KaydedilenlerDerginizi ekleyin

Dergiler / Mühendis ve Makina / 2026 / Cilt: 67 Sayı: 724

Kömür Yakıtlı Bir Termik Santralde Islak Kireçli Baca Gazı Desülfürizasyon Sisteminin Termoekonomik Analizi

THERMOECONOMIC ANALYSIS OF DESULPHURISATION SYSTEM OF A POWER PLANT

Merve Şentürk Acar(BILECIK SEYH EDEBALI UNIVERSITY)0000-0003-1442-4560
Fatih Ünal(MERSIN UNIVERSITY)0000-0001-6660-9984
Sayfa
495–525
Yayın Tarihi
2026-09-30
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

Sonuçlar, en büyük ekserji yıkımının katı–sıvı ayrıştırması için gerekli mekanik enerji tüketimi nedeniyle filtre pres ünitesinde meydana geldiğini, bunu kimyasal reaksiyonların ve gaz–sıvı kütle transfer süreçlerinin gerçekleştiği yıkama kulesinin izlediğini göstermektedir.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Bu çalışma, kömür yakıtlı bir termik santralde kurulu olan ıslak kireçtaşı baca gazı kükürt giderim (FGD) sisteminin kapsamlı bir termodinamik ve ekonomik değerlendirmesini sunmaktadır.
📊
Temel Bulgular & Veri:Sistemin performansını değerlendirmek ve termodinamik verimsizliklerin ana kaynaklarını belirlemek amacıyla enerji ve ekserji analizleri gerçekleştirilmiştir.
💡
Sonuç & Katkı:Sonuçlar, en büyük ekserji yıkımının katı–sıvı ayrıştırması için gerekli mekanik enerji tüketimi nedeniyle filtre pres ünitesinde meydana geldiğini, bunu kimyasal reaksiyonların ve gaz–sıvı kütle transfer süreçlerinin gerçekleştiği yıkama kulesinin izlediğini göstermektedir.
🔬Tür:Uygulamalı Anket & Alan Araştırması
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:Enerji-Ekjserji analizi · Net Bugünkü Değer · Islak Kireçli Baca Gazı Desülfürizasyon Sistemi

Özet

Bu çalışma, kömür yakıtlı bir termik santralde kurulu olan ıslak kireçtaşı baca gazı kükürt giderim (FGD) sisteminin kapsamlı bir termodinamik ve ekonomik değerlendirmesini sunmaktadır. Sistemin performansını değerlendirmek ve termodinamik verimsizliklerin ana kaynaklarını belirlemek amacıyla enerji ve ekserji analizleri gerçekleştirilmiştir. Analiz, kükürt giderim ünitesinin gerçek işletme verilerine dayanmaktadır; bu veriler arasında baca gazı bileşimi, kütlesel debiler ve sistemin işletme koşulları yer almaktadır. Sonuçlar, en büyük ekserji yıkımının katı–sıvı ayrıştırması için gerekli mekanik enerji tüketimi nedeniyle filtre pres ünitesinde meydana geldiğini, bunu kimyasal reaksiyonların ve gaz–sıvı kütle transfer süreçlerinin gerçekleştiği yıkama kulesinin izlediğini göstermektedir. Pompa üniteleri ise esas olarak hidrolik iş gereksinimleri yoluyla toplam enerji tüketimine katkıda bulunmaktadır. Termodinamik değerlendirmenin yanı sıra, 20 yıllık bir işletme ömrü dikkate alınarak Net Bugünkü Değer (NPV) yöntemi kullanılarak ekonomik fizibilite analizi de gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, yalnızca kaçınılan çevresel cezalar ve ısı geri kazanımı faydaları dikkate alındığında yatırımın ekonomik olarak gerekçelendirilemeyeceğini göstermektedir. Ancak, emisyon uyumsuzluğu nedeniyle santralin durdurulmasından kaynaklanabilecek olası üretim kayıpları hesaba katıldığında, sistem pozitif NPV değeri ve yaklaşık 0,157 yıl geri ödeme süresi ile ekonomik olarak uygulanabilir hale gelmektedir. Duyarlılık analizi, santral duruşunun önlenmesiyle elde edilen maliyet tasarrufunun sistemin ekonomik performansını etkileyen en önemli parametre olduğunu ortaya koymaktadır. Genel olarak sonuçlar, FGD sistemlerinin yalnızca çevresel koruma açısından değil, aynı zamanda büyük ölçekli enerji santrallerinin operasyonel sürekliliğinin sağlanmasında da kritik bir rol oynadığını göstermektedir.

