Badanie suszenia słomy i węgla brunatnego w suszarce multicyklonowej

• Autorzy: Dzik T. , Czerski G.

Identyfikatory

DOI

10.2478/gospo-2014-0031

Warianty tytułu

EN

Study of the drying process of straw and lignite in a multi-cyclone dryer

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Proces suszenia jest niezbędnym elementem podczas wytwarzania paliw kompozytowych z biomasy i węgla. Omawiana suszarka multicyklonowa jest oryginalnym rozwiązaniem konstrukcyjnym opracowanym i opatentowanym przez AGH, które może być wykorzystane w trakcie przygotowania surowca do procesu scalania. W artykule przedstawiono wyniki pomiarów suszenia rozdrobnionej słomy i węgla brunatnego w doświadczalnej suszarce multicyklonowej oraz rezultaty obliczeń symulacyjnych jej pracy. Do utworzenia modelu numerycznego CFD (Computational Fluids Dynamics) procesu suszenia w suszarce multicyklonowej wykorzystano oprogramowanie ANSYS Fluent. Dzięki modelowaniu numerycznemu CFD uzyskano informacje na temat pracy i funkcjonowania wymienionej suszarki. Zaprezentowano szereg uzyskanych w trakcie obliczeń rezultatów, tj.: temperatury i zawartości wilgoci dla surowca i gazu suszącego, zmianę zawartości wilgoci surowca na poszczególnych stopniach suszarki, wpływ uziarnienia paliwa na stopień jego odparowania, rozkłady najważniejszych parametrów pracy suszarki dla gazu do suszenia i suszonych ziaren oraz czas przebywania surowca w poszczególnych stopniach suszarki. Ponadto wyznaczono współczynnik wymiany ciepła w suszarce multicyklonowej, który wynosi do 250 W/(m²K). Przeprowadzone próby na stanowisku doświadczalnym suszenia biomasy i węgla brunatnego oraz obliczenia symulacyjne potwierdziły słuszność przyjętej koncepcji suszenia z wykorzystaniem cyklonów w układzie szeregowym. Suszarka wykazała zdolność do obniżenia o 15% wilgoci w słomie przy zastosowaniu niskiej temperatury suszenia, tj. 170°C dla zastępczego rozmiaru ziarna 1,5 mm. W przypadku suszenia rozdrobnionego węgla brunatnego dla rozmiaru zastępczego ziarna 0,5 mm, ilość wilgoci zmniejszyła się o 21%. Badana suszarka multicyklonowa wykazała dużą dynamikę procesu suszenia, która wynosi 3%/s w przypadku suszenia rozdrobnionej słomy i 4%/s dla rozdrobnionego węgla brunatnego.

EN

The drying process is an essential part of the production of composite fuels from biomass and coal. The presented multi-cyclone dryer is an original design solution developed and patented by AGH, which can be used during the preparation of raw material for the unification process. This article presents the results of measurements of the particulate straw and lignite drying in a multi-cyclone dryer, and the results of simulation calculations of the dryer’s performance. The ANSYS Fluent software was used to create a CFD (Computational Fluids Dynamics) numerical model of the drying process in a multi-cyclone dryer. The CFD numerical modelling provided information about the performance and operation of the dryer. Key results obtained during the calculations include the following: the temperature and moisture content of the raw material and drying gas, the change in the moisture content of the raw material for each stage of the dryer, the influence of fuel particle size on the degree of evaporation, the distribution of the most important parameters of the dryer’s performance for drying gas and dried particles, and the residence time of the raw material for each stage of the dryer. Moreover, the heat transfer coefficient in the multi-cyclone dryer was determined, which is up to 250 W/(m²K). The conducted experimental tests of biomass and lignite drying in the dryer, as well as the simulation calculations, confirmed the validity of the approach for drying with the use of cyclones arranged in series. The dryer demonstrated the ability to release 15% of the moisture from the straw with the use of a low drying temperature, i.e. 170°C for the sample particle size of 1.5 mm. In the case of particulate lignite drying for the substitute particle size of 0.5 mm, the amount of evaporated moisture was 21%. The examined multi-cyclone dryer demonstrated high dynamics in the drying process, at 3% per s in the case of particulate straw drying and 4% per s for particulate lignite.

