Yazarlar: Huang Shibo, Xiao Changzhi, Shi Yingdi, Hu Jingxue, Sarp Onataslan
ACRE Kok Teknolojileri Mühendislik İnşaat Sanayi ve Ticaret Limited Şirketi
Özet: Kuru Kok Söndürme (CDQ) teknolojisi, modern koklaşma endüstrisindeki temel enerji tasarrufu tesisi olarak; kok kalitesinin artırılmasında, akkor kokun sıcaklık değişimi ısısının geri kazanılmasında ve ultra düşük emisyon hedeflerine ulaşılmasında ikame edilemez bir rol oynamaktadır. Bu çalışma, Çin’deki Kuru Kok Söndürme (CDQ) teknolojisinin tarihsel gelişimine kapsamlı bir genel bakış sunmaktadır. Çeşitli ileri teknolojileri entegre ederek, Çin’in CDQ teknolojisinde yeşil, uzun hizmet ömrü ve akıllı sistemler doğrultusunda elde edilen teknolojik atılımları ortaya koymakta; demir-çelik işletmelerinin maliyet azaltma, verimlilik artırma ve yeşil düşük karbonlu dönüşüm süreçlerini gerçekleştirmeleri için güçlü teknik destek sağlamaktadır.
Anahtar Kelimeler: Kuru Kok Söndürme (CDQ) teknolojisi; Atık ısı geri kazanımı; Kuru söndürme haznesi; Sürdürülebilirlik; Uzun hizmet ömrü; Akıllı CDQ sistemleri
Kok fırını kamarasından çıkarılan akkor kokun sıcaklığı 1000°C gibi yüksek bir seviyeye ulaşır ve hızla 250°C’nin altına soğutulmaktadır. Bu soğutma işlemine kok söndürme işlemi adı verilir. Günümüzde en yaygın söndürme prosesleri yaş söndürme ve kuru söndürmeyi kapsamaktadır. Yaş Söndürme: Soğutma sağlamak amacıyla akkor kok yüzeyine doğrudan büyük miktarda su püskürtülmesi yöntemini kullanır. Bu yöntem basit proses akışına ve nispeten düşük sermaye yatırımına sahip olsa da; yüksek su tüketimi, fenol, siyanür ve sülfür içeren kirlenmiş buhar emisyonu ve düzensiz kok kalitesi gibi ciddi dezavantajlara sahiptir. Kuru Kok Söndürme (CDQ): Akkor kokun sızdırmaz bir CDQ haznesine yüklenmesini ve burada asal (inert) bir sirkülasyon gazının (ağırlıklı olarak N2 ve CO2) kok ile karşıt akım (zıt yönlü) prensibiyle ısı alışverişinde bulunmasını içerir. Bu proses sadece koku soğutmakla kalmaz, aynı zaman da kokun sıcaklık değişimi ısısını da yüksek verimle geri kazanır; böylece enerji tasarrufunu, çevre korumayı ve ürün kalitesini artırmayı bir araya getiren gelişmiş bir söndürme teknolojisini temsil eder.
1. CDQ Teknolojisinin Avantajları
Yaş söndürme yöntemi ile karşılaştırıldığında, CDQ teknolojisi aşağıdaki önemli avantajları sunmaktadır:
1) Kok Kalitesinde Belirgin İyileşme: CDQ yöntemiyle üretilen kok; homojen parça büyüklüğü, daha yüksek mekanik mukavemet, üstün termal özellikler ve istikrarlı bir şekilde düşük nem içeriği sergiler. Bu durum, genel kok kalitesini yaş söndürülmüş koka kıyasla çok daha üstün kılmaktadır. Kalitedeki bu artış, yüksek fırın operasyonlarının kararlı ve sorunsuz yürütülmesini destekleyerek demir üretimindeki kok tüketim oranını yaklaşık %2,5 azaltmakta ve sıvı ham demir üretim kapasitesini yaklaşık %1 artırmaktadır.
2) Verimli Enerji Geri Kazanımı ve Kullanımı: CDQ prosesi, akkor koktan kaynaklanan sıcaklık değişimi ısının yaklaşık %80’inin geri kazanılmasını sağlayarak yan ürün olarak yüksek kaliteli buhar veya elektrik enerjisi üretimini sağlar. Bu sayede atık ısı kaynakları katma değere dönüştürülür ve işletmeye yüksek ekonomik fayda sağlanır.