Abstract

This study presents a comprehensive thermodynamic and economic assessment of a wet limestone flue gas desulfurization (FGD) system installed in a coal-fired power plant. Energy and exergy analyses were performed to evaluate the performance of the system and to identify the main sources of thermodynamic inefficiencies. The analysis was conducted based on real operating data of the desulfurization unit, including flue gas composition, mass flow rates, and system operating conditions. The results show that the largest exergy destruction occurs in the filter press unit due to the mechanical energy consumption required for solid–liquid separation, followed by the washing tower where chemical reactions and gas–liquid mass transfer processes take place. Pump units mainly contribute to the overall energy consumption through hydraulic work requirements. In addition to the thermodynamic evaluation, an economic feasibility analysis was carried out using the Net Present Value (NPV) method considering a 20-year operating lifetime. The results indicate that the investment cannot be economically justified when only avoided environmental penalties and heat recovery benefits are considered. However, when potential production losses caused by plant shutdown due to emission non-compliance are included, the system becomes economically feasible with a positive NPV and a payback period of approximately 0.157 years. The sensitivity analysis reveals that the avoided plant shutdown cost is the most influential parameter affecting the economic performance of the system. Overall, the results demonstrate that FGD systems play a crucial role not only in environmental protection but also in maintaining the operational continuity of large-scale power plants.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Acar, M. Ş., Ünal, F. (2026). Kömür Yakıtlı Bir Termik Santralde Islak Kireçli Baca Gazı Desülfürizasyon Sisteminin Termoekonomik Analizi. Mühendis ve Makina, Cilt: 67 Sayı: 724, 495–525. https://doi.org/10.46399/muhendismakina.1906925

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (39)

