Design and operation of a laboratory scale fluidized bed gasification system - Kayahan, Ufuk (My University, 2008)
LABORATUVAR ÖLÇEKLİ AKIŞKAN YATAK GAZLAŞTIRMA SİSTEMİNİN TASARIMI VE ÇALIŞTIRILMASI Türkiye ihtiyacı olan elektriğin %70’ini ithal etmektedir. Bu nedenle ülkemizin kendi kaynakları olan biokütle ve kömürün enerji üretiminde kullanımının artırılması çok önemlidir. Ancak Türk linyitlerinin nem, kükürt ve kül miktarları yüksek olduğundan kalitesi çok düşüktür. Linyitlerin %66.3’ü 1000-2000 kcal/ kg arasında ısıl değere sahiptir. Biokütlenin ise kükürt ve kül miktarları daha düşüktür. Gazlaştırma karbon içerikli malzemelerin yanabilir gazlara dönüştüğü termal bir çevirim yöntemidir. Gazlaştırma teknolojisi temiz ve verimli bir enerji üretim teknolojisidir. Biokütle veya kömür bir besleyici yardımıyla gazlaştırıcı reaktöre beslenir. Aynı zamanda hesaplanan kadar hava da sisteme gönderilir. Reaksiyonlar yüksek sıcaklıklarda gerçekleşir (800-900oC). Beslenen havanın hesaplanan sitokiometrik havaya oranı hava fazlalık katsayısı olarak adlandırılır ve genellikle 0,2 ile 0,4 arasında değişir. Hava fazlalık katsayısı gazlaştırma için önemli bir parametredir. Diğer önemli bir parametre ise çalışma sıcaklığıdır. Akışkan yatak teknolojisi akışkanlaşma prensibini kullanır. Buna göre 1-2mm büyüklüğünde yakıtlar reaktörün içine gönderilir. Reaktörün yatağında 100-600 micron büyüklüğünde parçacıklar bulunmaktadır. Bu parçacıkların içinden yukarı doğur hava geçirilir. Bu hava reaktörün altından girer ve bir dağıtıcı plaka yardımıyla düzgün bir şekilde dağıtılır. Kumların arasından geçen hava belirli bir değere ulaştığında kumlar hava asılı kalmaya başlar. Bu akışkanlaşma olarak adlandırılır. İçeride oluşan türbulant ortam yakıtlar ve sıcak parçacıklar arasında güzel bir karışım oluşturur bu da yüksek ısı transfer katsayıları elde etmemizi sağlar. Bu tez kapsamında bir soğuk akışkan yatak modeli ile bir kabarcıklı akışkan yatak gazlaştırıcı tasarlanmış ve imal edilmiştir. Tasarım adımları ayrıntılı olarak anlatılmıştır. Soğuk modelde 282 mikron çapındaki silika kumun minimum akışkanlaşma hızı deneysel olarak bulunmuştur. Kabarcıklı akışkan yatak gazlaştırıcıda Orhaneli kömürü ve pirina ile deneyler yapılmıştır. Bu deneylerde gazlaştırma parametreleri olan sıcaklık ve hava fazlalık katsayısı değiştirilerek yüksek ısıl değerlikli gaz ürün elde edilmeye çalışılmıştır. Deneyler sonucunda Orhaneli kömürü için en iyi gazlaştırma koşullarının 850oC sıcaklık ve 0,35 hava fazlalık katsayında; Prina için en iyi koşulların ise 850oC ve 0,30 hava fazlalık katsayısında sağlandığı görülmüştür. Gazlaştırma, Akışkan yatak, Hava fazlalık katsayısı Sıcaklık.

DESIGN AND OPERATION OF A LABORATORY SCALE FLUIDISED BED GASIFICATION SYSTEM Turkey is importing 70% of its energy. It is very important for Turkey to increase the usage of the produced biomass and coal in terms of clean energy production. Turkish coals are generally characterized by their high moisture, sulfur and ash content. %66.3 of Turkish coals have between 1000-2000 Kcal/ kg calorific value. In contrast biomass resources in general have much lower sulfur and ash contents. Gasification is the thermal conversion of the carbonaceous materials to combustible gas. The technology enables the production of synthetic gas from low value carbon-based feedstock such as coal, and biomass. The biomass or coal is fed to a reactor by a feeder. The calculated amount of air is also introduced to the reactor. Reactions occur at high temperatures. The ratio of the feeding air to the stiociometric air is called Equivalence ratio which generally differs between 0,2-0,4. ER is very important operation parameter. Another important operation parameter for gasification is temperature which is usually between 800-900C for fluidized bed gasifiers. Fluidized Bed technology utilizes the fluidization principle in which crushed (1 –3 mm size) fuel is injected into the reactor. Air enters to the bottom of the reactor through air distribution nozzles where fine particles (100-600 micron) are placed. When air velocity reached a certain value particles are suspended in the bed this is called fluidization. Turbulent ambient inside the reactor results great mixing of hot particles and fuel, enabling high heat transfer. Within the scope of this thesis cold fluidized bed model and bubbling fluidized bed gasifier were designed and built. All design steps were explained in detail. Minimum fluidization velocity was found experimentally for 282 micron silica sand with cold model. Olive cake and Orhaneli coal were gasified with bubbling fluidized bed gasifier. Gasification parameters Temperature and Equivalence ratio were tried to optimize to get high calorific value gas. The results show that the highest calorific value is achieved at 850oC 0,3 ER for Olive Cake and at 850oC 0,35 ER for Orhaneli coal Key words. Gasification, Fluidized Bed, Equivalence Ratio, Temperature,
Keywords: Akışkan Yatak; Gazlaştırma; Makine Mühendisliği