Kömür Kurutma
ve Zenginleştirme
Tesisi
Kangal Termik Santralı'nda günlük 22.000 ton kömür tüketimini 7.000 tona indirerek aynı 450 MW elektrik üretimini sürdüren, 134 ülkede patentli Stinga Teknolojisi ile gerçekleştirilecek köklü verimlilik dönüşümü.
Proje Arka Planı ve Sisteme Genel Bakış
17.01.2017 tarihli K.7/3-261 sayılı Kömür Kurutma ve Zenginleştirme Tesisi ihale davetinin tarafımıza ulaşmasının ardından, 31.01.2017 tarihinde Kangal Termik Santrali ziyaret edilmiş; Genel Müdür ve Mekanik Bakım Müdürü M. Türker Dursun ile yerinde görüşme yapılmıştır.
Yerinde incelemede santralde günlük 22.000 ton kömür tüketildiği tespit edilmiştir. Stinga Teknolojisi, %50 ölçeğinde tasarruf sağlayarak 11.000 ton/gün kapasite ile kömürü kurutmakta; %48 nemden %3 nem değerine indirilen kömürden elde edilecek 7.000 ton/gün ile toplamda 457 MW üretilmesi mümkün hale gelmektedir.
1.1 — Sistemin Tarifi
Kangal Termik Santrali brüt 457 MW (2×150 MW + 1×157 MW) kurulu güce sahip 3 üniteden oluşmaktadır. Tam yük çalışmada saatlik kömür tüketimi yaklaşık 900 ton/saat'tir. Projenin öncelikli hedefi kömür kalorifik değerini tasarım değerine yükseltmektir. Bunun yanı sıra ESP ve FGD giriş gaz sıcaklıklarının düşürülmesi ile FGD yatırım ve işletim maliyetlerinin azaltılması öngörülmektedir.
Projenin Kapsamı
Değirmen öncesi kömür kalorifik değerinin tasarım değeri olan 1.100 kCal/kg'a yükseltilmesi, kalorifik değişimlerin azaltılması ve yakın zamanda kullanılması düşünülen maden sahası rezervindeki çok düşük kalorili kömürün zenginleştirilerek elektrik üretiminde kullanılması planlanmaktadır.
Santral Mevcut Performans Sorunları
1.2 — Kalorifik Değer
Mevcut durumda yakılan kömürün alt ısıl değeri ortalama 1.050 kCal/kg olup tasarım değeri olan 1.100 kCal/kg'ın altındadır. KKZ sistemi ile alt ısıl değer tasarım sınırlarına çekilerek ünite emre amadelik ve kapasite kullanım oranları artırılacaktır.
1.3 — Yardımcı Yakıt
Kömür alt ısıl değerinin düşüklüğü ve kalorifik değerdeki büyük değişkenlik, kazanlarda yardımcı yakıt takviyesini zorunlu kılmaktadır. KKZ ile kömür ısıl değerinin homojenize edilmesiyle yardımcı yakıt ihtiyacı minimize edilecektir.
2.3 — ESP Gaz Sıcaklığı
ESP öncesi gaz sıcaklığı 195°C olup tasarım değeri 160°C'nin üzerindedir. Bu aşım toz tutma verimini önemli ölçüde düşürmektedir. KKZ ısıyı gaz kanalından alarak ESP sıcaklığını 160°C'ye düşürecektir.
2.4 — FGD Gaz Sıcaklığı
FGD gaz giriş sıcaklığı mevcut durumda 195°C'dir. KKZ kurulumu ile bu değer 120°C'ye indirilerek FGD yatırım maliyeti ciddi oranda düşürülecektir. Atomize su püskürtme yöntemine gerek kalmayacaktır.
2.5 — Düşük Kalorili Rezervler
Mevcut kömür sahasında yaklaşık 13.837.000 ton, ortalama kalorifik değeri 512 kCal/kg ve üzeri düşük kalorili linyit rezervi bulunmaktadır. 200 ton/saat KKZ ile bu kömürler 1.350 kCal/kg'a yükseltilecek; maden kömürüyle harmanlanarak kazan girişinde ortalama 1.150 kCal/kg elde edilecektir. Böylece hem düşük kaliteli rezerv değerlendirilecek hem de santral daha uzun süre kendi rezerviyle üretim yapabilecektir.
