Virtauskentän rakenne kiertoleijukattilan nousuputkessa

An interest in utilizing challenging fuels, such as low quality coal, waste and biomass, is increasing. A promising technology for this purpose are the circulating fluidized bed (CFS) boilers that can utilize different fuels with only a little pre-treatment. For development of these boilers and simulation software that are used to model them, it is important to understand the basic phenomena that occur in boilers. The purpose of the thesis was to study the effect of bed mass and fluidization velocity, on the gas channelling in CFS riser. The channelling might influence on mixing of gas and solid particles and also it might have an effect on the residence time of the particles. The distribution of solids also influence on temperature distribution, because particles transport heat to different parts of the fluidized bed and also influence on the heat transfer to the walls. A significant error in these parameters will influence on results of boiler simulation. The thesis starts with an overview of literary, where the fluidized bed as a phenomenon and its applications in industry and energy production are discussed. Next, the flow field and gas channelling in circulating fluidized bed riser are discussed in more details. Thesis includes experimental study with measurements on two CFB test rigs. The goal of the experiments was to study effects of bed mass and fluidization velocity to the gas channelling in CFS riser. The results indicate that the gas channelling occurred on both test rigs. A small bed mass favour the channelling. A large bed mass is also beneficial for mixing in the fluidized bed and therefore also for combustion efficiency. The conditions on one of the test rigs were simulated with Ansys Fluent 14 software. The results from measurement and simulation were partially similar.Kiinnostus polttoteknisesti haastavien polttoaineiden, kuten huonolaatuisen hiilen, jätteen ja biomassan, käytölle kasvaa jatkuvasti. Lupaava tekniikka naiden polttoaineiden hyödyntämiseen ovat kiertoleijukattilat, joissa erilaisia polttoaineita voidaan polttaa puhtaasti vähäisellä esikäsittelyllä. Voimalaitoskattiloiden ja niiden mallinnukseen käytettävien simulointiohjelmien kehityksen kannalta on tärkeää ymmärtää kattiloiden sisällä tapahtuvia i1miöitä. Tämän diplomityön tarkoitus oli tutkia miten petimassa ja leijutusnopeus vaikuttavat kiertoleijukattiloiden nousuputkessa tapahtuvaan kaasujen kanavoitumiseen. Kanavoitumisella saattaa olla suuri vaikutus kaasun ja partikkelien sekoittumiseen sekä partikkelien viipymäaikaan nousuputkessa. Kiintoaineen jakautuminen vaikuttaa myös nousuputken lämpötilaprofiiliin, koska sekoittuva kiintoaine kuljettaa lämpöä nousuputken eri osien välillä ja kiintoaine siirtää lämpöä tehokkaasti myös nousuputken seiniin. Suuri virhe näiden suureiden mallinnuksessa heikentää polttoprosessin simulointitulosten todenmukaisuutta ja siten vähentää simuloinnin hyödyllisyyttä. Työ alkaa kirjallisuuskatsauksella, jossa tutustutaan leijupetiin ilmiönä ja sen sovelluksiin teollisuudessa ja energiantuotannossa. Sen jälkeen tutustutaan tarkemmin kiertoleijukattilassa olevan nousuputken virtauskentän ilmiöihin ja siellä tapahtuvaan kaasujen kanavoitumiseen. Työssä tehtiin kahdessa koelaitteessa mittauksia, joiden tarkoituksena oli tutkia esiintyykö kanavoitumista niiden leijupeteissä ja mikä on petimassan ja leijutusnopeuden vaikutus kanavoitumiseen. Tulosten perusteella voidaan sanoa, että kaasukanavia esiintyi kummassakin koelaitteessa. Pienellä petimassalla leijupetiin muodostuu helpommin kanavia kuin suurella petimassalla. Petimassan lisääminen parantaa mittausten perusteella myös kiintoaineen pystysuuntaista sekoittumista, joka on sekin palamisen kannalta edullista. Toisen koelaitteen olosuhteet simulointiin Ansys Fluent 14 ohjelmalla ja simulointitulokset olivat osittain samansuuntaisia mittaustulosten kanssa