Ir Mucien PLAIGIN
Sintek FGD
Linyitli termik santrallere dair Türkiye özelleştirme programı ile 8 Haziran 2019 sonrasında yürürlüğe girecek baca emisyonuna ilişkin yeni yönetmelik, mevcut ünitelerin rehabilitasyonun sağlanması için özel sektörün yüksek miktarda sermaye ayırmasını gerekli kılacaktır.
Aslında, bu rehabilitasyon programına ayrılan böylesi finansal kaynaklar, 35 ila 40 yıllık işletimler sonrasında mevcut tesisatın değiştirilmesine yönelik olarak 2030 sonrasında kurulacak gelecekteki yeşil alan üniteleri için artık kullanılabilir olmayacaklar.
Dolayısıyla, yeni nesil ünitelerin hazırlanması ile mevcut ünitelerin rehabilitasyonu arasındaki bu sermaye harcaması hasıla ve maliyet dengesinin yönetilmesi yatırımcılar açısından önemli bir parametre niteliğindedir. Üstelik, satışın mevcut ünitelerle azami düzeye çıkarılabilmesi için bu rehabilitasyonların devre dışı kalma süresinin asgari düzeye indirilmesi kritik öneme sahiptir.
Günümüzde desülfürizasyona yönelik en yaygın kullanılan teknoloji yaş baca gazı desülfürizasyonudur. Nitekim, yaş işlem kolaylıkla %95 ila %96 seviyesinde bir desülfürizasyon verimliliği sağlamaktayken gaz yıkayıcı tipine ve reaktif kalitesi, kömürün kükürt içeriği vb. gibi işletimsel koşullara bağlı olarak bu oran %98 ve hatta %99 seviyesine ulaşabilmektedir.
Ancak, yaş teknolojinin dezavantajları da bulun- maktadır. Her şeyden önce büyük miktarda sermaye harcaması gerektirmektedir. 160 ila 320 MW seviye- sindeki ünitelere yönelik ortalama yatırım aralığı 45 ila 60 milyon USD seviyesindedir. İkinci olarak, bu teknolojinin kurulumu için tesislerin daha fazla dev- re dışı bırakılmasını gerektirmektedir.
Bir yaş desülfürizasyon kurulumu için ortalama devre dışı kalma süresi 6 ila 8 aydır. Bir yaş kurulumuna ilişkin bu iki önemli sorunun da öncesinde, bir yaş baca gazı desülfürizasyon sisteminin 5,000 m2’lik bir taban alanına sahip olması gerektiğini de belirtmek gerekir. Yaş FGD aynı zamanda bir takviye fanına, bir yaş bacaya ya da bir gazdan gaza ısıtıcıya ve atıksu arıtma kapasitesinin arttırılmasına da gerek duymaktadır.
Tüm bunların ötesinde, bunun işletimsel neticelerini dikkate almak da önem taşımaktadır. Bunun en bariz olanı ünite başına 40 ila 80 m3/sa arasında olan büyük miktarlardaki su tüketimidir. Ancak, dikkatli bir şekilde araştırılması gereken tek unsur bu değildir.
Diğer bir neticede yaş kurulumun elektrik tüketimidir. Bu da, şebeke için mevcut olmayan ünite başına 4 ila 6 MW/sa düzeyinde bir tüketim demektir. Satışlardaki yetersizliğin yılda 1,7 ila 2,5 milyon USD aralığında olacağı tahmin edilmektedir. Yine bir o kadar önem taşıyan başka bir konu da, bunu düzgün şekilde işletmek için filtre gibi yukarı ters akış yönündeki kurulumun bunların oluşturduğu emisyonu, yeni yönetmelik uyarınca bacada sağlanması gereken 20 mg/Nm seviyesine düşürmek için 50 mg/Nm3 seviyesinin altında sınırlandırabilmelidir. Bu düşük toz içeriği, sistemdeki (Gazdan Gaza Isıtıcı, Borular, Nozullar) tıkanma sorunlarının ve donanım (pompalar, nozullar…) aşınma sorunlarının önüne geçmek için pH seviyesinin doğru aralıkta tutulması açısından da gereklidir.
