YANMA OLAYININ ÇEVRE ORTAMINA ETKİLERİNİN İNCELENMESİ Mustafa KAVAKLI, İsmail ÖZBAY Kocaeli Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Veziroğlu Yerleşkesi, P.K. 41040, İzmit / Kocaeli. E-mail: muskav@kou.edu.tr, Tel-Faks: (262) 335 48 72 ÖZET Bu bildiride, ülkemizin özel sektör yatırımcısı tarafından komşumuz Balkan ülkesinde yapılan ve işletilen sunta üretim tesisinde; yakıt olarak kullanılan zımpara tozu, odun talaşı ve mazot karışımlarının yanma sonucu oluşan emisyonların incelenmesi amaçlanmıştır. Sunulan bu bildiride yanmadan kaynaklanan olumlu ve olumsuz emisyonlar irdelenmektedir. Yanmanın esasıyla ilgili genel bilgilendirme, İncelenen tesiste; tam ve eksik yanma nedeniyle oluşan emisyonlarla ilgili çalışmalar, Bu emisyon çalışmalarından elde edilen çok sayıda deneysel bulguların, ilgili ülkenin yürürlükteki hava kirliliği kontrolü yönetmeliğindeki sektör esasına göre sınır değerlerle karşılaştırmalı değerlendirilmesi, Yanmanın hangi şartlarda oluştuğunu izleyip, kayıpların en azda, yanma verimini en üst seviyede tutabilmek için yanmanın kontrol edilmesi, hava kirliliği ve yakıt tasarrufu açısından önemini ve eksik yanma nedeniyle oluşan olumsuzlukların giderilmelerine yönelik getirilen çözüm yaklaşımlarını ilgililerin bilgisine sunmaktır. Anahtar Kelimeler : Tam ve Eksik Yanma, Yanma Gazları, Emisyon. INVESTIGATING THE EFFECTING OF COMBUSTION ON ENVIRONMENT ABSTRACT In this paper, the aim is to investigate the emissions that result from combustion of mixtures of emery powder, wood shavings and fuel oil that are used as fuel in the fiberboard production establishment that has been founded and run by private sector investors of our country in a Balkan country that is our neighborhood. In the presented paper, possitive and negative emissions that result from combustion are evaluated. To give general information regarding the essence of combustion, 159
In the examined establishment, the studies regarding the emissions resulted from complete and incomplete combustion, Comparison of many experimental results that are obtained from these emissions studies with limit values according to the sectoral base in the current air pollution regulation of the relevant country and their evaluation, To observe the conditions in which combustion accurs, to control combustion process in order to keep looses at a minimum and keep combustion performance at a maximum, to inform relevant parties about its importance with regard to air pollution and economization of fuel and the solution approaches brought in order to remove negative aspects that are emerged due to imperfect combustion. Key Words : Complete and Incomplete Combustion, Combustion Gases, Emission. 1. GİRİŞ Her geçen gün artan çevre sorunlarının ilk sıralarında bulunan hava kirliliği, geleceğin dünyasını çok ciddi bir şekilde tehdit etmekte ve ekolojik tehlikelere neden olmaktadır. Dünya nüfusunun hızla artmasına paralel olarak artan enerji kullanımı, sanayileşmenin gelişimi-genişlemesi ve şehirleşmenin neden olduğu hava kirliliği insan sağlığı, flora ve fauna üzerinde olumsuz etkiler yapmaktadır. Yakma tesislerinde katı, sıvı ve gaz yakıtların yakılması sonucu oluşan yanma gazları, tesis bacalarından atmosfere atılmaktadır. Yanma, yakıtı oluşturan yanıcı maddelerin havadan sağlanan oksijen ile hızla oksidasyon sonucu ısı ve sıcak yanma ürünlerinin oluştuğu kimyasal reaksiyonlardır. Yanmanın; sıcaklık (tutuşma süreci), türbülans (karışım oluşturma süreci) ve zaman (yanmanın tamamlanması süreci) olarak bilinen üç temel şartının sağlanması gerekmektedir. Bu üç süreç eş zamanlı, karşılıklı etkileşim ve çok karmaşık oluşum mekanizmalarıyla gerçekleşmektedir. Yanma olayının çevre kirliliği ile ilişkilendirilmesi en iyi şekilde aşağıda sunulan Şekil 1 den de görülebilir. 160