3) Üstün Çevre Performansı: CDQ prosesi, kapalı ve kontrol edilebilir bir soğutma sistemi kullanır; bu sayede fenol ve siyanür içeren zehirli söndürme atıksuyunun oluşumunu ortadan kaldırır, tehlikeli buharların kaçak emisyonlarını önler, su tüketimini ve toz oluşumunu önemli ölçüde azaltır. En katı çevresel emisyon standartlarıyla tam uyum sağlar.
2. CDQ Proses Akışı
CDQ prosesi, kapalı devre karşıt akımlı (zıt yönlü) ısı değiştirme prensibine dayanmaktadır. Temel proses akışı şu şekildedir: Akkor kok, elektrikli lokomotif tarafından çekilen bir kok kovası ile kaldırma şaftına taşınır; burada vinç vasıtasıyla yukarı kaldırılır ve ardından şarj cihazı ekipmanı aracılığıyla CDQ haznesine eşit bir şekilde şarj edilir. Hazne içinde akkor kok, sırasıyla ön hazne ve soğutma haznesi boyunca aşağıya doğru hareket eder; burada alt gaz besleme ekipmanından püskürtülen soğuk asal sirkülasyon gazı ile doğrudan karşıt akımlı temas kurar.
Bu doğrudan ısı değişimi sayesinde kok sıcaklığı 1000°C’den 200°C’nin altına düşürülür. Soğutulan kok daha sonra alt boşaltma ekipmanı üzerinden tahliye edilir ve bantlı konveyör ile kok eleme ve depolama sistemine taşınır. Kok ile ısı alışverişini tamamlayan sirkülasyon gazı, halka biçimli gaz kanalı (anüler kanal) üzerinden yaklaşık 900–980°C sıcaklıkta hazneden çıkar. Ardından kaba kok tozlarını uzaklaştırmak üzere bir birincil toz tutucudan geçer; sonrasında sıcaklık değişimi ısı geri kazanımı için CDQ atık ısı kazanına girer ve sıcaklığı 160–170°C’ye düşer. Takiben gaz, ikincil toz tutucuda hassas arıtmaya tabi tutulur, sirkülasyon fanı ile basınçlandırılır ve besi suyu ön ısıtıcısından geçerek yaklaşık 130°C’ye soğutulduktan sonra tekrar CDQ haznesine geri döndürülür; böylece kapalı bir gaz-ısı sirkülasyon döngüsü oluşturulur. Bu proses sırasında birincil ve ikincil toz tutucular tarafından toplanan kok tozları, kaynak olarak değerlendirilmek üzere pnömatik (havalı) olarak bir depolama silosuna taşınır. Bu sırada; kok şarjı, boşaltma ve blöd (tahliye) operasyonları sırasında oluşan kaçak toz emisyonları zemin seviyesindeki toz giderme sistemine yönlendirilir ve emisyon standartlarını karşılamak amacıyla torbalı filtrelerle arıtılarak tüm proseste temiz üretim sağlanır. Kuru Kok Söndürme (CDQ) proses akışı Şekil 1’de gösterilmiştir.
CDQ prosesi esas olarak akkor kok taşıma sistemi, şarj sistemi, CDQ haznesi, boşaltma sistemi ve gaz sirkülasyon sisteminden oluşmaktadır. Akkor kok taşıma sistemi, kok fırını kamarasından itilen akkor koku CDQ haznesinin üst kısmına taşır. Şarj ekipmanı ile koordineli olarak koku CDQ haznesine sorunsuz bir şekilde şarj eder. Bu sistemdeki temel ekipmanlar; elektrikli lokomotif, vagon, otomatik konumlandırma ekipmanı, kok kovası ve vinçtir. Şarj sistemi temel olarak, entegre bir dağıtıcı ve toz toplama kanalı aracılığıyla akkor kokun homojen dağılımını ve toz sızdırmazlığını sağlayan şarj ekipmanından oluşur.
