Computational and experimental analysis of gas-particle flow in furnance power boiler instalations with respect to erosion phenomena

Dobrowolski, B.; Wydrych, J.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Computational and experimental analysis of gas-particle flow in furnance power boiler instalations with respect to erosion phenomena

Autorzy

Dobrowolski B. , Wydrych J.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Obliczeniowa i eksperymentalna analiza przepływu gaz-cząstki stałe w instalacjach kotłów energetycznych w odniesieniu do zjawiska erozji

Języki publikacji

Abstrakty

The paper presents a method for finding such instalation elements which are especially subjected to erosion wear and a method for quantitative assessment of the erosion loss at a given operational time of a pneumatic conveying system. Motion of the gas is described by the Reynolds equation with the turbulence model. Motion of solid particles is described by the Lagrange equation. Then, the erosive loss of the wall material is calculated according to the Bitter model. The calculations are performed for a part of the dust system in BP-1150 boiler. It is found that a "cord" of particles is formed as a result of some changes of the flow direction inside the stream. High local intensity of particle collisions with the walls is the main reason for accelerated erosion of some parts of the system. The numerical calculation results are compared wit h the results of measurements on material losses of the elbow.

W pracy przedstawiono metodę pozwalającą na ocenę prędkości zużycia erozyjnego instalacji jako funkcji jej budowy oraz warunków eksploatacji. Idea metody polega na opisie ruchu fazy gazowej równaniami Reynoldsa, uzupełnionymi modelem turbulencji. Ruch cząstek opisano metodą Lagrange'a. Następnie szacowano lokalny ubytek materiału ścianki w wyniku erozji z zastosowaniem modelu Bittera. Porównanie szczegółowych obliczeń numerycznych z wynikami pomiarów wykonano dla fragmentu instalacji pyłowej kotła BP-1l50. Stwierdzono, że przy zmianie kierunku przepływu formuje się tzw. "sznur" cząstek, powodujący intensywne zużycie niektórych sekcji instalacji. Wystąpienie sekcji szczególnie narażonych na zużycie erozyjne jest uwarunkowane aerodynamiką przepływu. Stwierdzono zgodność w prognozowaniu zarówno obszarów przyśpieszonej erozji, jak i intensywności zużycia.

Słowa kluczowe

pneumatic transport pulverized coal erosion

Wydawca

Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej

Czasopismo

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

Rocznik

2007

Tom

Vol. 45 nr 3

Strony

513--537

Opis fizyczny

Bibliogr. 37 poz., rys.

Twórcy

autor

Dobrowolski B.

autor

Wydrych J.

Opole University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Poland, j.wydrych@po.opole.pl