Mevcut ESP’nin gerçek emisyon değerinin filtre çıkışında 400 ila 1.000 mg/Nm3 aralığında olmasından dolayı mevcut filtrenin de (ESP) yükseltilmesi gerekmektedir. Bu durumda, kurulumun yeni yönetmeliğe göre yenilenebilmesi için daha fazla sermaye harcamasına ve daha büyük bir taban alanına ihtiyaç duyulacaktır (daha ayrıntılı bilgiye Filtrasyon bölümünde yer verilecektir).
Gerekli toz giderme verimliliği mevcut bir ESP üzerinde daha fazla alanın kurulmasını gerektirdiği için daha büyük bir uzunluk ve taban alanına ihtiyaç duyulacaktır. Bu nedenle, FF’ye dönüşüm yaklaşımı bir yaş baca gazı desülfürizasyon projesi için en ucuz çözüm olma eğilimindedir.
Sonuç olarak, bir karar almadan önce yalnızca performans verilerini değil çok çeşitli sorunların ve neticelerinde analiz edilmesi gerekmektedir:
• Kirlenme ve cüruf birikmesi
• Reaktif kalitesi?
• Yan ürünlerin nasıl yönetileceği?
• Atık su arıtmanın nasıl geliştirileceği?
• Su talebinin nasıl arttırılacağı?
• Bacanın nasıl yönetileceği? Bir gazdan gaza ısıtıcı kullanılarak kuru işlem ya da yeni bir yaş baca?
• Egzoz fanına ne yapılacağı? Yenilerinin alınması ya da takviye fanlarının kullanılması?
Tüm bu öğeler Taban Alanı, Sermaye Harcaması ve ilave devre dışı kalma süresine gereksinim duymaktadır. Elbette durumu optimize etmeye yönelik bir reaktif hazırlama ve yan ürün geri kazanım kombinasyonu söz konusudur. İki ünite için bir gaz yıkayıcı kullanılması bile ölçek ekonomisi açısından bir çözüm olabilir.
Ancak, her şeyi hesaba katacak olduğumuzda bu durum makalenin başında belirtilen küresel sorunlar açısından hiçbir fark yaratmamaktadır: 10 ila 15 yıllık bir dönemde yapılması gereken sermaye harcaması ve tesisin rehabilitasyon amacıyla devre dışı bırakılması.
Tesis rehabilitasyonu açısından diğer seçenekler nelerdir?
Temel olarak iki ilave seçenek daha bulunmaktadır: bir yanda yarı yaş ya da yarı kuru teknoloji ve diğer yanda kuru bir kurulum. Bu makalede her iki çözüm ele alınacak ve bunlar daha sonra yaş kurulum ile karşılaştırılacaktır.
YARI YAŞ ya da YARI KURU
Bu kurulumlarda hiçbir oksidasyon adımına gerek duyulmaz ve yan ürün doğrudan filtre içine toplanır ve başka hiçbir dönüşüme tabi tutulmadan atık sahasına gönderilebilir. Yaş kurulumda söz konusu olduğu gibi hiçbir kimyasal tesisin işletilmesi gerekmez. Filtreleme adımı, bir reaktör görevi üstlendiği için baca gazı desülfürizasyon kurulumunun akış yönüne kurulmalıdır. Tek sorun, reaktif hazırlamadır (kireç sütü, sönmemiş kireç ya da sönmüş kireç).
Yarı kuru/yarı yaş kurulumun sergilediği darboğazı anlayabilmek için aşağıdaki varsayımlar ve gerçekler kritik öneme sahiptir:
- Türkiye’de linyit düşük bir özgül değere sahiptir ve 150 ila 320 MW seviyesinde kazanlarda üretilen gaz akışı 1 ila 1,5 milyon Nm3/sa aralığındadır.
- Sonuç olarak, gazların hızının 3 ila 4 m/sn. seviyesinde tutulması için kullanılan gaz yıkayıcıların (scrubber) 10 ila 15 metre çapında olmaları gerekmektedir.
- Daha önce belirtildiği üzere, yaş kurulumun aksine filtreden önce bir yarı kuru/yarı yaş gaz yıkayıcının (scrubber) inşa edilmesi gerekir.
