Numerical analysis and experimental validation of fluidized bed gasification systems with low-rank coal fuels
Isıl değeri düşük kömür kullanılan akışkan yataklı gazlaştırma sistemlerinin sayısal analizi ve deneysel yöntemlerle incelenmesi
- Tez No: 762480
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BARIŞ YILMAZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Makine Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Energy, Mechanical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Marmara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 195
Özet
Bu tez çalışmasında, düşük kalorili kömürlerin akışkan yatak sistemlerindeki gazlaştırma karakteristiklerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda, bir akışkan yatak gazlaştırma sistemi sayısal ve deneysel yöntemlerle incelenmiş ve bu teknolojinin endüstriyel ölçekte uygulaması araştırılmıştır. Çalışmada öncelikle, referans alınan kömür numunelerinin laboratuvar ölçekli bir kabarcıklı akışkan yatak gazlaştırma sistemindeki davranışları değerlendirilmiştir. Kullanılan deneysel yöntemlerle birlikte gazlaştırma prosesi sonucu çıkan sentetik gazın bileşenleri, alt ısıl değeri ve prosesin termal verimi farklı hava yakıt oranları için elde edilmiştir. Gazlaştırma prosesi öncesinde kömür numunelerine uygulanan yıkama ve kurutma işlemlerinin etkisi de bu çalışma kapsamında değerlendirilmiştir. Ayrıca, elde edilen deneysel veriler Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) yöntemiyle doğrulanmıştır. Yapılan sayısal analizlerde, hem kimyasal reaksiyon, ısı ve kütle geçişinin ihmal edildiği soğuk akış yaklaşımıyla, hem de reaktif termal çözümlemeler ile birlikte, deneysel yöntemlerle tespiti çok zor olan akışkan yataktaki parçacık davranışı incelenmiş, ayrık fazın hareketi ve akış alanına etkisi değerlendirilmiştir. Sonrasında, gazlaştırma reaksiyonları, devolatilizasyon ve enerji denklemlerinin uygulanması sonucunda gazlaştırma prosesinin verimlilik değerleri elde edilmiş, elde edilen bulgular deneysel sonuçlarla karşılaştırmalı olarak irdelenmiştir. Aynı kömür numuneleri referans alınarak endüstriyel ölçekli bir dolaşımlı akışkan sistemi tasarlanmış, bu sistemin işletme parametreleri belirlenmiştir. Son adımda ise tasarlanan endüstriyel ölçekli dolaşımlı akışkan yatak sisteminde termal verime ve karbon dönüşüm hızına doğrudan etki eden bir büyüklük olan katı sirkülasyon hızını etkileyen parametreler HAD yöntemleri ile incelenmiştir. Yüzeysel hız, hava fazlalık katsayısı ve basınç düşüşü gibi değişkenler ile birlikte akışkan yatak prosesi incelenerek endüstriyel ölçekli sistemlerin tasarımında gerekli parametrelerin belirlenmesi hedeflenmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, it was aimed to investigate the gasification characteristics of low-rank coals in fluidized bed systems. Within this scope, a fluidized bed gasification system was examined by numerical and experimental methods and the industrial-scale application of this technology was also evaluated. Initially, the gasification behavior of the reference coal samples in a laboratory-scale bubbling fluidized bed system was evaluated in the study. The composition of the synthetic gas resulting from the gasification process and thermal efficiency are obtained for different air-fuel ratios via experimental methods used. The effect of cleaning and drying processes applied to the coal samples before the gasification process was also evaluated within the scope of this study. Also, the experimental data are verified by using Computational Fluid Dynamics (CFD) methods. The behavior of the particles in the fluidized bed, which is very difficult to obtain by experimental methods, was examined with both reactive thermal analyses and cold flow analyses - in which chemical reaction, heat and mass transfer are neglected. The motion of the discrete phase and its effects on the flow field are evaluated. Moreover, the thermal efficiency of the gasification process was obtained as a result of the application of chemical reactions, devolatilization models and energy equations. The numerical results are also examined in comparison with the experimental results. An industrial-scale circulating fluidized bed system was designed and its operational conditions are determined by considering the same coal samples. Finally, the solid circulation rate of this industrial-scale circulating fluidized bed system is investigated by CFD methods, which is a deterministic parameter for thermal efficiency and carbon conversion rate in the gasification process. It was aimed to determine optimum values of the parameters such as superficial velocity, excess air coefficient, carbon conversion rate, and pressure drop in the design of industrial-scale systems by examining the fluidized bed gasification process.
Benzer Tezler
- Dolaşımlı akışkan yatağın hidrodinamik ve ısıl matematik modellemesi
Hydrodynamic and thermal numerical modeling of coal gasification in circulating fluidized bed
CEM DOLU
Doktora
Türkçe
2017
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFULLAH KUDDUSİ
- Kömür ve biyokütle karışımlarının gazlaştırılması ve aspen HYSYS programı ile simulasyonu
Coal and biomass gasification and simulation of gasification systems using aspen HYSYS program
TANJU NAYIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERHAN BÖKE
- Design of spout-fluidized bed (SFB) in terms of hydrodynamic aspect utilizing numerical method
Nümerik model kullanılarak hidrodinamik açıdan taşkın akışkan yatak (TAY) tasarımı
ARİF ÇUTAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Makine MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMRAH ÖZAHİ
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALPEREN TOZLU
- PEM elektrolizörün sayısal modellemesi ve deneysel doğrulanması
Numerical modeling and experimental validation of PEM electrolyzer
SAFİYE NUR ÖZDEMİR
- Modelling, analysis and experimental validation of vibration of electric motors
Elektrik motorlarının titreşimlerinin modellenmesi, analizi ve deneysel olarak doğrulanması
DENİZ BİLGİLİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KENAN YÜCE ŞANLITÜRK