Yakma Tesisleri Evsel Isınma Sanayi Kazanı Termik Santral Yakıtlar Fuel-oil Gaz Kömür Odun Biyokütle Yakıt + Yakma Havası Atıklar Tam Yanma Ürünleri CO 2, H 2 O Eksik Yanma Ürünleri; İs, CO, VOC, PAH, HC Yanma Ürünleri NO x Şekil 1. Yanma İle Kirliliğin Bileşenleri Safsızlık Ürün. SO x,h 2 S, NO x, PM Yukarıda Şekil 1 den de izlenebileceği gibi yanma atıkları olarak; tam yanma, eksik yanma, yanma ve safsızlık ürünlerinin emisyonları oluşmaktadır. Özellikle hava kirliliği açısından eksik yanma ürünleri kısmı ile ilgili olması nedeniyle yanmanın esası, tam ve eksik yanma ve kontrolü hakkında kısa özetli açıklayıcı bilgiler verilmesinin isabetli olacağını düşündük. Yanmanın Esası Yanma, yakıtı oluşturan yanıcı maddelerin (C,H 2,C m H n ) havanın oksijeni ile kimyasal birleşimi olarak tanımlanabilir. Bu esnada alev ve ısı oluşmaktadır. Yakıtın yanıcı bileşenlerini tamamen yanarak ısıya dönüştüğü bu olay tam yanma olarak tanımlanır. Tam yanma sonucu yakıt bileşimindeki karbon tamamen karbondioksite dönüşür yanma sonucunda CO oluşuyorsa, yanmanın eksik olduğunun göstergesidir. Bu yanma eksik yanma olarak tanımlanmaktadır. Yakıt Ürünleri Yanmanın yan ürünleri arasında, atık gaz içerisindeki toplam azotdioksitlerin (NO x ) yakıt kompozisyonundaki azota bağlı olmayan kısmı en önemlisidir. Yakıt safsızlıkları ürünleri kapsamında bulunan azotun yanma sonrasında oluşturduğu azot oksitler ile bu yan ürün niteliğindeki azot oksitler birlikte atmosfere atılmaktadırlar. Yakıt Safsızlıkları 161
Yakıt içerisinde kalmış olan aminoasit kalıntıları organik yapıya girmiş olan N 2 ve S elementlerini içermektedir. Yakıt içeriğindeki organik-n; amin (R- NH 2 ), amid (R-CO-NH 2 ), nitro (C 6 H 5 -NO 2 ), piridin (C 6 H 5 ) bileşikleri şeklinde bulunabilmektedir. Yakıt cinsine bağlı olarak NO x oluşumları da gözlenmektedir. Yakıt safsızlıkları arasında bir diğer önemli madde olan kükürt veya organik bağlı kükürt olarak yakıtta mevcudiyeti nedeniyle, karbon gibi oksitlenmekte ve enerji vermektedir. S + O 2 SO 2 + enerji Bu reaksiyonla oluşan ve bacalardan atmosfere atılan SO 2 gazı, doğal kükürt, çevrimine girmekte ise de, çok az bir kısmı özümlenebilmekte, en büyük kısmı şiddetli asit reaksiyonu yapan sülfürik asit gibi maddelere ve en sonunda da sülfatlara dönüşerek uzun süre havada etkili olabilmektedir. Asit yağışı ile veya katı partiküller içerisinde yaş ve kuru sülfat çökelmesi şeklinde toprak üzerine düşen sülfatlar, hem doğrudan asit etkileriyle, hem de hidrolojik çevrime girmeleri nedeniyle tatlı su kaynaklarına ve toprak tabakalarına olumsuz etki yapabilmektedir. 