir. ekil 5.5 Kabarckl Akkan Yatak (Bubbling) ile Dolaml (Circulating) Akkan Yatak Teknolojilerinin Karlatrlmas 60 5.3. BUHAR PARAMETRELERNE GÖRE AKIKAN YATAKLI SANTRALLAR Akkan yatakl kazan teknolojisi geçtiimiz 20 yl içerisinde hem say olarak hem de kurulu güç olarak büyük gelimeler kaydetmitir. Kurulu güç kapasiteleri 300 MWe’ a kadar olan santraller bugün iletmededir. Akkan yatak teknolojisinde buhar parametrelerine göre ikinci jenerasyon olarak adlandrlan kritik üstü (süper kritik-super critical) kazanlara örnek; 460 MWe kurulu güç olarak 2009 da Polonya’da Lagisza Santral devreye girmitir. Dünyann ilk en büyük kritik üstü (super critical) tek geçili kazan olma özelliine sahiptir. Günümüzde modern bir santral dizayn demek sadece yüksek verimli ve buna bal olarak ekonomik olduu için tercih edilen santral deil ayn zamanda çevre ile bark düük emisyonlu, daha az yakt tükettii için daha az kül üreten santral demektir. Bu amaca ulamak için kritik üstü (super critical) teknoloji tatbik edilmekte ve uygulanmaktadr. Bu teknoloji yukarda da belirtildii gibi Akkan Yatak Teknolojisi (CFB) ile birlikte de kullanlabilmektedir Böylelikle CFB teknolojisinin yakt esneklii, düük emisyon ve yüksek emre amadelik gibi önemli özellikleri yüksek verim avantaj ile birlemitir. Bundan sonraki süreçte CFB teknolojisinin Kritik Üstü buhar parametreleri ile kurulu güçlerinin 600 – 800 MWe mertebelerine ulamas hedeenmektedir. Aadaki tabloda 460 MWe kurulu güçteki Lagisza Santralnn buhar parametreleri verilmektedir. Buhar parametreleri (100 % yükte) SH ak kg/s SH basnc MPa SHscakl °C RH basnc MPa RH scakl °C 361 27.5 560 5.48 580 Santral net verimi doal olarak seçilen buhar parametrelerine, buhar döngü kongürasyonuna, soutma suyu veya soutma kulesi artlarna ve kazan verimine baldr. Polonya da Foster&Wheeler tarafndan 460 MWe kurulu güçte ina edilen santraln baca gaz scakl 85 0C düürülmü hesaplanan net verimi %43,3 ‘e yükselmi ve net çk gücü 439 MWe mertebelerine ulamtr. ekil 5.6’da yllar itibariyle akkan yatak teknolojisinin geliimi verilmektedir. 61 ekil 5.6 Foster&Wheeler CFB Broürü Bundan sonraki aamada ayn rma kurulu gücü 800 MWe CFB kazan tesis etmeyi planlamaktadr. Soutma suyu olarak deniz suyu scaklnn 18 oC olmas durumunda net veriminin % 45 olaca tahmin edilmektedir. 5.4. SONUÇ Akkan Yatak Teknolojisi (AYT), özellikle düük kaliteli kömürlerin yaklmas konusunda pulverize kömür teknolojilerine göre yüksek verim ve daha geni aralklardaki sl deere sahip yaktlarda oldukça tercih edilen bir teknolojidir. Ayn özelliklere sahip kömürler için Akkan Yatak Teknolojisi kullanlmas durumunda Pulverize kazanlara göre kazan verimleri en az % 2-4 puan daha yüksektir. Ancak ülkemizde, Çevre ve Orman Bakanlnn ithal kömür veya yerli linyit fark gözetmeksizin öngördüü Avrupa Birlii (AB) kriterlerinde 200 mg/Nm3 kükürt dioksit (SO2) emisyon limit deeri dikkate alndnda, Akkan Yatak Teknolojisi yatrmclar açsndan tartlr duruma gelecektir. Yerli linyitlerimizin kullanlmas ve linyitin kükürt içeriinin çok yüksek olmasna karlk düük limit deerin dikkate alnmas durumunda, kazana çok daha yüksek oranlarda kireçta yüklemesi yaplmas gerekecek bu da verimi düürebilecektir. Kazana daha az kireçta beslemesi yaplmas durumunda ise ilave baca gaz desülfürizasyon (BGD) tesisi gerekebilecektir. 62 5.5. KAYNAKLAR 1. Prof.Dr. Nevin Selçuk “Enerji Üretim Santralarnda Kullanlan Kömürlerimize Uygun Temiz Kömür Yakma Teknolojisinin Seçimi“, Ekim 2004 2. Foster&Wheeler CFB Broürü 3. GÜRKAN, M. YILMAZ, A. ÖZKAN, S., KARAKAYA, C. ve EKNC,, M.K., “Proje Gelitirme ve Dizayn Komisyonu Raporu, EÜA, Mart. 2005 63 6. KÖMÜR GAZLATIRMA VE SIVILATIRMA TEKNOLOJLER Dünyada enerji talebi hala arlkl olarak fosil yaktlara dayal olarak karlanmaktadr. Petrol ve doal gaz gibi fosil yaktlarn rezervlerinin ömrü daha kstl iken, dünyadaki kömür rezervleri uzun bir süre yetecek durumdadr. Ayrca petrol ve doal gaz rezervleri cora olarak dünyann belli bölgelerinde younlamken kömür rezervleri daha yaygn bir cora dalm göstermektedir. Petrol ve doal gaz yatlarnn yükselmesi ya da belirsizlii de kömüre olan ilgiyi arttrmaktadr. Dier yandan gerek kömürün yanmasyla oluan kükürt dioksit, azot oksitler, uçucu kül gibi kirleticilerin önlenmesi, gerekse günümüzde iklim deiiklii nedeniyle önem kazanm olan, sera gaz etkisi gösteren karbondioksit emisyonlarn azaltma giriimleri, kömürden daha temiz ve verimi yüksek teknolojilerle yararlanlmasn gerektirmektedir. Bu nedenlerle, günümüzde kömür gazlatrma /svlatrma proseslerinin önemi artmtr. Gazlatrma/svlatrma prosesleri sonucunda entegre gazlatrma kombine çevrim teknolojisi ile konvansiyonel santrallara göre daha yüksek dönüüm verimi ile elektrik üretmek, ayrca amonyak, sv yaktlar, metanol ve yakt hücreleri için hidrojen elde etmek olanakldr. 6.1. KÖMÜRÜN GAZLATIRILMASI TEKNOLOJS Kömür gazlatrma prosesi, kömürün dorudan yaklmas yerine, termokimyasal bir yöntemle kimyasal bileenlerine ayrlmas ilemidir. Gazlatrma prosesinde kullanlacak hammadde sadece kömürle snrl olmayp, petrokok gibi petrol kökenli maddelerin, biyokütle ve atklarn da gazlatrma ilemine tabi tutulmas mümkündür. Kömürün gazlatrlmas, kömürün elektrik, hidrojen ve dier enerji ürünlerine dönütürülmesinde kullanlan en temiz ve birden çok amaca hizmet eden yöntemlerden biridir. Bir gazlatrcda, kömür yüksek basnç ve scaklklarda, ortamda buhar varken, kontrollü miktarlardaki hava veya oksijene maruz braklr ve moleküler yaps parçalanarak karbonmonoksit, hidrojen ve dier bileenlerine ayrtrlr. Esas olarak hidrojen ve karbonmonoksitten meydana gelen bu gaza sentez gaz (ksaca syngas) denmektedir. Gazdaki dier bileenler, hammaddenin türüne ve gazlatrcnn koullarna bal olarak deiiklik göstermektedir. Gazlatrma prosesi ilk olarak 1800’lü yllarn banda, aydnlatma amacyla kullanlan ehir gaz üretimi için gelitirilmitir. Sonraki dönemlerde aydnlatma ve piirme amacyla elektrik ve doal gaz gibi kaynaklar arlkla devreye girmi 64 olmakla birlikte, gazlatrma prosesi çeitli kimyasallarn ve yaktlarn üretiminde 1920’lerden beri kullanlmaktadr. Zaman içinde teknoloji ilerlemi ve çeitli rmalar kendi gazlatrc tasarmlarn gelitirmilerdir. 6.1.1 IGCC (Entegre Gazlatrma Kombine Çevrim) Teknolojisi Kömür gazlatrma 19. yüzyldan beri kullanlan bir teknoloji olmakla birlikte gazlatrmann elektrik üretiminde kullanm, hemen hemen son otuz ylda hükümetlerin ve sanayinin ortak giriimiyle gerçekletirilen aratrmalarla hz kazanm bir teknolojidir. IGCC teknolojisinde gazlatrcdan ve artma ünitelerinden çkan sentez gaz önce gaz türbininde(GT) yaklarak elektrik elde edilir. Ek olarak gaz türbininden çkan gazdan atk s kazannda buhar üretmek amacyla yararlanlr ve elde edilen yüksek basnçtaki buhardan buhar türbininde (BT) elektrik üretilir. Is enerjisinden yararlanlan gaz, atk s kazanndan dar atlr. Kömür gazlatrma prosesinin elektrik üretiminde kullanlmas konvansiyonel yakma teknolojilerine göre önemli avantajlar salamaktadr: - Yüksek verimlilik ve düük emisyon: Gazlatrma prosesinin elektrik üretiminde kullanlmasnn bir nedeni, kombine çevrim sonucunda elektrik dönüüm veriminin konvansiyonel santrallara göre çok daha yüksek olmasdr. Kombine çevrimde hem gaz türbininden hem de buhar türbininden elektrik elde edilmesi toplam dönüüm verimini yükseltmektedir. Entegre sistemde tipik olarak elektrik enerjisinin % 60-65’i gaz türbininden, % 35-40’ buhar türbininden elde edilmektedir. Sentez gaz, gaz türbininde yaklmak üzere gönderilmeden önce soutulmakta ve safszlklarndan artlmaktadr. - Gazlatrma ile, verimlilikteki arta paralel olarak kömürün yanmasndan kaynakl emisyonlarda da önemli ölçüde azalmalar salanmaktadr. Dönüüm veriminin be puanlk artyla (örn. % 35’ten % 40’ çkmasyla), kömüre göre farkllklar göstermekle birlikte, karbondioksit emisyonlar % 10’un üzerinde azalmaktadr.5 Yeni gaz türbini tasarmlar ve proses scaklnn yükselmesi sonucunda % 60’lara varan verimlilikler hedeenmektedir. - Daha yüksek tesis gücü: Bir IGCC ünitesinde eer hava ayrma ünitesi varsa, buradan elde edilen azotun GT’ne beslenmesi ile jeneratör çk gücü de arttrlabilmektedir. Bu ekilde doal gaz yakan 170 MW gücündeki bir türbin, sentez gaz ile 190 MW veya daha üzerine çkabilmektedir. 5 IEA Clean Coal Centre, http://www.iea-coal.org.uk/site/ieacoal/publications/newsletter/current- issue-a/reducing-co2-emissions-from-existing-coal-red-plants 65 Sentez gazndan kombine çevrim teknolojisi ile yararlanmann yansra, kömür gazlatrmann baka avantajlar da bulunmaktadr : - Ürün esneklii: Yukarda belirtildii gibi, gazlatrma prosesi sonucunda sadece elektriin deil, çeitli kimyasallarn ve ulamda kullanlacak yaktlarn da üretilmesi mümkündür. Gazlatrma prosesinin bir önemli avantaj da udur: Sistemde hava yerine oksijen kullanlmas halinde üretilen gaz karbondioksit açsndan zengin olduundan karbondioksiti ayrmak ve tutmak çok daha kolay ve düük maliyetlidir. Bu durum, sera gaz etkisine ve iklim deiikliine kar son zamanlarda sklkla gündeme gelen karbondioksit tutma ve depolama (KTD) teknolojisi ve sistemleri açsndan önemli kolaylk salamaktadr. - Hidrojen ekonomisine doru gidi: Bu prosesten elde edilen hidrojenin araçlarda, yakt hücrelerinde kullanlabilmesi olana da bulunmaktadr. Petrol türevlerinin ikame edilmesi özellikle ulamda önemli olduundan, hidrojen gelecein temel enerji kayna olarak görülmekte ve otomotiv sanayinde hidrojen ile çalan prototip araçlar imal edilmektedir. Son yllarda dikkatler ve Ar-Ge çalmalar yakt hücrelerine yönelmi bulunmaktadr. Hidrojen enerjisinin bugünden kullanma hazr olduunu söylemek henüz mümkün deildir. Hidrojenin datm a ile kullanma sunulmas konusundaki sorunlarn yan sra, öncelikle hidrojenin birincil bir enerji kaynandan üretilmesi gerekmektedir. Bu durumda hidrojenin büyük olaslkla fosil yaktlardan, özellikle ucuz ve bol olarak bulunan kömürden elde edilecei öngörülmektedir. Kömür gazlatrma bu açdan da uygun bir teknoloji olarak öne çkmaktadr. 6.1.1.1. IGCC Tesisinin Bileenleri Bir IGCC tesisinde bulunan, ana sistem bileenlerini öyle sralamak mümkündür: 6.1.1.1.A) Hava ayrma ünitesi (Air Separation Unit-ASU): HavaAyrma Ünitesi’nde halen ticari olarak kullanlan teknoloji, çok düük scaklkl (kriyojenik) bir proses yoluyla havann temel bileenleri olan azot ve oksijene ayrlmasna dayaldr. Hava önce ltreden geçirilerek kompresörle basnc yükseltilmekte, daha sonra safszlklarndan arndrlmakta ve çok düük scaklklarda distilasyona tabi tutulmaktadr. Buradan yaklak % 95 sakta elde edilen oksijen kompresör vastasyla gazlatrcya gönderilirken, azot gaz türbininde NOx oluumunu kontrol etmek için seyreltme amacyla kulllanlmakta, ayn zamanda gaz türbininin çk gücünün arttrlmasn salamaktadr. Bu prosesteki temel enerji saryat hava kompresöründen kaynaklanmaktadr. Bu teknolojinin yansra, oksijen 66 üretimi için, yüksek scaklklarda, selektif olarak oksijen iyonlarnn transferine dayal membranlar konusunda gelitirme çalmalar da yaplmaktadr. 6.1.1.1.B) Gazlatrma sistemi: Bu birimin alt bileenleri arasnda kömür alma ve hazrlama, gazlatrc, cüruf atma, kül tutma sistemleri, sentez gaz soutma ve temizleme üniteleri yer almaktadr. IGCC teknolojisinin ana bileeni olan gazlatrc ve oldukça karmak olan gaz temizleme sistemleri konusunda ileride daha detayl bilgi verilmitir. 6.1.1.1.C) Güç blou (Power block): Yukarda da belirtildii gibi, bir IGCC tesisindeki güç blou doal gaz kombine çevrim ünitesine benzemekte olup, gaz türbininin yansra atk s kazan ve buhar türbininden oluan bir buhar çevrimi mevcuttur. Hem gaz türbini hem de buhar türbini tarafndaki jeneratörden elektrik elde edilmesi, elektrie dönüüm verimini arttrmaktadr. Ticari türbinler doal gaz ve sv yaktlar için imal edilmekle birlikte, belli bal gaz türbini imalatçlar büyük IGCC tesislerinde kullanlacak gaz türbinleri de temin etmektedir. Sentez gaznn kullanlmas, baz yönlerden gaz türbini performansn etkilemektedir. Sentez gaznn sl deeri doal gaznkinden düük olduundan, ayn türbin giri scaklna ulaabilmek için sentez gazn daha yüksek debide vermek gerekmektedir. Ayrca yukarda belirtildii gibi, ASU’dan gelen azot gaz da debiyi arttrmakta, böylece daha yüksek çk gücüne ulalmaktadr. Bununla birlikte, türbin çk gücünü snrlayan baz faktörler de ortaya çkmaktadr. Sentez gaznn kompozisyonuna bal olarak, doal gaza oranla gaz türbini çknda daha fazla su buhar bulunabilmektedir. Bu durum s transferini arttrarak malzeme üzerine daha fazla s yükü getirmekte, malzemenin ömrünü azaltmamak için türbin giri scakln azaltmak gerekmekte, bu da verimin dümesi anlamna gelmektedir. Ayrca gaz türbini rotorunun artan çk gücünü karlayp karlayamayaca, kompresör gerilimi (surge) gibi faktörler nedeniyle, doal gaza göre tasarmlanm gaz türbinlerinde baz modikasyonlarn yaplmas gerekmektedir.6 6.1.1.1.D) Ortak ve yardmc tesisler: Bu grup, ölçü-kontrol sistemi, yardmc kazan, su hazrlama sistemleri gibi IGCC tesisinin ortak ve yardmc üniteleridir. 6 O.Maurstad, “An Overview of Coal based IGCC Technology”, 2005, MIT Laboratory for Energy and the Environment , 67 6.1.2. Gazlatrma Prosesi Uçucukül ekil 6.1.1 Entegre Gazlatrma Kombine Çevrim Teknolojisinin ematik Görünümü Kaynak: Renaissance of Gasication based on Cutting Edge Technologies , VGB PowerTech 9/2005 Bir gazlatrma prosesinde sistemin ana bileeni gazlatrcdr. Gazlatrma prosesinin yanma prosesinden fark, hava/oksijen miktarnn son derece kontrollü bir ekilde verilmesiyle kömürün ancak snrl bir bölümünün tamamen yanmasna müsaade edilmesidir. Gazlatrcda esas olarak yüksek scaklklarda kat-gaz ve gaz faznda, piroliz, ksmi yanma ve gazlatrma gibi çeitli ekzotermik ve endotermik reaksiyonlar oluur. Yaktn içindeki mineral madde, gazlatrcdan kat veya ergimi (cüruf) halde uzaklatrlr. Mineral maddenin küçük bir bölümü uçucu kül halinde çkar. Gazlatrma sonucunda elde edilen gazda karbonmonoksit ve hidrojen dnda, su buhar, karbondioksit, az miktarlarda metan (CH4,), hidrojen sülfür (H2S), hidrojen klorür (HCl), hidrojen orür (HF), karbonil sülfür (COS), amonyak (NH3) ve hidrojen siyanür (HCN) gibi bileenler de bulunmaktadr. Kömürdeki kükürt, hidrojen sülfür ve karbonil sülfüre dönüür; buradan elementer kükürt veya sülfürik asit elde etmek mümkündür. Gazlatrcnn yeterli oksijen bulunmayan ortamnda azot oksitleri olumaz; buna karlk azot-hidrojen reaksiyonlar sonucunda amonyak meydana gelir. 68 Kömür Gazlatrc (tepe) Gaz kömür Sabit yatakl gazlatrc (Kuru kül) Gaz H2O, O2 veya hava Kül Buhar, Oksijen Buhar/ veya hava O2 Gazlatrc (taban) veya hava Scaklk º C Kül Gaz Kömür Gaz Kömür Gazlatrc (tepe) Akkan yatakl gazlatrc H2O,O2 veya hava Kül Buhar/ O2 veya hava Kül Scaklk º C Buhar/ O2 veya hava Kömür Gazlatrc (taban) Gazlatrc (tepe) H2O, O2 veya hava Kömür Sürüklemeli akl gazlatrc Gaz Gaz Cüruf Gazlatrc (taban) Cüruf Scaklk º C ekil 6.1.2 Gazlatrc Tipleri Kaynak: O.Maurstad, “An Overview of Coal based IGCC Technology”, 2005, MIT Laboratory for Energy and the Environment 69 Gazlatrma prosesleri, - Kömürün kuru pulverize veya sulu (slurry), akkan bir ekilde beslenmesi, - Kömür taneciklerinin irilii - Proseste kullanlan gazlatrc maddenin (gasication agent) oksijen veya hava olmas, - Yakt ve gazlatrc maddenin ak geometrisi, - Külün kuru veya ergimi halde sistemden uzaklatrlmas, gibi faktörlere bal olarak farkllklar göstermektedir. 6.1.2.1-Gazlatrc tipleri Gazlatrclar ak geometrilerine bal olarak üç gruba ayrlmaktadr: 6.1.2.1.A) Sabit yatakl gazlatrclar: Bu tip gazlatrclar da iki grup halinde ele almak mümkündür. Hem ayn yönde hem de kar yönde akl olanlar vardr; kar yönde akl olanlar daha yaygndr. En yaygn olarak bilinen sabit yatakl gazlatrc Sasol/Lurgi gazlatrcsdr. Ayn yönde akl olan gazlatrcda gazlatrc ajan (buhar, oksijen veya hava) yakt ile birlikte ayn yönde, aa doru ilerler. Üretilen gaz gazlatrcy yüksek scaklklarda terkeder. Kart yönde akl olan gazlatrclarda ise, yakt ile gazlatrc madde (buhar, hava veya oksijen) kart yönde hareket eder. Kömür yukardan aaya doru ilerledikçe termal olarak bileenlerine ayrlr ve gazlar; inorganik madde kuru kül veya (akkan) cüruf halinde uzaklatrlr. Cüruf halinde atlmas durumunda, kül ergime scaklnn üzerine çkmak için daha yüksek oranlarda buhar ve oksijene ihtiyaç duyulur. Bu tip gazlatrcda içerideki madde miktar göreceli olarak düüktür. Gaz çk scakl düük olduundan termal verim göreceli olarak yüksektir. Ancak sentez gaznda metan ve katran yüksek olduundan kullanlmadan önce daha kapsaml olarak artlmas gerekmektedir. 6.1.2.1.B) Akkan yatakl gazlatrclar: Bu tip gazlatrclarda kömür tanecikleri gaz akmnn içinde asl halde bulunmaktadr; sisteme beslenen kömür tanecikleri ile gazlamakta olan tanecikler karm halindedir. Kömür ile buhar ve oksijen gazlatrcnn tabanndan beslenir; sentez gaz tepeden verilirken, kül kuru halde veya aglomera halinde alnr. Bu gazlatrclarda içerideki madde miktar sabit yataklara göre daha yüksek, sürüklemeli gazlatrclara göre daha düüktür. Akkan yatakl gazlatrclar, koroziii yüksek inorganik madde içeren yaktlar, örnein biyokütle için daha uygundur. Bu gruba örnek olarak Winkler, GTI U Gas, düük kaliteli kömürler için uygun olan KBR Transport gazlatrcs verilebilir. 70 6.1.2.1.C) Sürüklemeli (entrained) akl gazlatrclar: Bu tip gazlatrclarda kuru kömür tozu, atomize sv yakt veya akkan hale getirilmi (sulu) haldeki kömür, gazlatrc madde (çounlukla oksijen) ile ayn yönde ve yüksek hzda akar. Bu gazlatrclarda yüksek scaklklar ve basnçlara ulalr; çou kömürler, özellikle düük reaktivitesi olan kömürler için uygun olan bir gazlatrc tipidir. Çkan sentez gaznn duyulur ss yüksek olup, ham gazdan snn geri kazanlmas amacyla deiik kongürasyonlar söz konusu olabilir. Buna karlk sentez gaznda metan, katran bulunmaz. Oksijen ihtiyac dier gazlatrclara göre yüksek olup, kömür tanecik boyutunun da dier gazlatrc tiplerine göre daha küçük olmas gerekmektedir. Son dönemlerde, ticari ölçekteki uygulamalarda en fazla arlk verilen gazlatrc tipidir. Kömür besleme sistemine bal olarak deiik tipleri vardr: Kömür/su karm Texaco (daha sonra GE Energy) ve E-Gas (ConocoPhillips) ile kuru kömür beslemeli Shell, Preno Krupp-Uhde, GSP ve Mitsubishi gazlatrclar. Bu tip gazlatrclar 1950’lerde gelitirilen atmosferik basnçl Koppers-Totzek prosesine dayandrlmakta olup, genellikle amonyak üretimi amacyla Türkiye’nin de aralarnda bulunduu çok saydaki ülkede kurulmutur. Tablo-6.1.1’de gazlatrc tiplerinin karlatrlmas verilmektedir. Tablo-6.1.1 Gazlatrc Tiplerinin Özellikleri SABIT YATAK AKIKAN YATAK SÜRÜKLEMEL AKILI Çk scakl Düük(425-600º C) Orta (900-1050º C) Yüksek (1250-1600ºC) Oksitleyici ihtiyac Düük Orta Yüksek Külün durumu Kuru kül / cüruf Kuru kül / aglomera Cüruf Kömür boyutu 6-50 mm 6-10 mm < 100 m Dier özellikler Sentez gaznda metan, katran Düük karbon dönüümü Temiz sentez gaz, yüksek karbon dönüümü Kaynak: The Future of Coal, MIT, 2007 6.1. 