Wykorzystanie modelowania numerycznego do optymalizacji fluidalnej suszarki węgla brunatnego

• Autorzy: Anweiler S. , Nowosielski G. , Plutecki Z.

Warianty tytułu

EN

Application of numerical modeling for optimization of a lignite fluidized-bed dryer

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono metodologię prowadzenia badań przepływów dwufazowych ziaren węgla brunatnego i powietrza w suszarkach fluidalnych. Celem badań była optymalizacja geometrii komory suszarki oraz wybranych parametrów przepływowych, ze względu na zwiększenie intensywności procesu suszenia przy jednoczesnym obniżeniu zużycia energii napędowej procesu suszenia. W badaniach procesu suszenia węgla brunatnego wykorzystano metody wizualizacji przepływów oraz zastosowano symulację numeryczną zjawisk zachodzących wewnątrz suszarki. Badania eksperymentalne przeprowadzono na stanowisku wykonanym z tworzyw przeźroczystych, które odpowiednio oświetlone systemem reflektorów i ekranów pozwala zrealizować akwizycję obrazu metodą jasnego pola. W wyniku uzyskano sekwencje obrazów, przedstawiających ewolucję struktury przepływu mieszaniny węgla brunatnego i powietrza, a następnie zastosowano analizę obrazu metodą Digital Particle Image Velocimetry (DPIV). Uzyskane wyniki przyjęto jako kryterium oceny badań symulacyjnych z wykorzystaniem modelu, w którym do analizy przepływów wykorzystano między innymi model Euler – Euler, a obliczenia wykonano w programie ANSYS. Uzyskane wyniki badań symulacyjnych poddano weryfikacji, uzyskując zadowalającą zbieżność jakościowo-ilościową symulacji z eksperymentem. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że zaproponowany model numeryczny suszarki fluidalnej może być skutecznym narzędziem w procedurze optymalizacji energetycznej procesu suszenia węgla brunatnego.

EN

Fluidized bed drying process is a gas/solid multiphase flow where the dispersed phase concentration is the object of this scientific research. The article provides a methodology for estimation of the lignite granules and the air two-phase flow inside fluidized bed dryers. The aim of the research is the identification of: a) geometrical parameters of the fluidized bed chamber and: b) necessary properties of the flow, providing a large intensity of the drying process while the minimum energy consumption is achieved. Research was based on the use of process visualization methods and a digital image analysis of obtained experimental data. Gathered data were then applied for construction of a numerical model describing the two-phase flow phenomena. The experimental research was carried out on a measurement setup made of a transparent plastic, which was adequately illuminated by headlamps and screens. Bright field illumination technique was applied for the image acquisition. As a result of the process visualization, image sequences illustrating the evolution of the two-phase gas/solid flow structure have been obtained. Images of the flow regime were then analyzed with the use of Digital Particle Image Velocimetry (DPIV) technique. The obtained results were accepted as the assessment criterion for the simulation studies using numerical models. The mathematical simulation of the two-phase flow was conducted with the use of the Euler–Euler approach, and the calculations were performed with ANSYS software. The results of the simulations were then verified showing satisfactory qualitative and quantitative convergence between the experiment and the simulation. Finally, on a basis of the conducted reasearch, it was ascertained that the proposed numerical model of a fluidized bed dryer can be an effective tool in the procedure of lignite drying energy optimization process.

Słowa kluczowe

PL

suszenie węgla brunatnego; modelowanie przepływów dwufazowych; wizualizacja; analiza obrazu; symulacja

EN

lignite drying; modeling of the two-phase flow; visualisation; image analysis; simulation; numerical modelling

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Energia [Stowarzyszenie Elektryków Polskich - COSiW]
• Czasopismo: Energetyka
• Rocznik: 2014
• Tom: nr 10
• Strony: 593--600
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Anweiler S.

• Politechnika Opolska

autor

Nowosielski G.

• Politechnika Opolska

autor

Plutecki Z.

• Politechnika Opolska

Bibliografia

• [1] Anweiler S., Ulbrich R., Videogrametric estimation of fluidized beds, 6th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics, and Thermodynamics, pp. 8-a-11, Matsushima, Miyagi, Japan, 2005.
• [2] Anweiler S., Ulbrich R., Videogrametric analysis of two-phase flow in fluidized beds, Proceedings of the 4th Int. Conf. on Transport Phenomena in Multiphase Flow, pp. 183-192, Gdańsk, Poland, 2005.
• [3] Anweiler S., Szmolke N., Gas-Particles Flow Pattern Visualization Inside Heat Exchangers, Proc. 4th Int. Conf. on Transport Phenomena in Multiphase Flow "HEAT 2008", vol. 1, pp. 397- 404, Białystok, Poland, 2008.
• [4] Bieńkowski G., Zastosowanie cyfrowej anemometrii obrazowej do wyznaczania pól prędkości, Praca dyplomowa magisterska Warszawa 1999.
• [5] Bullinger C., Ness M., Sarunac N., Coal Creek Prototype Fluidized Bed Coal Dryer: Performance Improvement, Emissions Reduction, and Operating Experience, 31st International Technical Conference on Coal Utilization and Fuel Systems, Clearwater FL, May 21-25, 2006.
• [6] Buschsieweke F., Dampfwirbelschichttrocknung von Braunkohle, Institut fur Verfahrenstechnik und Dampfkesselwesen der Universität Stuttgart, 2005, rozprawa doktorska.
• [7] Dyakowski Т., Jaworski A. J., Application of Tomographic Techniques for Imaging Fluidized Beds, 3rd Israeli Conference for Conveying and Handling of Particulate Solids, Dead Sea, Israel 2000.
• [8] Dziubiński M., Prywer J., Mechanika Płynów dwufazowyd WNT, Warszawa 2009.
• [9] Karcz H., Fizykochemiczne i kinetyczne własności polskich węgli energetycznych, IX Konferencja Kotłowa 2002, prace IMiUE Politechniki Śląskiej.
• [10] Kmieć A., Englart S., Ludwińska A., Teoria i technika fluidyzacji, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2007.
• [11] Kumar A., Studies on Fluidization Behavior Of Spouted Bed And Methematical Modeling, Department of Chemical Engineering National Institute of Technology Rourkela, Orissa 2010.
• [12] Piaskowski A., Beck M. S., Thorn R., Dyakowski Т., Imaging Industrial Flows, Bristol 1995.
• [13] Plutecki Z., Zator S., Nowosielski G. i inni, Raport roczny z realizacji zadań projektu POIG.01.03.01-00-040/8, Opole, styczeń 2010, praca niepublikowana.
• [14] Plutecki Z., Nowosielski G., Badania symulacyjne przepływów dwufazowych w instalacji suszącej węgiel brunatny metodą fiuidalną, Zarządzanie Energią i Teleinformatyką ZET 2011, Materiały i Studia, KAPRINT 2011, s. 129-138.
• [15] Zhang К., You C.F., Experimental and Modeling Investigation of Lignite Drying in a Fluidized Bed Dryer, 20th International Conference on Fluidized Bed Combustion, pp. 361-366, May 18-20, 2009, Xi'an, China.