2. Eksik Yanma ve Çevreye Olumsuz Etkileri Yanmanın tam yanma ürünü CO 2 ve organik madde içerisinde çok bulunan hidrojenin oksitlenme ürünü olan su buharı ile sonuçlanması için; Yakıt ve ideal miktardaki yanma havasının tam karışması, Yanma odasında sıcaklıklar yanmayı başlatacak kadar yüksek olması, ani soğumalar ve soğuk bölgeler bulunmaması, Yanma odasında gazlar yeterince uzun süre beklemesidir. Aksi halde, eksik yanma nedeniyle oluşmaya başlayan zararlı kirletici parametrelerin açıklamaları aşağıda verilmiştir. Karbonmonoksit, C n H m formülüyle gösterebileceğimiz yanmamış hidrokarbonlar. Bunlar kısaca uçucu organik maddeler olan VOC ler grubundadır (benzentoluen-ksilen kısaca BTX grubu bunlar arasında en iyi tanınanlarıdır), Kısmen oksitlenmiş hidrokarbonlar; (örneğin uçucu asitler, aldehitler vb., bunlarda VOC sınıflarındadır), Eksik yanma ürünü hidrokarbonlardan meydana gelen is niteliğindeki iri halka yapısındaki organik maddelerdir (naftalin, benzo-pirenler, antrasen grupları vb. PAH niteliğindeki maddeler). Eksik yanma sonucunda karışım halinde çıkan tüm bu kirletici parametrelerin mevcudiyeti ve miktarları yakma sisteminin ve yakıtın niteliklerine ve yanma koşullarına bağlıdır [5]. 162
3. Yanma Kontrolü Yanma kontrolünün amacı, yanma gazlarının ölçülmesiyle, yanmanın optimum seviyede tutulmasını sağlanmaktır. Yanmanın optimum noktası, karbonun tam olarak yanmasına yeterli oksijenin (yanma havası) verildiği ve tam yanmanın gerçekleştiği yanma olayıdır. Bu durumda karbondioksit hacimsel oranı maksimum değerdedir. Yakma havasının yetersizliğinde, karbonun bir kısmı CO şeklinde yandığı için, yakma havasının fazla geldiği alanda ise yanma gazları içinde yanma olayına karışmayan oksijen bulunduğundan, CO 2 hacimsel oranı azalmaktadır. Diğer bir değişle yanma kontrolü için önemli olan CO 2, CO ve O 2 nin yanma gazlarındaki hacimsel oranı, hava fazlalık katsayısına (n) bağlıdır. HFK, gerçek hava miktarının teorik hava miktarına oranı olarak tanımlanabilir. Gerçek yakma hava miktarı n = Teorik yakma miktarı Yanma hücresine verilen hava miktarına göre; n =1 tam yanmayı, n <1 eksik yanmayı, n >1 fazla hava ile yanmayı tanımlar. Yakıt ve havanın yeterince karıştırılıp yakıt molekülleri ile O 2 moleküllerinin birleşmesi yeterince ve her zaman sağlanamadığından, uygulamada teorik hava miktarıyla tam yanmanın sağlanması olanaksızdır. Bu durumda yeterli oksijene rastlayamayan C molekülleri CO şeklinde yanarak eksik yanma oluşmakta veya yanıcı maddelerin bir kısmı yanma olanağı bulamayıp atmosfere atılmaktadır. Her iki durumda da önemli oranda yakıt israfı olmaktadır. Bu olumsuzluğu gidermek; eksik yanmayı ve yanmamış yakıt atıklarını azaltmak amacıyla yanma hücresine gereğinden bir miktar fazla hava verilmektedir. n > 1 katsayısı kullanılması zorunluluğu doğmaktadır. Yanma olayı sırasında teorik yanmanın gerektirdiği miktarın üzerinde verilen hava eksik yanmayı, dolayısıyla eksik yanma kaybını azaltacak olmakla birlikte, ocağı soğutarak yanmayı olumsuz yönde etkilecek ve bacadan çıkarken sahip olduğu ısıda yararlanılamayan, kaybolan bir enerji olarak kazanın ısıl verimini azaltacaktır. Bu nedenle hava yetersizliğinin neden olduğu eksik yanma kaybı ile hava fazlalığının neden olduğu baca gazları duyulur ısı kaybını azaltıp kazan ısıl verimini, yükseltmek için hava fazlalığını yakıt cinsine göre değişen bir düzeyde tutmak gerekmektedir. Yanmayı daha sağlıklı olarak kontrol altında tutmaya yarayacak yanma gazları bileşenleri oksijen ve karbonmonoksittir. Yanma gazlarındaki oksijen dağılımı oldukça düzgündür ve yakıt kompozisyonundaki değişikliklerden de etkilenmemektedir. Yanma gazlarındaki oksijen ve karbonmonoksit konsantrasyonu ölçümleriyle de yanma olayı sağlıklı bir biçimde kontrol edilebilmektedir [5]. 4. İNCELENEN SUNTA ÜRETİM TESİSİNİN TANITIMI 163