CDQ hazne sisteminin çekirdek ekipmanı, çelik plaka kabuğa ve refrakter malzeme kaplamasına sahip, dairesel kesitli dikey bir kap olan CDQ haznesinin kendisidir. CDQ haznesi; sırasıyla akkor kokun geçici olarak depolanmasından, gaz akışı dağılımından ve karşıt akımlı ısı değişiminden sorumlu olan ön hazne, eğimli baca alanı ve soğutma haznesinden oluşur. Boşaltma Sistemi: Sürgülü kapak, elektromanyetik titreşimli besleyici ve döner sızdırmazlık vanasının (rotary seal valve) koordineli kontrolü vasıtasıyla söndürülmüş kokun kesintisiz, ölçülü ve sızdırmaz bir şekilde boşaltılmasını sağlar. Gaz Sirkülasyon Sistemi: Yüksek sıcaklık ve yüksek toz içeren çalışma koşulları altında kararlı gaz akışı ve verimli ısı transferi sağlamak üzere birincil toz tutucu, ikincil toz tutucu, sirkülasyon fanı ve besi suyu ön ısıtıcısı gibi ekipmanları bünyesinde barındırır.
3. CDQ Teknolojisinin Gelişimi
Kuru Kok Söndürme (CDQ) teknolojisi İsviçre’de doğmuş ve eski Sovyetler Birliği’nde endüstriyelleşmiştir. 1970’lerdeki küresel enerji krizi, CDQ’nun hızlı teknik ilerlemesini tetiklemiş; 1976 yılından itibaren Japonya’daki Tobata, Chiba, Minami-Ohshima ve diğer koklaşma tesislerinde ticari CDQ üniteleri ardı ardına devreye alınmıştır.
2000 yılından önce, Çin’deki gelişmemiş demir-çelik sektörünün kısıtlamaları nedeniyle yerel CDQ kurulumları çoğunlukla 75 t/saat kapasitenin altındaki küçük kapasiteli ünitelerden oluşmakta olup yüksek sermaye ve işletme maliyeti sorunuyla karşı karşıyaydı. Çin’in demir-çelik endüstrisi hızla büyüdükçe, kok fırınları ve yüksek fırınlar büyük ölçekli modernizasyonlardan geçmiş ve daha yüksek işleme kapasitesine sahip CDQ çözümlerine yönelik acil bir pazar talebi yaratmıştır. Bu tür endüstriyel talepler doğrultusunda, Çin’in CDQ teknolojisi farklı gelişim aşamalarında dönüştürücü sıçramalar gerçekleştirmiştir.
3.1. Bağımsız Ar-Ge ve CDQ Teknolojilerinin Serileştirilmesi (2000–2004)
2000–2004 yılları arasında, ACRE Koklaşma ve Refrakter Mühendisliği Danışmanlık Şirketi (bundan böyle ACRE olarak anılacaktır); Çin üniversiteleri, araştırma enstitüleri, özel ekipman ve kilit refrakter üreticileri ve faal koklaşma tesisleri ile ortak bir araştırma konsorsiyumu oluşturmuştur. Temel teorik araştırmaları merkeze alan ekip; CDQ proses hesaplaması, ekipman tasarımı ve refrakter malzeme seçimini kapsayan çekirdek teknolojilerde tam uzmanlık sağlamıştır. Dört yıllık kapsamlı teknik yinelemenin ardından şirket; 70 t/saat, 75 t/saat, 80 t/saat, 90 t/saat, 100 t/saat, 110 t/saat, 125 t/saat, 140 t/saat ve 150 t/saat işleme kapasitesi sınıflarını kapsayan, tamamen bağımsız fikri mülkiyet haklarına sahip özgün CDQ paket teknolojilerinden oluşan eksiksiz bir seri geliştirmiştir. Bu atılım, CDQ prosesi ve ekipmanlarının tamamen yerlileştirilmesini ve standartlaştırılmış serileştirilmesini sağlamıştır.
