KÖMÜR YAKITLI TERMİK SANTRALLERDE BAŞLICA ÇEVRE SORUNLARI VE ÖNLEMLER

M. Y alçın SERT ve Coşkun Y URTERİ*

B

ir buhar elektrik santralindeki ana prosesler Şe kil 1'de gösterilmiştir. Bu akım şeması, enerjinin santrali terketmeden önce altı değişik halde bu

lunduğunu göstermektedir. Kömür hava karışı

mının ocakta ateşlenmesi, ısı veya termik enerji üreten

yakma işlemini başlatır. Isının bir bölümü jeneratör boru

larında kullanılır. Isının geriye kalanı, yakma gazının ba

.caya gidiş yolundaki borular üzerinden geçirilerek buhar

jeneratörüne transfer edilir. Bu işlemler sırasında oluşan

kirleticiler Şekil 2'de gösterilmiştir.

Şekil 1: Buhar Elektrik Santralindeki Temel Prosesler

Termik Santral Kaynaklı Çevre Sorunları

Yakma ünitesi olan bütün endüstrilerde olduğu gibi bu tip bir proseste de katı (kül ve diğer arıtım atıkları), sıvı (soğutma suyu, evsel atıksular ve proses atıksuları) ve gaz (SOX, NOX ve partikül madde) kirleticilerin doğaya deşarjı sorunu ile karşılaşılmaktadır.

Oluşan kükürt oksitler, kullanılan yakıttaki kükürt miktarı nın bir fonksiyonudur. Kükürt bileşenleri arasında H2S, SO2, sülfürik asit aerosolleri ve diğer aerosol formundaki sülfat tuzlarını saymak mümkündür. Bu kirleticilerden en önemlisi kükürt dioksitlerdir.

Azot oksitler (NOX) ise yüksek sıcaklıkta atmosferdeki azotun termal,olarak yükseltgenmesi ile ortaya çıkar. Yakma tesisi olan endüstrilerde sürekli olarak azot diok sit (NO2) ve azot monoksit (NO) atmosfere verilir. Gerek azot oksitler gerekse kükürt oksitler asityağmurlarının oluşmasında önemli rol oynarlar. Askıdaki partikül mad deler ise termik santraldeki kömür ve külden kaynakla nan ince tozları (dust) ve dumanı (smoke) içerir.

Soğutma suyunun etkisi ise deşarj noktasındaki alıcı su ortamı üzerinde görülür. Deşarj edilen suyun sıcaklığı yüksek olursa ve alıcı ortamını artıracak olursa su yaşa mını olumsuz yönde etkiler.

Şekil 2: Enerji Santralı Devreleri (*) Orta Doğu Teknik Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü

Çevre Koruma Tedbirleri I. Hava Kirliliği Gelişen çevre teknolojisiyle yukarıda belirtilen çevresel etkileri en aza indirgemek mümkündür. Özellikle baca gazlarıyla atmosfere verilen toz, NOx ve SOX kirleticiler bir dizi arıtma işleminden geçirilerek % 90'ları aşan bir verimlilikte arıtılabilmektedir (Bkz. Şekil 3). Bu önlemler aşağıdaki gibi özetlenebilir: i) Ocak içi önlemler: Bu tip önlemler, yakma işleminin gerçekleştirilmesiyle başlar. Kazan substokiyometrik ko şullarda ateşlenir ve sonradan ikincil hava giriş kanalla

376 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ

İkincil Hovo Girişi

•O:

Güç Koynoğı

Deşorj Elektrodu n Toplonon Porçocıklor

Boca Gazı

9 D C Y üksek Gerilim

Denıtrifıkosyon fleoktdru N H 3 Amonyak

rından (Över Air Port) verilen hava ile tam yanma sağla nır. Böylece alev sıcaklığı düşürülür ve NOX emisyonu ya rı yarıya azaltılır. Kazan içerisinde alınabilecek önlemlere bir başka örnek olarak kömürün daha iyi yanmasını sağ lamak üzere yapılan tasarım değişiklikleri sayılabilir. Ayrı ca, kömürün kireçtaşı ile beraber yakıldığı sistemlerde kü kürt dioksitlerin ocakta tepkimeye girmesi de sağlanabilir.

ii) Baca gazı temizleme sistemleri: Yakma işlemi sıra sında oluşan baca gazı, kül parçacıkları ihtiva etmekte dir. Atık gazı, atmosfere verilmeden önce bu küllerden arındırılmalıdır. Bu işlem ise verimliliği % 95 99 arasında olan elektrostatik çökelticiler ile gerçekleştirilebilir. Bun dan başka, atık gazdaki partikül maddeler filtre veya sik lonlar kullanılarak da arıtılabilir.

