Yüksek fırın cürufundan elektrik üretimi: santrifüj kuru granülasyon sistemine entegre süperkritik co2 çevrimlerinin termo-ekonomik analizleri

Abstract

Ulusal ekonomilerin temel endüstrilerinden biri olan demir-çelik endüstrisi, dünya enerji tüketiminin %6-7’sini oluşturmaktadır. Tüketilen enerjinin bir kısmı, yüksek fırın cürufunda ısı enerjisi olarak depolanmakta ve bu enerji geri kazanılmamaktadır. Son yıllarda artan enerji ihtiyacı sebebiyle yüksek fırın cürufunun taşıdığı yüksek atık ısı enerjisi ile araştırmacılar tarafından iyi bir potansiyel bir enerji kaynağı olarak görülmektedir. Bu çalışma kapsamında yüksek fırın cürufunun, çimento üretiminde hammadde olarak kullanılması ve atık ısı enerjisini geri kazanılması için santrifüj kuru granülasyon yöntemi incelenmiştir. Cürufun sahip olduğu enerjinin geri kazanımı ile elektrik üretim potansiyeli teknik ve ekonomik olarak araştırılmıştır. Cüruftan enerji geri kazanımı için santrifüj kuru granülasyon yöntemi dikkate alınırken elektrik üretimi için dört farklı sCO2 Brayton çevrimi incelenmiştir. sCO2 Brayton çevrimleri, belirlenen tasarım aşamalarına göre parametrik performans ve ekonomik analizleri yapılmıştır. Analiz sonuçlarına göre, birim elektrik üretim maliyetleri minimize edilerek çevrimlerin uygun çalışma koşulları belirlenmiştir. Bu koşullar altında S-sCO2 çevriminin birim elektrik üretim maliyeti 0,02048 dolar /kWh ile en düşük çıkarken, en yüksek olan KI-sCO2 çevrimi ile arasında fark sadece 0,00085 dolar /kWh‘tır. Son olarak, yüksek fırın cürufundan santrifüj granülasyon sistemiyle atık ısı enerjisini geri kazanarak sCO2 güç çevrimleri ile elektrik üretecek entegre sistemler tasarlanmıştır. Sistemlerin cüruf işleme kapasitesi 35 t/sa olarak belirlenmiştir. Belirlenen çalışma koşulları altında ÇGK-sCO2 çevriminin kullanıldığı entegre sistemde, 2509 kW ile en fazla güç çıkışı elde edilmiştir. Belirli bir geri ödeme süresinde yapılan ekonomik analizler sonucunda, entegre sistemler ve santrifüj granülasyon sistemi için yapılabilecek yatırımın en üst limitleri belirlenmiştir. Bu noktada yıllık gelir miktarı en yüksek olan ÇGK-sCO2 entegre sistemine, geri ödeme süresi 3 ve 5 yıl olması durumunda yapılabilecek yatırımın en üst değerleri 8.037.000 $ ve 12.919.000 $ olarak hesaplanmıştır. Santrifüj granülasyon sistemine yapılabilecek yatırımın en üst değerleri ise 4.112.000 $ ve 8.994.000 $ olarak belirlenmiştir.