3.2. CDQ Tesislerinin Ölçek Büyütmesi (2007’den İtibaren)
Büyük kapasiteli kok fırınları eğilimine uyum sağlamak amacıyla ACRE, 2007 sonrasında 160 t/saat, 170 t/saat, 180 t/saat, 190 t/saat, 200 t/saat, 210 t/saat, 220 t/saat, 260 t/saat ve 280 t/saat varyantlarını içeren geniş bir yüksek kapasiteli CDQ teknolojileri yelpazesini piyasaya sunmuştur. Optimize edilmiş CDQ hazne yapısı, yenilikçi çekirdek ekipman geliştirme ve kritik bölümler için yükseltilmiş refrakter kaplamalar sayesinde bu ultra büyük CDQ üniteleri, modern dev entegre
demir-çelik komplekslerinin gereksinimlerini karşılayarak başarılı bir şekilde istikrarlı işletime alınmıştır.
3.3. Endüstriyel Yaygınlaştırma ve Küresel Pazarlama
2000 yılından bu yana ACRE; Mühendislik, Tedarik ve İnşaat (EPC), Ekipman ve Tedarik (EP) ve bağımsız tasarım hizmetleri de dahil olmak üzere birden fazla iş modeli aracılığıyla mühendislik hizmetleri sunmuştur. ACRE; yerli entegre çelik fabrikalarını, Asya ve Avrupa genelindeki koklaşma tesislerini kapsayacak şekilde 100’den fazla koklaşma işletmesi için 300’den fazla CDQ ünitesi inşa etmiştir. Tesislerin toplam kapasitesi 418 milyon tona ulaşarak ACRE’nin dünyanın lider CDQ teknolojisi sağlayıcısı konumunu pekiştirmiştir.
4. Çin’de Yeni Nesil Yeşil, Uzun Ömürlü ve
Akıllı CDQ Teknolojileri
CDQ tasarımı, inşaatı, üretimi ve işletiminden elde edilen deneyimlerden yararlanan ACRE; çevre dostu olma, uzatılmış hizmet ömrü ve akıllı işletim özelliklerine sahip son teknoloji bir CDQ teknoloji ekosistemine öncülük etmiştir. Sistem; temel teorik araştırmaları, yeni refrakter malzeme geliştirmeyi, yapısal tasarım optimizasyonunu, inşaat standartlaştırmasını ve operasyonel hassaslaştırmayı entegre etmektedir. CDQ ısı değişim mekanizmalarını çözmek için bilgisayar simülasyonundan geniş ölçüde yararlanır, en ileri refrakter malzemeleri dener, kritik bölgeler için tuğla örme işçiliğini optimize eder ve çekirdek ekipmanların performansını artırır.
4.1. Optimize Edilmiş Yükseklik-Çap Oranına Sahip
CDQ Hazne Tasarımı
Yükseklik-çap oranı, genel CDQ hazne yüksekliği ile soğutma haznesinin iç çapı arasındaki oranı ifade eder. Geleneksel CDQ hazneleri 1’in üzerinde bir oran benimsemektedir; bu durum soğutma için aşırı kalın bir kok katmanı oluşturarak yüksek gaz akış direncine ve aşırı güç tüketimine yol açar. Bu arada, artan hazne yüksekliği taşıyıcı çelik karkasın malzeme maliyetlerini yükseltmekte, yapısal kararlılık kontrol giderlerini artırmakta ve işletme süresini uzatmaktadır.
Bu sorunları çözmek amacıyla ACRE; ısı transfer katsayısı, yatak boşluk oranı, akışkan viskozitesi, akış hızı, gaz yoğunluğu ve kok parçacık boyutunu dikkate alarak teorik hesaplama ile sayısal simülasyonu birleştiren bir optimizasyon çalışması yürütmüştür. Sonlu elemanlar simülasyon sonuçları, optimum yükseklik-çap oranını 0,9’un altında olduğunu belirlemiştir. Bu optimize edilmiş geometri ile inşa edilen CDQ hazneleri birden fazla somut fayda sağlar: düşürülmüş sistem direnci ve genel yapısal yükseklik, ilk yatırım ve işletme giderlerinde önemli kesintiler, eğimli bacadaki termal yükün azalması ve uzatılmış bakım aralıkları. Ayrıca bu tasarım, CDQ haznesi içindeki kok parçacık dağılımını homojenleştirir; kok ayrışması (segregasyon) ve düzensiz şarj çizgisi profillerinin neden olduğu gaz akış bozulmalarını ortadan kaldırır ve soğutma verimliliğini önemli ölçüde artırır.