3. Sentez Gaznn Temizlenmesi Daha önce de belirtildii gibi, gazlatrma prosesinde karbon kökenli maddeler 71 buhar bulunan ortamda oksijen/hava ile reaksiyona girmekte olup, gazlatrcnn, kömürün bileiminde yer alan inorganik maddelerden oluan kül ve sentez gaz eklinde iki çkts bulunmaktadr. Gazlatrcy terkeden sentez gaznn bileimi esas olarak karbonmonoksit ve hidrojenden olumakla birlikte, gazn içinde kurum ve kül, karbondioksit, hammaddenin içindeki kükürt oranna bal olarak farkl miktarlarda hidrojen sülfür ve düük miktarlarda amonyak, karbonil sülfür, hidroklorik asit ve hidrojen siyanür gibi bileenler de bulunur. Gazdaki hidrojen sülfür ve dier safszlklar uzaklatrmak için çeitli artma teknolojileri kullanlr. Gazlatrcdan çkan gaz artma aamasndan önce soutulur. Daha önceki yllarda sentez gaznn scak haldeyken temizlenmesi konusunda aratrma çalmalar yaplm, ancak olumlu sonuç elde edilmemesi nedeniyle bu konuya olan ilgi azalmtr. Halen sadece partikül maddeler scak ortamda uzaklatrlmaktadr. 6.1.3.1. Sentez Gaznn Soutulmas Gazlatrcnn tipine bal olarak, elde edilen sentez gaz 1500º C’a kadar yükselen scaklklarda olabilir. Gaz soutma amacyla, su veya kimyasal yolla söndürme ileminden, radyant ve konvektif tip soutuculardan ya da gaz sirkülasyonundan yararlanlmaktadr. Gazlatrc tiplerine göre söndürme ve soutma ileminde farkl kongürasyonlar mevcuttur. GE gazlatrcsnn s geri kazanm olmayan tipinde sadece su ile söndürme ilemi varken, s geri kazanml GE gazlatrcsnda radyant ve konvektif tip soutma bulunmaktadr. Shell gazlatrcsnda sentez gaz soutucusunun yansra gaz resirkülasyonu da vardr. Kimyasal yolla söndürmede ise, Conoco Philips gazlatrcsnda olduu gibi ikinci bir gazlatrma kademesi bulunmaktadr. Sentez gaznn soutulmas normal olarak proseste s kaybna neden olan ve verimi düüren bir ilemdir. Bu nedenle sistemdeki sentez gaz soutucularndan elde s (buhar) enerjisi tekrar sistemdeki buhar çevrimine geri verilmektedir. 6.1.3.2. Partikül maddelerin temizlenmesi Gazlatrcy terkeden scak gazn içinde ince kurum ve uçucu kül bulunmaktadr. Bu partiküller ya yüksek scaklkl s geri kazanm sisteminin giriinde bulunan seramik veya metalden, mum tipi ltrelerle (candle lters), ya da soutma sistemlerinin çknda yer alan su ile ykayc kulelerde tutulur. Mum tipi ltreler partikül maddeyi kuru bir ekilde uzaklatrdklarndan daha avantajldr. Ykayc kulelerde su ile ykanmas halinde daha sonra suyun uzaklatrlmas gerekecektir. Bununla beraber ykayc kulelerde su ile yaplan ilem sonucunda sentez gaznda eser miktarlarda bulunan klorürler de uzaklatrlr. Bunlar 72 hidroliz sürecinde katalizörleri zehirleyebilir ve takip eden ekipmanda metalurjik sorunlara neden olabilir. Bu nedenle proseste kuru ltreler kullanlsa bile klorürler ve amonyak gibi safszlklar uzaklatrmak için genellikle ykayc kule de bulunur. 6.1.3.3. Asit Gaz Uzaklatrma (AGR) Prosesleri Sentez gaznn temizlenmesinin önemli bölümlerinden biri, varolan limit deerlere göre ve ekonomik olduu ölçüde kükürtlü bileiklerin gazdan uzaklatrlmas ilemidir. Gazda kükürtlü bileik olarak sadece H2S varsa bunu çok düük seviyelere indirmek daha kolaydr; ancak çözünürlüü H2S’e göre daha az olan COS’ün varl temizleme ilemini zorlatran bir faktördür. COS konsantrasyonunu düürmek üzere AGR prosesinden önce bir ön ilem olarak katalitik bir hidroliz reaktörü ile COS, karbondioksit ve hidrojen sülfüre dönütürülür. Bu proseste aktif aluminyum katalizörleri kullanlr. Sentez gazn temizlemek için yaygn olarak çeitli çözücüler kullanlmaktadr. Petrol, kimya ve doalgaz tesislerinde 30’u akn AGR prosesi kullanld, ancak iletmede ve planlanm olan gazlatrc tesislerinde alt AGR prosesi bulunduu belirtilmektedir.7 Bu proseslerde kullanlan çözücüler üçe ayrlmaktadr: -Kimyasal çözücüler -Fiziksel çözücüler -Kark (Hibrid) Çözücüler 6.1.3.3. A) Kimyasal çözücüler/ Amin prosesleri Amin prosesleri, asit gazlarla amin bileikleri arasnda oluan kimyasal ba yoluyla asit gazlarn uzaklatrlmas esasna dayanmaktadr. Sentez gaznn temizlenmesinde en yaygn olarak kullanlan kimyasal çözücü metildietanolamin (MDEA) çözeltisidir. MDEA amin bileikleri arasnda en az korozif, bozunmaya (degradasyon) kar en dirençli ve H2S/CO2 selektivitesi en yüksek olan bileiktir. Çeitli demonstrasyon ve ticari IGCC ünitelerinde yaygn olarak kullanlmaktadr. Bu proseste, temizlenecek gaz dolgulu ya da tepsili kuleye verilerek ters akl çözücü ile temas eder. Temizlenen gaz kulenin tepesinden alnrken asit gazlarla zenginlemi olan çözücü rejenerasyona gönderilir. Çözücü ile kimyasal ba oluturan asit gazlar ayrmak amacyla rejenerasyon srasnda s vermek gerekir. Atk gaz, ihtiva ettii kükürtlü bileikleri uzaklatrmak için kükürt geri kazanm tesisine gönderilir. 7 Cost and Performance Baseline for Fossil Fuel energy Plants, DOE/NETL-2007/1281 73 Kondenser Artlm gaz Asit gaz Absorblayc Eanjör Zayf çözücü Syrc (Stripper) Gaz besleme Tekrar kzdrc Zengin çözücü ZZayf çözücü P pompas ekil 6.1.3 – Konvansiyonel bir AGR Prosesi emas Kaynak: Cost and Performance Baseline for Fossil Fuel energy Plants, DOE/NETL-2007/1281 MDEA prosesinin kongürasyonu, kullanlan çözücü, temizlenecek gazn bileimi, basnç ve scaklna bal olarak farkllklar gösterebilir. ayet gazda CO2/H2S oran yüksek ise, proseste, rejenerasyon sürecine girmeden CO2’i gazdan ayrmak üzere genleme odas (ash vessel) bulunabilir. Ayrca MDEA kullanmndan elde edilen deneyimler sonucunda, yüksek scaklklara ve gazn içinde oksijen bulunmasna bal olarak çözücünün bozunmas ile baz kimyasallarn olumas, çözücünün karakteristiklerinin deimesi ve korozyon meydana gelmesi riskleri bulunmaktadr. 6.1.3.3.B) Fiziksel Çözücüler Sentez gazn temizlemek üzere kullanlan ziksel çözücülerden en yaygn olanlar Selexol ve Rectisol’dur. Fiziksel çözücülerin temel olarak u yararlar bulunmaktadr: - CO2’ye göre H2S ve COS için yüksek selektivitesinin olmas - Çözücünün stabilitesinin (kararllnn) yüksek olmas - Çözücü basnç deiimiyle rejenere edilebildiinden s enerjisi ihtiyacnn düük olmas 74 Selexol Prosesi Selexol, polietilen glikolun dimetil eterlerinin bir karmdr. Selexole benzeyen, örnein polietilen glikolun dibutileterleri gibi çözücüleri kullanan prosesler de vardr. Selexolün kimyasal ve termal olarak kararl olmas ve buhar basncnn düük olmas nedeniyle temizlenecek gazla birlikte kayb da snrldr. Selexol H2S için CO2’ye göre önemli ölçüde selektiftir. Selexol prosesinin, H2S/CO2 selektivitesi, istenen kükürt uzaklatrma oran, CO2 geri kazanmnn düzeyi ve gazn dehidratasyonunun gerekip gerekmemesi gibi faktörlere bal olarak farkl kongürasyonlar söz konusu olabilir. Rectisol Prosesi Lurgi GmbH tarafndan gelitirilen Rectisol, dünyada gaz temizlemede yaygn olarak kullanlan ziksel çözücülerden biri olup, kükürtün yüksek oranda artmn salamaktadr. Rectisol prosesinde – 40 º F ile – 80 º F arasnda soutulmu metanol kullanlmaktadr. letme scaklnda H2S ve COS’un metanoldeki çözünürlüü Selexole göre yüksektir. Rectisolün H2S için yüksek oranda selektif olmas, COS’un uzaklatrlmasndaki kolaylkla birlikte düünüldüünde bu prosesin en önemli avantajdr. Soutulmu metanol ayn zamanda hidrojen siyanür (HCN), amonyak (NH3), ve demir-nikel karbonil bileiklerini de absorbe eder. Bu avantajlarna karlk, çözücünün soutulmasnn gerekli olmas ve prosesin karmakl yatrm ve iletme maliyetlerini yükselten unsurlardr. Rectisol prosesinin kongürasyonu da, H2S’n uzaklatrlmas, yüksek oranda CO2 kazanm, CO2 ve H2S’in seçici olmayan bir ekilde uzaklatrlmas gibi, prosesten amaçlananlara göre farkllklar gösterebilir. Rectisol ayn zamanda sentez gazndan istenen farkl bileiklerin elde edilmesine olanak salayan esnek bir proses olup, örnein hidrojen, karbonmonoksit, amonyak ve metanol gibi ürün kombinasyonlarnn elde edilmesi için uygundur. Souk metanol, eser miktardaki metalik bileenlerin de uzaklatrlmasn salar. Gazda civa bulunuyorsa, civann artlmas için Rectisol ünitesi öncesinde bir karbon yata (carbon bed) ünitesi koymak gerekir. 6.1.3.3.C) Kark (Hibrid) Çözücüler Hibrid çözücüler, kimyasal çözücüler ile ziksel çözücülerin avantajl özelliklerini 75 biraraya getirmek amacyla üretilmitir. Piyasada, Sulnol, Flexsorb PS ve Ucarsol LE gibi çeitli isimler altnda hibrid çözücüler bulunmaktadr. 6.1.3.4. Asit Gazlarn Uzaklatrlmas (AGR) Prosesinin Seçimi AGR prosesinin seçimi oldukça kompleks bir i olup, standartlam bir kongürasyon yoktur. Proses tasarmn etkileyen çok sayda faktör vardr. Bunlar arasnda, -Temizlenecek sentez gaznn ak hz, bileimi, basnc ve scakl, -Sentez gazndaki asidik gaz bileenleri, konsantrasyonlar, H2S ve toplam kükürdün ne oranda uzaklatrlaca, istenen selektivite, -Tesisin tümünden çkan SO2 ve NOx emisyonlar, (Türbin çknda SCR ünitesinin bulunmas, gazdaki müsaade edilebilir toplam kükürt miktar açsndan önemlidir. Emisyonlarla ilgili olarak getirilecek snr deerler de AGR proseslerinde önemli deiikliklere neden olabilir.) -Sentez gaznn, elektrik üretimine paralel olarak, hidrojen ve çeitli kimyasallar üretiminde kullanlabilmesi için söz konusu proseslerin gerektirdii koullara uyum salanmas (örnein hidrojen üretimi için su-gaz deiim reaksiyonu gibi) ya da sentez gaznda gerekli kriterlere ulalmas (örnein metanol ve Fischer Tropsch sentez gaz için toplam kükürdün 0.1 ppmv’den az olmas gibi) - Karbondioksitin ne ölçüde uzaklatrlaca ya da Karbon Tutma ve Depolama prosesi için ne düzeyde ayrtrlaca, -Çözücünün rejenerasyonu için gereken buhar enerjisi, çözücünün resirkülasyonu ve soutma için gereken elektrik enerjisi ihtiyac gibi iletme maliyetlerini etkileyecek unsurlar, -Çözücü kayplar -Varolan tesislere balantlar -Prosesin komplekslii, giren maddedeki deiimler veya ileride getirilecek emisyon snr deerlerine uyum salanabilmesi için prosesin esnek olmas gibi faktörler yer almaktadr. 8 6.1.3.5. Kükürtün Geri Kazanm Çevre ile ilgili düzenlemelerin artmas ve kirleticilerin snr deerlerinin giderek daha kstl hale gelmesiyle H2S gazndan da kükürtün geri kazanlmas gerekmektedir. Bu amaçla en yaygn olarak Claus Prosesi ve prosesin zaman 8 SFA Pacic, Inc, Process Screening analysis of Alternative Gas Treating and Sulfur Removal for Gasication , Revised Final Report, Dec. 2002 76 içinde gelitirilen türevleri kullanlmaktadr. Claus prosesi H2S ve oksijenin dorudan katalitik reaksiyonudur. Proseste H2S aadaki reaksiyonlar sonucunda elementer kükürte çevrilmektedir. H2S + 3/2 O2 H2O + SO2 2 H2S + SO2 2H2O+ 3S Yüksek miktarlardaki kükürtü uzaklatrmak üzere kullanlan Claus prosesinde yaklak % 98 verime ulalmakta olup, çevre ile ilgili snr deerlerin kstlanmasna bal olarak daha yüksek kükürt geri kazanm verimine ulalabilmesi için ek artma üniteleri kullanlmaktadr. Claus prosesinde kükürt geri kazanm verimi, öncelikle gazdaki H2S konsantrasyonu, katalitik kademelerin says gibi faktörlere baldr. Ayrca gazda H2S gaznn yansra az miktarlarda da olsa COS, CS2 gibi baka kükürtlü bileikler bulunmakta olup, bunlar Claus prosesinde istenen kükürt geri kazanm verimine ulalmasn engelleyebilir. Bu nedenle kükürtlü bileiklerin hidrojenasyonu ve tekrar artlmas için bir çk gaz ileme (Tail Gas Treating) ünitesi eklenebilir. Bu prosesler içinde en yaygn kullanlan SCOT (Shell Claus Off-gas Treating) prosesidir. Çk gaz ileme ünitesinin eklenmesi ile Claus prosesinde % 99.9’lara varan kükürt geri kazanm verimine ulalabilmektedir. 6.1.4. IGCC Tesisleri ve letme Deneyimleri Entegre gazlatrma kombine çevrim teknolojisi konvansiyonel santrallara göre yüksek verimlere ulalmasn mümkün klmakla birlikte, söz konusu teknolojinin tam anlamyla rekabetçi olabilmesi ve güvenilir iletme koullarna kavuabilmesi için ilave aratrma, gelitirme ve iletme deneyimi gerekmektedir. Günümüze kadar ABD ve Avrupa’da ticari ölçekte demonstrasyon tesisler kurulmu olup, bu tesislerden önemli iletme deneyimleri elde edilmitir. Dünyada, deiik yaktlara dayal olarak iletmeye alnm olan IGCC tesislerinin listesi, sentez gaznn üretilmeye baland tarihler, güçleri, uygulama alanlar ve gazlatrc tipleri Tablo- 6.1.2’de verilmektedir. 77 Tablo 6.1.2 IGCC Projeleri (Tüm yaktlar) Yl 1 MW Uygulama Yakt Gazlatrc SCE Cool Water ABD 2 1984 120 Elektrik Kömür Texaco (GE) Dow LGTI PlaquemineABD (LA)2 1987 160 Kojenerasyon Kömür COP (Destec) Nuon Power-Hollanda 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 Sv yakt Shell Elcogas/spanya 1998 300 Elektrik Kömür/ petrokok Prenflo Sierra Pacific 4 ABD (NV) 1998 100 Elektrik Kömür KRW 6 Hava ISAB Enerji/ talya 1999 500 Elektrik/Hidrojen Sv yakt Texaco(GE) API /talya 2000 250 Elektrik/Hidrojen Sv yakt Texaco(GE) 2000 180 Elk. Kapasite yükseltme Petrokok Texaco(GE) 2000 550 Kojenerasyon/hidrojen Sv yakt Texaco(GE) Exxon Mobile /Singapur 2000 180 Kojenerasyon/hidrojen Sv yakt Texaco(GE) FIFE skoçya 2001 120 Elektrik Çamur/atk (Sludge) BGL5 NPRC Negishi Rafinerisi 2003 342 Elektrik Sv yakt Texaco(GE) Tesis Sahibi/Yer PSI/Global Wabash-ABD (IN) TECO Polk County ABD (FL) Texaco El Dorado3ABD (KS) SUV- Çek Cumhuriyeti Schwarze Pumpe/ Almanya Shell Pernis Rafinerisi/ Hollanda Delaware ehir Rafinerisi ABD Sarlux/Sara rafinerisi/ talya 1 Sentez gaz üretiminin balad yl 2 Devreden çkarld 3 El Dorado ranerisinin imdiki sahibi Frontier Rening rmasdr. 4 Baarsz 5 Akkan yatak 6 Sabit yatak Kaynak: Dr. Harun Bilirgen, Lehig University Energy Research Center, USA, ubat 2009. 78 ABD’nin yan sra Avrupa’da da önemli IGCC deneyimleri vardr. Avrupa’daki ilk IGCC santral Hollanda/Buggenum’daki 250 MW (net) gücündeki Nuon (daha önce Demkolec) santraldr. Demonstrasyon aamasndaki baz sorunlardan sonra tesis halen ticari iletmededir. Santral’da genel olarak dünyann çeitli yerlerinden gelen ucuz kömürlerin karm kullanlmaktadr. Halen dünyada kat yakta dayal ve tek gazlatrcs olan en yüksek kapasiteli IGCC ünitesi, spanya’da kurulmu olan net 335 MW gücündeki Puertollano (Elcogas) Santraldr. Balangçtaki sorunlar çözülmü olup tesis garanti edilen yllk çalma saatlerine ulamtr. Bu santralda yerel, yüksek külü olan kömür ile raneriden gelen petrokok karm kullanlmaktadr. Aada Tablo 6.1.3’te Buggenum ile Puertollano santrallarnda kullanlan yaktlarn özellikleri verilmektedir. Tablo 6.1.3 Buggenum (Hollanda) ve Puertollano Santrallarndaki Yakt Özellikleri Elementer analiz Arlk % Buggenum kömürü Kömür Puertollano Petrokok Karm C H N O S Kül Nem % % % % % % % 62,8 3,7 0,9 5,5 1,1 13,0 13,0 36,3 2,5 0,8 6,6 0,9 41,1 11,8 82,2 3,1 1,9 -5,5 0,3 7,0 59,2 2,8 1,4 3,3 3,2 20,7 9,4 LHV MJ/ kg 25,0 13,1 32,6 23,1 Kaynak: Renaissance of Gasication based Cutting Edge Technologies, VGB PowerTech 9/ 2005 79 Sentez gaznn üretim yüzdesi Yllk üretim saati / Toplam Yllk iletme saati Nuon Wabash TECO Elcogas Cool Water LGTI 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. Resmi devreye giriten sonraki yllar ekil 6.1.4 Baz IGCC Santrallarnn Yllara göre Emre Amadelii Kaynak: -The Future of The Coal, MIT, 2007 ‘de aktarlmaktadr. IGCC teknolojisinin gelitirilmesi açsndan, santrallardan elde edilen iletme deneyimleri önemlidir. Yukardaki ekilde belli bal IGCC ünitelerinin emre amadeliini gösteren bir grak yer almaktadr. Bunlardan da görülecei üzere üniteler, devreye alndktan sonra, ancak 4-6 yllk iletme deneyimi sonucunda % 70-80 emre amadelie ulaabilmitir. IGCC tesisleri çok sayda bileeni olan, iletmesi karmak ünitelerdir. Ünitelerin plansz devre d kalmasndan tek bir tesis bileeni sorumlu deildir; ancak düük emre amadeliin öncelikli nedeni gazlatrc bölümüdür. Genel olarak IGCC iletmesinin pulverize kömür santrallarna göre farkl bir iletme felsefesi ve stratejisi gerektirdiine dikkat çekilmekte, örnein Polk Santral’ndan elde edilen deneyimlerden hareketle, iletmenin daha çok bir petrol ranerisi iletmesine benzedii, sürekli olarak mekanik kökenli ya da prosese ait sorunlarn çözülmesi gerektii ifade edilmektedir. 9 9 The Future of The Coal, MIT, 2007 80 6.1.4.1- Entegrasyon IGCC tesislerinde önemli bir konu da entegrasyondur. Bu konuda özellikle ASU ünitesi ile GT arasndaki entegrasyon tesisin verimini arttrmak açsndan önem kazanmaktadr. ASU ile GT arasndaki entegrasyon, ASU ünitesine gidecek havann bir bölümü ya da tamamnn GT’ne ait kompresörden alnmas anlamna gelmektedir. Entegrasyon derecesi terimi de ASU’ya giden havann ne kadarnn GT kompresöründen geldiini ifade etmektedir. Bunun yansra ASU’dan çkan azotun da NOx kontrolü için gaz türbinine gönderilmesi söz konusudur. Söz konusu entegrasyonun verimi iyiletirmek, çk gücünü arttrmak ve yatrm maliyetini azaltmak gibi yararlar vardr. Buna karlk yüksek orandaki entegrasyonun ünitenin devreye alnmas süresini uzatmas, ASU’nun GT iletilmeden devreye alnamamas, iletme esnekliinin azalmas, % 100 entegrasyonun en yüksek verim anlamna gelmekle birlikte her zaman en yüksek çk gücü anlamna gelmemesi, emre amadelii azaltma riski gibi dezavantajlar bulunabilmektedir. Halen iletmede olan IGCC tesislerinde farkllklar bulunmakla birlikte genel olarak gazlatrc ve sentez gaz soutma üniteleri ile buhar çevrimi arasnda da su/buhar entegrasyonu bulunmaktadr. Genelde sentez gaz soutulurken doymu buhar elde edilmekte, daha sonra doymu buhar s geri kazanm ünitesine geri verilmektedir. Gazlatrcda ihtiyaç duyulan buhar da sistemdeki buhar çevriminden alnmaktadr. 6.1.4.2. Verim Elektrik dönüüm verimleri açsndan, varolan ve gelecekteki IGCC ünitelerinin veriminin, süperkritik PC ünitelerine göre daha az ya da kyaslanabilir düzeyde olmas beklenmektedir. Çeitli yaynlarda IGCC tesislerinin verimine ilikin olarak farkl rakamlara rastlanabilmektedir. Massachusetts Institute of Technology (MIT) tarafndan yaplan bir çalmada, Texaco GE sulu kömür beslemeli gazlatrcs, radyant ve konvektif gaz soutmal olan, ASU ile gaz türbini entegrasyonu olmayan Polk Santral’nn veriminin % 35.4 (HHV/üst sl deer üzerinden), sulu kömür beslemeli, E-Gas gazlatrcl, radyant ve konvektif gaz soutmal ve entegrasyonu olmayan Wabash River Santralnn veriminin % 40(HHV), kuru beslemeli Shell gazlatrcs olan , radyant ve konvektif soutmal ve ASU-gaz türbini entegrasyonu olan Puertollano/spanya Santral’nda ise verimin % 40.5 (HHV) düzeyinde olduu belirtilmektedir. Buna karlk süperkritik PC üniteleri % 38-40 verimde olup, Japonya ve Avrupa’daki ultra süperkritik üniteler % 4246 (HHV) dönüüm verimine ulamaktadr. 