Bibliografia

1. Aroussi A., Giddings D., Mozaffari E., Pickering S.J., 2002, Characterisation of pulverised fuel roping, 15th International Congress of Chemical and Process Engineering (CHISA2002), Prague, Czech Republic
2. Banderier C., Krattenthaler Ch., 2003, —em Discrete Random Walks, DRW’03, Discrete Mathematics and Theoretical Computer Science, Conference Volume AC, 259-264
3. Bitter J.G.A., 1963, A study of erosion phenomena, Wear, 6, p. 5
4. Borsuk G., Dobrowolski B., Wydrych J., 2006, Gas-solids mixture flow through a two-bend system, Chemical and Process Engineering, 27, 645-656
5. Bocksell T.L., Loth E., 2001, Random walk models for particle diffusion in free-shear flows, AIAA Journal, 39, 6, 1086-1096
6. Brach R.M., 1997, Impact coefficients and tangential impacts, Transactions of the ASME – Journal of Applied Mechanics, 64, 4, 1014-1016
7. Crowe C.T., 2006, Multiphase Flow Handbook, Taylor and Francis Group
8. Curtis J.S., 2003, Effect of solids loading, Reynolds number, and particle size distribution on velocity fluctuations in gas-particle flows, 4th ASME-JSME Joint Fluids Engineering Conference Honolulu, Hawaii, USA
9. Deng T., Bingley M.S., Bradley M.S.A., 2004, The influence of particle rotation on the solid particle erosion rate of metals, Wear, 256, 1037-1049
10. Djebedjian B., 2001, Numerical and experimental investigations of turbulent flow in a 180◦ curved diffuser, ASME Division of Fluid Dynamics Summer Meeting, New Orleans, LA
11. Dobrowolski B., Pospolita J., Wydrych J., 2004, Próba poprawy warunków przepływowych przed rozdzielaczem czterodrogowym w układzie pyłowym kotła BP-1150, Inżynieria Chemiczna i Procesowa, 25, 4, 2105-2112
12. Dobrowolski B., Wydrych J., 2005, Prognozowanie zużycia erozyjnego układów transportu pneumatycznego w energetyce, VII Konferencja ”Problemy Badawcze Energetyki Cieplnej”, Warszawa
13. Dobrowolski B., Wydrych J., 2006, Evaluation of numerical models for prediction of areas subjected to erosion wear,—em Int. J. of Applied Mechanics and Engineering, 11, 4, 735-749
14. Eiamworawutthikul C., Gould R.D., 2001, Wake behind a sphere in low Reynolds number turbulent freestream, ASME Division of Fluid Dynamics Summer Meeting, New Orleans, LA
15. ElTobgy M.S., Ng E., Elbestawi M.A., 2005, Finite element modeling of erosive wear, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 45, 1337-1346
16. Fluent Inc., 2006, Fluid Dynamics Analysis Package, Fluid Dynamic Internationale Inc.
17. Founti M.A., Kolaitis D.I., Katsourinis D.I., 2001, Particle induced erosion wear in a sudden expansion flow and in a long pipe transporting crude oil, ASME Division of Fluid Dynamics Summer Meeting, New Orleans, LA
18. Gore R.A., Crowe C.T., 1989, Effect of particle size on modulating turbulent intensity, Int. J. Multiphase Flow, 15, 279-285
19. Hardalupas Y., Horender S., 2003, Fluctuations of particle concentration in a turbulent two-phase shear layer, International Journal of Multiphase Flow, 29, 1645-1667
20. Heinl E., Bohnet M., 2005, Calculation of particle-wall adhesion in horizontal gas-solids flow using CFD, Powder Technology, 159, 2, 95-104
21. Junichi K., Toda K., Yamamoto M., 2003, Development of numerical code to predict three-dimensional sand erosion phenomena, 4th ASME-JSME Joint Fluids Engineering Conference Honolulu, Hawaii, USA
22. Kilarski J., Jura S., Studnicki A., Suchoń J., 1998, Problem trwałości separatorów palników pyłowych, VI Forum Energetyków ”Gospodarka Remontowa Energetyki”, Politechnika Opolska, Opole, 185-188
23. Marchioli C., Picciotto M., Soldati A., 2007, Influence of gravity and lift on particle velocity statistics and transfer rates in turbulent vertical channel flow, International Journal of Multiphase Flow, 33, 227-251
24. Mazumder Q.H., Shirazi S.A., McLaury B.S., Shadley J.R., Rybicki E.F., 2005, Development and validation of a mechanistic model to predict solid particle erosion in multiphase flow, Wear, 259, 203-207
25. Mbabazi J.G., Sheer T.J., 2006, Computational prediction of erosion of air heater elements by fly ash particles, Wear, 261, 1322-1336
26. Pachler K., Bernert K., Frank Th., Schneider H., 2001, Numerical simulation of disperse multiphase flows with an application in power engineering, 3rd Int. Symp. Comp. Tech. Fluid/Thermal/Chemical Systems Ind. Appl., Atlanta, Georgia, USA
27. Piątkiewicz Z., 1999, Transport pneumatyczny, Monografie, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice
28. Rani S.L., Winkler C.M., Vanka S.P., 2004, Numerical simulations of turbulence modulation by dense particles in a fully developed pipe flow, Powder Technology, 141, 80-99
29. Sommerfeld M., 1992, Modelling of particle-wall collisions in confined gasparticle flows, Int. J. Multiphase Flow, 18, 6, 905-926
30. Su Y., 2006, The turbulent characteristics of the gas-solid suspension in a square cyclone separator, Chemical Engineering Science, 61, 1395-1400
31. Volkov K.N., 2004, Stochastic modeling of impurity motion and scattering in the mechanics of turbulent gas-dispersed flows, Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 77, 5
32. Volkov K. N., 2004, Influence of turbulence on the deposition of particles from a gas-dispersed flow on the wall, Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 77, 5
33. Wang J., Levy E.K., 2006, Particle behavior in the turbulent boundary layer of a dilute gas-particle flow past a flat plate, Experimental Thermal and Fluid Science, 30, 473-483
34. Wang B., Zhang H.Q., Wang X.L., 2006, Large eddy simulation of particle response to turbulence along its trajectory in a backward-facing step turbulent flow, International Journal of Heat and Mass Transfer, 49, 415-420
35. Wydrych J., 2002, Aerodynamiczne uwarunkowania procesu erozji instalacji pyłowych kotłów energetycznych, Rozprawa doktorska, Opole
36. Wydrych J., Szmolke N., 2006, Numerical simulation of fluidization between the tubes, Archives of thermodynamics, 27, 4, 245-253
37. Zheng Y., Wan X., Qian Z., Wei F., Jin Y., 2001, Numerical simulation of the gas-particle turbulent flow in riser reactor based on k-ε-kp-εp-θ two-fluid model, Chemical Engineering Science, 56, 6813-6822

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BWM2-0068-0019