4.2. Dayanıklı ve Gaz Sızdırmaz Halka Kanal (Anüler Baca) Teknolojisi
Halka kanal (anüler baca), iç ve dış duvarlardan oluşan ve içinden kok tozu yüklü yüksek sıcaklıktaki sirkülasyon gazının sürekli aktığı halka şeklinde bir tuğla yapıdır. İç duvar çifte gerilime maruz kalır: şarj edilen koktan kaynaklanan mekanik darbe ve aşınma ile ön hazne ve halka kanal arasındaki basınç farkından kaynaklanan gaz sızıntısı. Bu yapı, tüm CDQ haznesinin en kritik yük taşıyan ve sızdırmazlık sağlayan parçalarından biri konumundadır.
Halka kanal iç duvarının yapısal bütünlüğünü ve gaz sızdırmazlığını artırmak için ACRE, üstün kararlılık ve sızdırmazlık performansına sahip gelişmiş halka kanal tasarımını geliştirmiştir. İç duvar yapısını yeniden tasarlayarak ve refrakter malzeme kalitelerini yükselterek bu teknoloji; mekanik darbeye, aşındırıcı aşınmaya ve termal şoka karşı direnci büyük ölçüde artırmaktadır. Bu teknolojiyle donatılmış ultra büyük CDQ üniteleri, halka kanal için %40’ın üzerinde daha yüksek genel yapısal mukavemete ulaşır. Yıllarca süren saha işletiminde sıfır halka kanal çökmesi veya lokal hasar olayı kaydedilmiş olup teknoloji, yüksek yük ve uzun döngülü çalışma koşulları altında güvenilirliğini tam olarak kanıtlamıştır.
4.3. Çoklu Eğimli Baca Yapısı
Eğimli baca, bir CDQ haznesinin en karmaşık ve işlevsel açıdan en kritik astar bölümünü oluşturur. Tuğla örgü yapısı, üst yapının yükünü taşımak amacıyla kademeli (katmanlı) konsol formunda inşa edilir. Sık sıcaklık dalgalanmalarına, ağır yapısal yüklere ve sirkülasyon gazının yüksek hızlı aşındırıcı etkisine maruz kalan eğimli baca, erken hasar görmeye meyillidir ve revizyonu/bakımı son derece zordur; bu da olağanüstü termal şok direncine, aşınma direncine ve kırılma mukavemetine sahip refrakter tuğlaların kullanılmasını zorunlu kılar.
ACRE, CDQ kapasitesine özel olarak uyarlanmış özelleştirilmiş çoklu eğimli baca yapılarını benimsemektedir: 230 t/saat ve altındaki üniteler için çift katmanlı bölme düzeni; 230 t/saat kapasiteyi aşan üniteler için ise üç katmanlı bölme düzeni uygulanmaktadır. Tek eğimli baca yapısı ile karşılaştırıldığında, çift ve üç eğimli baca tasarımları gaz akış hızını sırasıyla %40 ve %70 oranında azaltarak tüm eğimli baca girişlerinde homojen bir hız dağılımı sağlar. Bu durum, kok parçacıklarının yukarı doğru havalanıp sürüklenmesini önler, soğutma gazına kok tozu karışmasını azaltır ve prosesin devamında yer alan ekipmanların aşındırıcı erozyonunu hafifletir.
Buna ek olarak, eğimli baca içindeki bölme duvarları, CDQ hazne çevresi boyunca kemerli bir yük taşıyıcı iskelet oluşturur. Tuğla örgü yüksekliğinin ve bölme duvarı genişliğinin makul ölçüde artırılması, eğimli baca genelindeki gerilme dağılımında belirgin bir iyileşme sağlayarak genel yapısal sağlamlığı pekiştirir ve CDQ haznesinin uzun süreli kesintisiz çalışmasına olanak tanır.