Yine yakma işlemi sırasında oluşan azot oksitler denitrifi kasyon reaktöründe amonyak ve katalist ortamından ge çirilerek aşağıda verilen reaksiyonlar sonucunda zararsız N2 ve H2O elde edilir:

II. Katı Atıklar:

Şekil 3 : Baca Gazı Arıtım Sistemi

Termik santrallerde çevre açısından en önemli sorunlar dan biri de tamamına yakınını kömür küllerinin oluşturdu ğu katı atıklardır. Bu küller, yakılan kömürün cinsine ve yakma metoduna bağlı olarak, ağır metaller gibi kirletici ler ihtiva etmektedirler. Bu küllere ek olarak atıksu arıtma tesisinden çıkan suyu alınmış çamur ve baca gazı arıtı mından çıkan alçıtaşı da katı atık olarak bertaraf edilmek tedir. Bu atıklar çimento katkısı olarak veya gübre yapı mında kullanılabileceği gibi çok değişik mühendislik hiz metlerinde de değerlendirilebilir.

Kömür külü ve benzeri katı atıkların uzaklaştırılmasında yaygın olarak kullanılan bir yöntem de araziye düzenli olarak depolamadır. Ancak, bu yöntemin kullanılması du rumunda yüzey ve yeraltı su kaynaklarının kirlenmesine engel olacak önlemler alınmalıdır.

4NO + 4NH3 (1) (2)

6NO2+8NH3 (4)

(1) Nitrojen monoksit (2) Amonyak

> 4 N2 (3)

>7N2+12H2O (3)

(3) Nitrojen gazı (4) Nitrojen dioksit

Baca gazı arıtımında diğer bir işlem ise desülfürizasyon metoduyla kükürt arıtımıdır. Yaygın olarak kullanılan ki reçtaşı gypsum DeSox yönteminde, kireçtaşı su karışı mından geçirilen atık gazdaki kükürt oksitler, kalsiyum sülfite dönüşür ve daha sonra oksijen ile reaksiyona gi rerek alçıtaşı oluştururlar:

Absorbsiyon Reaksiyonu CaO3+1/2H2O (D (2)

>CaSO3. 1/2H2O + CO2 (3)

Oksidasyon Reaksiyonu

CaSO3 . 1/2 H2O + 1/2 O2 + 3/2 H2O > CaSo4. 2H2O

(3)

(4)

(1) Kükürt dioksit (2) Kireçtaşı

(3) Kalsiyum sülfit (4) Alçıtaşı

III. Sıvı Atıklar:

Ayrıca termik santrallerde kullanılan soğutma suyunun da alıcı su ortamına deşarjı önemli çevre sorunları yara tabilmektedir. 4.9.1988 tarih ve 19919 nolu Resmi Gaze te'de yayınlanan Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği'ne göre deşarj sonunda alıcı su ortamının sıcaklığı 2°C'den fazla artmamalıdır. Alıcı ortamın sıcaklığına bağlı olarak bu kri teri sağlamak için soğutma suları deşarj edilmeden önce soğutma kuleleri kullanılarak veya havuzlarda dinlendiri lerek soğumaları sağlanmalıdır.

Kalorifik değeri 6,500 Kcal/kg olan kömür ile çalıştırılan 1.000 MW kapasiteli tipik bir kömür yakıtlı termik santra lin günde 6,500 ton kömüre, 200 ton akaryakıta ve 4,000,000m3 soğutma suyuna ihtiyacı vardır. Buna karşı lık, kömür bileşimine bağlı olarak günde yaklaşık 1,000 ton kül oluşabilir. Kireçtaşı Gypsum DeSox yönteminin kullanılması halinde ise 250 ton dolayında kireçtaşı olu şacaktır. Diğer atıklarla beraber, günde toplam 1,400 ton katı atık oluşur. Ayrıca, aynı miktarda, ısısı yükselmiş so ğutma suyunun da deşarj edilmesi gereklidir.

Özetle, temel amacı elektrik üretmek olan termik santral ler, ancak gerekli çevre koruma tedbirleri alındığı ve ideal koşullarda işletildiği takdirde doğayı öldürmeden insanoğluna hizmet verebilir. D

268 376 ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