2.6 — Tam Yüke Ulaşamamak
Kalorifik değerin düşüklüğü ve anlık değişkenlikler nedeniyle kazanlar tam yüke ulaşamamaktadır. Santral 450 MW yerine yaklaşık 410 MW üretmektedir (yaklaşık %9 kayıp, 40 MW/saat). KKZ sonrası kömür özelliklerindeki iyileşmeyle kazanlar sürekli tam yükte çalışabilecek; birim elektrik üretim maliyeti düşecektir.
Teknik Detaylar ve Stinga Teknolojisinin Farkı
Santral Teknik Parametreleri
| Parametre | Birim | Ünite 1 | Ünite 2 | Ünite 3 |
|---|---|---|---|---|
| Kapasite | MW | 150 | 150 | 157 |
| Ekonomizer sonrası gaz sıcaklığı | °C | 308 | ||
| ESP öncesi gaz sıcaklığı (mevcut) | °C | 195 | ||
| ESP sonrası gaz sıcaklığı | °C | 195 | ||
| FGD öncesi gaz sıcaklığı (hedef) | °C | 120 | ||
| Gaz debisi | N.m³/h | 1.100.000 | ||
| Linyit nem oranı | % | 48–52 | ||
| Alt ısıl değer aralığı | kCal/kg | 900–1.300 | ||
| Rakım | m | 1.540 | ||
| Ortam sıcaklık aralığı | °C | −25 / +35 | ||
KKZ Teknik Şartname Maddeleri (3.1 – 3.9)
- 3.1Stinga tarafından toplam 200 ton/saat kapasiteli KKZ tesisi Kangal Termik Santralına kurulacaktır.
- 3.2KKZ sisteminde kullanılacak termal ısının tamamı, baca gaz kanallarından ısı eşanjörleri vasıtasıyla alınacaktır. Baca gazı doğrudan KKZ'de kullanılmayacak; yalnızca termal enerjisi değerlendirilecektir. Isı eşanjörlerinin tasarımı ve Stinga ünite kazanlarına entegrasyonu yükleniciye aittir.
- 3.3Ünite gaz kanallarına monte edilen ısı eşanjörleri ile KKZ sistemi arasında ısı alışverişini sağlayan döngü sıvısı devridaim sistemi (borulama, pompa ve tüm sistem) yüklenici Stinga sorumluluğundadır.
- 3.4Gaz kanallarına yerleştirilecek KKZ ısı eşanjörlerinden kaynaklanacak ek basınç kayıpları yüklenici tarafından hesaplanarak Kangal Termik Santraline verilecektir.
- 3.5KKZ'de zenginleştirilecek saatte 200 ton kömür, ana kırıcı sonrasından alınacaktır. Mevcut kırıcı sonrası tane iriliği 0–30 mm'dir. Tane iriliğinin daha da düşürülmesi gerekirse ek kırıcı yükleniciye aittir.
- 3.6Zenginleştirme sonrasında kömür, iki ana konveyöre eşit miktarlarda veya seçime göre herhangi birine dökülecektir. Düşük kalorili ocak kömürü ile zenginleştirilmiş kömür homojen harmanlanacaktır.
- 3.7Ana bantlar her vardiyada 2–2.5 saat arası duruş yapmaktadır. Bu süreçte KKZ'nin kesintisiz çalışabilmesi için KKZ öncesi ve sonrası dengeleme/depolama bunkerleri yüklenici tarafından tasarlanıp monte edilecektir.
- 3.8Uçucu maddelerin kaybolmaması için kurutma sürecinde kömür sıcaklığı 80°C'nin üzerine çıkmayacaktır. Stinga pilot çalışmalarında ise uçucu gazların azalmadığı, aksine nem alımıyla oransal olarak arttığı gözlemlenmiştir (Bkz. EK-2, Tablo 4).
- 3.9KKZ sistemi ve yardımcı sistemlerin tasarım ve montajında Kangal Termik Santralinin coğrafi konumu, rakımı ve ünite çalışma şartları esas alınacaktır.