4.4. Çeşitlendirilmiş Birincil Toz Tutucu Çözümleri
CDQ haznesi ile atık ısı kazanı arasına monte edilen birincil toz tutucu, sirkülasyon gazındaki kaba kok tozlarını yakalamaya; kazan ısıtma yüzeyleri ve prosesin devamında yer alan sistemlerdeki aşındırıcı yıpranmayı hafifletmeye ve uzun döngülü kararlı çalışmayı garanti etmeye hizmet eder. Geleneksel yerçekimi ile çöktürme ilkelerine dayanarak ACRE, üstün toz giderme verimliliğine sahip yenilikçi bir kademeli (şaşırtmalı) birincil toz tutucu geliştirmiştir. CFD sayısal simülasyonu ve bağlı çok fazlı akış analizi aracılığıyla yapılan iç yapısal optimizasyon, yerçekimine dayalı katı-gaz ayrışmasını sirkülasyon gazı dağılımı ile senkronize eder; bu yapıda gaz çıkışı girişten daha yüksekte yer alan kademeli bir düzen sergilenir. Saha mühendislik verileri, bu tasarımın toz giderme verimliliğini geleneksel toz tutuculara kıyasla %10’dan fazla artırdığını, kazanlar ve alt akış ekipmanlarındaki erozyon hasarını önemli ölçüde düşürdüğünü doğrulamaktadır.
4.5. Homojen Kok Soğutması İçin 3D Düzgün Hava Dağıtım Teknolojisi
Büyük CDQ hazneleri içindeki sirkülasyon gazının kesitsel alanda homojen (düzgün) dağılımı; kok soğutma verimliliğini, nihai kok kalitesini ve ekipmanın hizmet ömrünü doğrudan belirler.
ACRE, Çin Patent Altın Madalyası ile ödüllendirilen ve üç temel teknolojiyi bünyesinde barındıran özgün CDQ gaz dağıtım ekipmanını geliştirmiştir: 3D düzgün hava dağıtımı, kompozit homojen kok iniş kontrolü ve ağır hizmet tipi aşınma önleyici koruma. Bu ünite, çift hava besleme rotası aracılığıyla üç boyutlu bir hava akışı dağılımı oluşturur: çevre rüzgar halkalarından içe doğru hava enjeksiyonu ve merkezi düşük konumlu başlıklardan dışa doğru hava beslemesi. Düşük başlıklarla eşleştirilmiş bir çapraz hava kanalı, CDQ haznesi boyunca tutarlı bir kok inişi sağlarken; kok boşaltma çıkışındaki ayarlanabilir yönlendirici klapeler, homojen soğutma elde etmek için kokun düşme hızını düzenler. Hava başlıklarının ve çapraz hava kanallarının üzerine aşınma önleyici dökme demir plakalar yerleştirilmiş olup üst ve alt hunilerin (hopper) iç kaplamaları aşınmaya dayanıklı dökme demir astarlarla kaplanmıştır. Bu aşınma önleyici tedbirler, gaz dağıtım ekipmanında kok kaynaklı oluşan aşınmayı büyük ölçüde azaltır ve ekipmanın hizmet ömrünü belirgin şekilde uzatır.
4.6. Çevre Dostu ve Tozsuz Kok Şarj Teknolojisi
Kok şarjı sırasında, dökülen kok ile birlikte sürüklenen hava ve CDQ haznesine çekilen ortam havası; ön haznede biriken sıcak kok tozları ve indirgeyici gazlarla reaksiyona girerek büyük miktarlarda yüksek sıcaklıklı baca gazı oluşturur. Termal kaldırma kuvvetinin etkisiyle bu dumanlar, CDQ haznesinden ve şarj ekipmanının üst kısmından dışarıya taşar; ciddi emisyonlar genellikle şarj işleminin son aşamalarında meydana gelir.
ACRE, bu emisyon sorununu çözmek amacıyla yüksek verimli ve sızdırmaz bir şarj ekipmanı geliştirmiştir. Temel optimizasyonlar; yeniden tasarlanmış üst huni (hopper) yapısını ve toz giderme boru hatlarını, eklenen hava debisi kontrol vanalarını, yükseltilmiş su sızdırmazlık tankı yapılarını ve geliştirilmiş sızdırmazlık plakası montaj gruplarını içermektedir.
Bu yükseltmeler, şarj ekipmanının çevre performansını önemli ölçüde artırarak emisyonsuz kok şarjı gerçekleştirilmesini sağlar. Toz giderme fanı frekansının koordineli ayarlanması ve ön hazne basınç kontrolü ile birleştirildiğinde bu teknoloji, gerekli toz giderme hava debisini %10’un üzerinde azaltarak işletme maliyetlerinde somut tasarruflar sağlar.
