Kavrulmuş biyokütle-linyit kömürü karışımlarının birlikte yanma davranışı ve kinetiğinin incelenmesi

Abstract

Son yıllarda yakma sistemlerinde biyokütle-kömür karışımlarının birlikte kullanımı üzerine çalışmalar yaygınlaşmıştır. Bununla birlikte biyokütle ve kömürün birlikte yakılmasında biyokütle öğütme performansının düşük olması, düşük enerji içeriği nedeniyle yakma fırınlarında kararsız alev oluşumu, yakma fırınlarına beslemede karşılaşılan zorluklar gibi aşılamamış sorunlar vardır. Bu sorunlar biyokütlenin kavrulması ile azaltılabilir ve biyokütlenin yakıt özellikleri geliştirilebilir. Bu çalışmada, biyokütle olarak tarımsal bir atık olan Antep fıstığı kabuğu kullanılmış ve farklı azot atmosferi altında farklı kavurma koşullarında (sıcaklık, alıkonma süresi ve gaz akış hızı) kavrulmuş örnekler elde edilmiştir. Elde edilen kavrulmuş örnekler elemental analiz, kalorimetre bombası, FTIR spektoroskopisi yöntemleri kullanılarak karakterize edilmiş ve Antep fıstığı kabuğunun kavrulmasına sıcaklık (200, 250, 300˚C), alıkonma süresi (30, 60, 90 dk), gaz akış hızı (25, 50, 100 mL/dk) gibi kavurma parametrelerinin etkisi incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar artan kavurma sıcaklığı ve artan kavurma süresi ile örneklerin hidrojen ve oksijen içeriğinin azaldığını fakat karbon içeriğinin arttığını göstermiştir. Ayrıca kavurma şiddetinin artmasıyla üst ısıl değer genellikle artarken kütle ve enerji verimi azalmıştır. Optimum enerji verimi, 200˚C sıcaklık ve 25 mL/dk gaz akış hızı altında 30 dakika boyunca kavrulan örnekten elde edilmiştir. Bu örnek ile linyit kömürü farklı oranlarda karıştırılmış ve birlikte yanma sırasındaki termal davranışları ve yanma kinetiği incelenmiştir. Kinetik çalışmalar için TGA verilerine Dağılımlı Aktivasyon Enerjisi Modeli (DAEM) uygulanmış ve birlikte yanma reaksiyonuna ait kinetik parametreler hesaplanmıştır.

In recent years, studies about the usage of biomass-coal blends at combustion systems have become widespread. However, co-combustion of biomass-lignite coal blends have some persisting problems, such as low biomass grinding performance, unstable flame formation in combustion furnaces due to ıts low energy content, difficulties in feeding to combustion furnaces. These challenges can be minimized by torrefaction of biomass and the fuel properties of the biomass can be improved. In this study, pistachio shell that is an agricultural waste was used as biomass resource and torrefied samples were obtained in different torrefaction conditions (temperature, residence time and gas flow rate) under an inert nitrogen atmosphere. The torrefied samples were characterized by using conventional proximate and ultimate analyses, oxygen bomb calorimeter, FTIR spectroscopy and the effects of different torrefaction parameters such as temperature (200, 250, 300˚C), residence time (30, 60, 90 min) and gas flow rate (25, 50, 100 mL/min) were investigated in torrefaction of pistachio shells. The results showed that with an increase of torrefaction temperature and residence time, the hydrogen and oxygen content of torrefied products decreased while the carbon content increased. The energy and mass yield were also found to decrease with an increase of the severity of torrefaction, whereas the higher heating value increased. The optimum energy yield was obtained with torrefaction of sample during 30 min at 200˚C and 25 mL/min gas flow rate. Therefore, lignite coal was blended with this sample at different blending ratios and thermal behavior and combustion kinetics during co-combustion were investigated. The Distributed Activation Energy Model (DAEM) was applied on TGA data for kinetics studies and were determined the kinetic parameters belong to co-combustion reaction.