10 10 MIT, a.g.e s.124; “Higher Efciency Power Generation Reduces Emissions”, National Coal Council Issue Paper 2009, J.M. Beer MIT 81 Karbondioksit tutma (KT) prosesi eklendiinde, IGCC tesisinin veriminin % 6-9 düzeyinde düecei öngörülmektedir. Bu durumda IGCC + KT prosesinin veriminin, PC+ KT verimine göre % 5-7 daha yüksek, doal gaza dayal kombine çevrim (NGCC) + CO2 tutma prosesine göre ise % 11-12 daha düük olaca tahmin edilmektedir. 11 Aada DOE NETL tarafndan yaplm bir çalmada, üç IGCC prosesi için, KT prosesi olmakszn ve KT prosesi eklendiinde tesis verimlerindeki deiimi gösteren bir tablo yer almaktadr. % V E R M (HHV) KT olmakszn KT ile ekil 6.1.5 Baz IGCC Üniteleri için KT Olmakszn ve KT Tutma ile Net Tesis Verimlerinin Karlatrlmas Kaynak: Cost and Performance Baseline for Fossil Fuel energy Plants, DOE/NETL-2007/1281 6.1.5. Kömür Kalitesinin IGCC Üniteleri Üzerine Etkisi Literatürde linyit ve alt bitümlü kömürler gibi düük kaliteli kömürler için IGCC konusunda daha az veri bulunmaktadr.Ancak genel olarak kömürde nemin ve külün artmas, yatrm maliyetinin yükselmesi ve verimin dümesi anlamna gelmektedir. Nemin fazla olmas, suyun buharlamas için gereken enerji saryatn arttrmaktadr. Düük kaliteli kömürlerde verimin azalmasnn yansra, daha fazla nem ve kül bulunmas nedeniyle birim kütle bana enerji younluu düük olduundan, daha yüksek miktarda kömür beslemesi gerekmekte ve 11 E.Everitt, Project manager in NETL, DOE, “Gasication and IGCC: Status and Readines”, Wyoming Coal Gasication Symposium, Feb. 28, 2007, 82 buna bal olarak proseste kütle ak daha yüksek olmaktadr. Bu nedenle, ünitelerde daha büyük kapasitede ekipmanlara ihtiyaç duyulmaktadr. Nem ve kül miktarnn artmasyla, iletme scakln tutturmak için daha çok oksijen gerekmekte, bunun sonucunda gazlatrcdaki “souk gaz verimi (cold gas efciency)”12 dümektedir. Külün fazla olmas nedeniyle cüruf atma sisteminin kapasitesi büyümektedir. Tablo 6.1.4‘ te, kömürdeki nem, kül ve kükürt miktarndaki artn ünitenin çeitli bileenleri üzerindeki etkisi gösterilmektedir. Tablo 6.1.4 Kömürün Özelliklerine Bal Olarak Yatrm Maliyetlerindeki Deiim Proses ünitesi Nemin artmas Külün artmas Yakt hazrlama + + Gazlatrc + + ASU + + Cüruf atma Is geri kazanm Kükürdün artmas + ? + Kükürt artm + Gaz türbini Buhar çevrimi + Kaynak: O.Maurstad, An Overview of Coal based IGCC Technology, 2005, MIT Laboratory for Energy and the Environment 6.1.6 Karbon Tutma leminin IGCC Prosesine Etkileri Karbon tutma prosesi eklendiinde IGCC tesislerinde, - Su-gaz deiim reaksiyonu ve CO2 tutma için bir Asit Gaz Uzaklatrma ünitesinin eklenmesi - Verimin dümesi nedeniyle KT prosesinin optimizasyonu, - Gazlatrma, ASU ve yardmc tesislerde kapasite ilavesi, - Yakclarda modikasyon, - Soutma kapasitesinin arttrlmas gibi deiikliklerin yaplmas gerekmektedir.13 12 Souk gaz verimi: Sentez gaznn kimyasal enerjisi / Kömürün kimyasal enerjisi (Rakamla ifade edildiinde alt ya da üst sl deer üzerinden olduu belirtilmelidir). 13 KEMA, Capture Readiness of Power Plants, Presentation 3 rd CATO day Congresscentrum Elektrum 15 Haziran 2007, Arnhem 83 6.1.7. Maliyetler Aada, ABD Enerji Bakanl (Department of Energy) Ulusal Enerji Teknolojileri Laboratuvar’nn (NETL) nin 2007 tarihli bir çalmasnda yer alan, çeitli teknolojik seçeneklere göre toplam tesis maliyetleri ile tesisin ömrü boyunca oluan maliyetleri içeren elektrik üretim maliyetleri (levelized cost)14 verilmektedir. 26 19 77 C oP K T ile S hell 15 75 24 31 C oP S hell K T ile 11 72 1500 P C K ritik altı P C kritik altı K T ile P C S . kritik 55 4 1000 500 GE E G E E K TD ile 15 49 2000 18 13 Toplam Tesis Maliyeti $/kW 2500 17 33 23 90 68 3000 28 70 28 95 3500 P C s . kritik K T ile NG C C NG C C K T ile 0 ekil 6.1.6 Teknoloji Seçeneklerine Göre ToplamTesis Maliyetleri $ /KW Kaynak: Cost and Performance Baseline for Fossil Fuel energy Plants, DOE/NETL-2007/1281 Bu grakten de görülecei üzere, kömüre dayal IGCC tesislerinin maliyeti kritik alt ve süperkritik PC tesislere göre daha yüksek olmakla birlikte, karbon tutma üniteleri eklendiinde dierlerine göre maliyet avantajna sahip olmaktadr. 14 Levelized cost: Tesisin ömrü boyunca oluan maliyetler; yani ilk yatrm, iletme ve bakm, yakt, sermaye gibi tüm maliyet unsurlarn içeren toplam bir maliyettir. 84 ekil 6.1.7 Ayn Baza Getirilmi Elektrik Maliyetleri Kaynak: Cost and Performance Baseline for Fossil Fuel energy Plants, DOE/NETL-2007/1281 6.1.8. IGCC Teknolojisine likin Deerlendirmeler ve Sonuç Yukarda da belirtildii gibi, giderek artan enerji talebinin karlanmasnda kömürün öneminin sürdüü kabul edilmektedir. Bu nedenle çevre sorunlarnn azaltlmas, verimin iyiletirilmesi, ürün çeitliliinin salanmas gibi yararlarnn yansra, özellikle günümüzde önem kazanan Karbon Tutma ve Depolama teknolojisinin entegrasyonu gibi unsurlarla birlikte ele alndnda kömür gazlatrma gelecek açsndan umut balanan teknolojik bir seçenek olarak öne çkmaktadr. Bu durum, söz konusu teknoloji konusunda elde edilen deneyimlerin ve bugünkü durumuna ilikin deerlendirmelerin önemini arttrmaktadr. MIT tarafndan 2007 ylnda yaplan bir çalmada, bugüne kadarki deneyimler nda IGCC ile ilgili u deerlendirmeler yaplmaktadr: 15 IGCC ünitelerinde sistemin ve gazlatrcnn emre amadelii hala önemli bir konu olmaya devam etmektedir. Bu üniteler çok fazla bileeni olan kompleks ünitelerdir. Ünitelerde gazlatrc blou emre amadelii düüren ana faktördür. 15 MIT, a.g.e. , s. 37 85 IGCC ünitelerinin iletilmesi konvansiyonel pulverize kömür ünitelerinden oldukça farkl olup, farkl bir iletme felsefesi ve stratejisi gerekmektedir. Yukarda belirtildii üzere, IGCC tesislerinin % 70-80 emre amadelie ulamas ancak 4-6 yllk iletme deneyimleri sonrasnda salanabilmektedir. Bu konuda zaman içinde “yaparak örenme” faktörü de etkili olmaktadr. IGCC üniteleri esas olarak baz yük üniteleridir. Yük alma ve atmalar snrl ve komplekstir. Hava ayrma ünitesi ile gaz türbini arasndaki entegrasyon ünitenin toplam maliyetini etkileyen, NOx emisyonlarn azaltan, verim ile ünite çktsn arttran bir unsurdur. Yüksek kalorik deeri olan kömürler için, KTD hariç pulverize kömürlü (PC) tesisler, IGCC’ye göre daha düük elektrik maliyetine sahiptir. Üstelik buhar çevrim verimi arttkça ve kömürün yanma ss dütükçe bu fark PC yakma teknolojisi lehine büyümektedir. Linyit gibi düük yanma sl kömürlerde elektrik maliyeti avantaj PC lehine iyice artmaktadr. Tasarm çalmalarnn gösterdiine göre, karbondioksit tutma ile birlikte deerlendirildiinde, yüksek yanma ssna sahip kömürler için IGCC teknolojisi kömüre dayal dier elektrik üretim teknolojilerine kyasla açk bir maliyet avantajna sahiptir. Bu konuda ticari ölçekte demonstrasyon ünitelerine ihtiyaç vardr. Ancak kömürün sl deeri dütükçe bu fark azalmaktadr. Söz konusu avantajn, düük yanma ss olan kömürler için de geçerli olduunu söyleyebilmek için yeterli veri bulunmamaktadr. Varolan ve gelecekteki IGCC ünitelerinin elektrik dönüüm verimlerinin süperkritik pulverize kömür üniteleriyle ayn ya da onlardan biraz daha düük olmas beklenmektedir. Ultrasüperkritik çevrim + PC ve (gelitirilmesi halinde) düük enerji saryat olan KT teknolojisinin, sulu kömür çözeltisi beslemeli IGCC + KT teknolojisine göre daha düük elektrik maliyetine sahip olmas olasl vardr. Bu konunun daha detayl aratrlmasna ihtiyaç duyulduu vurgulanmaktadr. Sonuç olarak; günümüze kadar çeitli demonstrasyon projeleri kapsamnda, ticari ölçekteki IGCC ünitelerinden önemli tasarm ve uzun süreli iletme deneyimleri elde edilmitir. Söz konusu IGCC projelerinde sorunlarn ortaya çkt, ancak bunlarn çözülebilir ve yönetilebilir olduu görülmü, ünitelerin emre amadelii zaman içinde yükselmitir. Günümüzde IGCC üniteleri için ihtiyaç duyulan tesis bileenlerini ve ekipmanlar piyasadan temin etmek mümkündür. Ancak IGCC 86 üniteleri henüz PC üniteleri kadar standartlam durumda deildir. Düük kaliteli ve düük sl deerli kömürler için IGCC ünitelerinin performans konusunda daha fazla veriye ihtiyaç duyulmaktadr. 6.1.7. Kaynaklar: 1- The Future of The Coal, MIT, 2007, http://web.mit.edu/coal/ 2- Renaissance of Gasication based Cutting Edge Technologies, VGB PowerTech 9/ 2005, http://www.uhde.eu/cgi-bin/byteserver.pl/pdf/Artikel_ VGB.pdf 3- Cost and Performance Baseline for Fossil Fuel energy Plants, DOE/NETL2007/1281, http://www.netl.doe.gov/energy-analyses/pubs/Bituminous%20 Baseline_Final%20Report.pdf 4- O.Maurstad, An Overview of Coal based IGCC Technology, 2005, MIT Laboratory for Energy and the Environment, http://sequestration.mit.edu/ pdf/LFEE_2005-002_WP.pdf 5- DOE Gasication Technology R&D, http://www.fossil.energy.gov/programs/ powersystems/gasication/index.html 6- SFA Pacic, Inc, Process Screening analysis of Alternative Gas Treating and Sulfur Removal for Gasication, Revised Final Report, Dec. 2002, http://www.netl.doe.gov/technologies/coalpower/gasication/pubs/pdf/ SFA%20Pacic_Process%20Screening%20Analysis_Dec%202002.pdf 7- KEMA, Capture Readiness of Power Plants, Presentation 3 rd CATO day Congresscentrum Elektrum 15 Haziran 2007, Arnhem 8- E.Everitt, Project manager in NETL, DOE, “Gasication and IGCC: Status and Readines”, Wyoming Coal Gasication Symposium, Feb. 28, 2007, http://www.westernresearch.org/SERSymposia/coalgas4wy/presentations/ Wyoming%20Everitt%20(1)_2.pdf 9- N. Holt, EPRI, “Gasication Process Selection-Trade-offs and Ironies”, presented at the Gasication Technologies Conference 2004, 3-6 Oct. 2004, Washington DC, http://www.gasication.org/Docs/ Conferences/2004/30HOLT_Paper.pdf 87 6.2. KÖMÜRÜN SIVILATIRILMASI TEKNOLOJS Kömürden sv yakt üretimi (Coal-to-Liquid (CTL)), gazlatrlan kömürden Fischer Tropsch (F-T) yöntemi kullanlarak sv yakt ve kimyasal ürünler üretmek ile daha az gelimi bir teknoloji olan dorudan svlatrma teknolojilerini kapsamaktadr. Ulamda kullanlan sv yakt (gazolin/petrol, dizel ve jet yakt) ham petrolden üretilmektedir. Ham petrol, kömüre kyasla iki misli daha fazla hidrojen içermektedir. Kömürden sv yakt üretimi için; dorudan veya dolayl olarak hidrojen ekleyerek ya da karbon uzaklatrarak ham petrolün hidrojen içeriine yakn özelliklere ulamak gerekmektedir [William& Larson,2003; IEA CCC,2009]. Fischer Tropsch (F-T) yöntemi ilk kez 20. yüzyln balarnda Almanya tarafndan gelitirilmitir. 1930 ve 1940’l yllarda II.Dünya Sava döneminde, kömür kaynaklar yönünden zengin olmas nedeniyle Almanya’da güvenilir bir kaynak olarak CTL, ithal petrolün yerini alm ve ulam sektöründe kullanlmtr. 1950’li yllardan bu yana da Güney Afrika’da ayn yöntemle ylda 40 milyon ton kömür, 160.000 varil/gün ham petrol edeerine dönütürülmektedir. 1970’li yllarda yaanan petrol krizi sonucunda; ABD, Avrupa, Japonya ve Avustralya’da kömürün svlatrlmas konusunda youn Ar-Ge faaliyetleri gerçekletirilmitir. Avrupa’da kömürün gazlatrlmas/svlatrlmas konularnda aratrma gelitirme projeleri Avrupa Kömür Çelik Topluluu(19522002) ve 2002 yl sonras devamnda Kömür Çelik Aratrma Fonu ve Avrupa Komisyonu Çerçeve Programlar fonlar ile nansal olarak desteklenmilerdir. Bu aratrmalar daha çok Büyük Britanya ve Almanya’daki sanayi kurulular tarafndan gerçekletirilmi, aratrma enstitüleri ve üniversiteler tarafndan da desteklenmilerdir. Avrupa’da 1980’li yllarnn sonlar ile 1990’l yllarn balarnda petrol yatlarnn göreceli olarak düük olmas; petrol ve doal gaz tedarikinde imdiye kyasla enerji güvenlii yönünden büyük bir problem yaanmamas nedenleri ile büyük ölçekli ticari CTL demonstrasyon tesisi yatrmlarna yönelinmemitir. Son yllarda Polonya, Estonya ve Çek Cumhuriyetinde konuya ilgi gösterilmektedir. Fakat Avrupa dndaki dier ülkelerde (bata Güney Afrika, ABD, Çin, Avustralya ve Japonya olmak üzere) CTL alannda Ar-Ge demonstrasyon tesisi yatrmlarna 1970’li yllardan itibaren devam etmilerdir. Aada sralanan nedenlerle günümüzde CTL Teknolojisine yeniden artan bir ilgi gösterilmektedir. 88 6.2.1. Günümüzde Dünya Genelinde CTL Teknolojisine Artan lgi Gösterilmesinin Nedenleri a) Petrol Fiyatlarnn Yükseklii ve stikrarszl Günümüzde petrol yatlarnn yeniden yükselmesi sonucunda; enerji güvenlii ülkelerin en önemli gündem maddelerinden biri haline gelmi ve bata CTL olmak üzere, biyokütleden sv yakt üretimi (Biomass-to-Liquid-BTL), doalgazdan sv yakt üretimi (Gas-to-Liquid-GTL), bitümlü istlerden sv yakt üretimi gibi alternatif proseslere yeniden yönelinmitir. Artan talebe karlk petrol yatlar varil bana 2008 ylnda ortalama olarak $97,26 olarak gerçeklemi yl ortasnda $144 ‘a kadar yükselmitir[BP,2009]. b) Gelimekte Olan Ülkelerin Artan Enerji Talebi 2008 ylnda Dünya toplam birincil enerji tüketimi (11294,9 mtpe) bir önceki yla göre %1,4 art göstermi; petrol, dier kaynaklara kyasla toplam enerji tüketiminde %35 ile en yüksek paya sahiptir. Yaanmakta olan ekonomik kriz dolaysyla petrol tüketimi, 2008 ylnda bir önceki yla göre %0,6 azalmtr. Petrol tüketimi 1993 ylndan bu yana ilk kez, 1982 ylndan bu yana da en fazla azalma göstermitir. Fakat gelimekte olan ülkelerde özellikle Çin ve Hindistan’da birincil enerji tüketimi srasyla %7,2 ve %5,2 orannda artmtr. Dünya petrol tüketimini etkileyen en önemli etmen, ulam sektöründe araç saysnn artmasna paralel olarak artan petrol talebidir. Gelimekte olan ülkelerdeki ekonomik gelime bu talep artn tetiklemektedir. c) Baz Petrol Üreten Ülkelerde Jeopolitik Belirsizlikler ve Siyasi stikrarszlk Petrol rezervleri çounlukla (%84’ü) Orta Dou Ülkeleri ile Rusya, Venezüella, Kazakistan, Libya ve Nijerya gibi ülkelerde bulunmaktadr. Petrol rezervlerinin dünya genelinde belli corak bölgelerde toplanmas, siyasi istikrarszlklara neden olmu bu da arz güvenlii sorununu gündeme getirmitir. d) Kömür Rezervlerinin Yüksek Enerji Talebi Olan Ülkelerde Mevcudiyeti Kömür rezervleri 70 kadar ülkede bulunmakta ve 50 kadar ülkede de üretimi yaplmaktadr. Dünya kömür rezervlerinin %81’i ABD, Rusya, Çin, Hindistan, Avustralya ve Güney Afrika’da bulunmaktadr. e) Petrol Rezervlerinin Ömrü Azalrken Kömür Rezervlerinin Bolluu 89 BP 2009 statistiklerine göre bugünkü üretim seviyeleri ile görünür bazda petrol rezervleri 42 yl gibi snrl bir ömre sahipken kömür rezervleri 122 yl ömre sahiptir. 6.2.2. CTL Teknolojisinin Salad Avantajlar Düük kaliteli linyit ile atk dahil kömür, aada sralanan birçok sayda avantaj salayarak sv yakt ile kimyasal ürünlere dönütürülebilmektedir. - Ulamda kullanlan sv yakt daha uzun bir süre temin edilebilecektir - Petrol yat dalgalanmasyla oluan belirsizlikler azalacaktr - Petrol üretici ülkelerin ani yat yükseltme eilimlerini azaltacaktr - kömür türevi ürünler; kükürtten arndrlm, düük seviyeli partikül madde ve NOx ile son derece temiz yaktlardr. Ulamda kullanlan araçlarn emisyonlarnda, konvansiyonel dizele göre sv yakt partikül madde emisyonu daha azdr. - Svlatrma prosesi sonucunda konvansiyonel petrole göre daha youn CO2 olutuu için tutulup ayrtrlmas daha uygun hale gelir. - Kömür rezervinin 70’den fazla ülkede bulunmas ve 50 kadar ülkede üretiminin yaplyor olmas nedeniyle sv yakt üretimine yönelik altyap sistemleri hazr durumdadr. - Yerli kaynak kullanmn artracaktr. 6.2.3. CTL Teknolojisinin Önündeki Engeller CTL geliiminin önündeki balca engeller aada verilmektedir. - Dünya petrol yatlarnda yaanan dalgalanmalar, CTL pazarn dorudan etkilemektedir. - CTL teknolojisinin yaygnlamas durumunda kömür üretimine daha fazla ihtiyaç duyulmas, baka bir deyile karbon youn bir yakt olan kömürün daha fazla üretilmesi sonucu CO2 emisyonlar artacaktr. CO2 tutma ve depolama teknolojisi dorulanp kullanma ticari ve yaygn olarak sokulamazsa artan CO2 emisyonlar ile çevresel sorunlar da artacaktr. 6.2.4. CTL Teknolojisi CTL teknolojileri; “Dorudan Svlatrma” ve “Dolayl Svlatrma” olmak üzere iki kategoride ele alnmaktadr [Cicero,2006]. 90 Buhar Kömür Dolayl Metanol Sentezi Gazlatrc Metanol den Gazoline Dorudan Kömür Hidrojelen dirme Sv Yakt ekil 6.2.1 Kömürden Sv Yakt Üretimi Teknolojisi Temel Akm emas [Couch,2008] 6.2.4.1. Kömürün Dolayl Svlatrlmas (Indirect Coal Liquefaction-DCL) Kömür önce buhar ve hava, ya da oksijen ile gazlatrlarak sentez gaz (H2 ve CO) elde edilmektedir. Parçack madde, kükürt bileikleri (özellikle H2S, CS) ve azot gibi kirlilikler içeren bu karm gaz, temizlenip Fischer Tropsch veya Metanol prosesinden geçirilerek temiz, yüksek kaliteli ürünler (metanol, etanol, dizel, hidrokarbon sv yaktlar vb.) üretilmektedir. Temizlenen gazdan CO2 tutulup ayrtrlabilmektedir. Ayrca sentez gazndan elektrik ile hidrojen üretilebilmektedir. Modern tesislerde enerji verimlilii %40’n üzerindedir. 6.2.4.2. Kömürün Dorudan Svlatrlmas (Direct Coal Liquefaction-DCL) Dorudan svlatrma prosesi ile toz kömür, dorudan bir çözelti içinde yüksek scaklk ve basnçta sv yakta dönütürülerek yüksek enerji younluklu ürünler elde edilmektedir. Proses esnasnda Hidrojen Karbon oran hidrojen gaz eklenerek artrlr. Hidrojen ayn zamanda oksijen, kükürt, ve azotun uzaklatrlmas amacyla da eklenmektedir. Uzaklatrma H2O, H2S ve NH3 olarak gerçekletirilmektedir. Katalizör kullanlarak gerekli reaksiyonlar hzlandrmak mümkündür. Dolayl svlatrma prosesine kyasla, dorudan svlatrmada 91 iletme maliyetleri yüksek olmasna karn verimlilik modern proseslerle %6070 seviyelerine kadar yükselmektedir. Dolayl svlatrmay etkileyen deikenler aada sralanmaktadr[IEA CCC, 2009]: x x x x Kullanlan kömürün özellikleri ( bkz. 6.2.5) Kullanlan çözücü Proses koullar (scaklk, basnç, katalizör, zaman ) Kullanlan reaktör says ve ilk ürünün rane edilmesi 6.2.5. Kömür Özelliklerinin Svlatrma Prosesi Seçenekleri Üzerine Etkisi Kömürün reaktivitesi, mineral madde ve organik olarak bal safszlklarn mevcudiyeti ve davran kömürün svlatrlmas prosesi üzerinde önemli etkilere sahiptir. 