Elektrik santrallerinin birçoğu bir gaz yıkayıcı inşa etmek için ön ısıtıcı ve filtre arasında yeterli taban alanına sahip olmamaktadır. Bu nedenle geriye üç seçenek kalmaktadır. Filtre tarafında, filtre arkasında ya da gaz işleme sisteminin kapsamlı bir şekilde yenilenmesi. İlk iki seçenek en az bir takviye fanı gerektirmekte ve fiilen daha fazla kanal meydana getirmektedir. En kötü seçeneğin bacayla beraber bir gaz yıkayıcı, yeni bir filtre ve yeni fanlar kurulmasını gerektiren kapsamlı yenileme olduğu gayet açıktır. Son seçenek 25 ila 40 milyon USD aralığında bir sermaye harcaması, ön ısıtıcı ve baca arasında 2000 ila 3000 m2’lik bir taban alanı (aksi takdirde bacanın da yeniden inşa edilmesi) ve en az 6 ay süreyle devre dışı kalma anlamına gelmektedir. - Başka bir kıyaslama perspektifi de kurulumda kullanılacak olan reaktiftir. Aslına bakılırsa, bir yarı kuru ya da yarı yaş kurulum, ton başına 60 ila 90 USD’ye (ton başına 10 USD maliyetli Kireç- taşının aksine) mal olan daha pahalı reaktiflere (Kireçtaşı yerine Kireç Sütü, Sönmemiş Kireç ya da Sönmüş Kireç) ihtiyaç duymaktadır. İşletim maliyeti de sonuç olarak artmaktadır.
- Diğer yandan, elektrik tüketimi yaş baca gazı desülfürizasyonunkine kıyasla yarı yarıya düşüktür ve reaktif ise çok daha kolaydır. Ayrıca, su tüketimi ve su arıtması da son derece düşüktür.
- Sonuç olarak, yarı kuru ya da yarı yaş kurulum %30 ila %40 daha az sermaye harcaması gerektirmekte, devre dışı kalma süresi 4 ay ila 6 ay olarak değişmekte ve su tüketimi ve su arıtma gibi bazı işletimsel sorunların önüne geçilmekle birlikte toplam işletim harcamaları daha fazla ol- maktadır. Ancak, bazı sorunlar var olmaya devam etmektedir:
- • Kirlenme ve cüruf birikmesi
- • Reaktif kalitesi
- • Yan ürünlerin idaresi ve değer saptaması
- • Su talebinin nasıl arttırılacağı?
- • Egzoz fanı: Yeni ya da ilave takviye fanı kurmanın gerekli olup olmaması?
KURU TEKNOLOJİ
• İlk olarak, Enjeksiyon alanında son 20 yıldır gerçekleşen önemli evrimsel gelişim SO3, HCl, Cıva gibi bazı özel kontaminantların yakalanması ya da baca gazının geliştirilmesi açısından gaz alanında da varlık göstermektedir.
• İkinci olarak, geçtiğimiz on yılda kireç üreticileri proses koşuluna adım adım uyarlanan daha teknolojik reaktifler geliştirmiştir.
• Üçüncü olarak da, üreticiler kapasite ve pazar fiyatı açısından daha avantajlı teklifler sunmaktadır.
Bu nedenle, mevcut linyitli termik santrallerin hiçbir taban alanına gerek duymayan teknolojilere sahip olacak, fazla sermaye harcaması gerektirmeyecek ve aynı zamanda tüm işletimsel sorunları çözebilecek şekilde rehabilitasyonu da günümüzde söz konusu olabilecek düzeydedir. Kuru baca gazı desülfürizasyonu bu durumda son kullanıcı açısından en teknolojik baca gazı desülfürizasyonu çözümüdür ve sermaye harcaması için en düşük finansal kaynakları kullanmaktadır.
Kazanın kendisini de içeren ters akış yönünde- ki çok kademeli bir kuru enjeksiyon stratejisini temel alan bir SO2 giderme stratejisi sayesinde SO2 partiküllerini, baca gazı arıtım süreci için özel olarak hazırlanmış kuru sönmüş kireç enjeksiyonları ile yakalamak gayet makul bir yaklaşımdır.
