Analiza ubytku masy ziarna węgla w atmosferze utleniającej oraz obojętnej w zmiennej temperaturze panującej w komorze paleniskowej w dwufazowym przepływie z udziałem materiału inertnego

• Autorzy: Kaczyński Konrad , Kaczyńska Katarzyna , Pełka Piotr

Warianty tytułu

EN

Analysis of coal particle mass loss in an oxidizing and neutral atmosphere at variable temperature in the combustion chamber in two-phase flow of inert material

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem niniejszej pracy była analiza procesu erozyjnego ubytku masy pojedynczego ziarna węgla podczas jego spalania w różnych warunkach warstwy fluidalnej. W pierwszej części badano ubytek masy ziaren węgla spalanych w trzech temperaturach 850oC, 750oC i 650oC. Wykazano, że wzrost temperatury panującej w komorze paleniskowej znacznie przyspiesza proces ubytku masy spalanych ziaren węgla. Spalanie w strudze materiału inertnego intensyfikuje proces ubytku masy spalanych ziaren węgla. Zwiększenie temperatury w większym stopniu przyspiesza ubytek masy spalanych ziaren niż zwiększanie strumienia materiału inertnego. W drugim etapie analizowano wpływ atmosfery utleniającej na ubytek masy spalanego ziarna. Badania prowadzono w temperaturze 750°C i w atmosferach: powietrza oraz mieszanin: 21% O2 i 79% CO2, 25% O2 i 75% CO2, 30% O2 i 70% CO2. Pomiary prowadzono bez materiału inertnego oraz przy Gs=2,5kg/m2s. Wykazano, że dostarczenie w obszar spalania większej ilości utleniacza przyspiesza proces spalania. Obecność materiału inertnego intensyfikując proces spalania wpływa również na szybkość ubytku masy badanego ziarna. Analizowano również ubytek masy węgla wywołanego mechanicznym oddziaływaniem materiału inertnego (Gs=2,5 kg/m2s oraz Gs=5 kg/m2s). W wyniku przeprowadzonych analiz potwierdzono istnienie ścisłego związku między procesem erozji, a procesem spalania.

EN

The research has been carried out on the specially constructed test stand. For testing manually polished spherical particles chosen from arbitrary real coal particles were used with diameter 10 mm. The mass loss of combust particles with a tensometric branch scale was measured. The inert material was quartz sand. The first part of research has been carried out in three different temperatures of combustion chamber: 850°C, 750°C and 650°C. The research has been performed without inert material and with mass rate flow: Gs=2,5kg/m2s and Gs=5kg/m2s. The results obtained during testing show that higher temperature of combustion chamber accelerates the coal particles mass loss. Mass flow rate of inert material intensifies the combustion process and accelerates the coal particles mass loss. In the second stage of experiment the coal particles mass loss in an oxidizing atmosphere at 750°C was analyzed. The research has been performed in air atmosphere and gas compound: 21% O2 and 79% CO2, 25% O2 and 75% CO2, and 30% O2 and 70% CO2. The research has been carried out without inert material in air atmosphere and with mass rate flow Gs=2,5kg/m2s. The results obtained so far show that higher oxidant content accelerates the coal particles mass loss. Mass flow rate of inert material intensifies the combustion process. In the third stage of experiment the coal particles mass loss caused by the mechanical interaction of inert material was analyzed. The research has been carried out alternately in an nitrogen atmosphere and in air atmosphere, the mass rate flow of inert material was Gs=2,5kg/m2s and Gs=5kg/m2s. The analysis indicates that both erosion process and combustion are strongly correlated.

Słowa kluczowe

PL

węgiel; spalanie fluidalne; fluidyzacja

EN

coal; combustion; fluidization; oxy-combustion

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2019
• Tom: Nr 1
• Strony: 87--97
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kaczyński Konrad

• doktorant na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Informatyki Politechniki Częstochowskiej

autor

Kaczyńska Katarzyna

• doktorantka na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Informatyki Politechniki Częstochowskiej

autor

Pełka Piotr

• Instytut Maszyn Cieplnych na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Informatyki Politechniki Częstochowskiej