6.2.5.1. Kömürün Dorudan Svlatrlmas DCL prosesi esnasnda kömürün davran; onun kömürleme derecesine, petrograk özelliklerine ve mineral madde içeriine baldr. Yüksek uçucu madde içeriine (>%35) sahip bitümlü kömürlerin svlatrlmas sonucu yüksek kaliteli ürünler elde edilmektedir. Düük kaliteli kömürler bitümlü kömürlere kyasla hem daha yava hem de daha verimsiz bir ekilde sv yakta dönütürülmektedirler. Fakat alt-bitümlü kömürlerden (örn. Bat ABD’deki düük kaliteli kömürler, Avustralya kahverengi kömürler) uygun ürünler elde edildii gösterilmitir. Ayrca kömürün özelliklerinin tesisin teknik olarak iletilebilirlii üzerinde önemli etkileri vardr. Bu açdan en önemli kömür özellikleri parçack boyutu, nem içerii, mineral madde içerii ve miktar, kükürtve azot içerii, organik madde içindeki Klor miktardr. Parçack boyutu takömürü için < 0,2 mm dir. Tesise beslenen kömür önce kurutma, devamnda öütme ilemlerinden geçirilmektedir. Kömürdeki yüksek nem içerii daha sonraki aamalarda azaltlamaz. Buhara dönüen yüksek nem reaktör hacmi içinde hidrojenin ksmi basncn azaltt için negatif bir özelliktir. Kömürde bu teknoloji için kabul edilebilir nem oranlar çok düük seviyelerdedir. Türkiye linyitlerindeki yüksek nem oranlar söz konusu olduunda Kömür svlatrma teknolojisinin Türk linyitlerine uygulanabilirliini tartmal duruma getirmektedir. 92 Kömürün organik madde içeriklerinden kükürt içeriinin >%1 olmas istenirken, azot yüzdesinin düük olmas istenir. Çünkü organik azot önce amonyaa daha sonra amonyum hidrojen bikarbonata ve amonyum sulfata dönüerek tesis iletmesinde tkanma problemine neden olmaktadr. Kömürdeki klor hidrojen klorüre dönümekte bu da tesiste korozyon sorununa neden olmaktadr. Hatta kömürdeki %0,1 klor yüzdesi bile sorun yaratabilmektedir. 6.2.5.2 Kömürün Dolayl Svlatrlmas Dolayl svlatrmada kömür svlatrma prosesine dorudan etkilemez. Çünkü kömür önce gazlatrlarak sentez gaz üretilir. Fakat kömürleme derecesi gazlatrcnn performansn etkiler. Gazlatrc seçerken kömürün kekleme özellikleri, kül ergime derecesi önemli kömür özellikleridir. Fakat yüksek kül içeriine sahip olanlar dahil bütün kömürler uygun gazlatrc seçilmesi durumunda hiç sorunsuz gazlatrlabilmektedir. 6.2.6. Ekonomik Boyutu CTL sermaye youn bir teknolojidir. Proses ekonomisi üzerine yaplan çou çalmalar, 50.000- 100.000 varil/gün sv yakt üretimi kapasiteye sahip ticari tesislerin ekonomik olduunu ortaya koymaktadr [DTI,1999; IEA CCC,2009]. Böylesi bir tesis için 15.000-35.000 ton/gün bitümlü kömür; iki kat kadar miktar alt-bitümlü kömür ya da linyit kullanm gerekmektedir. SASOL ekonomik dorudan svlatrma teknolojisine sahip bir tesis için 80.000 varil/gün kapasiteyi önermektedir. Bu kapasiteye sahip tesisin proje ömrü boyunca 400 milyon ton kömür rezervine ihtiyaç duyduu SASOL tarafndan hesaplanmtr. CTL teknolojisinin rekabetçi olabilmesi için kömür üretim maliyetinin 20 $/ton’dan daha az olmas gerektii ortaya konmutur [IEA 2006]. Buhar kömür yat olarak 20 ABD$/ton baz alndnda; CTL, ham petrol yat 40 $/varil’den daha düük olduunda ve sentetik yaktn ortalama maliyeti 50$/varil dolaynda olduunda rekabetçi olabilmektedir. Eer CO2 tutma maliyeti ilave edilecek olursa maliyet 55$/varil’e yükselmektedir [IEA CCC, 2009]. Daha önce deinildii gibi; CTL sermaye youn bir teknoloji olup büyük yatrmlar hükümetlerin desteklemesi önemlidir. 80.000 varil/gün kapasiteli bir tesisin yatrm maliyeti $5-6 milyar, yllk iletme maliyeti ise $250 milyon dolayndadr. 93 6.2.8. Dünyadan Örnekler 6.2.8.1. Dolayl Svlatrma Teknolojisi Dolayl svlatrma teknolojisi; Almanya’da II. Dünya Sava zamannda kullanlm, sava sonras 1955 ylndan bu yana Güney Afrika’da 150.000 varil/ gün üretim kapasitesi ile SASOL rmas tarafndan ticari olarak uygulamada olup Çin Halk Cumhuriyeti ve ABD’de ise uygulamaya sokulma aamasndadr. Güney Afrika, 200’e ulaan ürün yelpazesi ile ticari dolayl svlatrma teknolojisinde Dünya lideridir. 1955’de faaliyete geçen ilk tesis Sasolburg’da, ikinci tesis 1970’li yllarn banda yaanan petrol krizinin ardndan 1976-1980 yllar arasnda Secunda’da tesis edilmitir. Üçüncü tesis ise ikincisinin yaknnda tesis edilmitir. Dördüncü 80.000 varil/gün kapasiteli bir tesisin daha Secunda Bölgesinde tesisine yönelik projenin ön zibilitesi tamamlanmtr. SASOL prosesinde sentez gaz; yüksek kül içerii ve yüksek kül ergime scaklna sahip kömürlerin sabit yatakl Lurgi gazlatrcsnda gazlatrmas ile elde edilir. Sentez gaz kompozisyonu, %58 H2, %29 CO, %11 CH4, %1 CO2‘den olumaktadr. Sentez gaz temizlendikten sonra çeitli F-T teknolojilerinden geçirilerek sv yakta dönütürülmektedir. Çin Halk Cumhuriyetinde Ningxia Hui Automonous Bölgesinde; Sasol ile birlikte dolayl svlatrma teknolojisi ile 80.000 varil /gün kapasiteli bir tesis kurma yönünde çalmalar balatlmtr. Ortaklar, mühendislik zibilite çalmasn yapmalar için Foster Wheeler International Corporation Firmas ve Wuhun Engineering Firmas ile sözleme imzalamlardr [Greencar Congress,2009]. Ayrca 2007 ylnda Çin hükümeti dolayl svlatrma yöntemi ile be büyük ölçekli ticari CTL tesisi kurulmasna yönelik projeleri onaylamt (Shenhua Grubu tarafndan Majaita bölgesinde 2X160.000 t/y ve Shaanxi Eyaleti Yulin Bölgesinde 80.000 varil/gün kapasiteli tesisler; Yankuang Grubu tarafndan Shaanxi Eyaleti Yulin Bölgesinde 1 milyon t/y kapasiteli tesis; Lu’an Grubu tarafndan Shanxi Eyalati’nde 160.000 t/y kapasiteli tesis; Yitai Grubu tarafndan ç Moolistan’da 110.000 t/y dizel +38.000 t/y nafta +12.000 t/y LPG kapasiteli tesis). Ancak Eylül 2008’de Çin Hükümeti Shenhua Grubu’nun ç Moolistan’daki dorudan svlatrma teknolojisine sahip tesis ile ayn rmann Ningxia Hui Automonous Bölgesindeki Dolayl svlatrma teknolojili (80.000 varil/gün) tesisler hariç dier tüm projeleri durdurma karar almtr. Kararn gerekçesi olarak da global nansal krizi; ileri teknoloji yönetiminde Çin’in deneyim yetersizlii olduu, özellikle dorudan svlatrma teknolojisinin henüz olgunlamam, dorulanmam teknoloji olduu vurgulanmtr. ABD’de; halihazrda ticari olarak üretimde olan büyük ölçekli herhangi bir CTL 94 tesisi bulunmamakla beraber aadaki Tablo’da listelendii gibi birçok projenin zibilite çalmalar devam etmektedir. Bu projelerden Wyoming’de “Medicine Bow Projesi”nin, 18.800 varil/gün kapasite ile bata dizel olmak üzere çeitli yaktlarn üretilmesi amacyla tasarm tamamlanm olup 2009 ylnda yapmna balanmas hedeenmektedir. Tesisin gelecekte kapasitesinin 40.000 varil/ gün’e kadar artrlmas planlanmaktadr. Bu proje kapsamnda, ayn zamanda CTL prosesi esnasnda üretilen sentez gaz ve buhar kullanlarak Entegre Gazlatrma Kombine Çevrimi teknolojisi ile elektrik üretimi amaçlanmaktadr. lk aamada 45 MW gücünde kurulacak olan tesisten CTL prosesi sonucu üretilen CO2 tutularak depolanacaktr. Proses esnasnda uzaklatrlan kükürdün tarm sektörüne satlmas planlanmaktadr[Miller,2007]. Tablo 6.2.1. ABD’de Dolayl Svlatrma Teknolojisi ile Yapm Düünülen CTL Tesisleri Kapasite (varil/ gün) Son Durum Rentech, GE, Exxon Wymoying 18.800 Tasarm tamamland, 2009’da inas Rentech KEC Parsons Illinois 1.800 Fizibilite WMPI Shell,Sasol,USDOE Pennsylvania 5.000 Fizibilite Illinois 30.000 Fizibilite Arkansas 80.000 Fizibilite Lider Grup Ortaklar ACCF Alaska IDEA CPC Yeri Peabody/Rentech Massachusetts 10.000-30.000 Fizibilite Peabody/Rentech llinois, Indiana Kentuck 10.000-30.000 Fizibilite 10.000 35.000-50.000 Fizibilite Fizibilite 20.000 Fizibilite Rentech Baard Energy Adams Country CEC Missouri Ohio Mingo Country Rentech West Virginia Synfuels Inc GE,Halder, Exxon Topsoe, NACC, Headwaters Hopi Tribe Headwaters NACC, GRE, Falkirk Mining Fizibilite Arizona 10.000-50.000 Fizibilite 40.000 DKRW Kaynak: Miller,2007, IEA CCC,2009 95 Dünyann en büyük kömür ihracatç ülkesi olan Avustralya’da önemli CTL projeleri balatlmtr. Anglo Coal Mining Company ve Shell tarafndan balatlan Monash Enerji Projesi ile, Latrobe Valley Bölgesindeki 1,2 ton kahverengi kömürden 1,0 varil yüksek kaliteli dizel üretimini hedeenmektedir. Kömürler %60 gibi yüksek neme sahip olduklar için ön kurutma ileminden geçirilmesi planlanmaktadr. 2016 ylnda devreye alnmas planlanan 60000 varil/gün kapasiteli Entegre Dolayl Svlatrma tesisi; ön kurutma, gazlatrma, CO2 tutma, F-T tesislerini kapsayacak olup gerekli yatrm miktar $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 sv yakt ve 560 MWe elektrik üretimi amaçl bir proje olup ön zibilite çalmas tamamlanmtr. Avustralya’da üçüncü bir proje olan Linc Enerji tarafndan yürütülmekte olan Chinchilla projesi, yer alt gazlatrma teknolojisi ile elde edilen sentez gazndan 5-10 varil/gün kapasiteli bir tesisin kurulmasna yönelik bir proje olup zibilite çalmas tamamlanmtr. Linc Enerji 20.000 varil/gün kapasiteli bir ticari tesis kurmay hedeemektedir. 6.2.8.2. Dorudan Svlatrma Teknolojisi Dorudan svlatrma teknolojisi, özellikle ABD ve Japonya tarafndan yaplan youn Ar-Ge çalmalar ile gelitirilmitir. Bu alanda ABD, 1975-2000 yllar arasnda 3,6 milyar ABD $ yatrm yaplm, büyük ölçekli pilot tesislerde denenmi ve ilk ticari proje ise 60.000 varil/gün kapasite ile Shenhua Grubu tarafndan Çin Halk Cumhuriyetinde uygulamaya sokulmutur. 96 Tablo 6.2.2. Dorudan Svlatrma Teknolojileri Geliimi Teknoloji Ad Gelitiren Ülke DT, IGOR (Kohleoel) Ruhrkohle AG and Veba AG Almanya NEDOL NEDO (New Energy and Industrial Japonya Bir Aamal DCL Prosesleri Technology Development Organization ) H-Coal HRI, günümüzde HTI (Hydrocarbon ABD Technologies Incorporated) Solvent Refined Coal – SRC-I i SRC II Gulf Oil ABD Exxon Donor Solvent – EDS Exxon Corporation ABD Conoco Zinc Chloride Conoco ABD Catalytic Multi-Stage Liquefaction - CMSL ABD Enerji Dept. ve HTI ABD Catalytic Two-Stage Liquefaction - CTSL ABD Enerji Dept. ve HTI ABD CC-TSL Amoco ABD Consol Synthetic Fuel - CSF Consolidation Coal Co ABD Liquefaction - ITSL Lummus Crest, ABD Chevron Coal Liquefaction - CCLP Chevron ABD Kerr-McGee - ITSL Kerr-McGee ABD Brown Coal Liquefaction - BCL NEDO Japonya Mitsubishi Solvolysis Mitsubishi Heavy Industries Japonya Pyrosol Saarbergwerke Almanya Supercritical Gas Extraction - SGE British Coal Corporation Büyük Britanya Liquid Solvent Extraction -LSE British Coal Corporation Büyük Britanya Shenhua Process Shenhua Group Çin ki Aamal DCL Prosesleri Close-Coupled Two-Stage Liquefaction – Lummus Integrated Two-Stage Kaynak: [IEA CCC,2009] 97 lk ticari tesis olma özellii ile Shenhua Dorudan Kömür Svlatrma tesisi hakknda aada daha detay bilgi verilmektedir. Bu bölümün yazar tarafndan Mays 2008 tarihinde ina halindeki tesis yerinde incelenmi yetkililerden dorudan bilgi alma frsat elde edilmitir [Ersoy vd.,2008]. Çin Shenhua Enerji irketi, 150.000 çalan ve 2010 yl itibariyle kömür ve elektrik üretim kapasitesini srasyla 300 milyon ton/yl ve 30 GWe çkarmay hedeeyen ve kömürün dorudan svlatrlmas yöntemiyle kömürden sv yakt ve kimyasallar üretiminde Dünya lideri konumunda olan dev bir irkettir. 2020 yl itibariyle 30 Milyon ton sv yakt üretim hede bulunmaktadr. Shenhua Grubu tarafndan ç Moolistan’da Dorudan Svlatrma yöntemi ile 3,45 Milyon ton/yl alt bitümlü kömürden 1,08 Milyon ton sv yakt [dizel, svlatrlm petrol gaz (LPG) ve nafta] üretimine yönelik tesis kurulmadan önce teknoloji 6 ton/gün kapasiteli pilot tesiste denenmi ve baarl sonuçlar alnmtr. lk ticari tesis ise 2008 yl sonunda ilk varil kömürden sv üretimini gerçekletirmitir. 2009 ylnda youn demonstrasyon ve teknolojinin dorulanmas program sürdürülmektedir. Tesisi çevresel yönden sfr atk su, minimum zararl gaz emisyonu ve atklarn tamamnn deerlendirilip kullanlmasn salayacak ekilde tasarlanmtr. Beklenen ürün yelpazesi: 715000 t/d dizel, 250000 t/d nafta, 100000 t/d LPG, ve 3600 t/d fenol Shenhua Grubu ayrca CO2 tama ve depolama teknolojisinin demonstrasyonun yaplacan açklamtr[Capture Ready,2009]. de 6.2.9. Türkiye’de Kömürün Gazlatrlmas ve Svlatrlmas Alannda Baz Giriimler Kömür rezervlerine kyasla petrol, doal gaz rezervlerinin ömrünün ksa, yatlarnn yüksek ve dalgal olmas ve Türkiye’de rezervinin bulunmamas sonucu enerji güvenlii yönünden büyük risk tamas dikkate alndnda; yerli kaynaklarmzdan linyitin, elektrik üretiminde kullanm paynn artrlmasnn yan sra kömürden sv yakt, kimyasal ürünler (etanol, metanol,vb), hidrojen üretimi gibi alternatif ürünlerin deerlendirilmesi büyük önem tamaktadr. Ancak Dr. skender Gökalp tarafndan uzun vadeli bir enerji stratejisine örnek olarak oluturulan linyitten sv yakt üretme stratejisine gore [Gökalp,2009]; Türkiye’nin günlük petrol tüketiminin (yaklak 650.000 varil/gün) %10’unun linyitten üretilmesi istendiinde ylda 20 milyon ton, tamamnn linyitten üretilmesi istendiinde ylda 200 milyon ton linyit tüketilmesi gerekecektir. Çalmann 98 yapld tarihteki resmi Türkiye mevcut linyit rezervi olan yaklak 8 milyar ton dikkate alndnda ve bugünkü petrol tüketimi sabit kabul edildiinde mevcut linyit rezervinin Türkiye’nin 40 yllk petrol tüketimini karlamaya karlk geldii, bunun için 70 milyar ABD $ yatrma ihtiyaç olduu ad geçen stratejide ortaya konmaktadr. Ayn çalmasnda Dr. Gökalp, mevcut linyit rezervinin yarsnn elektrik üretimi amaçl, kalan 4 milyar ton’luk dier yarsnn sv yakt üretimi amaçl kullanmnn varsayldnda 20 yllk Türkiye petrol ihtiyacnn kömürden karlanabileceini ancak tüm linyit rezervinin bu süre içinde elektrik üretimi ve sv yakt üretimi amaçl tüketilmi olacann altn çizmektedir. Türkiye’de Kömürün gazlatrlmas ve svlatrlmas konusunda TK Genel Müdürlüü öncülüünde; ilgili kurumlar, aratrma kurulular ve üniversiteler ibirliinde aada kronolojik olarak sralanan giriimler balatlmtr. o 18 Kasm 2006 tarihinde TK Genel Müdürlüünde “Kömürün Gazlatrlmas ve Svlatrlmas” konulu Beyin Frtnas Toplant’s düzenlenmitir. Toplantya TK katlmclarnn yan sra, çeitli Üniversite ve aratrmac kurululardan konu ile ilgili çalmalar olan temsilciler ile, DPT, PETKM, TPAO, MTA gibi kurulularn Ar-Ge konularndaki yetkilileri katlmlardr. Toplantnn amac; “kömürün gazlatrlmas ve svlatrlmas” konusunda, Ülkemiz üniversiteleri ile aratrma kurumlarnda çalan uzmanlar bir araya getirip bilgi birikimlerinin aktarlmasna ortam hazrlanmas ve TK’ye ait sahalardan birinde linyitlerin gazlatrlarak çeitli ürünler üretilmesine yönelik bir pilot tesis kurulmasna ilikin DPT’ye sunulacak projenin yol haritasnn hazrlanmas konusunda ilk admlarn atlmasdr [Ersoy,2006a; Genç vd, 2006]. o 16-17 Aralk 2006 tarihinde yine TK Genel Müdürlüünde TÜ ile Yurt Madenciliini Gelitirme Vakf ibirlii ile düzenlenen “Kömür ve Enerji Semineri”nde arlkl olarak kömürün gazlatrlmas ve svlatrlmas konularn ele alnm, Beyin Frtnas Toplant sonuçlar daha geni bir katlmc kitlesinin bilgisine sunularak tartmaya açlmtr[Ersoy, 2006b]. o 17 Ekim 2007 tarihinde TK ile TÜ “Kömürden Gaz ve Sv Yakt Üretimi” konulu Sözlemeyi 3 yl süreli olarak karlkl olarak imzalayp yürürlüe koymutur. Ad geçen Sözleme çerçevesinde 11-19 Mays 2008 tarihlerinde TK-TÜ temsilcilerinden oluan bir heyet, gazlatrma tesislerini yerinde incelemek ve ilgili enstitü ve aratrma kurumlar ile ibirlii oluturabilmek amacyla ABD’ye bir teknik çalma ve inceleme seyahati gerçekletirmitir. Bu seyahat srasnda ABD’nin konuyla ilgili kurulularnda incelemeler ve görümeler yaplmtr. Bunlar; enerji tayan gazlarla ilgili olarak her türlü aratrmann yapld ve bugüne kadar 1000’den fazla patent hakk alm bulunan Chicago’da merkezi olan Gaz Teknoloji Enstitüsü (GTI), temiz ve 99 verimli enerji ve çevre teknolojileri aratrmalar konularnda Dünyann önde gelen Kurulularndan olan ve University of North Dakoto bünyesinde faaliyet gösteren Enerji ve Çevre Aratrma Merkezi (EERC), Amerikan Enerji Bakanl’na bal olarak faaliyetlerini sürdüren Ulusal Enerji Teknoloji Laboratuar (NETL), yine Amerikan Enerji Bakanl’na bal bir kurulu olan ve i güvenlii ve emniyeti konularnda aratrmalar yürüten National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) ve Virginia Tech-Virginia Polytechnic University gibi kurululardr. o Bu kurulularla yaplan görümeler neticesinde GTI ile, Dünyada çok az sayda mevcut olan ve özel olarak üzerinde tasarmlar yaptklar yüksek basnçl termogravimetrik analizör ve dier laboratuar cihaz ve teçhizatlar kullanlarak Türk kömürlerinin analiz edilmesi ve bu kömürlere uygulanabilecek mevcut kömür gazlatrma tekniklerinin incelenmesi ve deerlendirmesini yapmak üzere bir sözleme önerisi üzerinde görü birliine varlmtr. Bu çerçevede Tunçbilek, Soma ve Seyitömer kömürlerinden temsili olarak alnan üç numunenin GTI’inde test ve analizleri yaplmtr. Ayrca 13-14 Kasm 2008 tarihinde TK Kurumu Konferans salonunda ABD’de ziyaret edilen kurulu temsilcileri ile ulusal aratrmaclarn katlm salad “kömürlerin gazlatrlmas ile sv yakt ve hidrojen elde edilmesi” konularn kapsayan bir çaltay düzenlenmitir. o Bu faaliyetler çerçevesinde yürütülmekte olan projelerden birisi de, ülkemizde geçmi yllarda Azot Sanayi tarafndan uzun yllar ülkemiz linyitleri kullanlarak gerçekletirilmi gazlatrma teknolojilerinden elde edilen deneyimlerden de yararlanarak tamamen TK imkanlaryla projesi, kavramsal tasarm ve her türlü teknik detay hesaplar yaplm bir kömür gazlatrma pilot tesisi kurmaktr. Bu amaçla uzun yllar ad geçen Azot Sanayi’nde gazlatrma teknolojisindeki uzmanl ile mesleki ve teknik yetkinliini ispat ettii belirlenen bir uzmandan müavirlik hizmeti alnmaktadr. Bu kapsamda Tunçbilek’te kurulmas planlanan 250 kg/saat kapasiteli tesisin gazlatrc tasarm tamamlanarak ihale edilmitir. haleyi yerli bir Mühendislik Firmas kazanm çalmalara balamtr.Bu çalmalarn yürütülmesinde ayrca Chicago Gaz Teknoloji Enstitüsü (GTI) aratrmaclarndan Sayn Francis Lau’dan da danmanlk hizmeti alnmaktadr [Mhladz, 2009]. o Söz konusu gazlatrma tesisi ile ilgili olarak; TÜ Maden Fakültesi, Cevher Hazrlama Mühendislii Bölümü, kömür hazrlama ünitesi, TÜ Kimya Mühendislii bölümü, üretilen gazdan kükürdün uzaklatrlmas prosesi, 100 stanbul Üniversitesi Kimya Mühendislii Bölümü metanol üretimi konular üzerinde çalmaktadrlar. o Ayrca TÜ tarafndan yürütülecek çalmalar için 20 kg/saat kapasiteli yar pilot ölçekli bir düzenein kurulmas çalmalar da sürdürülmektedir o Bir dier önemli proje 15 Haziran 2009 tarihinde balayan TÜBTAK destekli Kömür ve Biyokütle karmlarndan sv yakt üretilmesine yönelik projedir. Pilot ölçekli bir tesis kurulmasna yönelik projede Elektrik leri Etüt daresi ile TK müteri kurulu olarak yer almakta, projenin yürütücülüünü TÜBTAK_ MAM Enerji Enstitüsü ile Marmara Üniversitesi ve stanbul Üniversitesi yerine getirmektedir. Alt i paketlerinden biri pilot ölçekli CO2 tutma tesisi kurmay da hedeeyen Proje kapsamnda gazlatrlarak svlatrlacak kömürün seçimine yönelik analizler tamamlanmtr [Akgün,2009]. 