Ancak, sönmüş kirecin reaktivitesi büyük oranda reaksiyon ortamının sıcaklığına bağlıdır. İdeal SO2 giderimi açısından en doğru strateji yalnızca kuru enjeksiyon kullanımı olduğu için 3 reaksiyon doruğundan faydalanmak gerekir:
I. Yanma prosesinde (900°C ila 1.000°C’de), SO2 yakalama için bazı özel Dolomitik Sönmüş kireçlerin doğrudan kazan içine enjeksiyonu.
Bunun ilave avantajları bulunmaktadır: Uçucu külün erime noktasını arttırır. Bu sayede cüruflaşma ve kirlenme sorunu önlenir. Bunun sonucunda Termik santralin yükleme faktörü %5 ila 8 oranında arttırılabilirken aynı zamanda ısı iletimi daha yüksek ve kömür tüketimi daha düşük olduğundan yanma verimliliği de %1 ila 2 oranında arttırılır.
II. Ön ısıtıcının önünde bir enjeksiyon noktasının oluşturulması. Baca gazı arıtımına yönelik sönmüş kireç SO2 giderimi yapacaktır. Ön ısıtıcının temiz tutulmasının sağlanacağı, ikincil havanın sıcaklığı yükseltileceği ve dolayısıyla yanma verimliliğini arttırılacağı için bu durum ek bir avantaj sunmaktadır.
III. Son olarak, filtre önünde, SO2 giderimi için filtreyi reaktör olarak kullanan başka bir enjeksiyon noktası teşkil edilecektir (bu makalede daha ayrıntılı açıklama yer almaktadır).
Kuru enjeksiyon çok sınırlı bir taban alanına ihtiyaç duymaktadır. Yalnızca günlük bir silonun ve enjeksiyon deliklerinin oluşturulması yeterlidir. Ancak, filtrenin SO2 giderimi için bir reaktör olarak kullanılabilmesi amacıyla bir bez filtre olarak yenilenmesi gerekir.
Hazne içindeki hızın 1 ila 1,2 m/sn aralığında tutulması ve arıtma süresinin ortalama olarak 8 ila 10 saniye sürmesi için mevcut filtrenin (ESP tasarımı) bir Bez Filtre olarak yenilenmesi gerekmektedir. Torba üzerinde uçucu kül ve reaktiften oluşan bir “kütle” oluşturmak için yüzey filtreleme teknolojisi (membran torbalar) kullanıldığında gazın tamamı kütle içinden geçeceği için SO2 ile reaktif arasındaki temas olasılığı %100 seviyesine ulaştırılmaktadır. Bir ESP’nin bir FF’ye dönüştürülmesi aynı hazne içinde gerçekleştirilir.
Hiçbir ilave taban alanı, hiçbir kanal modifikasyonu ve hiçbir ilave inşa- at çalışması gerektirmez. Konvansiyonel bir devre dışı bırakma süresi olan 40 günlük bir süre içerisinde gerçekleştirilebilir. Kuru enjeksiyon prensibi tüm baca gazı prosesinin (kazan, ısı eşanjörü ve filtre) gerçekte reaktör olması ve özellikle de filtrenin yatay reaktör haline gelmesi yönündedir.
Sermaye harcaması, 150 ila 320 MW’lik her ünite başına 5 ile 8 milyon USD ile sınırlıdır. Böylesi düşük bir sermaye harcamasının kaynağı yalnızca deliklerin açılacak olması, nozulların takılacak olması ve silolardan enjeksiyon noktalarına pnömatik aktarma yapılacak olmasıdır. Ana depolama ve lojistik hizmeti reaktif tedarikçisi tarafından sağlanır. Bir yaş kurulumun sermaye harcamasının yaş baca gazı desülfürizasyonunu da içermesi gerektiği için ESP’nin FF’ye dönüştürülmesinin sermaye harcaması bu seviyeyi aşmamaktadır.
