Oxycombustion of biomass and coal in a laboratory scale fluidised bed system

ÖZETBİYOKÜTLE VE KÖMÜRÜN LABORATUAR ÖLÇEKLİ SİSTEMDE OKSİJENLE ZENGİNLEŞTİRİLMİŞ HAVAYLA YAKILMASI Oksijenle yakma işlemi, NOx oluşumunu ve CO2 yakalamayı göz önünde bulundurarak güç üretimi yapan, en önemli seçeneklerden birisidir. Oksijenle yakma işleminde, havayla yakmaya göre daha az N2 kullanılmakta veya hiç kullanılmamaktadır. Bununla birlikte, yakma ortamında daha az N2 bulunduğu için, egzoz gazının miktarı önemli ölçüde azalmaktadır ve bunun sonucunda egzoz gazları ile taşınan atık ısı değeri düşmektedir. Oluşan egzoz gazının CO2 konsantrasyonu daha fazla olmakta ve bundan dolayı CO2 yakalama işlemi daha az maliyetle gerçekleştirilebilmektedir. Bu çalışmada, akışkan yataklı yakma sisteminde, biokütle ve kömürün oksijenle zenginleştirilmiş havayla yanması incelenmiştir. Laboratuar ölçekli akışkan yataklı yakma reaktörü tasarlanıp ve imal edilmiştir. Oksijenle zenginleştirilmiş hava ile yanma deneyleri yapılmıştır. Biokütle ve kömürün oksijenle zenginleştirilmiş havayla yanma davranışları incelenmiştir. Oksijen/hava oranının sıcaklık dağılımına etkisi incelenmiştir. Ürün gazı analiz edilmiştir. Deney sonuçlarına göre, CO emisyon değeri, oksijen konsantrasyonu artışı ile hızla düşmektedir. Oksijen konsantrasyonunun %21’den, %40, %60, %80 değerlerine yükselmesiyle, sırasıyla, %75, %10, %2 oranında azalma görülmüştür. Bu değerler biokütle ve kömür için yaklaşık aynıdır. SO2 emisyon değeri %21’den %40’a artış için yaklaşık sabit kalmıştır. Oksijen miktarının %40’ tan %60’ a yükselmesiyle SO2 emisyon değeri %20 artmıştır. Oksijen miktarının %60’tan %80’ e yükselmesiyle SO2 emisyon değeri %37 artmıştır. Bu değerler sadece kömürün yanması için geçerlidir. Prinanın kükürt değeri çok düşük olduğundan dolayı emisyon değerindeki değişim net olarak görülememiştir.NOx emisyon değeri, oksijen konsantrasyonunun artışı ile artmaktadır. Oksijen miktarının %21’den %40 değerine yükselmesiyle emisyon değeri %36 artmıştır. Oksijen miktarının %60 değerine yükselmesiyle emisyon değeri %20 artmıştır. Oksijen miktarının %80 değerine yükselmesiyle emisyon değerinde bir değişim gözlenmemiştir.Oksijen konsantrasyonu aynı zamanda reaktör boyunca sıcaklık dağılımını etkilemektedir. Kömürün yanması sırasında, en yüksek sıcaklık değerinin yeri değişmemektedir, ama en yüksek sıcaklık ile en düşük sıcaklık arasındaki fark azalmıştır. Havayla yakma işleminde sıcaklık farkı 160 C iken %80 oksijenle zenginleştirilmiş havayla yakılması sırasında 110 C olmaktadır.Prinanın yakılması sırasında en yüksek sıcaklığın yeri, oksijen konsantrasyonu artışı ile belirli şekilde aşağıya kaymaktadır. En yüksek sıcaklık ile en düşük sıcaklık arasındaki fark, oksijen konsantrasyonunun %21’ den %80’ e artışı ile, 78 oC den 104 oC ye artmaktadır. ABSTRACTOXYCOMBUSTION OF BIOMASS AND COAL IN A LABORATORY SCALE FLUIDISED BED SYSTEMOxycombustion is combustion with pure oxygen or oxygen enriched air. Because of less N2 usage the volume of the exhaust gases is reduced significantly resulting in lower amounts of sensible heat loss. Moreover, exhaust gases are enriched with CO2. Consequently, CO2 can be captured and sequestered with relatively low cost. In this study, biomass and coal were examined for oxycombustion in a laboratory scale fluidized combustion reactor. A laboratory scale fluidized bed combustion reactor was designed and constructed. Experiments were performed with oxygen enriched air. The combustion behavior of biomass and coal with oxygen enriched air was investigated. The effect of oxygen/air ratio on the temperature distribution was examined. The product gases were analyzed. The emission levels of CO, SO2, NOx, were measured. The affect of oxygen concentration in the combustion medium, on the emission levels was investigated.According to experimental results, CO level is rapidly decreasing with the increase of oxygen concentration. From 21% to 40% oxygen concentration, CO level is decreased by 75 %. From 40% to 60 % oxygen concentration, CO concentration goes on to decrease by 10 % more. From 60 % to 80 %, CO concentration decreased by just 2%. These results are almost same for both coal and biomass. SO2 emission levels are almost same with the increase of oxygen concentration from the 21 % to 40 %. From 40 % to 60 % increase of oxygen concentration, SO2 emission level increase by, 20 %. From 60 % to 80 % increase of oxygen concentration, SO2 emission level is increased by, 37 % more. These values are valid for coal only. Because of the very low content of the sulfur in the olive cake, the emission level is not changed so much in the olive cake combustion process. NOx emission levels are increased rapidly with the increase of oxygen concentration from 21% to 40 %. NOx emission level is increased by 36 % with the increase of oxygen concentration from 21 % to 40 %. From 40 % to 60 % increase of oxygen concentration, NOx emission level is increased by 20 % more. From 60 % to 80 % increase of oxygen, NOx emission level is almost constant. Oxygen concentration also affects the temperature distribution along the combustor. For coal combustion, with the increase of oxygen concentration, the position of the peak value of temperature is not changed, however the difference between the highest temperature and the lowest temperature is decreasing, or temperature distribution becomes more homogenous. The difference is 160 oC when combustion medium is air; however it is 110 oC when combustion medium contains 80 % oxygen content. During the combustion of olive cake, the peak value of temperature is apparently slide downward with the increase of the oxygen content of the combustion medium. However, the temperature distribution homogeneity is negatively affected with the oxygen concentration increase but not much. The difference is increased from 78 oC to 104 oC with the increase of oxygen concentration in the combustion medium from 21% to 80 %