6.2.10. Sonuç ve Öneriler Dünya genelinde CTL; II.Dünya sava sonras ambargo uygulanan Güney Afrika’da, petrol bamls ve büyük kömür rezervine sahip ABD, Çin Halk Cumhuriyeti, Avustralya gibi ülkelerde, Japonya gibi petrol bamls ve teknoloji gelitirmede lider ülkelerde, Shell, BP gibi büyük petrol irketleri tarafndan gelitirilmekte veya uygulanmaktadr. Enerjide %72; petrol kaynanda %90’larn üzerinde, CTL teknolojisinde hemen hemen tamamen da baml olduumuz, birincil enerji tüketiminde petrolün %38 ile en yüksek paya sahip olduu dikkate alndnda yerli linyit kaynaklarmzdan sv yakt üretilmesi teknolojisi konusunda öncelikle pilot tesis kurularak denenmesi ve bilgi birikimi oluturulmas büyük önem tamaktadr. Bu çalmann yapld dönemde Ülkemizde konu ile ilgili daha çok TK Kurumu öncülüünde, TÜBTAK Enerji Enstitüsü ve çeitli kurulular ve üniversiteler ibirliinde pilot ölçekli yaplan AR-Ge çalmalar henüz balangç aamasndadr. Ancak, mevcut linyit rezervlerimizin tamamnn sv yakt üretimi amaçl kullanld varsayldnda, bugünkü tüketim seviyesi ile 40 yllk petrol tüketimine karlk geldii dikkate alnarak bu teknolojiyi ticari ölçekte kullanabilmemiz için uzun vadeli gerçekçi stratejiler oluturulmas ve mevcut kömür rezervlerimizin aramalarla artrlmas ivedilikle gerekmektedir [Gökalp,2009]. CTL teknolojisinin Türkiye’de ticari olarak uygulamaya sokulabilmesi için yeterli rezerv kaynana sahip olmann yan sra; bu teknolojinin ekonomik 101 olabilmesi için, 50.000-100.000 varil/gün kapasiteye sahip olmasnn, 5-6 milyar $ gibi büyük yatrm tutarlarna ve bu yatrmlar gerçekletirmek için hükümet desteklerine ihtiyaç duyulduunun, kömür üretim maliyetinin 20 $/ton‘un altnda olmas gerektiinin, Dünya genelinde yaplan çalmalarla ortaya konulduu dikkate alnmaldr. 6.2.11. Kaynaklar [1]. BP Statistical Review 2009, http://www.bp.com [2]. Cicero,D., 2006 “A primer on the Technologies of Coal-to-Liquids”,IEA,Coal Industry Advisory Board(CIAB), Coal-to-Liquid(CTL) Workshop, 2 Kasm. [3]. Capture Ready, 2009, Shenhua to Introduce CCS into Its Erdos CTL Project, http/www.captureready.com/EN/Channels/News/showDetail. asp?objID=880 (26 Mar 2009) [4]. Couch, 2008,Coal to Liquids, IEA Clean Coal Centre CCC/132,ISBN 97892-9029-451-1 [5]. DTI, 1999, Coal liquefaction. Cleaner coal technology programme. Technology status report 010 London, UK, Department of Trade and Industry, 14 s. (Ekim) [6]. Ersoy,M., 2006a“ Kömürün Gazlatrlmas ve Svlatrlmas”, Beyin Frtnas Toplants, 18 Kasm. [7]. Ersoy,M., 2006b “TK Kömürlerinin Kimyasal Üretim Yönünden Deerlendirilmesi”, TK-TÜ Enerji Semineri, 16 Aralk, Ankara [8]. Ersoy, M. ve Dier IEA-CIAB Yardmc Üyeler, 2008, “Shenhua Dorudan Svlatrma Tesisine Teknik Gezi, ç Moolistan, Çin, Mays. [9]. Akgün, F., 2009, “108G023-Biyokütle ve Kömür Karmlarndan Sv Yakt Üretimi” balkl TÜBTAK destekli Projenin Genel Tantm, Proje Açl Toplants, TK Genel Müdürlüü, 15 Haziran. [10]. Genç,S., Anaç,S., Ayanolu,K., Çalml,A., Durusoy,T., Düzgören, N.Y., Ekinci,E., Erbatur,O., Okutan,H., Önal,G., Özbaylanl,B., Özbayolu,G., Pütün, E., Uysal,B.Z., Üner,D., 2006, Beyin Frtnas Toplants, 18 Kasm. [11]. Gökalp,., 2009, “Realist Enerji Stratejileri Üzerine Bir kaç Düünce”, SektörMaden, Yurt Madencilii Gelitirme Vakf Yayn, [12]. Greencar Congress, 2008, Sasol and Shenhua Contract Engineering Companies for China CTL Study, http://www.greencarcongress. com/2008/10/sasol-and-shenh.html [13]. IEA, 2006, World Energy Outlook 2006. OECD/IEA, 596s. [14]. IEA CCC, 2009, “Review of Worldwide Coal to Liquids R, D&D Activities 102 [15]. [16]. [17]. [18]. [19]. [20]. [21]. and The Need for Further Initiatives Within Europe”, 52 s. Kelly, R., 2006 “CTL Projects:Key Issues &Economics”, IEA/CIAB- CTL Workshop,2 Kasm. Miller C L ,2007, “Coal Conversion –pathway to alternate fuels. Proceedings of the EIA energy Outlook modelling and data conference. Washington, DC, ABD, 28 Mart, http:/futurecoalfuels.org/documents/011907_miller.pdf TK Faaliyet Raporlar Mhladz, V., 2009, “Kömür Gazlatrma Kavramsal Tasarm”, Türkiye 11. Enerji Kongresi, 21-23 Ekim, zmir. WCI, “Coal: Liquid Fuels”, 2006. William & Larson, 2003, “A Comparision of direct and indirect liquefaction Technologies for making uid fuels from coal. Energy for Sustainable Development VII, (4), s.103-109, Aralk. Zhang,Y., 2006 “China’s Development Strategy for Coal-to-Liquids Industry”,IEA/CIAB- CTL Workshop,2 Kasm. 103 7. KARBON TUTMA VE DEPOLAMA (KTD) Küresel snma ve iklim deiiklii en önemli çevre sorunu olarak dünyann gündemini megul etmekte olup, gün geçtikçe bata CO2 olmak üzere sera gazlar gittikçe artmaktadr. Soruna çözüm bulmak amacyla youn çalmalar yaplmakta, teknolojiler gelitirilmektedir. Bir yandan dünyada fosil yaktlarn ülkelerin kalknmasnda ve enerji arznda hala önemli bir yer tutmas ve gelecek yllarda da bu önemini koruyacak olmas, dier yandan atmosferde CO2 miktarnn artmasn önlemek/stabilize etmek için günümüz yaygn teknolojilerinin artk yeterli olmamas daha etkin ve daha gelimi teknolojilerin gelitirilmesini gerekli hale getirmitir. Bu çerçevede, “Karbon Tutma ve Depolama-KTD (Carbon capture and storageCCS)” teknolojisi endüstriyel kaynaktan veya enerji-ilikin kaynaktan CO2’in ayrlmasn, depolanacak alana tanmasn ve depolanmasn kapsayan bir proses olarak, önümüzdeki yllar için kayda deer önemli bir teknolojik aamadr. Ancak, hala üstesinden gelinmesi gereken birçok teknik, mali, hukuki, idari, sosyal sorunlar bulunmakta olup, bu teknolojinin ticarilemesi, maliyetlerinin dümesi ve yaygnlamas uzun bir süre alacaktr. KTD teknolojisinin büyük ölçekli uygulamalarnn ve demonstrasyonlarnn önümüzdeki yllarda gerçekletirilecei düünülmekle birlikte, 2020’lerden sonra yaygnlamas ve 2050’lerin ticarilemi bir teknolojisi olmas beklenmektedir. KTD teknolojisi G8’ler tarafndan da öncelikli bir konu olarak ele alnmtr. 2005 ylnda yaplan G8 Zirvesinin (Gleneagles) Eylem Plan çerçevesinde KTD konusunda bata Uluslararas Enerji Ajans (IEA) olmak üzere çalmalar yaplmas talep edilmitir. IEA ‘nn yansra bu konuda G8 ülkeleri KTD teknolojisinin tahminlerden daha önce yaygnlamas ve ticarilemesi için çaba sarf etmektedirler. Ancak, KTD teknolojisinin hala üstesinden gelinmesi gereken bir çok sorunu vardr. Ayrca, henüz büyük ölçekte ve tüm bileenlerini içeren gerçek anlamda bir KTD teknolojisi uygulamas bulunmamaktadr. Bu nedenle 2020 ylna kadar bu tür tam ölçekli ve entegre KTD teknolojilerinin demonstrasyonlarnn gerçekletirilmesi hedeenmektedir. 7.1. KTD TEKNOLOJSNN TANIMI, UYGULAMA ALANI, BLEENLER, Fosil yakta dayal elektrik üretim tesisleri ve hidrojen üretim tesisleri, raneriler, baz endüstriler (demir-çelik, çimento, petro-kimya v.b.), biyoetanol üretimi gibi yüksek miktarlarda CO2 veren büyük tesisler KTD teknolojisinin uygulanabilecei tesislerdir. Ancak, bu tesisler arasnda elektrik üretim tesisleri çok daha önemli bir yer tutmaktadr. 104 Karbon tutma ve depolama yöntemi fosil yaktlarn yanmas sonucu oluan CO2 gaznn baca gazndan ayrlmas ve güvenli olarak, atmosfere szmayacak ekilde uzun süreli olarak depolanmasdr. KTD tek bir teknoloji olmayp, karbon tutma, sktrma, tama ve depolama v.b çeitli unsurlar ve bileenleri kapsayan bir dizi teknolojinin kombinasyonundan olumaktadr. Bu nedenle de KTD Yöntemi iletilmesi oldukça zor olan kompleks bir yapya sahiptir. “Karbon tutma”, “tama” ve “depolama” KTD yönteminin üç önemli bileenidir. Her üç bileen de birbirinden çok farkl alanlarda ve disiplinlerde teknolojiler olup, bütün bir KTD yönteminin gerçekletirilmesi için bu teknolojilerin biribiri ile uygun ekilde ilikilendirilmesi, birlikte gelitirilmesi gerektirmektedir. Dünyada bu KTD bileenleri ile ilgili ile ilgili baz münferit uygulamalar olmakla birlikte bunlar henüz ticarilememi teknolojiler olup, bir ksm demonstrasyon veya pilot proje ölçeindedir ve henüz bu üç bileeni de kapsayan uygun ölçekte bir proje bulunmamaktadr. KTD’nn ad geçen üç bileeni aada özetlenmektedir. 7.1.1. Karbon Tutma Teknolojileri Karbon tutma teknolojisi, kömür, doal gaz veya biyokütlenin yanmasndan oluan baca gazndan karbon dioksitin önemli bir ksmnn ayrlmas, sktrlmas, kurutulmas, tanmaya ve depolanmaya uygun hale getirilmesi proseslerini kapsamaktadr. Elektrik enerjisi üretiminde CO2 tutma prosesleri balca üç ana grupta toplanmaktadr. a) Yanma sonras (Post-combustion) b) Yanma öncesi (Pre-combustion) c) Oksi-yakt yakma (Oxy-fuel combustion) Baca gaz basnc, baca gazndaki CO2 konsantrasyonu, yakt tipi (kat veya gaz) gibi faktörler karbon tutma teknolojisinin seçiminde önemli faktörlerdir. 7.1.1.1 Yanma Sonras Karbon Tutma Teknolojisi: “Yanma sonras” yöntemde, baca gaz öncelikle bilinen artma proseslerine (elektroltre, baca gaz kükürt artma, de-NOX v.b.) tabi tutularak, içindeki toz, SO2, NOx gibi kirleticiler giderilir/en aza indirilir. Baca gazndan CO2 ayrlmas prosesi bu artlma ilemlerinden sonra gerçekletirilir. Yanma sonras karbon tutma teknolojisinde, baca gazndan CO2’in tutulmas birkaç prosesle salanr. Sorbentler veya solventler yardm ile tutma, membran ile tutma, kirojenik distilasyon (cyrogenic distillation) yöntemi gibi prosesler bunlardan bazlardr. Ancak, karbon tutmada solvent kullanm mevcut 105 yöntemler arasnda en az maliyetli, en az enerji kullanan gelimi ve ticarilemi bir yöntemdir. Dierleri ise henüz o aamada deildir. 7.1.1.1. A) Solvent/sorbent ile Ayrma Karbon tutmada solvent veya sorbent kullanlmas benzer tekniklerdir. CO2 tutma için çounlukla uygulanan teknik kimyasal bir proses olan solvent ile tutmadr ve solvent olarak genellikle “monoetanolamin-MEA” kullanlmaktadr. Solvent kullanm kimyasal bir prosese dayanmaktadr. Yaktn (Kömür, doal gaz, biyokütle) yanmas ile oluan baca gaz sv solvent dolu bir absorpsiyon kolonundan geçirilir ve baca gazndaki CO2 solvent tarafndan tutulur. Daha sonra solvent bir rejenerasyon ünitesinde 100-120 °C scaklndaki buhar ile ters akmla geçirilir ve burada CO2 solventten ayrlr. Su buhar youarak yüksek konsantrasyonda CO2 (%99’un üzerinde) oluturur. Solvent 40-65 °C arasnda soutularak tekrar absorpsiyon kolonuna gönderilir. Ayrlan CO2 ise depolanacak yere tanmak üzere sktrlr. (Bkz. ekil 7.1.) BACA GAZI BACA GAZI ARITMA (EF,BGD,deNOX) BACA GAZI SOLVENT ABSORPSYON KOLONU (Solvent ile CO2 tutulur) SOLVENT REJENERASYON SOLVENT + CO2 CO2 HAVA SIKITIRMA VE KURUTMA YAKIT KAZAN BUHAR BUHAR ÇEVRM ELEKTRK ekil 7.1. Solvent ile Yanma Sonras Karbon Tutma Teknolojisi Bu teknolojide aada verilen reaksiyon çift yönlü olarak sürekli tekrarlanr. Absorpsiyon kolununda reaksiyon soldan saa doru oluarak baca gazndaki CO2’i tutar; solvent rejenerasyonunda ise reaksiyon sadan sola doru olup, CO2 ayrlr. 106 + - C H OHNH + H O + CO C H OHNH + HCO 2 4 2 2 2 2 4 3 3 Söz konusu prosesin enerji gereksinimi; solventin rejenerasyonu için gerekli termik enerjinin, pompalar, baca gaz üeyicileri veya fanlar ve CO2’in sktrlmas için gerekli elektrik enerjisinin toplamdr. Günümüz teknolojisinde yanma sonras yöntemde tutulabilen CO2 oran düüktür. Daha fazla ayrma verimlilii mümkündür ama bu ayrma ünitesini büyütür ve enerji kullanmn ve maliyeti artrr. Ayrca, karbon tutma prosesinden dolay santral verimlilii de önemli ölçüde dümektedir. 7.1.1.1. B) Membran ile Ayrma Membranlar bir gaz seçici olarak geçiren materyallerdir. Deiik gazlar için uygun membran seçimi ve basnç farkll ile bu seçici geçirgenlik salanr. Polimerik, metalik, seramik v.b. birçok membran tipi CO2 tutma sistemlerinde kullanlabilir. Ancak, henüz, güvenirlik ve düük maliyet koullarn gerektiren sistemlerde ve büyük ölçekte uygulanmamtr. Büyük ölçekli CO2 tutma sistemleri için uygun membran konusunda AR-GE çalmalar yaplmaktadr. Membran ile CO2 tutma ekil-7.2.’de gösterilmektedir. Gaz A Gaz (A+B) Gaz B Membran ekil 7.2. Membran ile CO2 Tutma 107 7.1.1.1. C). Dier Ayrma Yöntemleri Ayrca, henüz aratrma aamasnda olan CO2’in baca gazndan ayrlmas için baka yöntemler de vardr. Krojenik distilasyon (Cryogenic Distillation) Yöntemi, Kimyasal Döngü Yakma Yöntemi (Chemical Looping Combustion) 7.1.2. Yanma Öncesi Karbon Tutma Teknolojisi: “Yanma öncesi” yöntem entegre gazlatrma kombine çevrim (Integrated gasication combined cycle - IGCC) santrallarnda kullanlmaya uygundur. Bu yöntemde, birinci aama kömürün gazlatrlmas olup, bu aamada kzgn kömür üzerinden buhar geçirilmesi ile karbonmonoksit + hidrojen karm oluur. Gazlatrma sonucu oluan gazn içinde, sentez gaz (synthesis gas) denilen bu karm ile birlikte SO2, NOx gibi kirletici gazlar da bulunmaktadr. Sentez gaz gaz artma ile bu kirletici gazlardan temizlenir. kinci aamada ise sentez gaz, çevrim reaktöründe, CO2 + H2 karmna çevrilmektedir. Cx Hy + H2O xCO + (x+y/2) H2 (Sentez gaz reaksiyonu) CO + H2O ------> H2 + CO2 CO2 bu karmdan baz uygun solventler yardm ile ayrlr. Gazn yüksek basnçta olmas CO2’in daha verimli bir ekilde ayrlmasn salayan yöntemlerin uygulanmasna (örnein metanol veya polietilenglikol gibi solventlerin kullanlmasna) olanak tanmaktadr. Solvent yardm ile ayrlan CO2 sktrlarak ve kurutularak, tanmaya ve depolanmaya uygun hale getirilir. Karbondan arnm Hidrojen ise elektrik üretmek üzere kombine çevrime gönderilir. (Bkz. ekil 7.3.) 108 SENTEZ GAZI VE GAZLATIRMA LE OLUAN DER GAZLAR HAVA BACA GAZI BUHAR GAZLATIRMA ELEKTRK KÖMÜR GAZ TEMZLEME SENTEZ GAZI (CO/H2) DÖNÜÜM REAKTÖRÜ KOMBNE ÇEVRM H2 CO2/H2 CO2 TUTMA CO2 SIKITIRMA, KURUTMA ekil 7.3. Yanma Öncesi Karbon Tutma Teknolojisi Bu yöntemde, IGCC sisteminin bir özellii olarak, yanma salanmadan önce kirletici gazlar ayrlmaktadr. Bu nedenle, bir avantaj olarak, ayrca BGD, deNOX gibi baca gaz artma tesislerini gerektirmez. 7.1.3. Oksi-Yakt Yakma Teknolojisi: “Oksi-yakt” yönteminde ise kazanda yanma hava yerine oksijen ile salanmaktadr. Bu nedenle, havadan oksijeni ayr r. Baca gaz balca CO2 ve su buharndan olumakla birlikte baz hava kirleticilerini de içermektedir. CO2 konsantrasyonu hacimsel olarak %80’den daha yüksektir. Su buhar sktrlarak ve soutularak ayrlr. Daha sonra, baca gaznn içindeki hava kirleticileri (SO2, PM v.b.) giderilir. Hava kirleticileri arasnda yer alan NOX, Oksiyakt yakma teknolojisinde, hava yerine saf oksijen kullanlmas nedeniyle, çok düük seviyede olup, ayr bir artma gerektirmez. Kalan CO2 sktlr, nemi alnr ve tanmaya, depolanmaya hazr hale getirilir. ekil 7.4.’de Oksi-yakt yakma sistemine ilikin proses basit bir ema olarak gösterilmektedir. Söz konusu bu sistem henüz olgunlamam olup, demonstrasyon aamasndadr. 109 N2 HAVA HAVA AYRITIRMA ÜNTES O2 BACA GAZI BACA GAZI TEMZLEME (Kirletici emisyonlarn giderilmesi) CO2 SIKITIRMA VE KURUTMA ELEKTRK KÖMÜR BUHAR ÇEVRM KAZAN BUHAR ekil 7.4. Oksi-yakt Yakma Teknolojisi 7.1.4. Karbon Tutma Teknolojilerin Karlatrlmas Yanma öncesi tutma ve oksi-yakt yakma teknolojilerinde, yanma sonras teknolojiye göre daha yüksek oranda CO2 tutulabilmektedir. Her üç yöntemde de, CO2 tutma ile, santral verimliliinde düme görülmekte olup, yönteme bal olarak %20-40 civarnda ilave enerji gerekmektedir. Bir super kritik santraln verimlilii %38 civarnda iken yanma sonras karbon tutma tesisi ile birlikte olursa verimlilik %29 civarna dümektedir. Bu kayp yanma öncesi yönteminde ve oksi-yakt yönteminde biraz daha düüktür. Karbon tutma maliyetleri çok yüksektir. Yanma sonras yöntem en yüksek, yanma öncesi yöntem ise en düük maliyetlidir. Elektrik üretimindeki yaklak düü yüzdeleri ve maliyetlerdeki yaklak art oranlar açsndan Tablo 7.1.‘de kir veren baz örnekler verilmektedir. Hem santral verimliliindeki düüün hem de toplam maliyetin ve elektrik üretimindeki maliyetin en yüksek olduu yöntem “Yanma sonras karbon tutma” teknolojisidir. Maliyet ve elektrik iç tüketimi açsndan bakldnda, entegre gazlatrma kombine çevrim (IGCC) yönteminin en avantajl bir durumda olduu görülmektedir. Bu sistemin bir baka avantaj da, yanma öncesinde hava kirleticilerinin giderilmesi ve SO2, NOx gidermek için ayr tesislerin kurulmasn gerektirmemektedir. Entegre gazlatrma kombine çevrim teknolojisi Bölüm 6.1’de daha ayrntl olarak incelenmektedir. 110 Tablo 7.1. Karbondioksit Tutma ve Sktrma Santral Tipi Süperkritik Pulverize Kömür Süperkritik Pulverize Kömür Entegre Gazlatrma Kombine Çevrim Karbon Tutma Teknolojisi Toplam Maliyet Art Oran Elektrik Üretimi Düü Oran $/kW Art Oran Yanma Sonras + 23 % -24 % + 62 % Oksi-yakt Yakma + 14 % -20 % + 42 % Yanma Öncesi +7% -19 % + 32 % Kaynak: Carbon Capture and Storage from Fosil Fuel Use, Hovard Herzog and Dan Golomb, MIT Laboratory for Energy and the Environment, Encylopedia of Energy, 2004 Tablo 7.2.’de pulverize kömürlü ve entegre gazlatrma kombine çevrim santrallar için karbon tutmann uygulanmas veya uygulanmamas durumundaki baz karlatrmalar yer almaktadr. Söz konusu özet tabloda pulverize kömürlü santral olarak süperkritik teknolojisi baz alnmtr. Tablo 7.2. Karbon Tutmaya ilikin Baz Karlatrmalar (2002 Deerleri) Maliyetler Karbon tutmasz emisyon deeri (kgCO2/kWh) Karbon tutmal emisyon deeri (kgCO2/kWh) kWh bana CO2 azaltm yüzdesi (%) Alt sl deer baznda karbon tutmal santral verimlilii (%) Karbon tutma için enerji gereksinimi (girdide yüzde art/kWh) Karbon tutmasz için gerekli toplam yatrm maliyeti (ABD$/kW) Karbon tutmal için gerekli toplam yatrm maliyeti (ABD$/kW) Karbon tutmal için yüzde sermaye art (%) Karbon tutmasz elektrik maliyeti (ABD$/kWh) Karbon tutmal elektrik maliyeti (ABD$/kWh) Karbon tutmal elektrik maliyetinde art (ABD$/kWh) Karbon tutmal elektrik maliyetinde yüzde art (%) Tutulan net CO2’in maliyeti (ABD$/t CO2) Yeni Pulverize Kömür Santral Yeni Entegre Gazlatrma Kombine Çevrim (IGCC) Santral Deer Aral Tipik Düük Yüksek Deer 0.773 0.682 - 0.846 0.108 0.065 - 0.152 86 81 - 91 Deer Aral Düük Yüksek Tipik Deer 0.736 - 0.811 0.092 - 0.145 81 - 88 0.762 0.112 85 30 - 35 33 31 - 40 35 24 - 40 31 14 - 25 19 1161 - 1486 63 1169 - 1565 37 1894 44 0.043 0.062 0.015 42 29 - 2578 74 0052 0086 0.034 66 51 2096 63 0.046 0.073 0.027 57 41 1414 19 0.041 0.054 0.009 20 13 - 2270 66 0.061 0.079 0.022 55 37 1825 37 0.047 0.062 0.016 33 23 Kaynak: IPCC Special Report on CCS, Tablo 3.7,3.9, 3.10 111 Söz konusu yakma teknolojilerinin retrot olarak eski elektrik üretim tesislerine uygulanmasnda baz dezavantajlar bulunmaktadr ve sbl deildir. Fiziksel, teknik, teknolojik ve mali sorunlar karmza çkmaktadr. Santral sahasnda baz kstlar, örnein karbon tutma ünitesi, ekipman için uygun yer olmayabilir. Eski tesislerde zaten düük olan santral verimlilii çok daha fazla düecektir. Karbon tutma retrotin maliyeti de karbon tutma ile birlikte tasarlanm, yaplm bir tesise göre çok daha fazladr. 