Türkiye’deki bir termik santralin, bir yaş kurulumun girişinde en fazla 50 mg/Nm3 değerini elde etmek için filtrelerinde değişikliğe gitmesi gerektiği yukarıda gösterilmektedir. Bu nedenle, ESP’nin her halükarda FF’ye dönüştürülmesi kaçınılmaz gibidir.
İşletim harcaması açısından kuru enjeksiyona yönelik reaktifin maliyeti, ürünün kalitesine ve lojistik hizmetine (üretim tesisinin uzaklığı) bağlı olarak; 60 ila 130 USD/ton aralığındadır. Hiçbir su kullanımı, su arıtımı, reaktif hazırlaması söz konusu değildir ve ünite başına 500kw seviyesinden daha düşük bir elektrik tüketimi yapılmaktadır.
Bu nedenle, bu kuru enjeksiyon teknolojisi diğer teknolojilere kıyasla daha büyük bir avantaj sergilemektedir ancak Stokiyometri ve desülfürizasyon verimliliği gibi bazı sınırlar söz konusudur.
Sonuç olarak, kuru teknoloji yaş teknolojinin sahip olduğu birçok teknik sorunu çözmektedir:
• Kirlenme ve Cüruf Birikmesi: Kuru teknolojide söz konusu değildir.
• Reaktif kalitesi: Sönmüş kireç kalitesi. Bir avantaj olarak Türkiye’de sorun teşkil etmez.
• Ortaya çıkan tek yan ürün kül ve sülfitlerden oluşan bir karışımdır ve atık sahasına gönderilerek elden çıkarılabilir.
• Hiçbir atık su arıtımı söz konusu değildir.
• Hiçbir gazdan gaza ısıtıcı ve hiçbir baca modifikasyonu söz konusu değildir.
• Cebri çekme fanı sorununun ele alınması gerekir.
• Devre dışı kalma: Tüm kurulum 40 gün içerisinde gerçekleştirilebilir.
TEKNOLOJİ AÇISINDAN SONUÇLAR
Tüm bu teknik hususlar dikkate alınacak olduğunda en önemli konu, santralin işletimine izin veren bir desülfürizasyon verimliliğine sahip olunması gibi yönetmeliğe riayet edilmesidir. Her halükarda, baca emisyonlarına ilişkin gerekli sınırlar dahilinde kalabilmek için mevcut ESP’nin FF olarak yenilenmesi gerekir. SO2’nin verimli bir şekilde giderilmesi; bu teknolojiyi seçmek için, tek olmasa da kilit bir parametre olma niteliğindedir.
Teknoloji tarafından sağlanan desülfürizasyon verimliliği aşağıdaki şekilde özetlenebilir: Problemi tersine çevirecek olursak, verimliliğin bacadaki 200 mg/Nm3 sınırına riayet edebilmesi için her bir Baca Gazı Desülfürizasyon sisteminin girişindeki azami SO2 içeriği ne olmalıdır?
Türk Linyiti söz konusu olduğunda kömürdeki kükürt içeriği %1,5 ve %5,5 arasındadır. Bunun neticesinde; Desülfürizasyon sistemi girişindeki sülfür içeriği 4000 ila 35000 mg/Nm3 arasındadır. En kötü durum söz konusu olduğunda teknolojilerin hiçbiri yeni yönetmeliğe uygun şekilde desülfürizasyon gerçekleştiremez.
Ayrıca, gazda 10.000 mg/Nm3 seviyesinin üstünde SO2 içeriğinin bulunması halinde durumun kritik olduğu açıktır ve yönetmeliğe uygunluk yalnızca bir Yaş Baca Gazı Desülfürizasyonu ile sağlanabilir. SO2 seviyesinin 15.000 mg/Nm3 olması durumunda yeni düzenlemeye uygunluk sağlanması için bacada çok kademeli arıtıma (Çok Kademeli Kuru + Yaş) gereksinim duyulur.