  1. Acar, M. Ş., Kayapınar, O., & Arslan, O. (2018). Islak kireçli baca gazı desülfürüzasyon sistemi termodinamik ve ekonomik analizi. Politeknik Dergisi, 21(2), 359–368. Doi: https://doi.org/10.2339/politeknik.389589
  2. Ahrendts, J. (1980). Reference states. Energy, 5, 667–677.Doi: https://doi.org/10.1016/0360-5442(80)90087-0
  3. An, W., Zhao, J., Lu, J., Han, Y., & Li, D. (2022). Zero-liquid discharge technologies for desulfurization wastewater: A review. Journal of Environmental Management, 321, 115953. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.115953
  4. Anadolu Agency. (2020, January 1). Çevre ve Şehircilik Bakanı Kurum: 5 termik santral tamamen kapatıldı. Retrieved February 20, 2026, from https://www.aa.com.tr/tr/turkiye/cevre-ve-sehircilik-bakani-kurum-5-termik-santral-tamamen-kapatildi/1689676
  5. Bejan, A., Tsatsaronis, G., & Moran, M. J. (1996). Thermal design and optimization. New York, NY: Wiley.
  6. Bursa Organize Sanayi Bölgesi. (2026). Electrical cost. Retrieved February 20, 2026, from https://www.bosb.org.tr/bosb-tuketim-0-tuketim_fiyat.html
  7. Cao, L., Wang, J., Chen, L., & Dai, Y. (2018). Comprehensive analysis and optimization of Kalina–Flash cycles for low-grade heat sources. Applied Thermal Engineering, 131, 540–552. Doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.12.036
  8. Celik, M. S., & Onal, G. (1994). Kömürün kükürtten arındırılmasında yanma öncesi ve sonrası uygulanan yöntemler. Gökova Körfezi Çevre Sorunları ve Çevre Yönetimi Sempozyumu, 28–30 Haziran, İzmir.
  9. Cengel, Y. A., & Boles, M. A. (1996). Thermodynamics: An engineering approach. New York, NY: McGraw-Hill.
  10. Chemical Engineering. (2024). Chemical Engineering Plant Cost Index (CEPCI). Retrieved March 3, 2026, from https://www.chemengonline.com
  11. Cooper, C. D., & Alley, F. C. (2011). Air pollution control: A design approach (4th ed.). Long Grove, IL: Waveland Press.
  12. Córdoba, P. (2015). Status of flue gas desulfurization (FGD) systems from coal-fired power plants. Fuel, 144, 274–286.Doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2014.12.065
  13. Cui, L., Lu, J., Song, X., Tang, L., Li, Y., & Dong, Y. (2021). Energy conservation and efficiency improvement by coupling wet flue gas desulfurization with condensation desulfurization. Fuel, 285, 119209. Doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.119209
  14. Dabadghao, V., Biegler, L. T., & Bhattacharyya, D. (2022). Multiscale modeling and nonlinear model predictive control for flue gas desulfurization. Chemical Engineering Science, 252, 117451. Doi: https://doi.org/10.1016/j.ces.2022.117451
  15. Dong, Q., Wang, C., Peng, S., Wang, Z., & Liu, C. (2021). A many-objective optimization for an eco-efficient flue gas desulfurization process using a surrogate-assisted evolutionary algorithm. Sustainability, 13(16), 9015.Doi: https://doi.org/10.3390/su13169015
  16. Erdogan, M., & Acar, M. S. (2024). Thermodynamic analysis of a tunnel biscuit oven and heat recovery system. WAPRIME, 1(1), 1-15. Doi: https://doi.org/10.5281/zenodo.14930792
  17. Gao, W., Liu, M., Xin, H., Zhao, Y., Wang, C., & Yan, J. (2024). Control strategy optimization for wet flue gas desulfurization system during load cycling dynamic processes: Energy saving and environmental impact. Energy, 303, 131909. Doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.131909
  18. Huang, J., Zeng, Z., Hong, F., Yang, Q., Wu, F., & Peng, S. (2024). Sustainable operation strategy for wet flue gas desulfurization at a coal-fired power plant via an improved many-objective optimization. Sustainability, 16(19), 8521. Doi: https://doi.org/10.3390/su16198521
  19. International Energy Agency Clean Coal Centre. (2012). Flue gas desulphurisation systems. London, UK: IEA Clean Coal Centre.
  20. Kakaras, E., & Giannakopoulos, D. (1995). Modeling of flue gas desulphurization using dry additives. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 34(5), 421–432. Doi: https://doi.org/10.1016/0255-2701(95)01534-5
  21. Koralegedara, N. H., Pinto, P. X., Dionysiou, D. D., & Al-Abed, S. R. (2019). Recent advances in flue gas desulfurization gypsum processes and applications—A review. Journal of Environmental Management, 251, 109572.Doi: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2019.109572
  22. Köknal, A. R. (2008). Baca gazı kükürt arıtma tesisleri. Turkish-American Clean Energy Conference, 29–30 January, İstanbul.
  23. Liu, S., Zhong, W., Chen, X., Sun, L., & Yang, L. (2023). Multiobjective economic model predictive control using utopia-tracking for the wet flue gas desulfurization system. Chinese Journal of Chemical Engineering, 54, 343-352.Doi: https://doi.org/10.1016/j.cjche.2022.03.014
  24. Merkez Bankası. (2026). Reeskont iskonto oranı. Retrieved February 2026, from http://www.tcmb.gov.tr
  25. Ministry of Environment and Urbanization. (2009). Regulation on the Control of Industrial Air Pollution (Sanayi Kaynaklı Hava Kirliliğinin Kontrolü Yönetmeliği). Official Gazette No. 27277, 3 July 2009.
  26. Onder, F. (1996). Türkiye'de var olan ve tasarlanan termik santraller ile bunlara ait hava kirletici emisyonlar ve önlem alma projeksiyonları. Master's thesis, İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology. İstanbul.
  27. Republic of Türkiye. (1983). Environmental Law No. 2872 (Çevre Kanunu). Official Gazette No. 18132, 11 August 1983.
  28. Riaz, F., Awan, M. R., Nabi, H. Z., Uddin, G. M., Sultan, M., & Asim, M. (2025). A machine learning based multi-objective optimization for flue gas desulfurization enhancement in coal power plants. Energy Nexus, 20, 100534. Doi: https://doi.org/10.1016/j.nexus.2025.100534
  29. Rumahorbo, P. S., Yazawa, N., Ito, H., Sugimoto, J., Kondo, S., Okada, Y., Sato, K., Timprae, W., & Watanabe, S. (2025). Cake Moisture Estimation Based on Image Analysis and Regression Model for Controlling the Compression Time of Filter Press in Sludge Dewatering. Processes, 13(6), 1919. Doi: https://doi.org/10.3390/pr13061919
  30. Soud, H. N. (1994). FGD installations on coal-fired plants (2nd ed., IEACR/71). IEA Coal Research, London. ISBN 92-9029-239-3.
  31. Srivastava, R. K., & Jozewicz, W. (2001b). Flue gas desulfurization: The state of the art. Journal of the Air & Waste Management Association, 51(12), 1676–1688. Doi: https://doi.org/10.1080/10473289.2001.10464387
  32. Srivastava, R. K., Jozewicz, W., & Singer, C. (2001a). SO₂ scrubbing technologies: A review. Environmental Progress, 20(4), 219–228.Doi: https://doi.org/10.1002/ep.670200410
  33. Turton, R., Bailie, R., Whiting, W., Shaeiwitz, J., & Bhattacharyya, D. (2018). Analysis, synthesis, and design of chemical processes (5th ed.). Upper Saddle River, NJ: Pearson.
  34. Vernon, J. L., & Soud, H. N. (1990). FGD (flue gas desulphurisation) installations on coal-fired plants. London, UK: IEA Coal Research.
  35. Vovk, N., & Ravnik, J. (2023). Numerical modeling of two-phase flow inside a wet flue gas absorber sump. Energies, 16(24), 8123. Doi:https://doi.org/10.3390/en16248123
  36. Vorobiev, E. (2023). Predictive model of constant rate expression for dewatering of semi-solid materials. Chemical Engineering Science, 272, 118588. Doi:https://doi.org/10.1016/j.ces.2023.118588
  37. Yüzer, H., Okutan, H., Ekinci, E., & Goncaloğlu, B. İ. (1994). Püskürtmeli kurutucuda trona ile yanma gazlarındaki kirleticilerin giderilmesi (TÜBİTAK Teknik Rapor No. T4-11). Gebze-Kocaeli.
  38. Zhao, C., Wang, Z., Gao, D., Chen, H., & Zhang, H. (2022). Simulation and techno-economic analysis of moisture and heat recovery from original flue gas in coal-fired power plants by macroporous ceramic membrane. Energy, 259, 124994. Doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.124994
  39. Zou, H., & Yuan, J. (2022). Online application oriented dynamic modeling for the flue gas desulfurization tower in coal-fired power plants. Process Safety and Environmental Protection, 159, 698-707. Doi: https://doi.org/10.1016/j.psep.2022.01.035