Dolaşımlı akışkan yatağın hidrodinamik, yanma ve emisyon özelliklerinin deneysel incelenmesi
Experimental investigation of the hydrodynamic combustion and emission properties of a circulating fluidized bed
- Tez No: 85948
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ DURMAZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 1999
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 362
Özet
DOLAŞIMLI AKIŞKAN YATAĞIN HİDRODİNAMİK, YANMA VE EMİSYON ÖZELLİKLERİNİN DENEYSEL İNCELENMESİ (Doktora Tezi) Hüseyin TOPAL GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Ekim 1999 ÖZET Bu tezin amacı, geniş bir rezerve sahip yerli linyit kömürlerinin dolaşımlı akışkan yatakta (DAY) temiz ve verimli yakma koşullarının deneysel olarak incelenmesidir. Karmaşık bir yapıya sahip olan akışkan yatakta kömür yanmasının daha iyi anlaşılabilmesi için yatak hidrodinamik yapısının iyi bilinmesi gerekmektedir. Bu çalışmada farklı işletme koşulları altında Tunçbilek linyiti ve absorbent olarak da Göynük kireçtaşı kullanılarak akışkan yatağın hidrodinamik özellikleri, yanma ve emisyon davranışı deneysel olarak incelenmiş ve sonuçlar irdelenmiştir. Yakma sistemlerinin tasarımında temel amaç, yatırım maliyetleri olabildiğince düşük tutularak çeşitli işletme koşullarında yanma veriminin maksimum, hava kirletici emisyonların minimum olacağı sistem yapısının oluşturulmasıdır. Bir DAY tasarımında ve uygun işletme koşullarının oluşturulmasında dikkate alınması gereken yakıtla ilgili başlıca parametreler; ısıl değer, uçucu madde, sabit karbon, kül ve nem oranları, kül ergime sıcaklığı, kömür gözenekliliği ve reaktivitesidir. Yanma ve emisyon davranışını etkileyen başlıca işletme parametreleri ise hava fazlalığı, gaz hızı, yatak sıcaklığı, yakıt ve yatak malzemesi boyutsal özellikleridir. Bu parametrelerin, yatakta uygun hidrodinamik yanma ve emisyon koşullarının oluşmasına yönelik belirlenmesi, dolaşımlı akışkan yatağın yakıt ekonomisine ve çevresel koşullara uyumunu sağlar. DAY yakma sistemlerinin yanma ve emisyon özelliklerinin araştırılmasında sistem hidrodinamik özelliklerinin bilinmesi büyük önem taşımaktadır. Yanmanın olduğu sıcak yataklarda hidrodinamik davranışın ayrıntılı biçimde belirlenmesi (görüntülenmesi) çok zor ve pahalıdır. Bu nedenle oluşturulacak sıcak ve soğuk modeller arasındaki fiziksel benzeşim kuralları belirlenerek bir modeldeki hidrodinamik davranışın diğer modele taşınması yaklaşımı bu çalışmada benimsenmiştir. Hidrodinamik yapı incelenirken, farklı işletme koşulları altında, 0,125 m iç çapında 1,80 m yüksekliğinde bir sıcak ve aynı11 geometriye sahip bir soğuk modelde deneysel olarak, yerel gaz akış hızları, yerel sıcaklık dağılımları, katı kütle ve yerel gaz konsantrasyon dağılımları fiziksel benzeşime yönelik olarak incelenmiştir. Fiziksel benzeşim deneylerinin uygun biçimde yapılabilmesi için Gazi Üniversitesi Müh.Mim. Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü Isıl Güç Laboratuarında bulunan dolaşımlı sıcak ve soğuk akışkan yatak test sistemlerinde gerekli modifikasyonlar yapılmıştır Sıcak model DAY'm yanma odasmda üç ayrı seviyede radyal doğrultuda yerel gaz hızları, sıcaklıkları, katı kütle akılan (yukarı akı, aşağı akı ve net akı) ile sekiz ayrı seviyede ve radyal doğrultuda yerel gaz konsantrasyonları ölçülmüştür. Bu ölçümlerin yapılabilmesi amacıyla izokinetik katı partikül örnek alma sistemi ve çok kanallı bir gaz örnek alma sistemi geliştirilmiş sıcak ve soğuk model deneylerinde kullanılmıştır. Sıcak ve soğuk yataklar arasındaki benzeşim çalışmasında Reynolds (Re) ve Froude (Fr) sayıları ile katı-gaz yoğunluk oranı (ps/pg) başlıca boyutsuz parametreler olarak belirlenmiş bu parametrelerin benzeşim ilişkilerindeki etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Re sayısının yakın tutulduğu deney grubunda fiziksel benzeşimin oldukça iyi olduğu görülmüştür. Fr sayısının eşit tutulduğu deneylerde ise katı kütle akılan miktar ve dağılım olarak her iki modelde farklılık göstermiştir. En uygun deney koşullarında yanma verimi % 98, Ca/S=2,5 oranında SO2 tutma verimi ise % 91 (SC>2=272 mg/Nm3) olarak bulunmuştur. Hava kalitesinin Korunması yönetmeliğinde 300 MW'a kadar olan akışkan yatak yakma sistemlerinin baca gazlanndaki SO2 emisyonu sınır değeri % 7 O2 oranında 400 mg/Nm^ olarak verilmektedir. Tunçbilek linyitinde SO2 emisyonu Ca/S>l,6 koşulunda yönetmelik sınır değerlerin altında tutulabilmektedir. Bu tez çalışması ile, yakın gelecekte ülkemizde yoğun uygulama alanı bulması beklenen dolaşımlı akışkan yataklı kazanlarla ilgili laboratuar test ve araştırmalarının yapılabileceği bir araştırma altyapısı oluşturulmuştur. Bilim Kodu : 625.05.04 Anahtar Kelimeler : Dolaşımlı akışkan yatak, yanma, emisyonlar, yerel katı kütle akıları, yerel gaz konsantrasyon dağılımı Sayfa Adedi : 331 Tez Yöneticisi : Prof.Dr. Ali DURMAZ ^«^htfUCÖ»^3
Özet (Çeviri)