Bibliografia

• [1] World Energy Outlook 2017: High-level Workshop on Energy and Development, Paryż, 2017.
• [2] Bilans zasobów złóż kopalin w Polsce wg stanu na 31.XII 2016r.; pod red. M. Szuflickiego, A. Malon, M. Tymińskiego; Państwowa Służba Geologiczna; Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy; Warszawa 2017, str. 39-43.
• [3] Polityka energetyczna Polski do 2050 roku, Prognoza Krajowej Agencji Poszanowania Energii przygotowana na zamówienie Ministerstwa Gospodarki, Warszawa, sierpień 2015.
• [4] REMAP 2030 Perspektywy rozwoju energii odnawialnej w Polsce, International Renewable Energy Agency – IRENA, dokument informacyjny, październik 2015.
• [5] Bis Z., Kotły Fluidalne teoria i praktyka, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa, 2010.
• [6] Bis Z., Czakiert T., Nowak W., Spalanie w atmosferach modyfikowanych tlenem kierunkiem rozwoju dla kotłów CWF; Energetyka i Ekologia; 2008; str. 713-718.
• [7] Bisio G., Bosio A., Rubatto G., Thermodynamics applied to oxygen enrichment of combustion air, Energy Conversion and Management 2002, Vol. 43, pp. 2589-2600
• [8] Matsumoto S., Yanagisawa Y., Inaba A., System Analysis of CO2 Removal from Thermal Electric Power Plants and Storage in Deep Sea, Energy Conversion and Management 1995, Vol. 36, No. 6-9, pp. 559-562.
• [9] Bisio G., Bosio A., 200 — Oxygen enrichment of combustion air. Proc. of the ECOS 2000 Conference — From Thermo-Economics to Sustainability, Enschede, Holland, p. 379–390.
• [10] Saastamoinen J., Tourunen A., Pikkarainen T., Hasa H., Miettinen J., Hyppanen T., Myohanen K., 2006 — Fluidized Bed Combustion in High Concentration of O2 and CO2. Proc. of 19th FBC Conference, Vienna.
• [11] Basu P., Combustion of coal in circulating fluidized-bed boilers: a review; Chemical Engineering Science 54, 1999.
• [12] Basu P., Fraser S.A., Circulating Fluidized Bed Boylers, Butterworth, Heinemann, USA 1991.
• [13] Gajewski W.; Bis Z. i in.; Badania mechanizmu spalania węgla w cyrkulacyjnej warstwie fluidalnej; Sprawozdanie z projektu badawczego nr 8T10B O44 10; 1999.
• [14] Gajewski W., Kijo-Kleczkowska A. The kinetics of periodic combustion of coal. Powder Handling & Processing 16, 2004, 2 pp. 126-131.
• [15] Gajewski W., Kijo-Kleczkowska A., Co-combustion of coal and biomass in the fluidized bed. Archives of Thermodynamics 28, no. 4, 2007. pp. 63-77
• [16] Kijo-Kleczkowska A., Combustion of coal–water suspensions. Fuel 90, 2011, pp. 865-877
• [17] Pelka P., Analysis of a coal particle mass loss burning in flow of inert material. Combust. Flame 156, 2009, 1604.
• [18] Pełka P., Erozja ziaren węgla spalanych w cyrkulacyjnej warstwie fluidalnej, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2013.
• [19] Pełka P., Mass loss of coal particles burning in fluidized bed, Archives of Mining Sciences, Vol. 62, no. 2, 339-354, 2017.
• [20] Blinichev V.N., Strel`tsov V.V., Lebedeva E. S., Chemical Engineering 8, 615, 1984.
• [21] Andrei M. A., Time resolved burnout in the combustion of coal particles in a fluidized bed, M. S. Thesis, Dept Chem. Engng, M.I.T., Cambridge, MA, 1978.
• [22] Cambell E.K., Davidson J.F., Inst. Of Fuel Symp. 1: Fluidized Combustion A2-1, London, 1975.
• [23] Ragland K.W., Waiss C.A., Energy 4, 341, 1979.
• [24] Chirone R., Massimilla L., Powder Technology 64 (3), 249, 1991.
• [25] Chirone R., Salatino P., Massimilla L., Combustion and Flame 77, 79, 1989.
• [26] Essenhigh R.H., Basak A.K., Shaw D.W., Gangram G., Combustion and Flame 79, 307, 1990.
• [27] Ragland K.W., Pecson F.A., Proc oft he 22th Symp. (Int.) on Combust., The Combustion Institiute, 259, 1988.
• [28] Sundback C.A., Fragmentation behavior of single coal particles in fluidized bed. PhD Thesis in Chemical Engineering, M.I.T., Cambridge, MA 1984.
• [29] Sundback C.A., Beer J. M. Sarofim A.F., Proc. Of the 20th Symp. (Int.) on Combust., The Combustion Institiute, 1495, 1984.
• [30] Andrei M.A., Sarofim A.F., Beer J.M., Combustion and Flame 61, 17, 1985.
• [31] Dutta S., Wen C.Y., Belt R.J., Industrial and Engineering Chemistry Process Design and Development 16, 20, 1977.
• [32] Mohanty K.K., Ottino J.M. , Dawis H.T., Chemical Engieneering Science 37, 905, 1982.
• [33] Kerstein A., R., Niksa S., Proc. of the 20th Symp. (Int.) on Combust. The Combustion Institiute, 941, 1984.
• [34] Walker P. L., Jr., Rusinko F., Austin L.G., Advances. In Catalysis 11, 133, Academic Press, New York, 1959.
• [35] Walsh P. M., Dutta A., Cox R.J., Sarofim A. F., Beer J.M., Proc. of the 20th Symp. (Int.) on Combust. The Combustion Institiute, 249, 1989.
• [36] Reyes S., Jensen K.F., Chemical Engineering Science 41, 345, 1986.
• [37] Salatino P., Massimilla L., Chemical Engineering Science 44, 1091, 1988.
• [38] Tomeczek J.; Spalanie węgla; Wydawnictwo Politechniki Śląskiej; Gliwice (1992).
• [39] Całek M., Analiza porównawcza spalania biomasy i paliwa węglowego w strumieniu materiału inertnego, Praca dyplomowa inżynierska, Częstochowa 2017.
• [40] Myrphy J.J., Shaddix C.R., Combustion kinetics of coal chars on oxygen-enriched environments, „Combustion and Flame” 2006, Vol. 144, s. 710–729.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).