Şartname hedefi: 200 ton/saat KKZ ile kömürdeki %10 nemi alarak 300 kCal/kg artış sağlamak; 200 ton/saat işlenmiş kömürü kalan 716 ton/saat ile paçallayarak tüm kömürün kalorifik değerini 90–100 kCal/kg artırmak. Stinga Teknolojisi ile bu hedefin çok ötesine geçilerek %45 nem alımı ve 2.250 kCal/kg artış sağlanmaktadır.
Stinga Teknolojisinin Farkı ve Faydaları (Bölüm 4)
- ›Stinga teknolojisi 134 ülkede patentlenmiştir. Mevcut kurutma teknolojileri maksimum %10 nem alabilmekte; her puan nem için yalnızca 30 kCal/kg kalori artışı sağlanabilmektedir.
- ›Stinga oksijensiz ortamda kurutarak genç kömürü karbonlaştırmaktadır; her puan nem alımında 50 kCal/kg kalori artışı elde edilmektedir (konvansiyonel sistemlerin %67 üstü).
- ›Mevcut KKZ teknolojilerinde maksimum nemden sonra kömür bekleme sürecinde nemi geri alabilmektedir. Stinga ile %55 nem seviyesinden %0'a kadar nem indirimi mümkündür.
- ›Bünye nemi %5 olan bir kömürde bu değerin %3'e indirilmesi önerilmektedir. Sıfıra indirildiğinde ortam neminden tekrar %5'e ulaşacaktır. Bu durum TÜBİTAK MAM – Gebze Teknik Üniversitesi çalışmalarıyla raporlanmıştır (EK-1).
- ›Nem değeri bünye neminin altına indirilen kömür, dışarıda suya maruz kalsa bile bünye nem değerini tekrar aşmamaktadır.
- ›Her bir Stinga ünitesi 40 ton/saat nemli kömür giriş kapasitesine sahiptir. Düşük kaliteli linyit daha fazla karbonlaştırılmaktadır.
- ›Bünyedeki %45 nemi almak için döner fırında kurutulan kömürün %3'ü yakılarak ısı enerjisi elde edilmektedir. 900°C baca gazı döner fırına gönderilerek sistem kesintisiz çalışmaktadır.
- ›FGD girişinden alınan ısı, Stinga yakma kazanlarının yakma havası ve döner fırına ek ısı olarak kullanılarak, kurutulan kömürün %3'lük yakıt tüketimi de azaltılmaktadır.
Stinga vs. Konvansiyonel
Stinga'nın Santrale Sağlayacağı Katkılar (5.1–5.6)
5.1 — Kömürün Kalorifik Değerinin Artırılması
Ortalama 1.050 kCal/kg'lık kömürün %48 nemi, bünyedeki nemin %45'i alınarak %3'e düşürülecektir. Oksijensiz ortamda kurutma sayesinde her puan nem alımında 50 kCal/kg artış elde edilmektedir.
Kalori Hesabı: 50 kCal/kg × %45 nem = 2.250 kCal/kg artış
Ocak kömürü: 1.050 kCal/kg + Kurutma artışı: 2.250 kCal/kg = ≈ 3.200–3.300 kCal/kg hedef
Günlük dönüşüm: 22.000.000 kg/gün × 1.050 kCal/kg = 23.100.000.000 kCal/gün ÷ 3.300 kCal/kg = 7.000 ton/gün ile aynı kalori ihtiyacı karşılanmaktadır.
Özetle: mevcut santralde günlük 22.000 ton 1.050 kCal kömür yakılarak 450 MW üretilmektedir. Stinga ile 7.000 ton/gün 3.300 kCal kömürle aynı 450 MW üretilecektir.
7.000 ton/gün kömürü üretmek için ocaktan 12.750 ton/gün çıkarılarak %45 nemi alınacak; günlük kömür tasarrufu 9.250 ton/gün olacaktır.
5.2 — Yardımcı Yakıt Kullanımının Düşürülmesi
Santralın tasarım değeri 1.100 kCal/kg olmakla birlikte yakılan kömürün ortalaması 1.050 kCal/kg'dır. Bu eksikliği kapatmak için yardımcı yakıt takviyesi zorunlu hale gelmektedir. Günlük 22.000.000 kg tüketimde 100 kCal/kg takviye ihtiyacı = 2.200.000.000 kCal/gün ek kalori gerekmektedir. 5.000 kCal/kg ithal kömürle bu ihtiyaç 440 ton/gün ile karşılanabilmektedir.