Ill EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF THE HYDRODYNAMIC, COMBUSTION AND EMISSION PROPERTIES OF A CIRCULATING FLUIDIZED BED (Ph.D Thesis) Hüseyin TOPAL GAZI UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY October 1999 ABSTRACT The aim of this thesis is to experimentally analyse the clean and optimum combustion conditions of the native lignites, which have large reserves, in Circulating Fluidised Beds (CFB). In order to better understand the complex structured combustion of coal in CFB, the hydrodynamics should be well known. In this study Tunçbilek lignite is used under different operating conditions, in order to experimentally investigate the combustion and emission behaviour of bed hydrodynamics. In the design of combustion systems, the main goal is to constitute a system that maximises combustion efficiency, and minimises operating and investment costs and air pollutant emissions. In the design and determination of operating conditions of a CFB boiler, the most important fuel parameters are: calorific value, volatile matter, fixed carbon, ash and moisture rates, ash melting temperature, coal porosity and reactivity. The main parameters affecting the combustion and emission behaviour are excess air, operating velocity, bed temperature, fuel and bed material, particle size distribution and properties. Determination of these parameters according to optimum formation of hydrodynamic combustion and emission conditions, will lead to the CFB' s fuel economy and environmental acceptability. In the investigation of the combustion and emission properties of CFB' s, it is important to know the hydrodynamic structure. The detailed determination of the hydrodynamic structure of CFB' s is very difficult and expensive under combustion conditions. For this reason, an approach that uses a link for the hydrodynamic behaviour between the hot model and the cold model by using physical simulation rules was adopted. In the analyses of the hydrodynamic structure a hot model that is 1,8 m tall and 0,125 m in diameter, and a cold model that has the same geometric measurements are used and local gasIV velocities, local temperature distributions, solid mass fluxes and local gas concentration distributions are determined from an experimental study. Modifications are made to both the hot and cold models situated at Gazi University, Fac. of Eng. and Arch., Dept. of Mechanical Engineering, Heat Power Laboratory, in order to properly study physical similarity. In the combustion chamber of the hot model CFB, local gas velocity, temperature and solid mass flux (up, down, and net flux) are measured at 3 levels, and local gas concentrations in the radial direction are measured at 8 points. To measure these quantities an isokinetic solid particle sampling system and multi channel gas sampling system are designed, set up and used in the hot and cold model experiments. In the physical similarity study, the main parameters are determined to be the particle's Reynolds number (Re), Froude number (Fr) and solid- gas density ratio (ps/pg)- The effects of these parameters are determined individually in the similarity relationship. The results of the physical similarity are quite satisfactory when Re numbers are taken close to each other in the hot and cold models. But in the studies where the Fr numbers are equal, the solid mass fluxes are found to be different in the hot and cold model experiments. For the most appropriate experimental conditions, the combustion efficiency is 98 %, SO2 capture efficiency is 91 % (SC>2=272 mg/Nm3) at Ca/S=2,5. According to the Air Quality Protection Regulations the SO2 emission limit is given as 400 mg/Nm3 (at 7 % O2) for CFB's up to 300 MW. For Tunçbilek Lignite the SO2 emissions can be held below the regulation limit at Ca/S>l.6. With this thesis study, a research substructure is formed where laboratory tests and investigations can be performed on circulating fluidised bed boilers, for which an intensive application area is expected to be found in the near future. Science code : 625.05.04 Key words : Circulating fluidized bed, combustion, emissions, local solid mass flux, local gas concentration Page number : 331 Adviser : Prof. Dr. Ali DURMAZ
Benzer Tezler
- Dolaşımlı soğuk akışkan yatak test sisteminde katı kütle akılarının deneysel incelenmesi
The Experimental investigation of the solid mass fluxes in a cold model circulating fluidized bed test system
BURAK ÇEKMEZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2000
Makine MühendisliğiGazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ DURMAZ
- 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
- Drying of natural zeolite powders in vibrated fuidized beds
Doğal zeolit tozlarının titreşimli akışkan yatakta kurutulması
CİHAN ÖCAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖRKEM KÜLAH
- Akışkan yataklı kazanların tanıtımı, fabrika atıklarının yakılmasının incelenmesi ve atık yakan pilot boyutta bir akışkan yatağın projelendirilmesi
Başlık çevirisi yok
AHMET MURAT YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
1990
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. M. ÜMİT KAMÇIOĞLU
- Dolaşımlı akışkan yatakta ısı transferi mekanizması ve bu mekanizmanın kuramsal ve deneysel analizi
Experimental and theoretical analysis of heat transfer mechanism in circulating fluidized bed
OĞUZHAN ERBAŞ