7.2. KARBONUN TAINMASI Karbon tutma yöntemleri ile tutulan CO2 sktrlarak ve içindeki nem alnarak depolanacak yere tanmas gerekmektedir. CO2 naklinin genel olarak borularla yaplmas öngörülmektedir. Ancak, uygun olmas halinde, sktrlm doal gazn tand gibi, tankerler ile tanmas da mümkündür. Depolanacak CO2 miktar, depolama yerinin konumu, santrala uzakl, nakil yöntemi vb. hususlar nakil maliyetini etkileyecek önemli faktörlerdir. Boru hatlar ile tanmas durumunda, depolanacak CO2 miktar arttkça tama maliyeti dümekte, buna karlk depolama yerinin santrala uzaklnn fazla olmas maliyeti artrmaktadr. Tama maliyetindeki deikenlik ekil 7.5.’de görülmektedir. Boru hatlaryla tamada, ara kompresör istasyonlarnn kurulmas da gerekebilir. ekil 7.5. Boru Hatlar ile Tamann Maliyeti Boru hatlar ile tamann maliyetindeki faktörler aada verilmektedir. x naaat maliyeti - Malzeme/ekipman maliyeti (boru, boru kaplama, katodik 112 koruma, booster istasyonlar v.b.) - Tesis etme masraar (içilik) x letme ve bakm maliyeti - Gözlem masraf - Bakm masraf - Enerji maliyeti x Dier masraar (Tasarm, proje yönetimi, sigorta, beklenmedik masraar, v.b. Boru hatlaryla tamada, düük basnçla iletilen pipeline sisteminde maksimum 4,8 MPa basnçta CO2 tanrken, yüksek basnçl sistemde maksimum 9,6 MPa’lk basnçta CO2 tanabilmekte ve gaz her scaklkta youn fazda kalabilmektedir. Sktrlm CO2, ayrca, LNG ve LPG gibi gemi tankerleri ile de tanabilmektedir. Gemi tankerleri ile tamada maliyet pipeline ile tamaya göre daha düüktür ve deniz ar tama bu yolla salanabilir. Demiryolu ve karayolu tankerleri ile tama yapmak da mümkündür. Ancak, kara ve demiryolu tankerleri ile tanmada maliyet çok yüksektir, Hem deniz hem de kara tankerlerinin kullanlmas durumunda boru hatlaryla tamaya göre çok daha küçük ölçekte tama yaplabilmektedir. 7.3. KARBONUN DEPOLANMASI Karbon tutma ve depolama teknolojisinin üçüncü aamas CO2’in uzun yllar boyunca (yüzyllar), mümkün olduu kadar atmosfere szmasn engelleyecek ekilde, szdrmazl ve güvenlii salanm olarak uygun rezervuarlara depolanmas ve böylece atmosferden soyutlanmasdr. Sktrlm CO2 gaznn depolanmasnda, depolama yöntemlerine göre, baz belirsizlikler, riskler ve gelitirilmesi gereken hususlar bulunmaktadr. Szdrmazl ve güvenirlii salanm ve uzun yllar için bir depolama gerçekletirebilmesine yönelik olarak rezervuarn çok iyi izlenmesi, szma tespit edilmesi halinde ivedilikle önlem alnmas ve bu hususta tekniklerin gelitirilmesi gerekmektedir. Güvenli bir depolama için, depolama süresinin uzun (tercihan yüzyllar boyu) olmas, kaza risklerinin giderilmesi, çevresel etkilerin azaltlmas gerekli olan önemli hususlardr. Jeolojik depolama yöntemleri ve okyanus derinliklerine depolama söz konusudur. Çeitli depolama yöntemleri illustrasyon olarak ekil 7.6.’de gösterilmektedir. 113 Doal CO2 tutma Santral, CO2 tutma ve ayrma levini yitirmi kömür yataklar Petrol ve d.gaz Kuyularnda üretim artrma Tuz Formasyonu Tükenmi petrol ve doalgaz kuyular Okyanusa depolama ekil 7.6. Karbon Depolama Yöntemleri 7.3.1. Jeolojik Depolama Jeolojik depolamada, rezervuar tipi; derinlik, basnç, geçirgenlik, porozite, hacim vb.rezervuar özellikleri; szdrmazlk karakteristikleri önemli faktörlerdir. Aada jeolojik depolama yöntemleri verilmektedir. x Tükenmi petrol ve doalgaz kuyular x Petrol kuyularnda üretim verimini artrma (Enhanced Oil RecoveryEOR) x Doalgaz kuyularnda üretim verimini artrma (Enhanced Gas Recovery-EGR) x Tuz oluumlarna depolama x Kömür yataklarnda metan çknn artrlmas (Enhanced Coal Bed Methane Recovery – ECBM) 7.3.1.1. Tükenmi petrol ve doalgaz kuyular Bu depolama yönteminde sktrlm CO2 kapatlm petrol ve doal gaz kuyularna baslmaktadr. Söz konusu yöntem uzun yllardr uygulanan bir yöntem olup, petrol ve gaz aramada ve ranajnda oluan baz gazlar tükenmi petrol ve doalgaz kuyularna enjekte edilmektedir. Bu nedenle, KTD kapsamnda, bu tür bir depolamada deneyim söz konusudur. 114 7.3.1.2. Petrol kuyularnda üretim artrma (Enhanced oil recovery-EOR) CO2 petrol kuyularnda derine baslmakta ve böylece itici bir güç üreterek üretim verimi artrlmaktadr. Ayrca, petrol üretimi srasnda oluan CO2 de geri döndürülerek enjeksiyon sistemine katlr. Aada ekil 7.7.’de özetlenmektedir. Çkarlan petrol CO2 enjeksiyon kuyusu Üretim kuyusu Geri dönen CO2 Karm zonu Petrol lave petrol üretimi ekil 7.7. CO2 Depolama Yöntemleri Bu yöntem baz ülkelerce petrol ve doalgaz üretiminde uzun yllardr uygulanmaktadr. Bu nedenle Türkiye’de bu konuda deneyim sahibi olup, petrol kuyularmza, üretim verimini artrmak amacyla CO2 baslmaktadr. (Bkz. Bölüm 7.5.) 7.3.1.3. Doalgaz kuyularnda üretim artrma (Enhanced Gas Recovery-EGR) Yukarda belirtilen petrol kuyularna üretim verimini artrmak amacyla baslan CO2, benzer amaçla doalgaz kuyularna da baslmaktadr. 7.3.1.4. Tuz oluumlarna depolama Tuz oluumlar derin çökelti kayalardr. Formasyon suyu veya yüksek konsantrasyonda çözünmü tuz içeren tuzlu su ile doymutur. CO2 söz konusu tuz oluumlarna enjekte edilerek depolanabilmektedir. Bu tür oluumlar dünyada oldukça geni bir dalm göstermektedir. 115 7.3.1.4. Kömür ocaklarndan metan eldesinin artrlmas (Enhanced Coal Bed Methane Recovery – ECBM) CO2 derin kömür ocaklarna gönderilerek, kömürün etrafnda olan metan gaz ile CO2 gaznn yer deitirmesi salanr. Böylece kömür ocaklarndan çkan ve kullanlan metan üretiminde art salanr. Ancak, bu yöntem henüz demonstrasyon aamasndadr. 7.3.2. Okyanusa Depolama CO2 depolanmas için uygun olabilecek bir dier rezervuar tipi de okyanuslardr. CO2 en azndan 1000 metrenin altnda okyanusa enjekte edilir (Çözünme tipi). 3000 metreden sonra CO2 basnç farkndan dolay bir CO2 gölü oluturur (Göl tipi). Ancak, CO2’in okyanusa depolanmas yöntemi henüz aratrma aamasndadr. Ayrca, bu yöntemde okyanusta yapacak etkiler konusunda pH deiimi, okyanus organizmalarnn da ölüm oranlar, ekosistem sonuçlar, baz kronik etkiler vb. baz bilinmeyenler vardr. Bu nedenle de bu depolama yöntemi henüz olgunlam bir yöntem deildir. 7.3.3 zleme (Monitoring), Dorulama (Verication), Szdrmazlk, Güvenlik Szdrmazln güvenli bir ekilde ve uzun yllar boyu (en az birkaç yüzyl) salanmas CO2 depolanmasnda dikkate alnmas gereken hususlardr. KTD teknolojisinin bütün risk yönetiminde en önemli yeri depolamadaki riskler tutar. Çünkü depolama konusunda belirsizlikler çok fazladr. Henüz szdrmazln uzun yllarca salanabilecei konusu garanti edilememektedir. Bunun için çok iyi bir izleme ve dorulama sistemi oluturulmal ve atmosfere szma v.b. bir olumsuzluk görüldüünde gerekli önlem zamannda alnmaldr. Kapsaml bir izleme ve dorulama sisteminin oluturulmas da önemli ölçüde maliyet getiren bir husustur. 7.4. KTD TEKNOLOJSNN YAYGINLAMASI ÖNÜNDEK ENGELLER KTD teknolojisinin yaygnlamas için teknik, teknolojik, idari, hukuki ve mali sorunlara en ksa zamanda çözüm bulunmas gerekmektedir. Bu engellerin ve zorluklarn almas için aadaki eylemler gereklidir. x KTD demonstrasyonlar ve maliyetlerdeki uçurumun karlanabilmesi en önemli unsurlardr. lk KTD projelerinde, yüksek maliyetlerin ve 116 x x x x nansal risklerin karlanmasnda mevcut piyasa mekanizmalar yeterli olamayacaktr. Bu nedenle yeni nansal modeller gelitirilmelidir. Ayrca, uluslararas ortak ve paylamc bir hareket içinde olunmaldr. Hukuksal ve düzenleyici bir alt yap oluturulmaldr. KTD’lerin ticarilemesi amacyla CO2 için, emisyon ticareti, tevik, vergi gibi bir takm mekanizmalarla bir deer yaratlmaldr. Planlanacak fosil yakta dayal tesisler için ileride CO2 tutma tesisinin ilave edilmesi olana dikkate alnarak tasarm yaplmas da KTD’nin yaygnlamasna katkda bulunacaktr. Teknik ve yatrm riskleri en aza indirilmelidir. KTD teknolojisinin yaygnlamas ve ticarilemesi uzun bir zaman alacaktr. Üstesinden gelinmesi gereken pek çok sorun vardr. Henüz olgunlamam bir teknolojidir. Olgunlamas için demonstrasyon projelerinin gelitirilmesi çok önemlidir. 7.4.1. Mali Yönler KTD Yöntemininde, karbondioksit tutma, sktrma, tama ve depolama önemli ölçüde maliyet getiren bileenler olup, santral maliyetinin üzerine eklenen ilave maliyetlerdir. Özellikle, karbon tutma teknolojilerinin maliyetleri; elektrik üretimi veriminin dümesi, tüketilen enerji maliyeti ve ekipman maliyeti gibi nedenlerle çok yüksek seviyelere çkmaktadr. Depolama yerinin uzakl ise maliyeti artran dier bir unsur olacaktr. Depolama maliyetleri ise, depolama rezervuarnn tipine, özelliklerine, szdrmazlk karakteristiklerine bal olacaktr. Ayrca, depolamann, rezervuarn izlenmesi sistemi de ilave maliyet getirecektir. Rezervuarn kapatlmasndan sonra da izlenmenin devam edecek olmas da göz önünde tutulmas gereken bir husustur. Bu çerçevede, KTD’nn yaygnlamas önündeki en büyük engellerden birini karlanmas zor olan bu yüksek maliyetler oluturmaktadr. Ancak, gelitirilmekte olan bir teknoloji olmas nedeniyle, türünün ilki olma niteliini tamakta ve maliyeti doal olarak çok yüksek olmaktadr. KTD teknolojisinin rekabetçi bir enerji piyasasnda yer alabilmesi için maliyetlerinin rekabet edebilir düzeye inmesi gerekmektedir. KTD maliyetlerinin düürülmesi ve bu teknolojinin ticarilemesi ise uzun bir süre alacaktr. KTD’nn yaygnlamas için baz tevikler önemli rol oynayacaktr. KTD teknolojisine ilikin baz maliyetler ve ilgili veriler Tablo 7.3’de verilmektedir. 117 TABLO 7.3. KTD Maliyet Aralklar (2002 Yl Deerleri) KTD’siz elektrik maliyeti (ABD$/MWh) Pulverize Kömürlü Santral Doalgaz Kombine Çevrim Santral Entegre Kömür Gazlatrma Kombine Çevrim Santral 43-52 31-50 41-61 24-40 820-970 620-700 81-88 11-22 360-410 300-320 83-88 14-25 670-940 590-730 81-91 63-99 19-47 43-91 30-71 110-260 43-77 12-29 37-85 38-91 140-330 55-91 10-32 21-78 14-53 51-200 49-81 5-29 12-57 9-44 31-160 37-70 6-22 19-63 19-68 71-250 40 -75 (-5) -19 (-10) -46 (-7) -31 (-25) -120 Karbon tutma ile santral Artan yakt gereksinimi (%) Tutulan CO2 (kg/MWh) Önlenen CO2 (kg/MWh) Önlenen CO2 yüzdesi (%) Karbon tutma ve jeolojik depolama ile santral Elektrik maliyeti (ABD$/MWh) Elektrik maliyeti art (ABD$/MWh) Art yüzdesi (%) Azaltm maliyeti ((ABD$/tCO2 önlenen) Azaltm maliyeti ((ABD$/tC önlenen) Karbon tutma ve EOR ile santral Elektrik maliyeti (ABD$/MWh) Elektrik maliyeti art (ABD$/MWh) Art yüzdesi (%) Azaltm maliyeti ((ABD$/tCO2 önlenen) Azaltm maliyeti ((ABD$/tC önlenen) Kaynak: IPCC Special Report on CCS 7.4.2. dari, Hukuki yönler Çok yönlü, çok bileenli bir yöntem olan KTD için ulusal ve uluslararas düzeyde yasal ve düzenleyici bir alt yapnn oluturulmas gerekmektedir. Tüm bileenleri ile birlikte komple ve uygun ölçekte bir KTD demonstrasyon projesinin gerçekletirilmesi, yasal ve düzenleyici bir zeminin gelitirilmesine rehberlik edecektir. Bu nedenle, demontrasyon projeleri KTD’nn hukuki yönü için de önem arz etmektedir. KTD konusuna ilikin olarak, özellikle CO2 depolanmasnda, mülkiyet haklarndan kurumlar aras yetkilere, çevresel etkilerden depolama alanlarndaki izleme metodolojisine kadar bir çok konuda mevzuat oluturulmas ve/veya mevcut mevzuatta deiikliklerin yaplmas gerekmektedir. Özellikle, çevresel mevzuatn 118 KTD dikkate alnarak gelitirilmesi ve gerekli deiikliklerin yaplmas KTD projelerinin çevresel riskleri en aza indirecek ekilde uygulanabilmesine olanak tanyacaktr. Örnein, bu tür projelerin çevresel etki deerlendirmesinde nelerin dikkate alnaca, çevresel izinlerin hangi kriterlere göre verilecei, depolamada izleme ve ölçüm sistemlerinin nasl oluturulaca v.b. çevre mevzuatnda önemli hususlardr. KTD projelerinin güvenilir ve etkin bir düzenleyici baza oturtulmas ilgili kurumlar ve organizasyonlar aras olas ihtilaar önleyecek, sorumluluklarn ve haklarn netletirilmesini salayacaktr. KTD projelerinde, tanmaya ve depolamaya ilikin olarak “mülkiyet” ve “sorumluluk” konular önemli konular olarak karmza çkmakta, “mülkiyet haklar”nn, “kri mülkiyet haklar”nn ve “yetki ve sorumluluklar”n açkla kavuturulmas önem kazanmaktadr. KTD ile ilgili mevzuatn oluturulmas için ilk çalmalar Uluslararas Enerji Ajans (IEA) tarafndan balatlmtr. 2004 ylnda yasal hususlar analiz etmek amacyla “Legal Aspects of CO2 Storage Workshop (CO2 Depolanmann Yasal Yönleri Çaltay)” yaplmtr. Baz çalmalar (case studies) ve dünyadaki yasal ve düzenleyici gelimeleri de dikkate alarak, 2006 ylnda bu konuda ikinci çaltay düzenlenmitir. Bu çerçevede IEA tarafndan KTD’nn yasal, politika ve düzenleyici prensiplerini kapsayan bir ekilde “Legal Aspects of Storing CO2” adnda bir doküman 2007 ylnda hazrlanm ve yaynlanmtr. Dier taraftan, Avrupa Birlii (AB) de hukuki altyapnn oluturulmas için çaba göstermektedir. Bu çerçevede, 23 Nisan 2009 tarihinde, CO2’in depolanmas konusunda ve ilgili baz direktierde deiiklik yaplmasna dair bir Direktif (Directive 2009/31/EC of the European Parliament and of the Council on the Geological Storage of Carbon Dioxide and Amending Council Directive 85/337/ EEC, European Parliament and Council Directives 2000/60/EC, 2001/80/EC, 2004/35/EC, 2006/12/EC, 2008/1/EC and Regulation (EC) No. 1013/2006) yaymlanmtr. Çevresel mevzuat açsndan önemli olan bu Direktif ile deiiklik yaplan direktier aada verilmektedir. x x x x x x x ÇED Direkti (85/337/EEC), Su Çerçeve Direkti (2000/60/EC), LCP Direkti olarak bilinen Büyük Yakma Tesisleri konulu Direktif (2001/80/EC), Çevresel Zararlara kar Çevresel Sorumluluk konulu Direktif (2004/35/ EC), Atklarla ilgili Direktif (2006/12/EC) IPPC Direkti olarak tannan Kirliliin Entegre olarak Önlenmesi ve Kontrolu Direkti (2008/1/EC) 119 Direktifte yukarda belirtilen direktierde deitirilen/eklenen paragraar yer almaktadr. KTD bir köprüleme teknolojisi olarak tanmlanmakta olup, baz ilk tahminlere göre 2020 ylna kadar 7 Milyon ton CO2’in, 2030 ylna kadar ise 160 Milyon ton CO2’in depolanabilecei varsaym da belirtilmektedir. Ayrca, söz konusu Direktifte, KTD’nn elektrik üretiminde fosil yakt paynn artmas için bir tevik oluturmamas, enerji verimlilii politikalarnda ve yenilenebilir enerji kaynaklarnn kullanmndaki çabalarn azalmasna neden olmamas gerektii vurgulanmaktadr. Dier taraftan, AB Emisyon Ticaret Sistemi (Emission Trading Scheme-ETS) ile ilgili olan Direktifte 23 Nisan 2009 tarihinde deiiklik yaplm olup, yeni ETS Direktinde (Directive 2009/29/EC of the European Parliament and of the Council Amending Directive 2003/87/EC so as to improve and extend the GHG Emission Allowance Trading Scheme of the Community) AB’nin 2012 sonras hedeeri ve Kopenhag’a doru son gelimeleri dikkate alarak yaplan deiikliklerin/ eklemelerin yansra KTD’ya ilikin baz hükümler de yer almaktadr. KTD ile ilgili olarak AB’nin mevzuat oluturulmas, özellikle çevresel mevzuatn oluturulmas yönündeki bu çalmalar önemli olmakla birlikte hala yeterli deildir ve baka düzenlemelere de gereksinim duyulmaktadr. Ancak, özellikle KTD konusunda yaynlanan AB Direkti gereken mevzuatn oluturulmasnda atlm önemli bir admdr ve demonstrasyon projelerinden edinilen bilgiler deneyimler de mevzuatn gelitirilmesine önemli ölçüde katk yapacaktr. Ayrca, AB ülkeleri dndaki dier ülkeler için de örnek tekil edecektir. KTD teknolojileri için bir dier önemli husus da kamuoyu tarafndan bu teknolojilerin kabul edilmesi ve benimsenmesidir. Kamuoyu tarafndan olumlu görülmeyen projelerin hayata geçirilmesi mümkün deildir. Bu nedenle, depolama hakknda halkn bilgilendirilmesi, örnein CO2 depolanmasnn atk depolanmasndan, özellikle nükleer atklarn depolanmasndan farkl olduunun anlatlmas gerekmektedir. 7.5. TÜRKYE’DEK ÇALIMALAR 2007 ylnda “Türkiye’de Endüstriyel Tesislerden Kaynaklanan CO2 Emisyonlarnn Deerlendirilmesi, Jeolojik Depolama mkanlarnn Tesbiti ve Bir Petrol Sahasnda Depolamann Modellenmesi” konusunda bir proje balatlmtr. TÜBTAK destekli bu Projenin sahibi Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanl olup, proje ODTÜ-PAL (Petrol Aratrma Laboratuvar) tarafndan yürütülmektedir. 120 CO2 emisyonlarnn yeralt jeolojik formasyonlarda depolanabilmesi için olas depolama yerlerinin belirlenmesi ve ön zibilite çalmasnn yaplmas amaçlanmtr. Projenin 2009 ylnda tamamlanmas planlanmtr. 7.6. KAYNAKLAR: 1. IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage, Working Group III of Intergovernmental Panel on Climate Change, 2005 2. Near-term Opportunities on Carbondioxide Capture and Storage, Issues Identification Workshop in Support of the G8 Plan of Action, Summary Report, International Energy Agency-2007 3. Legal Aspects of Storing CO2, Update and Recommendations. OECD/IEA2007 4. Carbon Capture and Storage from Fosil Fuel Use, Hovard Herzog and Dan Golomb, MIT Laboratory for Energy and the Environment, Encylopedia of Energy, 2004 5. Prospects for CO2 Capture and Storage, Energy Technology Analysis, OECD/IEA, 2004 121 8. KÖMÜRLÜ SANTRALLARDA REHABLTASYON 8.1 GR Santrallar genel olarak belli bir süre çaltktan sonra dizayn edildikleri performansn gerisine dümeye balarlar. Emre amadelikleri, güvenilirlikleri, verimleri düer. Santraln baz parçalarnn kalan ömürleri konusunda da tereddütler olumaya balar. Üretimde, emre amadelikte düü yaannca elektrik üreten irketler önemli bir karar vermek zorundadrlar. Ya yeni santral yaparak kurulu güçlerini artrmak ya da mevcut santral da rehabilitasyon yapmak yani eski santralda yenileme yaparak santraln düen performansn iyiletirirken dier taraftan da santraln ömrünü uzatmak. Zaten konuyla ilgili literatür taramas yapldnda “rehabilitasyon” kelimesinden çok “life extension” (ömür uzatma) kavramyla karlalacaktr. 8.2. SANTRALLARIN YALANMASI Santrallarn performans düüklüünün ana nedeni olan yalanma, dört temel mekanizmann birisi veya birkaçnn olumasyla ortaya çkar. 8.2.1. Sünme (Creep) Sünme (Creep) kat malzemelerin ar stresin etkisiyle daimi olarak eklinin deimesidir (deformasyon). Sünme uzun süre scaklk ve basnca maruz kalan malzemelerde daha ciddi bir sorundur. Sünme sonucu oluan deformasyonun hz, malzeme özelliklerine, ar strese maruz kald süreye, scakla ve uygulanan yapsal yüke baldr. Uygulanan stres ve bunun süresinin boyutlarna bal olarak deformasyon o kadar çok olabilir ki artk o parça fonksiyonunu yerine getiremez hale gelir. Örnein bir türbin kanadnda ki deformasyon, kanadn iç silindire sürtmesine yol açar, bunun sonucu kanat krlabilir. Günlük hayatta bile sünmeyi görebiliriz. Örnein tungsten ampül flamanlarnn sarkmas sadece kendi arl dolaysyla zamanla artar. Deformasyon çok fazla olduunda lamentler birbirine deer, ksa devre oluur ve ar snma ortaya çkar ve ampül patlar. Krlganlktan kaynaklanan krlmalarn aksine sünmeden kaynaklanan deformasyon stresin uygulanmasyla aniden olumaz, aksine uzun süreli stres neticesi oluan gerilimin birikmesiyle oluur. Sünme zamana dayal bir deformasyondur. 