İthal kömür fiyatı: 110 $/ton | Kangal kömürü eşdeğer maliyeti: 21,6 $/ton
Fark: 88,4 $/ton × 440 ton/gün = 38.896 $/gün × 365 = 14.197.040 $/yıl ek maliyet
Stinga Teknolojisi ile bu yardımcı yakıt ihtiyacı tamamen ortadan kalkmaktadır.
5.3 — ESP Toz Tutma Veriminin Artırılması
ESP öncesi gaz sıcaklığı 195°C'den tasarım değeri olan 160°C'ye indirilmesiyle FGD tesisi girişindeki sıcaklık düşürme için harcanan enerji ve su tasarrufu sağlanacaktır. Stinga Teknolojisi, ESP öncesi gaz sıcaklığından aldığı ısıyı Stinga kazan-fırın yakma havası ve döner kurutucu sisteme ek ısı olarak aktararak hem ESP performansını iyileştirmekte hem de kendi kömür tüketimini azaltmaktadır.
5.4 — FGD Gaz Giriş Sıcaklığının Düşürülmesi
Tasarlanan FGD gaz giriş sıcaklığı 195°C'dir. Stinga KKZ sistemi ile bu değer 150°C'ye düşürülmektedir. Buradan elde edilen ısı enerjisi döner kurutucu fırına aktarılarak Stinga'nın yakmakta olduğu %3'lük kurutulmuş kömür tüketimi azaltılmaktadır. FGD öncesi atık ısı değerlendirilirken gereksiz su ve enerji sarfiyatının önüne geçilmektedir.
5.5 — Düşük Kalorili Linyit Rezervlerinin Kullanılabilmesi
200 ton/saat KKZ tesisiyle mevcut 1.050 kCal/kg kömürden %10 nem alınarak 1.350 kCal/kg'a ulaşılması hedeflenmektedir. 22.000 ton/günlük tüketim içinde 4.800 ton/gün kömür kurutularak 1.350 kCal/kg'a çıkarılacak; kalan 716 ton/saat 1.050 kCal/kg ocak kömürüyle paçallanarak kazan girişinde ortalama 1.100 kCal/kg (tasarım değeri) elde edilecektir. Bu sayede düşük kaliteli linyit rezervi de sisteme dahil edilerek santralin daha uzun süre kendi rezerviyle üretim yapması mümkün olacaktır.
5.6 — Ünitelerin Tam Yüke Ulaşması ve Avantajlar
Mevcut durumda santral 450 MW yerine yaklaşık 410 MW üretmektedir (%9 kayıp, 40 MW/saat eksik). Bu durum birim elektrik üretim maliyetini de artırmaktadır. Stinga ile kalorifik değer 1.050 kCal/kg'dan 3.200–3.300 kCal/kg'a çıkacağından kritik alt kalorifik değerin çok üzerinde olunacak; santral sürekli maksimum 450 MW'da çalışabilecek, üretim kesintileri ve duruşlar yaşanmayacaktır.
Stinga Teknolojisinin Sağlayacağı 8 Avantaj
Yakma Havası Tasarrufu — %3,5 Kömür Tasarrufu
22.000 ton kömür yakmak için: 22.000.000 kg × 5 m³ = 110.000.000 m³/gün hava. Stinga ile 7.000 ton için: 7.000.000 × 5 m³ = 35.000.000 m³/gün. 75.000.000 m³ tasarruf sayesinde %3,5 daha az kömür kullanılır.
Kazan İçi Nem Buharlaştırma Tasarrufu — %4,5 Kömür Tasarrufu
Mevcut 22.000 ton kömürün %48 nemi nedeniyle alınan su miktarı 405 ton/gün; kazanda bu su 323.635.200 kCal/kg harcanarak buharlaştırılmaktadır. Stinga ile %45 nem alınarak kalan %3 nem yalnızca 8.750 kg olarak kazanda buharlaşacaktır. %4,5 kömür tasarrufu sağlanmaktadır.