Tesiste yapılan proses ön incelemelerde ve kuruluş yetkililerinden alınan genel bilgiler ışığında sunta üretim prosesi hakkında özetli ve tanımlayıcı bilgiler aşağıda açıklanmıştır. Yonga hazırlama proses hattının, yonga levha üretim prosesinin kapsamında olmasına rağmen, incelenen çevre konularının önemleri nedeniyle açıklanmalarının ayrı ayrı yapılmasının daha uygun olacağı düşünülmüştür. 4.1. Yonga Hazırlama Proses Hattı Şekil 2 den de görülebileceği gibi, bu hat; odun sahası, kaba yongalama makinası, cips depolama, cips temizleme, iç beton silo, kurutma ve elek gibi aşamalardan oluşmaktadır [4]. Şekil 2 nin Devamı Odun Sahası Kaba Yongalama Makinası Cips Depolama Cips Temizleme Cips Eleme İç Beton Silo Yonga İnceltme Değirmenleri Yaş Silolar Kurutma Elekler Şekil 2. Yonga Hazırlama Proses Hattının Genel Şematik Görünümü 4.2. Yonga Levha Tesisi İncelenen sunta üretim tesisinde; 1.83* 3.66 ve 1.83* 2.44 m ölçütlerinde ve 8-30 mm kalınlıkları arasında yonga levha üretimi yapılmaktadır. Tesisin üretim kapasitesi 450-500 m 3 /gün, 120.000 m 3 /yıl olduğu tesis yetkililerince belirtilmiştir. Şekil 3 de verilen proses akım şemasından da görülebileceği gibi, söz konusu yonga levha tesisi prosesi; yongalama, kurutma, tutkallama, serme, soğutma, ebatlama, zımparalama ve depolama birimlerinden oluşmaktadır [4]. Odun Sahası Talaş Durumuna Getirme Yaş Yonga Siloları Kurutma Grubu Kuru Yonga Siloları Tutkallama Karıştırıcıları Serme Grubu Pres Ebatlama Paketleme Zımparalama Kalite Kontrol Sarsak Elekler Değirmen Yıldız Soğutucu Ambar 164
Şekil 3. İncelenen Yonga Levha Üretim Tesisi Proses Akımının Genel Şematik Görünümü 5. EMİSYON KAYNAKLARI 5.1. Emisyon Kaynaklarının Tanıtımı Tarafımızca yapılan ön incelemelerden ve incelenen tesis yetkililerinden alınan genel bilgiler ışığında, emisyon kaynakları ve ısıl güçleri sırasıyla; eski kurutma sistemi (7.2 MW), yeni kurutma sistemi (5.2 MW) ve Bersey buhar kazanı (4.3 MW) tır. Yonga levha proses akışını içeren Şekil 3 den de izlenebileceği gibi, sunta üretimi ana ve alt olarak 15 aşamadan oluşmaktadır. Emisyon ölçüm çalışmalarında, en önemli aşamalardan olan kurutma grubu ve ona bağlı siklonlara ağırlık verilmiştir. Bu proses aşaması ile ilgili kısaca ve özetli tanıtım gerekliliği nedeniyle, söz konusu bilgiler aşağıda açıklanmıştır. Kurutma Birimi Yaş yongaların ortalama % 1.5-2.5 nem içeriğine kadar kurutulduğu birimdir. Bu birim; yanma hücresi, döner ring (çember), fan, taşıyıcı bant ve siklon sisteminden oluşmaktadır. Yanma hücresi; döner kurutucuda yongaların kurutulması için gerekli olan sıcak gazı temin etmektedir. Bu yanma hücresinde zımparalama kısmından gelen tozlar, odun talaşları ve mazot ile belli oranlarda karıştırılarak yakıt olarak kullanılmaktadırlar. Burada elde edilen ısı döner ring çıkışında bulunan fan vasıtasıyla ring içerisine alınmaktadır. Ring girişinden bırakılan yaş yongalar sıcak gazla birleşmekte ve kuruyan yongalar fan vasıtasıyla taşınarak siklon sistemine gönderilmektedir. Siklonlarda yonga ve hava ayrılması sağlanmaktadır. Yongalar aşağıya, kirletici gaz, toz ve diğer emisyonlardan arındırılabilen hava ise atmosfere atılmaktadır [4,5]. Siklonlar; çoğunlukla gaz temizleme işlemlerinde ön veya ikincil toz temizleme amacıyla kullanılmaktadırlar. Ağaç işletmelerinde, kağıt, kimya, maden sektörü, çimento ve diğer toz ürünleri ilgili tesislerde yardımcı veya ana kolektör olarak kullanılmaktadırlar. Siklonlara gaz girişi, üstten ya teğetsel veya ekseneldir. Eksenel girişlerde girdap oluşturmak için saptırıcı kanatlar kullanılmaktadır. Siklon gövdesi boyunca oluşan hareket ana girdabı oluşturmaktadır. Ana girdap toz kutusu üzerinden aynı yön ve ters doğrultuda hareketle çıkışa yönelmektedir. Bu ikinci hareket de iç girdabı oluşturmaktadır. Siklonlar tek, paralel ve seri olarak çalıştırılabilmektedirler. 165