4.7. CDQ Sistemi İçin İlave Yanma Teknolojisi
CDQ kazanının continuous (sürekli) sürekli ve kararlı çalışmasına yönelik üretim gereksinimlerini karşılamak, kazan kullanılabilirliğini ve buhar parametrelerinin istikrarını artırmak amacıyla ACRE, CDQ ilave yanma teknolojisini geliştirmiştir. Bu teknoloji, hava ile doğal karışım ve reaksiyon sağlamak üzere birincil toz tutucunun girişine diğer yanıcı gazların (örneğin yüksek fırın gazı) sevk edildiği bir proses rotasını benimser. Yanıcı gaz CDQ haznesine her iki yandan ve üstten beslenirken, hava bir körük (fan) vasıtasıyla ön haznenin üst kısmına üflenir. Gaz ve havanın debileri otomatik olarak düzenlenir.
İlave yanma, kazan giriş gazı sıcaklığını 970±30°C seviyesinde sabitleyerek kazan girişinde kararlı çalışma koşulları için güvenilir bir yardımcı koruma sağlar. Düşük işleme kapasiteli CDQ operasyonu altında bu teknoloji, kazan yük faktörünü %10–%20 oranında artırır ve kazan elektrik üretiminin genel termal verimliliğini yükseltir. Ayrıca ilave yanma, toz giderme performansına ek faydalar sağlar, kazan girişindeki partikül yükünü azaltır ve işletim sisteminin güvenliğini pekiştirir.
4.8. Çeşitli Yeni Refrakter Malzemelerin Uygulanması
Kuru kok söndürme (CDQ) haznesinin her bir bölümünün farklı çalışma ortamları ve yapısal özellikleri dikkate alınarak, astarın beklenen hizmet ömrünü uzatmak amacıyla en uygun refrakter malzemeler seçilmektedir. Başlıca tedbirler şu şekildedir:
1. Kok şarj deliği ve eğimli baca alanı: İnşaatta erozyona, aşınmaya, termal şoka karşı mükemmel dirence ve son derece yüksek eğilme mukavemetine sahip müllit-silisyum karbür tuğlalar kullanılır. Bazı projelerde, eğimli baca alanında silisyum nitrür bağlayıcılı silisyum karbür tuğlalar (veya endalüzit tuğlalar) kullanılır ve yüksek sıcaklık, yüksek aşınma koşulları altında üstün performans sergiler.
2. Halka kanal alanı ve birincil toz tutucunun kemer iç kısmı: Yüksek sıcaklıktaki, toz yüklü gaz akışından kaynaklanan uzun süreli erozyon altında yapısal kararlılığı sağlamak amacıyla erozyona, aşınmaya ve hızlı soğuma/ısınmaya karşı iyi dirence sahip A Sınıfı müllit tuğlalar kullanılır.
3. Soğutma haznesi: Termal şok direnci yüksek, yüksek mukavemetli ve aşınmaya dayanıklı müllit-korundum tuğlalar kullanılır; bakım aralığı 8 yıldan az değildir. Bazı projelerde, soğutma haznesinde pratik inşaat ve iyi performans sunan aşınmaya dayanıklı prefabrik dökülebilir (kastabıl) bloklar kullanılır.
4. Refrakter harç: Seçilen refrakter harç, astarın bütünlüğünü ve hava sızdırmazlığını sağlamak için yeterli soğukta eğilme bağ mukavemetine sahip olmalıdır.
4.9. Akıllı Operasyon Yönetimi ve Kapsamlı Durum Değerlendirmesi Özellikli Akıllı CDQ Sistemi (iCDQ)
Geleneksel CDQ kontrolü esas olarak operatör deneyimine dayanır; sirkülasyon gazı debisi, kazan su seviyesi ve kok boşaltma hızı gibi parametreleri manuel olarak ayarlar. Ancak üretim koşulları karmaşık ve değişken olup manuel müdahale yavaş yanıt verir ve hassas yönetimi zorlaştırır. Bu kaba kontrol yaklaşımı yalnızca enerji israfına yol açmakla kalmaz, aynı zamanda sık ekipman arızalarına ve yüksek bakım maliyetlerine neden olur.