Sıcak Kömür Verim Artışı — %9,44 İlave Verim
Her 25°C sıcak kömür %2 verim artışı sağlamaktadır. Stinga 135°C'de kurutmakta; buna bağlı olarak %9,44 ilave verim artışı ya da eşdeğer miktarda daha az kömür kullanımı öngörülmektedir. Şartnamede kömür sıcaklığının 80°C'yi geçmemesi istenmiş; ancak Stinga'nın tüm pilot ve endüstriyel çalışmalarında uçucu gazların azalmadığı, aksine nem alımıyla arttığı görülmüştür (EK-2).
İç Elektrik Tüketiminin Azalması — Ek 29,25 MW Satışa Hazır
22.000 ton yerine 4.900 ton kömür yakıldığında sistem yükü azalmakta, iç elektrik tüketimi %13'ten %6,5'e inmektedir. Bu sayede 29,25 MW ek elektrik satışa sunulabilmektedir.
Kül Miktarının Azalması
22.000 ton kömür %25 kül içermektedir → 5.500 ton/gün kül. Bu külün taşınması ve stoklanması ciddi maliyet oluşturmaktadır. Bu da önemli bir tasarruf kalemidir.
Kül Transfer ve Stoklama Maliyetinin Düşmesi
4.900 ton kurutulmuş kömür yakıldığında kül oranı %35 olmasına karşın bu yalnızca 1.715 ton/gün'e karşılık gelmektedir. Kül transfer ve stoklama maliyeti ciddi oranda azalacaktır.
Emisyon Değerlerinin Düşürülmesi
22.000 ton için 110.000.000 m³ hava kullanılırken 4.900 ton kömür için yalnızca 24.500.000 m³ hava gereklidir. Emisyon değerleri bu oranla doğru orantılı düşecektir. Ayrıca Tablo 1'de 7.000 ton/gün için 35.000.000 m³ hava kullanılırken, ek tasarruflarla 4.900 ton/gün kömür yakımında %1 daha az kömür kullanılmaktadır.
Toplam Kömür Tasarrufu ve Rezerv Uzatımı
Tüm avantajlarla birlikte, 4.900 ton/gün %3 nemli kömür elde etmek için ocaktan yalnızca 8.800 ton/gün kömür çıkarılması yeterlidir.
Stinga Teknolojisi ile Ulaşılacak Toplam Tasarruf Tablosu
Tablo 2 — Gelişmiş Senaryo: 4.900 Ton/Gün ile Çalışma
Tablo 3 — Kömürden Elde Edilecek Tasarruf Tablosu
| Tasarruf Kalemi | % | Ton/Gün | Ton/Yıl | $/Gün | $/Yıl |
|---|---|---|---|---|---|
| 5.2 — Yardımcı Yakıt Kullanımının Düşürülmesi | — | 440 | 160.600 | 38.896 | 14.197.040 |
| Avantaj 1 — Yakma Havası Azalımı | %3,50 | 770 | 281.050 | 3.245 | 1.183.368 |
| Avantaj 2 — Kazan Nem Buharlaşması | %4,50 | 990 | 361.350 | 4.089 | 1.492.474 |
| Avantaj 3 — Sıcak Kömür Verim Artışı | %9,44 | 2.076 | 757.769 | 8.741 | 3.190.607 |
| Avantaj 7 — Emisyon Azalımı (Ek Kömür) | %1,00 | 228 | 83.220 | 960 | 350.400 |
| Avantaj 8 — Toplam Kömür Tasarrufu | %60 | 13.200 | 4.818.000 | 55.579 | 20.286.316 |
| GENEL TOPLAM | 111.511 $ | 40.729.205 $ | |||
Tablo 4 — Enerji Tasarruf Tablosu
| Tasarruf Kalemi | % | kW/Gün | kW/Yıl | $/Gün | $/Yıl |
|---|---|---|---|---|---|
| 5.6 — Ünitelerin Tam Yüke Ulaşması | %9 | 960.000 | 350.400.000 | 72.000 | 26.280.000 |
| Avantaj 4 — İç Elektrik Tüketimi Azalımı | %6,5 | 702.000 | 256.230.000 | 52.650 | 19.217.250 |
| ENERJİ TOPLAMI | 124.650 $ | 45.497.250 $ | |||
Stinga Teknolojisi ile kurutulmuş 3.300 kCal/kg kömür ile paçallanacak 1.050 kCal/kg Kangal bölgesi ocak kömürü birlikte kullanıldığında Kangal Termik Santralı daha verimli ve yüksek üretim değerleriyle kesintisiz ve problemsiz çalışabilecektir. Mevcut düşük kalorili yüksek nemli linyit kullanan termik santrallarda bu tür bir uygulama henüz bulunmamaktadır; Stinga pilot ve endüstriyel uygulamalarıyla bu başarıya ulaşılmıştır.