122 Santral’da ise; kazanlar da kzdrclarda (Superheater), tekrar kzdrclarda (reheater), boru peteklerinin kollektörlerinde, türbin rotor ve mahfazalarnda, ana buhar borularnda, vanalarda, cvata ve saplamalarda yüksek basnç ve scaklktaki buhar sebebiyle ortaya çkabilir. 8.2.2. Yorulma (Fatigue) Periodik olarak inip çkan (cyclic) yüklere veya strese tabi olan malzemelerde zamanla ilerleyen, lokal olarak yapsal hasarlara yorulma (fatigue) denir. Yorulma hasar kümülatiftir. Yük ve stres ortadan kalksa da malzeme eski haline dönemez Yorulma ömrü; scaklk, yüzeyin ilenme düzeyi, mikroyap, oksitleyici veya inert kimyasallarn bulunmas, baka parçalarla temas, parçann bünyesindeki streslerden etkilenecektir. Baz tip malzemelerin (örnein baz çelikler ve titanyum alamlar) teorik bir yorulma limitleri vardr. Bu limitin altnda devaml yükleme de olsa hasar meydana gelmez. Yorulmada lokal klcal çatlaklar olumaktadr. Santraln türbin rotorunda, kanatlarda, kazan kollektörlerinde, domda, kazan borularnda, pompa ve fan elemanlarnda ve generator sarg suportlarnda yorulma görülebilir. 8.2.3. Korozyon Bir malzemenin çevresiyle kimyasal tepkimeye girerek temel özelliklerini kaybetmesine korozyon denir. En çok bilinen ekliyle metallerin elektronlarn kaybederek su veya oksijenle reaksiyona girmesidir. Örnein demir oksijenle reaksiyona girerek mukavemeti düer ve buna paslanma da denir. Korozyon belli noktalara konsantre olup çatlak veya çukurluklar (pitting) oluturabilir. Korozyonun önlenmesi için metal üzerine ince bir koruyucu lm oluturmaya pasivasyon ad verilir. Ancak pasivasyonun tam olarak uygulanamad bölgeler korozyonun hemen balayabilecei noktalardr. Çok yüksek scaklklarda metallerde oluan kimyasal bozulmaya yüksek scaklk korozyonu denir. Ancak bunun olabilmesi için ortamda oksijen veya oksitlenmeye yardmc olacak kimyasallarn bulunmas gerekir. Özellikle su bulunan ortamlarda metaller elektrod durumuna geçip elektroliz olumaya balar ve metallerde zamanla eksilmeler balar. Bunu önlemek için özellikle boru sistemlerinde, tanklarda katodik koruma yaplmal, eer varsa kurban elektrodlar periodik olarak kontrol edilmelidir. Aksi takdirde santrallarda soutma suyu, yangn suyu hatlarnda delinmeler olduu görülecektir. 123 8.2.4. Anma (wear, erosion) Kat yüzeyler, dier kat, sv veya gaz maddelerin sürtünmesiyle anrlar. Anmann boyutu genellikle anan yüzeyin hacmi olarak ifade edilir. Bir tesiste çalan bir parçann ömrü, boyutlarndaki kayplar önceden belirlenen tolerans snrlarn aarsa, sona erer. Santrallarda anmann boyutunun büyük olduu yerler, kazan borular, türbin kanatlar ve diskleri, kül tutucular, baca gaz ykayc kuleler, bacalar ve hava ön stclardr. Baca gazndaki küller, kazan borularnda, hava ön stclarnda, elektro litrelerde, cebri çekme fanlarnda anmaya neden olacaktr. 8.3. REHABLTASYON YAPMANIN NEDENLER Rehabilitasyon yapmann sebepleri dört balk altnda toplanabilir. a. b. c. d. a. Teknik Sebepler, Ekonomik Sebepler, Çevre Mevzuat ebeke Gerekleri Teknik Sebepler a.1. Santral ömrünün uzatlmas: a.2. letme problemlerinin giderilmesi: a.3. Bakm ilerinin azaltlmas: a.4. Teknolojik yeniliklerin uygulanmas: b. Ekonomik sebepler: b.1. Üretilen elektrik enerjisi miktarn artrmak: b.2. Verimi artrmak: b.3. Emre amadelii ve güvenilirlii artrmak: b.4. Generatör ve dier ekipmanlarda kayplar azaltmak: b.5. letme süresini artrmak: c. Çevre Mevzuat c.1. Olmayan santrallara Baca Gaz Kükürt Artma Tesisi eklenmesi: c.2. Toz emisyonunu azaltmak için elektro litrelerin rehabilitasyonu: c.3. NOX artma tesisleri: c.4. Atk sular için artma tesisleri yapm: d. ebeke Gerekleri d.1. Frekans kontrolu d.2. Reaktif Güç 124 8.4. REHABLTASYON KAPSAMININ BELRLENMES Rehabilitasyon kapsamn belirlerken aadaki süreç takip edilir. - letme dönemiyle ilgili verilerin toplanmas, - Kapsaml saha incelemesi ve test programnn belirlenmesi, - Kazan, türbo-generatör, deirmenler, elektolitreler ve dier ekipmanlarda performans testlerinin yaplmas, - Test sonuçlar ve iletme verileri analiz edilerek güvenilirlii, verimi azaltan, santraln devre d olmasna yol açan ve çevre kirliliine yol açan ekipmanlarn belirlenmesi, - Her arza analiz edilirken u sorulara cevap aranr. - Bu arza santraln güvenli çalmasn etkilemekte midir? - Arzann sebepleri nelerdir? - Arzann her bir nedeni için düzeltici aktivite nedir? - Her düzeltici aktivite için fayda, maliyet analizi yaplmaldr. - Söz konusu ekipman rehabilitasyon programna alnmal mdr? - Rehabilitasyona tabii tutulmas ihtimali olan ekipmanlar güvenilirlilie ve performansa etkisi ve fayda maliyet analizi sonuçlarna göre öncelik sras oluturulacaktr. - Rehabilitasyon kapsamna girip girmeyecei deerlendirilen iler dört snfta toplanabilir. 1. Güvenli bir iletme için gerekli olan veya yasa gerei yaplmas gereken iler, 2. Ekonomik olarak çekici görünen ve uygulanmas uygun olan iler, 3. Maliyeti düürücü olmayan ve ekonomik olarak çekici olmayan iler, 4. Daha fazla inceleme ve deerlendirme gerektiren iler. 8.5. DÜNYA’DA REHABLTASYON Yeni santrallara yatrm yapmak yerine eski santrallarda rehabilitasyon yaparak ömrünü uzatmak artk tüm Dünya’da kabul görmü bir uygulamadr. Ancak ömür uzatma, üretimi, verimi, emre amadelii artrma gibi bilinen nedenlere ilaveten sadece NOX emisyonlarn düürme ve su tüketimini azaltma gibi nedenlerle büyük rehabilitasyonlarn yapld görülmektedir. 8.5.1. ABD ABD’deki kömür santrallarnn çou yal olmasna ramen 2007’de elektriin yaklak %49’u kömürlü santrallardan karlanmtr. Buna karlk elektrik sektörü CO2 emisyonunun da %82’si kömürlü santrallardandr. Kömürlü 125 santrallarn ortalama verimi %32 olsa da %20 ve altnda verimle çalan santralar da vardr. 2030 projeksiyonlarnda elektrik sektörü emisyonlarnn %62’sinin mevcut kömür santrallarndan kaynaklanaca hesaplanmaktadr. ABD Enerji Bakanlnn yapt bir çalmada hangi çalmalarla verimin ne kadar artrlabileceini gösteren bir tablo (Tablo 8.1.) hazrlanmtr. Tablo 8.1. Santral Verim Art için yiletirmeler yiletirme çalmas Verim art (%) Hava ön stcs optimizasyonu 0,16-1,5 Kül atma sistemi yenilenmesi 0,1 Kazan hava stc yüzeyi artrlmas 2,1 Yanma sistemi optimizasyonu 0,15-0,84 Kondenser optimizasyonu 0,7-2,4 Soutucu sistem performansnn iyiletirilmesi 0,2-1,0 Besleme suyu stclar optimizasyonu 0,2-2,0 Baca gaz nemi alnmas 0,3-0,65 Baca gaz ssnn alnmas 0,3-1,5 Kömür kurutma sistemi kurulmas 0,1-1,7 Ölçü kontrol sistemi iyiletirilmesi / yenilenmesi 0,2-2,0 Cüruflanma ve yanma odas kirlenmesinin azaltm 0,4 Kurum üfleyicilerin optimizasyonu 0,1-0,65 Buhar kaçaklarnn azaltlmas 1,1 Buhar türbini iyiletirilmesi 0,84-2,6 Ancak ABD’nin 1977’de çkard Temiz Hava Kanunu (Clean Air Act) verim artrc çalmalar ve rehabilitasyonlar önleyici bir rol oynamtr. Bu kanunda yer alan Yeni Kaynak ncelemesi (NSR New Source Review) mekanizmasna göre yeni kurulacak santrallar için sk limitler getirilmektedir. 1971 öncesi kurulan santrallar NSR incelemesinden muaftr. Eski bir santralda normal bakm onarmn üzerinde yaplacak verim artrc çalma da NSR mekanizmasna tabii olacandan; NSR, bu çalmalar caydrc bir rol oynamaktadr. Bu kanuna dayanarak Çevre Koruma Kurumu (EPA Environmental Protection Agency) çok sayda elektrik irketi aleyhine dava açmtr. Gerekçeleri de verim artrc çalmalarla santrallarn emre amadeliklerinin artaca, maliyetlerinin düecei ve sonuçta daha uzun çalarak daha çok emisyona neden olacaklardr. 126 EPA tarafndan aleyhlerine dava açlan irketlerin biri olan Wisconsin Electric (WE) Power Company 1990’larda kömürlü santrallarnda bir seri iyiletirmeler yaparak %2 ile %11 aras verim art salamlardr. Tablo 8.2. ABD’de santral verimleri Ortalama verim % 31,3 Verim band 19,1-40,9 Üst %10 verim ort 36,3 824 31,4 20,5-38,7 36,3 7.477 51 29,9 21,1-37,6 35,9 710 212.942 1.322 31,3 19,1-40,9 36,4 Subkrit. Tesis yl 1969 öncesi Ünite Says 410 Kapasite (MW) 77.789 Üretim 109 kWh 447 Subkrit. 1970-1989 273 127.675 Subkrit. 1990-2008 27 Tip ALT TOP. Superkrit. 1969 öncesi 34 19.467 114 34,6 22,5-40,1 38,8 Superkrit. 1970-1989 74 60.169 398 35,1 29,8-41,0 39,1 Superkrit 1990-2008 1 1.426 10 40,2 40,2 40,2 ALT TOP: 109 81.062 522 35,1 22,5-41,0 39,3 GEN. TOP. 819 294.004 1.844 31,8 19,1-41,0 37,4 Tablo 8.2’den görülecei gibi ya gruplarna göre ortalama verimle o gruptaki en iyi %10’un ortalama verimi arasnda %5 civarnda bir fark vardr. Yaplacak iyiletirmelerle %5’lik verim kazanlrsa yaplan hesaplara göre 2030’da ayn miktar üretim için 88 milyon ton daha az kömür yaklp 250 milyon ton daha az CO2 emisyonu olacaktr. 8.5.2. Hindistan Hindistan elektrik talebi en hzl artan ülkelerden birisidir ve u anda elektriinin %70-80’i kömürden karlanmaktadr. 2030 projeksiyonlarnda da kömürün pay %60’n üzerindedir. Ancak Hindistan’daki kömür santrallarnn çou yalanm, verim ve emre amadelikleri dümütür. Bu sebeple Hindistan kömür santrallar için kapsaml bir rehabilitasyon program balatmtr. Burada kazanlar, türbin ve kondenserler bu programda iyiletirilmesi planlanan ana ekipmanlardr. Bu çalma sonucu üretimin %30, verimin %23 artmas ve çevresel etkilerin %47 düürülmesi ve santral ömürlerinin 15-20 yl uzatlmas hedeenmitir. Kazanlarda deirmenler büyütülecek, basnçl parçalar deiecek, hava ön stclarda tadilat yaplacak, yakclar yenilenecek, hava sistemi iyiletirilecek, elektroltrelere yeni hücreler eklenecektir. Türbinlerde en son dizayn kanatlar taklacak, kondenser borularnda yeni 127 malzeme kullanlacak, pompalar ve besleme suyu stclarda daha verimli olanlarla deitirilecek, vakum sistemi yenilenecektir. Bu arada elektrik ve otomasyon sistemlerinde de en son teknoloji kullanlacaktr. Birinci etapta 13.570 MW’lk 45 santral ve 163 ünitede rehabilitasyon çalmas tamamlanmtr. Kapasite kullanm faktörünün %49’dan %75’e çkmas ve ilave üretimin de 23,7 milyar kWh olmas hedeenmitir. kinci etapta 20.569 MW’lk 194 ünite rehabilitasyonu balatlmtr. Üçüncü etapta ise 17.306 MW’lk 127 ünite için rehabilitasyon program balatlmtr. Dördüncü etapta 14.270 MW’lk 57 ünite ve beinci etapta 7.395’lik 34 ünite için program hazrlanmtr. 8.5.3. Polonya Polonya elektriinin %95’den fazlasn kömürden üretmektedir. Santrallarnn önemli bir ksm da 40 yan üzerindedir. Polonya’da santral ömrünü uzatma yannda özellikle NOX emisyonlarn düürmek önemli bir rehabilitasyon nedenidir. Polonya’da çok sayda pulverize kazan (PF boiler), sirkülasyonlu akkan yatakl kazanla (CFB Circulating Fluidised Boiler) deitirilmitir. PF kazanlarda yanma odas scakl 1.100 – 1.500 oC civarnda olurken CFB kazanlarda scaklk 840 – 900 oC arasndadr, bu sebeple NOX oluacak scakla çklmamaktadr. Polonya’da PF kazanlarnn CFB kazanlaryla deiimine iyi bir örnek Turow Santraldr. Her biri 200 MW gücünde olan ilk üç ünitenin güçleri 235 MW’a çkarlm ve teknolojideki hzl gelimeler sonucu ikinci üç ünitede ise güçler 261,6 MW’a çkarlmtr. Ancak Polonya’da ayn tip PF kazanla devam etme karar alndnda düük NOX’li kömür yakclar kullanmlardr. Yakclarn hava debisi kslarak alev scaklnn yükselmemesi salanrken yakc üstü hava sistemi (OFA Over Fire Air) gelitirilmi ve yanma odas scakl düürüldüü için NOX oluumu da azaltlmtr. Sadece yakc deiimiyle NOX seviyeleri 200 mg/m3’ün altna inmektedir. Yeni yakclarla yanma odasnda scakln dümesi, kazandaki cüruanma problemini de azaltmaktadr. Buna ilaveten yeni gelitirilen sulu kurum üeyicileri, eski kurum üeyicilerinde olduu gibi monte edildii evaporatör (buharlatrc) duvarna deil de kar 128 duvara su püskürtmektedir. Bu kurum üeyicileri bilgisayar kontrollü hareket edebilir kafalaryla kar duvarda geni bir sahann cüruftan temizlenmesini mümkün klmaktadr. Polonya’da bulunan 60’n üzerindeki 200 MW’lk türbo – generatör gruplarnda rehabilitasyon yaplarak güç 230 – 240 MW’lara çkarlm ve s tüketimleri de %5 civarnda azaltlarak verim yükseltilmitir. 8.5.4. Çin Çin‘de çok sayda yaplan rehabilitasyona örnek olarak Shandong Elektrik irketinin Huangtai Santral 7. ünitesi için Japan Kyushu Electric Power irketiyle yapt ibirlii verilebilir. 300 MW’lk bu ünitenin verimi zaman içinde orijinal dizayn deerinden %4,5 dütüü tespit edilmi ve kazan borularnda biriken kül ve cürufu azaltc çalmalar, yüksek ve alçak basnç türbinlerinde yaplan tadilatlarla verim %33,17’den %37,57’e çkarlmtr. Bu, ylda 90.000 ton az kömür yaklarak, 210.000 ton daha az CO2 emisyonu anlamna gelmektedir. 8.5.5. Güney Afrika Kömür santrallarnn temel girdilerinden birisinin de su olduu herkesin malumudur. Ancak su giderek temini zorlaan bir kaynaktr. Güney Afrika’nn en büyük elektrik üreticisi olan Eskom, Güney Afrika elektriinin %95’ini ve Afrika ktas elektriinin yarsndan fazlasn üretir. Eskom ayn zamanda 2004 ylnda ki 227,6 milyon m3’le ülkenin en büyük su tüketicisidir ve Güney Afrika suyunun %1,5’ini tüketir. Eskom son yirmi ylda yapt kuru soutma, desalinasyon, su alt yapsnn iyiletirilmesi ve su tüketiminin sürekli izlenmesi ve kontrolu gibi tedbirlerle su tüketimini düürmütür. Su tüketimi kWh bana 1980’de 2,85 litre iken 2004’de 1,26 litreye dümütür. Islak tip soutma kulesi kullanan bir santrala gelen suyun yaklak %85’i soutma kulelerinde buharlar. Kuru tip soutma kulelerinin yatrm ve iletme maliyetleri bir miktar daha yüksek olsa da su tüketimini önemli ölçüde düürmektedir. Örnein Güney Afrika’nn kuzeyinde bulunan 4.000 MW’lk Matimba santralnda su tüketimi kWh bana 0,1 litredir. Islak tip soutma kulelerinde ortalama tüketim kWh bana 1,9 litredir. 8.6. TÜRKYE’DE REHABLTASYON Türkiye’de santrallarn kurulu gücü 2008 sonunda 41.747,8 MW’dr. Bu kurulu gücün %57,5’u olan 23.980,8 MW’n EÜA iletmektedir. EÜA Santrallarnn 129 11.456 MW’ hidrolik ve 12.524,8 MW’ termik santrallardr. EÜA Termik Santrallarnn çou yaldr. Ortalama yalar 29,5 yldr. Bu santrallarn 20022008 yllar çevrim (termik) verimleri Tablo 8.3’de verilmektedir. Tablo 8.3. EÜA’a ait Kömür Yakan Santrallarn Çevrim Verimleri (%) Santral 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Afin Elbistan B - - - - - 35,65 37,34 Çan - - - - - 39,54 39,07 Afin Elbistan A 28,96 28,92 27,25 27,18 30,22 31,10 30,38 Çatalaz 31,79 32,02 30,93 30,72 27,40 28,22 27,62 Kangal 31,80 30,05 30,84 30,35 29,73 29,54 29,17 Kemerköy 33,01 33,10 33,60 33,40 34,96 34,27 32,96 Orhaneli 35,52 38,19 39,06 38,49 35,94 33,91 35,15 Seyitömer 34,17 33,45 33,18 32,77 34,12 32,58 34,17 Tunçbilek 31,80 30,79 32,98 34,88 31,24 35,62 33,23 Soma A 30,95 30,52 28,62 27,49 27,45 28,72 28,25 Soma B 30,50 32,45 30,83 29,21 30,44 31,52 30,34 Yataan 32,22 32,65 32,85 32,45 33,20 31,60 33,04 Yeniköy 33,21 35,52 34,64 33,75 39,29 35,81 37,37 Santrallarn performansn iyiletirmek için EÜA bir rehabilitasyon program balatmtr. Yaplan ve yapm özetlenmektedir. devam eden önemli rehabilitasyonlar aada x Yataan: 3. ünitede yanma optimizasyonu yaplmtr. Frekans kontrolu teçhizat kurulacak ve elektroltre rehabilitasyonu yaplacaktr. x Yeniköy: Kazanda büyük çapl rehabilitasyon yaplmaktadr. Frekans kontrolu teçhizat kurulacaktr. x Kangal: Elektroltre rehabilitasyonu yaplm ve frekans kontrol sistemi kurulmutur. Kazanda kapsaml bir rehabilitasyon yürütülmektedir. x Soma: Elektrolitre ve luvo rehabilitasyonu yaplm ve frekans kontrol sistemi kurulmutur. x Seyitömer: Elektroltre ve luvo rehabilitasyonu yaplm ve frekans kontrol sistemi kurulmutur. Ya yakclar deimitir. x Orhaneli: Elektroltre ve luvo rehabilitasyonu yaplm ve frekans kontrol sistemi kurulmutur. Ya yakclar deimitir. 6 kV sistemi yenilenmitir. 130 x Çatalaz: Elektroltre ve luvo rehabilitasyonu yaplm ve frekans kontrol sistemi kurulmutur. Ya yakclar deimitir. x Tunçbilek: Luvo rehabilitasyonu yaplm ve frekans kontrol sistemi kurulmutur. x Ambarl DGKÇS: 1. bloktaki 2 gaz türbininde “up grading” yaplmtr. x Hamitabat DGKÇS: 4 gaz türbininde “up grading” yaplmtr. x Aliaa: Yakt, motorinden doal gaza deitirilmitir. x Afin Elbistan A: Tüm santralda rehabilitasyon çalmas planlanmtr. x EÜA santral kazanlarnda 969.000 m boru deitirilmitir. EÜA Genel Müdürünün yapt bir sunuma göre rehabilitasyonlar sonucu elde edilmesi hedeenen üretim art Tablo 8.4’de verilmektedir. Tablo 8.4. Rehabilitasyonlar sonucu geri kazanmlar (milyon kWh) Santral 2006 sonu Afin Elbisatan A 2007 sonu Rehabilitasyon sonu 574 4.856 Çatalaz 201 Kangal 810 Orhaneli 321 321 321 Seyitömer 408 815 815 Tunçbilek 1.083 1.083 1.083 Soma –B 919 1.378 2.756 Yeniköy 529 Aliaa 321 Ambarl DGKÇ 537 Hamitabat DGKÇS 3.268 537 1.073 550 1.100 5.258 13.865 Ancak, bu tablo son derece iyimser bir tablodur. 2003 ylnda Yap let Santrallarn devreye girmesi ve 2004 ylnda su gelirlerinin iyi olmas sonucu bakm, onarm ve revizyon için santrallarn daha uzun zaman kullanmalar sonucu daha düük üretim rakamlar ortaya çkm ve rehabilitasyon hede olarak ta teorik proje deerleri ile bu düük rakamlar mukayese edilmitir. Gerçekçi bir rehabilitasyon hede 5,5-6,5 milyar kWh civarnda olabilir. 8.7. AFN ELBSTAN SANTRALI Türkiye’deki rehabilitasyon yaplmas öngörülen santrallarn en banda Afin Elbistan A Santral gelmektedir. 131 Santraln 1974 ylnda saha tanzim çalmalar tamamlanm ve 1975 ylnda santral temeli atlmtr. Dier önemli tarihler aadaki gibidir. Tablo 8.5. Afin Elbistan A Santralnda Önemli Tarihler Faaliyet 1. Ünite 2. Ünite 3. Ünite 4. Ünite Montaj Balangc Mays 1978 Mays 1979 Eylül 1979 Mart 1981 lk senkronizasyon 07.07.1984 21.10.1984 20.12.1984 21.12.1984 Deneme iletmesi Ticari iletme – 03.05.1985 21.06.1985 20.08.1985 21.08.1985 – 25.01.1986 05.04.1986 04.06.1986 05.06.1986 – 21.11.1987 10.09.1988 09.11.1988 10.11.1988 – 4,198,066 2,760,533 1,825,440 2,512,910 2,887,300 3,081,190 4,150,502 5,234,080 4,731,890 5,448,410 5,869,350 5,010,480 4,049,720 1,947,300 3000000 3,210,430 3,024,320 4000000 2,283,800 MWh 5000000 3,642,080 4,471,240 6000000 4,997,140 5,650,160 7000000 5,174,910 8000000 7,689,700 7,693,210 K UR UL UŞ TAN B E R İ AF Ş İN-E L B İS TAN-A TE R M İK S ANTR AL I Y IL L AR İTİB AR İY L E ÜR E TİM DAĞ IL IM G R AF İĞ İ 1000000 449,799 2000000 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 2001 2000 1999 1998 1997 1996 1995 1994 1993 1992 1991 1990 1989 1988 1987 1986 1985 1984 0 ekil 8.1. Afin Elbistan A Santralnn yllara göre üretimi Santral iletmeye alndndan 2008 yl Aralk ay sonuna kadar 236,5 milyon ton kömür tüketerek 101 milyar kWh elektrik enerjisi üretmitir. Ortalama kömür tüketimi kWh bana 2,34 kg olmutur. Afin Elbistan A Santralnn kurulduundan bu yana yllk brüt elektrik üretimleri ekil 8.1’de gösterilmektedir. Santraln üretim graklerinden görülecei gibi santral istikrarl bir üretim yapamam, zaman içinde performansnda ve güvenirliliinde büyük düüler yaanmtr. 