Siklon Çevre İlişkisi Siklonlar toz emisyonu kontrolünde kullanılan en yaygın sistemlerdendir. Şekilleri nedeniyle toz yüklü gaz akımının doğrultusunu değiştirip, dönel harekete çevirmektedirler. Dönel gaz akımı içinde asılı parçacıkların merkezkaç kuvveti etkisiyle cidarlarına doğru hareket etmesini sağlamaktadırlar. Siklon cidarlarına ulaşan parçacıklar, cidarlar boyunca hareketle toz kutusuna dökülmektedir. Basit bir siklon (tekli) silindirik bir gövde, altında tozların toplandığı konik bir taban ve yukarıdaki silindire gazın dönme hareketi ile girişim sağlayan bir giriş yapısından oluşmaktadır. Çıkan Arıtılmış Gaz Gaz Girişi Silindir Tozlu Gaz Girişi Silindir Gövde Konik Taban Konik Kısım Toz Silosu Toplanmış Tozlar Şekil 4. Basit Bir Siklon Yapısı ve Çalışma Şekli Sağda şematik olarak gösterildiği gibi tozlu gaz akımı silindir iç yüzeyini yalayarak aşağıya doğru inerken ataletleri (sürtünmeleri) nedeniyle bu dönme hareketine uyum sağlayamayan toz parçacıkları ayrılarak alttaki konik kısma çökmektedirler. Tozlarından arınan gaz akımı ise içerdeki daha küçük çaplı sanal silindir üzerinden aksi yönde dönerek yükselmektedir. Bu iç silindir çapı, gazın emildiği gaz çıkış borusunun çapına eşittir. 6. EMİSYON ÖLÇÜM ÇALIŞMALARINDA KULLANILAN YÖNTEMLER ve CİHAZLAR 6.1. Emisyon Ölçümlerinde Kullanılan Yöntemler Emisyon ölçüm çalışmalarında; TSE, ASTM, DIN ve EPA gibi ulusal ve uluslararası standart yöntemler kullanılmıştır. Tesisten kaynaklanan emisyon ölçüm çalışmalarında, baca akış kesitinde üniform hız dağılımının sağlanabilmesi ve doğru ölçümlerin gerçekleştirilmesi amacıyla ve ayrıca iş emniyeti açısından en uygun 166
noktalarda ve bacaların geometrisine uygun olarak örnekleme noktalarında gerçekleştirilmiştir. Baca Gazı Analizleri; söz konusu bu ölçüm ve analizler elektro-kimyasal yakıt pili esasına göre çalışan TESTO 350 ve MADUR GA-21 Plus baca gazı analizörleri ile gerçekleştirilmiştir. Genel olarak baca gazı ölçüm cihazları bir örnek alma borusu, toz ve nem tutma amaçlı iki özel filtre, ayrı ayrı ölçüm sensörleri (alıcı), termokulp, bilgisayar kutusu ve ekranından oluşmaktadır. Bu cihazlarla; ortam sıcaklığı, baca gazı sıcaklığı, O 2, CO, CO 2, SO 2 ve NO x gibi baca gaz analizleri, baca verimliliği, baca kaybı, fazla hava katsayısı, baca çekişi ve islilik gibi ölçümler yapılabilmektedir. Hidrokarbon analizlerinde; EPA 418.1 ekstraksiyon infrared yöntemi kullanılmıştır. Toz analizlerinde; sabit kaynaklarda partikül madde emisyonlarının belirlenmesi için EPA Method 17 den yararlanılmıştır. 