3.300 kCal/kg Hedefine İlişkin Endişelere Yanıtlar
Bölüm 1 — Kömür Değirmeninin Stinga Teknolojisine Adaptasyonu
a) Kömür Besleme Kontrolü
Kurutulmuş kömürün kazana beslenmesinin kontrolü, kazan sıcaklık sensöründen (800–850°C) veri alınarak sağlanacaktır. Mevcut yazılım yoksa Stinga Teknolojisinin yazılımı eklenerek kömür besleme kontrolü gerçekleştirilecektir.
b) Değirmenlerde Tadilat Yok
Mevcut kömür değirmenlerinde herhangi bir tadilat yapılmayacaktır. 5 değirmen 300 ton/saat yerine 68 ton/saat ile çalışacağından enerji yükü %75 azalacaktır. Proje çalışmasıyla 5 değirmenden 2'si aktif bırakılarak 24 merkezden püskürtme sürdürülecek; 3 değirmen devre dışı bırakılacaktır.
c) Yanma Odası Hacmi Endişesi
Kazan yanma hacmi 300 ton/saat kapasiteye ve %48 nem içeren kömüre göre tasarlanmıştır. Bu nem yanma odasında buhara dönüşerek hacmi doldurmaktadır. 3.300 kCal/kg 135°C'deki kurutulmuş kömür, kazana püskürtüldüğünde nem buharı yerine alev topuna dönüşerek tüm hacmi dolduracak; ısı transferi verimliliği artacaktır.
d) ESP Yük Azalması
68 ton/saat beslemeye geçilmesiyle ESP'nin yükü %75 azalacaktır. %75 daha az partikül serpantinlerden geçeceğinden ekipman ömrü uzayacak, daha uzun süre temizleme yapılmaksızın ısı transferi sağlanacaktır. Filtre temizleme süresi de bu oranla uzayacaktır.
Bölüm 2 — Yakma Havasının Kontrolü
Kazan 1.100 kCal/kg kömüre göre tasarlanmıştır. Kömürün kalorisi 3.300 kCal/kg'a çıkmasıyla her bir kazanın %75 daha az taze yakma havasına ihtiyacı olacaktır. Çözüm; mevcut fanın hava debi sensörü ve oksijen sensöründen veri alınarak havanın kısılması suretiyle yakma havası kontrolünün sağlanmasıdır. Mevcut sistemdeki fan korunarak sadece kontrol yazılımı güncellenmektedir.
Kömür Rezerv Ömrü: 20 Yıldan 50 Yıla
Referans Dokümanlar ve Ekler
EK-1 — TÜBİTAK MAM
Gebze Teknik Üniversitesi Nano Enerji Raporu: Nem değeri bünye neminin altına indirilen kömürün tekrar nem almadığını ve suya maruz kalsa bile bünye nem değerini aşmadığını teyit eden bilimsel çalışma.
EK-2 — TKİ Seyit Ömer
Döner fırında kurutulan kömüre ait analiz sonuçlarını içeren uygulama raporu (Tablo 4). Kurutma sırasında uçucu gazların azalmadığını, aksine nem alımıyla oransal olarak arttığını göstermektedir.
EK-3 — Patent ABD
Stinga Teknoloji Patent — Amerika Birleşik Devletleri. Toplamda 134 ülkede tescil edilmiş olan Stinga Kömür Kurutma ve Zenginleştirme Teknolojisinin ABD patent belgesi.
EK-4 — Patent Rusya
Stinga Teknoloji Patent — Rusya Federasyonu. İstendiği takdirde toplam 134 ülkenin tüm patent belgeleri temin edilebilmektedir.