Słowa kluczowe

PL

paliwo kompozytowe; suszenie węgla; suszenie biomasy; suszarka multicyklonowa

EN

composite fuel; coal drying; drying process

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 30, z. 3
• Strony: 145--159
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Dzik T.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Katedra Systemów Wytwarzania, Kraków

autor

Czerski G.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, Kraków;

Bibliografia

• [1] Akpinar, E. i Bicer, Y. 2005. Modeling of the drying of eggplants in thin-layers. International Journal of Food Science and Technology 40, s. 273–281.
• [2] Ansys 2011. Ansys Fluent Theory Guide.
• [3] Brennan i in. 2009 – Brennan, M., Holtham, P. i Narasimha, M. 2009. CFD Modeling Of Cyclone Separators: Validation Against Plant Hydrodynamic Performance, Seventh International Conference on CFD in the Minerals and Process Industries, CSIRO, Melbourne, Australia, 9–11 December 2009.
• [4] Bunyawanichakul i in. 2006 – Bunyawanichakul, P., Kirkpatrick,M.P., Sargison, J.E.,Walker, G.J. 2006. A Three -Dimensional Simulation of a Cyclone Dryer. Fifth International Conference on CFD in the Process Industries CSIRO, Melbourne, Australia 13–15 December 2006.
• [5] Corrê i in. 2004 – Corrê, J.L.G, Graminho, D.R., Silva, M.A. i Nebra, S.A. 2004. The Cyclonic Dryer – A Numerical and Experimental Analysis of the Influence of Geometry on Average Particle Residence Time, Brazilian Journal of Chemical Engineering Vol. 21, No. 01, s. 103–112, January–March 2004.
• [6] Dzik T. i Grzebieluch, A. 2012. Suszarka cyklonowa biomasy roślinnej. WIPO ST 10/c PL 2012, 398095.
• [7] Dzik T. i Grzebieluch, A. 2012. Cyclon Dryer for plant biomass. PCT/PL2012/000113.
• [8] Hryniewicz i in. 2012 – Hryniewicz, M., Dzik, T. i Czerski, G. 2012. Biomass compaction with low coals a way of its preparation for the gasification process. A Monograph „Development of Coal, Biomass and Wastes Gasification Technologies with Particular in Chemical Seqestration of CO2”, s. 67–78.
• [9] Karcz, A. i Strugała, A. 2008. Zwiększenie szans wykorzystania krajowej bazy węgli koksowych poprzez działania technologiczne w zakresie przygotowania mieszanek wsadowych. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Managemen t. 24, z. 1/1, s. 5–18.
• [10] Mirowski, T. i Surma, T. 2008. Paliwa biomasowe w sektorze wytwarzania energii elektrycznej i ciepła w Polsce. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Managemen t. 24, z. 3/3, s. 211–221.
• [11] Mujumdar, A.S. 2011. Classification and Selection of Industrial Dryers. Handbook of industrial drying, 2nd ed.Vol. 1. New York.
• [12] Wade, A. 1998. Report on Biomass Drying Technology. National Renewable Energy Laboratory November 1998, NREL/TP-570-25885.
• [13] Wang i in. 2003. B. Wang, B., Xu, D.L., Xiao, G.X., Chu, K.W. i Yu, A.B. 2003. Numerical Study Of Gas-Solid Flow In A Cyclone Separator, Third International Conference on CFD in the Minerals and Process Industries, CSIRO, Melbourne, Australia,10–12 December 2003.
• [14] Westbergh, K. 2007. 3D-model of a Dryer Cyclone Examensarbete i maskinteknik, Institutionen Ingenjörshögskolan, Högskolan i Borås No. 2.
• [15] Vorobiev i in. 1965 – Vorobiev, H., Mazurov, D. i Sokolov, A. 1965. Tieplotechnologiczeskije procesy i aparatura silikatnych proizvodstv. Vysszaja Szkola. Moskwa 1965.
• [16] Żarczyński i in. 2013. – Żarczyński, P., Strugała A., Sobolewski, A., Kaczmarek, W. 2013. Analiza możliwości poprawy efektywności energetycznej procesu koksowania przez wdrożenie operacji podsuszania. Gospodarka Surowcami Mineralnymi – Mineral Resources Management t. 29, z. 3, s. 151–165.