6.2. Emisyon Ölçümlerinde Kullanılan Cihazlar 6.2.1. Zambelli 6000 Plus Cihazı Bu cihaz ile sabit kaynaklarda izokinetik şartlarda toz ölçümü yapılmıştır. Toz ölçümü için izokinetik şartları (örnek alma hızı ve baca içindeki gaz akımının o noktadaki hızının eşit olması halidir) sağlayacak orifis tipi seçilip, örnek alma probunun ucuna yerleştirilmiştir. Daha sonra cihazın pompa ve rotametresi gaz çıkış hızına uygun olarak ayarlanmış ve vakum yapılmıştır. Toz miktarı etüvde kurutularak sabit tartıma getirilmiş filtre kağıdındaki ağırlık artışı gravimetrik olarak belirlenmiştir. Sıcaklık, basınç, debi, normal debi ve baca gazı hızı ölçümleri gibi parametrelerde bu cihaz ile ölçülebilmektedir. Ayrıca toz dışındaki örnek alımlarında da bu cihazdan yararlanılmıştır. 6.2.2. MADUR GA-21 Plus ve TESTO 350 Baca Gazı Analiz Cihazı CO, CO 2, SO 2,NO x gibi yanma gazları ve O 2 ölçümleri de bu cihaz ile gerçekleştirilmiştir. 6.2.3. Perkin-Elmer FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) Spectron; hidrokarbon analizlerinde kullanılmıştır. Bu cihaz ile 0.1 mg/l (0.008 mg/m 3 ) seviyesine kadar hidrokarbon analizi yapılabilmektedir. 167
Tablo 1.1. 1 No lu Siklon Bacasının Özellikleri ve Ölçüm Sonuçları Parametreler Birim Özellikleri ve Ölçüm Sonuçları Kurutucu Isıl Gücü MW 7.5 Yakıt Cinsi - Zımpara Tozu, Odun Talaşı ve Mazot Karışımı Baca Çapı (Ölçüm Noktası) mm 1200 Baca Kesit Alanı m 2 1.131 Ortam Sıcaklığı Baca Gazı Sıcaklığı o C 30 o C 125 Baca Gazı Hızı m/sn 11 Baca Gazı Debisi Nm 3 /h 30719.4 Çatı Altı 14.60 1 No lu Siklon Gaz Çıkış m 21.35 Bacası Yüksekliği Çatı Üstü 6.75 Tablo 2.1 : 2 No lu Siklon Bacasının Özellikleri ve Ölçüm Sonuçları Parametreler Birim Özellikleri ve Ölçüm Sonuçları Kurutucu Isıl Gücü MW 7.5 Yakıt Cinsi - Zımpara Tozu, Odun Talaşı ve Mazot Karışımı Baca Çapı (Ölçüm Noktası) mm 1200 Baca Kesit Alanı m 2 1.131 Ortam Sıcaklığı Baca Gazı Sıcaklığı o C 24 o C 125 Baca Gazı Hızı m/sn 10 Baca Gazı Debisi Nm 3 /h 24927.1 2 No lu Siklon Gaz Çıkış m Çatı Altı 14.60 21.35 Bacası Yüksekliği Çatı Üstü 6.75 168
169
Tablo 1.2. 1 No lu Siklon Bacasında Yapılan Gaz, Toz ve Diğer Emisyon Ölçüm Sonuçları ve Sınır Değerler İncelenen Tesis Ülkesinin Emisyon Ölçüm Sonuçları Hava Kalitesi Yönetmeliği No:2 28.02.1998 Parametreler Birim R.G. Sayı: 51 1. 2. 3. Ölçüm Ölçüm Ölçüm Ortalama Sınır Sınıf Değerler HKKY Göre Durumu O 2 (Oksijen) % 18.80 18.87 18.80 18.82 - % 17 K * = 1.83 CO 2 % 3.47 3.58 3.58 3.55 - - - CO Derişimi mg/nm 3 131.9 129.5 122.8 128.1-250 EK 4-1 Madde CO Kütlesel Debi kg/h 4.05 3.98 3.77 3.93-22 / 1 SO 2 Derişimi mg/nm 3 16.2 16.2 19.8 17.4 2000 Isıl Güce Göre Tablo 1 SO 2 Kütlesel Debi kg/h 0.49 0.49 0.61 0.53 IV NO Derişimi mg/nm 3 172.8 165.6 165.6 168.0 - NO Kütlesel Debi kg/h 5.30 5.08 5.08 5.16 IV - NO x Derişimi mg/nm 3 280.8 270 270 273.6 500 NO x Kütlesel Debi kg/h 8.62 8.29 8.29 8.40 IV Toz Derişimi mg/nm 3 50.4 48.6 45.0 48.0-50 Toz Kütlesel Debi kg/h 1.54 1.49 1.38 1.47 - T.HC Derişimi mg/nm 3 208.9 203.5 210.4 208.6 200 T.HC Kütlesel Debi kg/h 6.42 6.34 6.46 6.41 III EK No 1 Madde 20 / 2 Madde 38 / b Madde 20 / (2) CH 2 O Derişimi mg/nm 3 36.9 33.9 40.6 37.1 20 I EK 3 Madde 20 / 1 CH 2 O Kütlesel Debi kg/h 1.13 1.04 1.25 1.14 170
Tablo 2.2. 2 No lu Siklon Bacasında Yapılan Gaz, Toz ve Diğer Emisyon Ölçüm Sonuçları ve Sınır Değerler İncelenen Tesis Ülkesinin Emisyon Ölçüm Sonuçları Hava Kalitesi Yönetmeliği No:2 28.02.1998 Parametreler Birim R.G. Sayı: 51 1. 2. 