Halihazırda bir Baca Gazı Desülfürizasyon sisteminin kurulu olduğu ÖZEL DURUM
Yeniköy ve Kemerköy durumlarında olduğu gibi bazı termik santraller halihazırda proseste yaş gaz yıkayıcı kullandıkları için Türkiye’deki rehabili- tasyon farklı özelliklere sahiptir. Özellikle, Yaş Baca Gazı Desülfürizasyonu 8.000 mg/Nm3 düzeyi için tasarlanmıştır. %95’lik bir verim ya da bacada 400 mg/Nm3 düzeyi söz konusudur. Yeni düzenlemeye uyum sağlanması için Gaz Yıkayıcı verimliliğinin geliştirilmesi ya da ters akış yönüne bir kuru arıtma sisteminin eklenmesi gerekmektedir.
Günümüzde giriş koşulları 15.000 mg/Nm3 düzeyindedir ve bu rakam gelecekte 35.000 mg/Nm3 düzeyine ulaşabilir. Bu durumda yeni yönetmeliğe uyum sağlanması için 200mg/Nm3 düzeyinde bir tek kademeli desülfürizasyon düşünmek gerçekte mümkün olmamaktadır.
Strateji mevcut Yaş Baca Gazı Desülfürizasyon sistemini bir cilalama ünitesi olarak değerlendirecek ve fazla SO2’yi düz akış yönünde çok kademeli arıtma geliştirerek giderecek şekilde oluşturulmuştur. 200 mg/Nm3 düzeyine uyum sağlamak üzere sis- tem girişinde 6.000 mg/Nm3 düzeyinin elde edildiği çok seviyeli kuru enjeksiyon birçok avantajı beraberinde getiren teknolojik bir çözüm olarak değerlendirilebilir.
Bu nedenle, girişteki SO2 miktarı 6.000 mg/Nm3 düzeyinin altında olduğunda ve geleneksel teknolojinin tüm olumsuz yönlerinin bertaraf edilmesi için bu çözümün sağladığı tüm avantajlardan faydalanmamak için hiçbir neden yoktur: SERMAYE HARCAMASI, DEVRE DIŞI KALMA SÜRESİ, GAZDAN GAZA ISITICI, YAŞ BACA, TAKVİYE….
EKONOMİ Teknolojiye bağlı olarak 1 ila 2,2 aralığında olabilecek bir stokiyometri parametresi aynı zamanda karar alma ve lojistik konularında da etki sahibidir.
Termik santral yönetiminin, herhangi bir karar almadan önce tüm teknolojiler genelinde bir Net Bugünkü Değer Maliyet hesaplaması (sermaye harcaması + işletme harcaması) yapması gerekir.
Baca Gazı Desülfürizasyonunun Net Bugünkü Değeri aşağıdakilere bağlıdır:
• Gazdan gaza ısıtıcı, Takviye fanı, Filtre, Reaktif hazırlama ve yan ürünlerin geri kazanımı ile su arıtma dahil olmak üzere teknolojik sermaye harcaması.
• Devre dışı kalma süresi
• Reaktif teslimatındaki lojistik amaçlarına yönelik olarak Termik Santralin konumu,
• Kömür içeriğindeki sülfür içeriği,
• Su tüketimi
• Elektrik tüketimi
• Yükleme faktörü
%1,5 sülfür içerikli linyit kullanılan Türkiye’deki bir 165 MW ünite için her iki teknolojiye (Çok Kademeli Kuru ile Yaş Baca Gazı Desülfürizasyonu) yönelik aşağıda yer verilen Net Bugünkü Fiyat Maliyeti durumu özetlemektedir. 20 yıl genelindeki bir gerçekleştirme %14 ve %10’luk bir oranla yapılmıştır.
Çok Kademeli Kuru Çözüm Yaş Çözüme kıyasla 20 yıl sonunda kazan başına 40 milyon USD düzeyinde bir Sermaye Harcaması tasarrufu ve 50 milyon USD düzeyinde bir Net Bugünkü Değer tasarrufu sağlayan en karlı çözümdür. Fizibilite çalışması bu anlamda, daha sonradan özelleştirme maliyetinin geri dönüşü sağlandıktan sonra mevcut ünitelerin yerine geçecek olan yeşil alan projelerine yatırım yapmak üzere faydalanılacak sermayeden tasarruf yapabilmeyi sağlayan bir finansal yönetim aracıdır.
Bunlara Göz Atmak İster Misiniz?