132 Santraln temel performans parametreleri Tablo 8.6’dan görülebilir. Tablo 8.6. Afin Elbistan A Santral Performans Parametreleri Yl Kapasite Faktörü (%) Emre Amadelik (%) Çevrim Verimi (%) 1998 63,82 76,86 31,30 1999 63,79 79,19 30,76 2000 39,61 50,30 30,06 2001 43,93 52,86 30,40 2002 24,32 31,05 28,96 2003 25,96 36,52 28,92 2004 15,34 53,73 27,25 2005 21,17 32,66 27,18 2006 23,26 26,49 30,22 2007 35,03 39,30 31,10 2008 35,27 40,74 30,38 Rehabilitasyon için zibilite raporuna hazrlk çalmas yapan Chubu Electric Co. Firmasnn 25.02.2004 tarihinde yapt tespitlere göre 3. Ünitenin dizayn ve gerçek iletme deerleri Tablo 8.7’de görüldüü ekilde tespit edilmitir. Tablo 8.7. Afin Elbistan 3. Ünite iletme deerleri Parametre Birim Dizayn (%80 yük) Fiili (%80 yük) MW 275 280 Brüt ünite verimi % 36,5 29,4 Türbin verimi % 44,3 40,6 Kazan Verimi % 83,3 72,6 Kzgn Buhar debisi t/h 805 850 Püskürtme suyu debisi t/h 16,5 40,0 mm Hg 716 691 Ana soutma suyu debisi t/h 24.410 31.360 Baca Gaz çk 0 C 160 223 Eko çk baca gaz O2 % 4,4 10,6 Yük Kondenser Vakum Rehabilitasyon çalmasnn temel nedenlerinden birisi güvenilirlilii artrmak olduundan, emre amadelii olumsuz olarak etkileyen hususlar görmek için Chubu Electric çalmasn yapt 2004 ylndan önceki 6 yllk dönemde santraln dört ünitesinde zaman ve üretim kaybna neden olan arzalarn listesini ve bunun etkilerini belirlemitir. 133 Tablo 8.8. Afin Elbistan A Santralnda zaman ve üretim kayb nedenleri Arza (1998-2003) Kayp zaman (saat) Kayp Üretim (MWh) Türbin kanat arzas 29.299 9.959.178 Kazan boru arzas 18.736 6.364.889 Türbin yatak arzas 4.812 1.635.778 Generatör H2 sistem arzas 1.919 652.361 Cüruf atma sistemi 1.497 508.229 Cüruflanma/ kazan temizleme 742 252.134 Cebri çekme fanlar 545 185.425 Kondenser temizleme 467 158.685 Brüden bunker savaklar 275 92.778 Alçak basnç by-pass hatt 274 91.783 Ünite kül atma sistemi 264 89.808 Enerji dalgalanmas ve ksnt 263 89.508 Kömür deirmenleri 216 73.576 Tablo 8.7‘de belirtildii gibi 3. Ünite çevrim verimi %36,6’dan, %29,4’a dümütür. Bu verim düüklüü analiz edildiinde verim düüklüünün sebepleri Tablo 8.9’da görülebilir. Tablo 8.9. Afin Elbistan A Santralnda Verim Düüklüünün Nedenleri Nedenler Dizayn deeri Is Tüketimi (Heat Rate kCal/kg) Brüt ünite verimi (%) 2.352,0 36,6 Ar hava kaça 269,8 -3,8 Yüksek baca gaz scakl 74,5 -0,9 YB Besleme suyu stclar devre d 73,5 -0,9 Kondenser vakumu yüksek 51,8 -0,5 YB türbininde verim kayb 32,5 -0,4 Ar tekrar kzdrc püskürtme suyu 24,1 -0,2 Dier 46,8 -0,5 Mevcut durum 2.925 29,4 Santraln çevre mevzuat açsndan performansna bakldnda NOX açsndan Türk Hava Kalitesi ile ilgili Yönetmeliin snrlar içinde olsa da SO2 ve toz emisyonu açsndan Yönetmelik snrlarnn çok üstündedir. Özetleri verilen bu analizler sonucu Afin Elbistan A Santralnda rehabilitasyon yaplmasna karar verilmi, projeye Dünya Bankasndan 2006 ylnda 280 134 Milyon € kredi salanm ve ihale çalmalar balatlmtr. Ancak, yaplan birinci ihalede yeterlilik alan rmalarn teklif vermemesi ve ikinci ihaleye katlmak isteyen rmalara da yeterlilik verilmemesi sonras Dünya Bankas kredisi 2009 ylnda iptal edilmitir. 8.8. SONUÇ Rehabilitasyon ilave kapasite ve daha fazla üretim için en ekonomik çözümdür. Bu sebeple yeni santral yatrm yapmak yerine eski santrallarn ömürleri uzatlarak emre amadelik, kapasite kullanm faktörü, verimi artrmak, santral dahili elektrik tüketimini, su tüketimini ve emisyonlar düürmek daha uygundur. Verimsiz eski santrallar verimli hale getirmek sürdürülebilir enerji ve temiz kömür teknolojisi kabul edilmelidir, çünkü rehabilitasyon sonras ayn miktar elektrik enerjisi üretmek için daha az yakt kullanlmakta ve daha az zararl gaz atlmaktadr. Türkiye’de özellikle kamu elindeki santrallarda rehabilitasyon yaplmas çok gerekli olmasna ramen, mevcut ihale sistemiyle, mevcut denetim anlayyla,nicelik ve nitelik olarak yetersiz kadrolarla bu çalmalarn tamamlanmas mümkün görülmemektedir. 8.9. KAYNAKLAR 1. M. J. Taylor, L. C. Fuller, Coal red electric power plant life extension: an overview, Oak Ridge National Laboratory, Temmuz 1986 2. A. Kokkinos, Improving the combustion process and emissions in utility boilers, ABB tarafndan organize edilen “Seminar for services of steam power plants”, 13-14.11.1997, The Marmara Hotel, stanbul 3. P. Dobrowolski, 210 ve 215 MW’lk buhar türbinlerinin modernizasyonu, Elektrim ve Polish Power Plant Society tarafndan düzenlenen Polonya Elektrik Sektörünün kömür ile çalan ünitelerinin modernizasyonu alanndaki deneyimi Sempozyumu, 20-21.10.1998, Bilkent Hotel, Ankara 4. J. Wejcman, Modernization of coal red 200 MW units in Poland, Polish Power Plant Society tarafndan düzenlenen “Modernization of Polish power plants and transformations leading to power market in Poland” Sempozyumu, 09-10.11.1999, Azka Hotel, Bodrum 5. S. Kavidass, D. J. Walker, G. S. Norton Jn., IR-CFB Repowering: A Cost 135 Effective Option for Older PC-Fired Boilers, 1999 Power-gen International, 30.11-02.12.1999, New Orleans, Louisiana, ABD 6. Roman Walkowiak, Andrej Wojcik, Third Phase of Turow Rehabilitation Project. 7. Muzaffer Baaran, Az yatrmla daha fazla üretim salama yolu olarak termik santrallarda rehabilitasyon, Dünya Enerji Konseyi, Türk Milli Komitesi, 8. Enerji Kongresi, 08-12.05.2000, ODTÜ Kültür ve Kongre Merkezi, Ankara, 8. Chubu Electric Power Co. Inc., Turkey Assessment of Afsin Elbistan Rehabilitation Final Report, 10.08.2004 9. R. K. Jain, Generation Renovation and Modernization, India Electricity 2006, 11.05.2006 10. Muzaffer Baaran, Hidrolik santrallarda rehabilitasyon ve modernizasyon ihtiyac, Dünya Enerji Konseyi, Türk Milli Komitesi, 10. Enerji Kongresi, 2730.11.2006, Askeri Müze, stanbul 11. IEA CIAB International Energy Agency, Coal Industry Advisory Board, Case Studies in Sustainable Development in the Coal Industry, Paris, 2006 12. Muzaffer Baaran, Termik ve hidrolik santrallarda verim artrc çalmalar, TÜ Enküs 2007, 04-05.12.2007, TÜ, Maslak, stanbul. 13. A. K. Gupta, Status, Needs and Issues of R & M in India, Workshop for Rehabilitation of coal power plants, 15-17.09.2008. 14. Muzaffer Baaran, A systematic approach to rehabilitations in power plants, German Turkish Workshop on sustainable Energy, 12-14.11.2008, TubitakMAM, Gebze, Kocaeli 136 9. SONUÇ VE ÖNERLER Dünyada ucuz ve güvenilir olmas, yaygn ve bol bir ekilde bulunmas nedeniyle kömür önemli bir enerji kaynadr ve gelecekte de enerjide kömürün rolünün devam edecei tahmin edilmektedir. Benzer ekilde, Türkiye’de de yerli kaynak olan linyit elektrik enerjisi üretiminde enerji arz açsndan güvenilir bir enerji kayna olarak kabul edilmektedir. Ancak, kömürün çevresel açdan önemli ölçüde olumsuz etkilerinin olduu unutulmamaldr. Söz konusu olumsuz etkiler yüksek verimli temiz kömür teknolojilerinin, çevre teknolojilerinin uygulanmasyla azaltlabilmekte ve kabul edilebilir seviyelere indirilebilmektedir. x Temiz kömür teknolojilerine ilikin olarak dünyada hzl gelimeler yaanmaktadr. Santral verimlilikleri %45’leri geçmitir. Verimlilik art ile santraln üretilen birim elektrik enerjisi bana gaz, sv, kat atklarnda azalma salanmaktadr. Bu nedenle, çevre dostu teknolojiler olarak anlan bu teknolojilerin uygulanmas ülkemizin düük kaliteli yerli linyitlerinin elektrik enerjisi üretiminde deerlendirilmesi açsndan son derece önemlidir. x Ülkemizde de temiz kömür teknolojileri arasndan ülkemize uygun teknolojilerin seçilebilmesi için dünyadaki gelimeler sk bir ekilde takip edilmelidir. x Yerli linyitlerimizin kalitesine, sl deer, nem oran, kül ve kükürt içerikleri, curuanma v.b. niteliklerine uygun olabilecek temiz kömür teknolojilerinin belirlenmesi, ayn zamanda ülkemizdeki teknolojik gelimeler için gerekli AR-GE çalmalar yaplmaldr. Temiz kömür teknolojilerine yönelik AR-GE çalmalarnn maliyetleri ve riski oldukça yüksektir. Teknoloji üreten ülkelerde bile, yüksek miktardaki harcamalara karlk beklenen sürelerde olumlu sonuç alnmas mümkün olmayabilmektedir. Bu nedenle ülkemizde bu alanda yaplacak AR-GE çalmalarnn, öncelikleri, hedeeri, bileenleri, bütçesi, teknik altyaps ve yönetimi ile bir bütün halinde, ulusal politika düzeyinde ele alnmas doru olacaktr. x Kömüre dayal termik santrallar için teknoloji seçiminde önemli hususlardan biri kömür kalitesidir. Özellikle düük kaliteli yerli linyit için seçilen teknolojinin uygulanmasnda sorunlar yaanmamas, tasarm deerleri ile iletme deerlerinin uyumlu olmas ve beklenen verime ulalmas için kullanlacak kömürü en iyi temsil edecek ekilde çok sayda örnekleme ile kömür analizlerinin ve yakma testlerinin yaplmas gerekmektedir. x 137 x Yakma öncesinde, ykama, ayklama, v.b. hazrlama yöntemleri ile kömür kalitesinin iyiletirilmesi teknolojide beklenen verimin alnmasn salar. Ayrca, kirleticilerin de belli bir oranda azalmasna neden olur. x Temiz kömür teknolojilerinin bir ksm henüz yaygnlamam, ticarilememi olup, henüz yatrm maliyetleri dier teknolojilere göre oldukça yüksektir. Bu nedenle, Türkiye’nin snrl mali olanaklar da dikkate alnarak ticarilemi ve maliyet-etkin (cost-effective) teknolojilerin seçimi uygun olacaktr. x Yerli linyit kullanan pulverize kömürlü termik santrallara, ülkemizde geçerli olan çevre mevzuatna uyulmas ve verilen limit deerlerin altnda kalnmas için önemli çevre yatrmlarnn yaplmas gerekmektedir. Özellikle linyitlerimizin kükürt içeriklerinin yüksek olmas nedeniyle baca gaznda SO2 emisyonlar mevzuatta verilen limit deerlerin çok üstüne çkmakta ve yüksek SO2 artma verimine (%95) sahip olan baca gaz desülfürizasyon (BGD) tesislerinin kurulmasn gerektirmektedir. Ayrca, kireçtann Türkiye corafyasnda yaygn olarak bulunmas ve ucuz olmas nedeniyle yüksek artma verimi salayabilen slak kireçta yöntemi yaygn olarak kullanlmaktadr. x Halen eski santrallarn (emisyon limitlerinin belirlendii ilk Yönetmeliin yayn tarihi olan 1986 yl öncesinde kurulan/planlanan santrallar) hepsine BGD tesisleri kurulamamtr. Genellikle ömrü 30 yl veya üzerinde olan santrallara maliyeti çok yüksek olan yeni bir tesisin kurulmasnn sbl olup olmad tartma konusudur. Santralda santral ömrünü uzatacak ve santral modernize edecek ekilde yaplacak olan kapsaml bir rehabilitasyon çalmas sonrasnda BGD tesisinin kurulmasnn daha uygun olabilecei dile getirilerek Devlet Planlama Tekilat (DPT) tarafndan BGD tesisleri için yeterli ödenek verilmemektedir. Ancak, çevrenin ve halk salnn korunmas açsndan BGD tesislerinin kurulmas gerekmektedir. x BGD tesislerinin kükürt artma veriminin yansra, belli bir orana kadar kül tutma özellii de vardr. Bu nedenle, mevcut bir tesise BGD tesisinin kurulmas söz konusu olduunda, elektroltrelerin verim düzeyi ve toz emisyon deerleri dikkate alnarak BGD tesisinin toz tutma verimleri de belirlenmelidir. x Linyite dayal olarak kurulacak olan santrallar için santral + BGD tesisinin birlikte kurulmas yerine BGD tesisi gerektirmeyen akkan yatakta yakma teknolojisinin uygulanmas daha uygun olabilmektedir. Ayrca, maliyetler 138 karlatrldnda rekabet edebilir düzeyde olduu görülmektedir. Ancak, henüz ülkemiz mevzuatnda yer almamasna karlk, kurulmas planlanan kömürlü santrallar için Çevresel Etki Deerlendirmesi (ÇED) sürecinde, SO2 için 200 mg/Nm3 emisyon limit deerinin öne sürülmesi bu teknolojinin Türkiye’de bulunan ve kükürt içerikleri yüksek olan linyitlere uygulanmasn tartmal hale getirmektedir. x BGD tesisi gerektirmeyen ve emisyonlar açsndan yanma öncesi çözüm salayan, verimi yüksek dier bir teknoloji de kömüre dayal entegre gazlatrma kombine çevrim (IGCC) teknolojisidir. Henüz yaygnlamam bir teknoloji olup, maliyetler hala oldukça yüksektir. Söz konusu teknoloji özellikle Karbon Tutma ve Depolama teknolojisi ile birlikte düünüldüünde avantajl hale gelmektedir. leriye dönük olarak düünülmeli, Türkiye linyitlerine uygulanabilirlii aratrlmaldr. x Ülkemizin bir Avrupa Birlii (AB) aday olmasndan dolay Türk mevzuatnn AB mevzuat ile uyumlatrmas gerekmektedir. Halen bu uyumlatrma çalmalar Çevre ve Orman Bakanl’nca sürdürülmektedir. Özellikle, AB’nin Büyük Yakma Tesisleri konulu (LCP) direkti Türk mevzuatna göre çok daha sk emisyon limit deerlerini içermesi açsndan sknt yaratabilecek ve de-NOx sistemleri (Türk mevzuat limit deerlerine göre gerekli deildir) de dahil olmak üzere kapsaml çevre yatrmlarnn yaplmas gerekecektir. Bu nedenle, yeni yaplacak olan tesislerde AB çevre mevzuatnn ve emisyon limit deerlerinin dikkate alnmas ileride yaanabilecek sorunlar azaltacaktr. x IGCC teknolojisi ile ilgili olarak, önemli tasarm ve uzun süreli iletme deneyimleri elde edilmi, emre amadelii zaman içinde yükselmitir. Ancak IGCC üniteleri henüz PC üniteleri kadar standartlam durumda deildir. Düük kaliteli ve düük sl deerli kömürler için IGCC ünitelerinin performans konusunda daha fazla veriye ihtiyaç duyulmaktadr. x Petrol konusunda da baml olan, buna karlk yerli kömür kaynaklar olan ülkemizde, kömürün svlatrlmas ve sv yakt üretilmesi teknolojisi ile ilgili olarak, öncelikle pilot tesis kurularak denenmesi ve bilgi birikimi oluturulmas büyük önem tamaktadr. Ülkemizde konu ile ilgili daha çok TK Kurumu öncülüünde, TÜBTAK Enerji Enstitüsü ve çeitli kurulular ve üniversiteler ibirliinde pilot ölçekli yaplan AR-Ge çalmalar henüz balangç aamasndadr. Sermaye youn bir teknoloji olmas nedeniyle önemli ölçüde destee ihtiyac bulunmaktadr. x Bilindii üzere, ülkemiz klim Deiiklii Çerçeve Sözlemesi’ne ve çok 139 yakn bir zamanda da Kyoto Protokolu’na taraf olmutur ve özellikle 2012 sonrasnda baz yükümlülükler almas söz konusu olaca görülmektedir. Temiz kömür teknolojileri elektrik sektöründe kömürün (linyit, takömürü, ithal kömür) kullanlmasndan kaynaklanan CO2 emisyonlarnn azaltlmasna önemli katklar salayacaktr. Santral verimlilii yüksek olan (%40-45) temiz kömür teknolojilerinin uygulanmas ile verimlilii %35 civarnda olan konvansiyonel santrallara göre, üretilen birim elektrik enerjisi bana oluan CO2 miktar dümektedir. Verimliliin %1 daha artrlmas ile CO2 miktarnda %2-2.5 azalma salanabilmektedir. Bu açdan da ülkemizde yüksek verimli teknolojilerin kullanlmas önem kazanmaktadr. x Fosil yakt kullanlmas durumunda, CO2 emisyonlarnn azaltlmasnda gelecekte en önemli katky “karbon tutma ve depolama (KTD)” teknolojisinin salamas beklenmektedir. Ancak, söz konusu teknoloji hala gelitirilme aamasnda olup, çözüme kavuturulmas gereken teknik, mali, yasal, idari birçok sorun vardr. Dünyada, birkaç proje hariç, KTD’nn tüm aamalar ile birlikte tam ölçekli projeler demonstrasyon aamasndadr. Uluslararas boyutta yaplan çalmalar KTD teknolojisinin 2050’li yllarda tam anlamyla yaygnlaabileceini göstermektedir. KTD’nn yaygnlamasndaki en önemli engellerden birisi maliyetlerin çok yüksek olmasdr. Türkiye’de, baz platformlarda, CO2 azaltm için 2012 sonras yükümlülüklerine yönelik önlemler arasnda KTD teknolojisi de dile getirilmektedir. Bu son derece yanltcdr. KTD’nn sorunlar çözümlense bile maliyetlerin dümesi uzun yllar alabilecektir. Dile getirilen bir baka husus da KTD’nn mevcut tesislere uygulanmasdr. Tabii ki bu uygulama yaplabilir ama olas teknik, ziksel güçlüklerin yan sra zaten çok yüksek olan maliyetler daha da yükselecektir. Bu konudaki en kapsaml çalmalardan olan IPCC (Hükümetleraras klim Deiiklii Paneli-Intergovermental Panel on Climate Change) raporunda da KTD’nin ancak yeni santrallara, santral kurulurken yaplmas önerilmektedir. Bu nedenle, KTD teknolojisinin Türkiye için ksa veya orta dönemde bir çözüm olamayaca dikkate alnmal, ancak, bu konudaki çalmalar ve gelimeler de çok sk takip edilmelidir. Dier taraftan, kömüre dayal olarak yeni kurulacak santrallarn ileride karbon tutma teknolojisinin uygulanabilmesine olanak tanyacak ekilde tasarmlanmas da göz önünde tutulabilecek bir alternatiftir. x Eski mevcut santrallar, yllar içinde eskime ve ypranma nedeniyle verimsiz hale gelmektedir. Bu nedenle, yeni santral kurmak yerine eski santrallarn rehabilitasyonu ile kapasite ve üretimin artrlmas en ekonomik çözüm olmaktadr. Santral rehabilitasyonunda, santral ömrü uzatlmakta, verim, 140 emre amadelik, kapasite kullanm faktörü artrlmakta, buna karlk üretilen birim elektrik miktar bana kullanlan kömür miktar, santraln elektrik iç tüketimi, su tüketimi ve kat, sv, gaz atklar azaltlmaktadr. Türkiye’de mevcut eski santrallarda rehabilitasyon yaplmas çok gerekli olmasna ramen, mevcut ihale sistemiyle, mevcut denetim anlayyla, nicelik ve nitelik olarak yetersiz kadrolarla bu çalmalarn tamamlanmas mümkün görülmemektedir. x “Akkan Yatakta Yakma”, “Superkritik” gibi yeni ve gelimi santral teknolojilerinin gerekli olgunlua erimi, ticarilemi ve günümüzde yüksek uygulanabilirlie sahiptir. Ancak, henüz pulverize kömür santrallar kadar standartlamam ve olgunlamam olan, düük kaliteli kömürler için daha fazla veriye ihtiyaç duyulan “Entegre Gazlatrma Kombine Çevrim (IGCC)”, kömürün svlatrlmas teknolojileri ve gelitirilme aamasnda olan “Karbon Tutma ve Depolama (KTD)” teknolojisi uzun vadeli uygulamalar olarak düünülmelidir. Özellikle, KTD teknolojisinin yaygn olarak uygulanmasnn on yllar alaca açkça görülmektedir. x BGD vb. baz çevre teknolojilerinin mevcut eski santrallara retrot olarak uygulanmasnda teknik, ziksel ve mali zorluklarla karlalabilmektedir. Dier taraftan ömrünü tamamlamaya yakn olan bir tesise yeni uzun ömürlü ve maliyeti yüksek bir artma tesisinin kurulmas ekonomik olmamaktadr. Bu nedenle, santraln önce rehabilite edilerek yenilenmesi ve ömrünün uzatlmas, daha sonra retrot artma tesisinin kurulmas daha uygun olacaktr. 141 142 DÜNYA ENERJ KONSEY TÜRK MLL KOMTES Cinnah Cad. No. 67/15 06680 Çankaya/ANKARA Tel : (0312) 442 82 78 (pbx) Fax : (0312) 441 96 10 e-mail: [email protected] web-site: www.dektmk.org.tr ISBN : 978-605-89548-4-7