3. Ölçüm Ölçüm Ölçüm Ortalama Sınır Sınıf Değerler HKKY Göre Durumu O 2 (Oksijen) % 18.59 18.72 18.72 18.67 - % 17 K * = 1.71 CO 2 % 3.72 3.52 3.52 3.58 - - - CO Derişimi mg/nm 3 121.0 130.1 127.5 126.2-250 EK 4-1 Madde CO Kütlesel Debi kg/h 3.02 3.24 3.12 3.12-22 / 1 SO 2 Derişimi mg/nm 3 15.3 23.8 23.8 20.4 2000 Isıl Güce Göre Tablo 1 SO 2 Kütlesel Debi kg/h 0.42 0.66 0.66 0.54 IV NO Derişimi mg/nm 3 157.7 146.2 147.9 149.9 - NO Kütlesel Debi kg/h 4.32 4.08 4.13 4.14 IV - NO x Derişimi mg/nm 3 251.6 234.6 238 241.4 500 NO x Kütlesel Debi kg/h 7.02 6.55 6.65 6.74 IV Toz Derişimi mg/nm 3 51.0 54.4 57.8 54.4-50 Toz Kütlesel Debi kg/h 1.42 1.52 1.61 1.52 - T.HC Derişimi mg/nm 3 350.2 346.0 360.1 352.1 200 T.HC Kütlesel Debi kg/h 8.73 8.62 8.98 8.78 - EK No 1 Madde 20 / 2 Madde 38 / b Madde 20 / (2) CH 2 O Derişimi mg/nm 3 28.0 25.8 28.4 27.4 20 I EK 3 Madde 20 / 1 CH 2 O Kütlesel Debi kg/h 0.69 0.64 0.70 0.68 171
7. EMİSYON ÖLÇÜM SONUÇLARININ İLGİLİ ÜLKE HKKY NE GÖRE DEĞERLENDİRİLMESİ İncelemelerimiz sonucunda ve incelenen tesis yetkililerinin ifadelerine göre, tesiste yeni kurutma, eski kurutma ve buhar kazanı Bersey olmak üzere üç adet emisyon kaynağı belirlenmiştir. Önemi nedeniyle, sunta üretim prosesinin kurutma grubu ve ona bağlı siklon sisteminden atılan toz, gaz ve organik buhar emisyonlarının ölçümlerine ve analizleme için örnek alımlarına ağırlık verilmiştir. Gerek yerinde yapılan emisyon ölçümü, gerekse laboratuvarlarımızda gerçekleştirilen analizleme çalışmalarından elde edilen sonuçların değerlendirilmesinde; incelenen tesis ülkesinin 19 Şubat 1998 Tarihli Resmi Gazete de yayınlanarak yürürlüğe giren hava kirliliği kontrolüyle ilgili yönetmelik No 2 de ki, hükümler ve müsaade edilen sınır değerler esas alınmıştır. Yukarıda belirtilen emisyon kaynağının ölçüm ve analiz sonuçlarının değerlendirilmesi maddeler şeklinde sırasıyla aşağıda açıklanmıştır. 7.1. 1 ve 2 No lu Gaz Çıkış Bacalarında Yapılan Emisyon Ölçüm ve Analiz Sonuçlarının İncelenen Tesis Ülkesinin Hava Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği Esaslarına Göre Genel Değerlendirilmesi Siklon 1 ve 2 no lu gaz çıkış bacalarında yapılan emisyon ölçüm ve analizleme sonuçlarını içeren Tablo 1.2 ve 2.2 den de izlenebileceği gibi, yanma gazlarından SO 2, CO ve NO x emisyon sonuçları, yönetmelik No 2 deki müsaade edilen sınır değerlerini sağlamaktadırlar. Toz ve toplam hidrokarbon sonuçları ise yukarıda adı geçen yönetmelikteki istenilen sınır değerlerini tozlarda 1.1-1.86 defa, toplam hidrokarbonlarda ise 1.71-1.76 defa yönetmelik müsaade edilen sınır değerlerini aşmaktadırlar. Toz ve toplam hidrokarbon kirletici parametrelerin yönetmelik sınır değerlerini sağlayamamalarının nedenleri; yanma ve siklonlardan kaynaklandığı belirlenmiştir [4]. Yönetmelik gereği emisyon kontrol parametrelerin istenilen tüm müsaade edilen sınır değerlerini sağlamaları gerekmektedir. Bu nedenle, sonuç teknik raporunun öneri kısmında; söz konusu toz ve toplam hidrokarbon kirletici parametre sonuçlarının iyileştirilmeleriyle ilgili, yanma ve siklon verimlerini yükseltmelerine yönelik uygulanabilir seçenekli çözüm önerileri getirilmeye çalışılmıştır. 172
8. EMİSYON ÖLÇÜM SONUÇLARININ İYİLEŞTİRİLMELERİNE YÖNELİK UYGULANABİLİR SEÇENEKLİ ÇÖZÜM ÖNERİLERİ Yanmanın tam yanma ürünleri CO 2 ve hidrojenin oksitlenme ürünü olan su buharı ile sonuçlanabilmesi için Yakıt için kullanılan zımparalama tozu, odun talaşları ve yanma havasının tam karışması, Yanma odasında sıcaklıklar yanmayı başlatacak kadar yüksek olması, ani soğumalar ve soğuk bölgeler bulunmaması, Yanma odasında oluşan gazların yeterince uzun süre bekletilmelidir. Yakıtların (katı, sıvı ve gaz) yanması sonucu oluşan ve siklon