ACRE, akıllı CDQ sistemi iCDQ®’yu bağımsız olarak geliştirmiştir. iCDQ® sistemi, CDQ ünitesinin kapsamlı şekilde optimize edilmiş kontrolünü sağlar; bu durum başlıca şu noktalara yansır: Kok şarj ve boşaltma planlarına dayanarak; sirkülasyon gazı bileşiminin, gaz-kok oranının, kazan giriş ve çıkış sıcaklıklarının, buhar dramı sıvı seviyesinin, kok boşaltma hızının ve ön hazne basıncının vb. optimize edilmiş kontrolü dahil olmak üzere CDQ ünitesinin kendisinin kontrolünü kapsamlı bir şekilde optimize eder. iCDQ® sistemi, daha önce manuel çalıştırma gerektiren veya geleneksel kontrol algoritmaları kullanılarak kontrol edilemeyen vana ve ekipmanların kontrolünü devralır. Bu durum yalnızca operatörlerin iş yükünü hafifletip üretim verimliliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda manuel kontroldeki düşük hassasiyet ve gecikmeli yanıt sorunlarını da çözer.
iCDQ®, CDQ ünitesi için derinlemesine geçmiş durum verisi madenciliği ve analizi yürütmek üzere makine yapay zekası derin öğrenme algoritmalarını kullanır ve üretim koşullarındaki çeşitli değişikliklere uyum sağlamasına olanak tanır. Algoritma; sınır kontrolünü, dinamik deneme-yanılma mekanizmasını ve yapay zeka kontrolünü birleştirerek, en uygun kontrol şemasını bulmak için sistem çalışması sırasında deneme-yanılma yoluyla sürekli optimizasyon yapar. Bu, enerji tüketimini en aza indirir ve üretim verimliliğini en üst düzeye çıkararak nihayetinde optimize edilmiş bir üretim sağlar.
Akıllı CDQ sistemi (iCDQ) ile kok yanma kaybı oranı %10’dan fazla azaltılabilir ve operatör iş yükü %90’dan fazla düşürülebilir. Kapsamlı denetim fonksiyonu devreye girdiğinde, denetim personelinin iş yükü %20’den fazla azalır.
5. Sonuç
Modern koklaşma endüstrisinin enerji tasarrufu, karbon azaltımı ve kok kalitesi yükseltmelerini gerçekleştirmesini sağlayan temel bir ekipman olarak CDQ teknolojisi, entegre demir-çelik işletmelerinin enerji verimliliğini ve çevresel uyumluluğunu doğrudan etkilemektedir. Yirmi yılı aşkın bağımsız geliştirme ve mühendislik yinelemesinin ardından ACRE; düşük yükseklik-çap oranlı CDQ hazne yapısını, kararlı halka kanalı (anüler baca), çok kanallı segmentli eğimli alanı, siklon tipi birincil toz gidermeyi, üç boyutlu hava dağıtım ve beslemesini, çevre dostu tozsuz kok şarjını, CDQ ilave yanmasını, dereceli kompozit refrakter malzeme matrisini ve iCDQ akıllı operasyon sistemini kapsayan yeni nesil yeşil, uzun ömürlü ve akıllı bir CDQ teknoloji sistemi inşa etmiştir. Bu yeni nesil CDQ teknolojisi, 70 t/saat ila 280 t/saat arasında değişen kapasiteleri kapsamakta ve tek noktalı ekipman iyileştirmelerinden tam sistem dijital dönüşümüne sıçrama sağlamaktadır.
Günümüz itibarıyla bu teknoloji, dünya genelinde 100’den fazla entegre çelik fabrikasında başarıyla uygulanmış olup yıllık toplam 400 milyon tonun üzerinde söndürme kapasitesine ulaşmıştır. Önemli ekonomik kazançlar sağlamanın ötesinde, endüstrinin yeşil ve düşük karbonlu operasyonlara doğru dönüşümünü de desteklemiştir. Geleceğe bakıldığında ACRE, koklaşma endüstrisine adanmışlığını sürdürecek; endüstriyel modernizasyonu teşvik etmek için yenilikçilikten yararlanacak ve dünya genelindeki çelik işletmelerine daha temiz, daha verimli ve akıllı CDQ çözümleri sunmaya devam edecektir.