bacalarından atmosfere atılan yanma gazlarında bulunan kirleticiler aşağıda verilen 2 gruba ayrılmaktadırlar. Havayı kirletmeyenler; su buharı (H 2 O), oksijen, azot ve hidrojendir (H 2 ). Havayı kirletenler; karbondioksit (CO 2 ), kükürtoksitleri (SO 2,SO 3 SO x ), azot oksitleri (NO, NO 2 NO x ), karbonmonoksit (CO), hidrokarbonlardır (C m H n ). İncelenen tesiste, kurutma proses biriminin yanma hücresinde zımpara tozu, odun talaşları ve mazot karışımlarının yakıt olarak kullanımları sonucu emisyon olumsuzluklarını gidermek amacıyla; yakıtların yanma sistemlerinin ve yanma gazlarının iyileştirilmesi gibi yöntemler kullanılmalıdır. Yakıtların İyileştirilmesiyle İlgili Yapılan Öneriler Zımpara tozlarının yanma hücresi içine püskürtülmeleri nedeniyle, briketlenme işlemi uygun görülmemektedir. Zımpara tozlarının briketlenmiş olarak kullanılması için püskürtme dışındaki yöntemler üzerinde de araştırmalar yapılmalıdır. Yakıt olarak kullanılan zımpara tozlarının ve odun talaşlarının yanma hücresine verilme öncesi, olumsuz atmosferik şartlardan korunacak şekilde kapalı alanlarda depolanması, Zımpara tozu, odun talaşları ve mazot karışım oranlarının çok iyi optimize edilmesi, emisyon kalitesi açısından çok önemli ve gereklidir. İncelenen Tesis Yetkililerinin Yanma ve Kurutma İle İlgili İyileştirme Öneri Programı Eski ve yeni kurutma birimlerinin tam otomasyona geçmesi, Yeni otomasyon sonrası fuel-oil yakıt olarak kullanılması, 173
Taze hava emişlerine kızgın yağ serpartini eklenerek hava emişi ortam sıcaklığından 80 o C ye yükseltilmesi, kurutma biriminin yanma hücresine verilecek katı ve sıvı karışımı yakıttan tasarruf sağlanmasının planlandığı belirtilmektedir. Yukarıda belirtilen önerilerin uygulanmasının amacı, yanma verimini yükselterek emisyon kalitesini iyileştirmek ve en üst seviyeye çıkararak istenilen emisyon sınır değerlerinin sağlanmasıdır. Önerilerin uygulanmasında verim yükseltilmesini, dolayısıyla hava kalitesini iyileştirmenin yeterliliği yanma sonrası atılan gazların ve diğer emisyonların ölçüm kontrolleriyle mümkündür. Yanma reaksiyonlarının daha verimli duruma getirmek için teknolojik araştırma yapılması, Emisyon ve diğer kirliliklerinin azaltılmalarına yönelik proses içi önlemlere ağırlık verilmesi, Kirlilik azaltıcı tekniklerin kullanımına geçilmesi önerilmiştir. Zımparalama tozu, odun talaşı ve mazot karışımlarının belli oranlarda karıştırılıp yakıt olarak kullanımları sonucu oluşan olumsuz değerlerini azaltmak ve yakıt tasarrufu sağlamak amacıyla yakıtların ve yakma sistemlerinin iyileştirilmesi gerekmektedir. Bu nedenle, yukarıda belirtilen olumsuz kirletici emisyon sonuçlarını sınır değerlerin altına indirebilmek amacıyla; yanma ve siklon veriminin yükseltilmesine yönelik uygulanabilir ve seçenekli çözüm önerileri sunulmuştur. KAYNAKLAR [1] Endüstriyel Kaynaklı Hava Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği, 7 Ekim 2004 Tarih, 25606 Sayılı Resmi Gazete, Ankara. [2] Hocking M.B., Modern Chemical Technology And Emission Control, Canada,1996. [3] İlbaş, M., Yılmaz, İ., Farklı Isıl Güçlerindeki Kazanlarda Yanma ve Emisyon Davranışın Araştırılması, Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 2002. [4] Kavaklı, M., Özbay İ., İncelenen Tesis Emisyon Raporu, KOÜ / Çevre Mühendisliği Bölümü, İzmit / Kocaeli, 2003. [5] Müezzinoğlu, A., Hava Kirliliği ve Kontrolü Esasları, DEÜ Yayını, 2000 / İzmir. 174