Русская версия English version

Влияние колебаний газового потока на эффективность переработки частиц в циркуляционном кипящем слое

В.Е. Мизонов, А.В. Митрофанов, Е.В. Басова, K. Tannous, О.В. Сизова

Вестник ИГЭУ, 2019 г. выпуск 6, сс. 60—66

Скачать PDF

Аннотация на русском языке: 

Состояние вопроса. Аппараты с кипящим слоем достаточно широко используются в твердотопливной энергетике, химической промышленности и других отраслях. В частности, в энергетике топки кипящего слоя играют возрастающую роль для термохимической переработки и сжигания твердых видов топлива, включая биотопливо. Одним из возможных путей интенсификации процессов взаимодействия твердых частиц с газом является использование пульсирующих потоков газа. Однако эффективность применения пульсирующих потоков не всегда очевидна. В связи с этим нужны новые подходы для предварительной оценки их преимуществ.

Материалы и методы. Для решения поставленной задачи использован метод математического моделирования. Модель процесса построена на основе системы дифференциальных уравнений движения одиночной частицы в восходящем потоке газа с переменной по времени скоростью, меняющейся по синусоидальному закону, и с переменными во времени свойствами частицы, меняющимися благодаря тому или иному теплофизическому или химическому процессу взаимодействия частицы с газом. Изучение влияния параметров на эффективность процесса выполнено численными методами. 

Результаты. Разработана модель влияния колебаний газового потока на эффективность переработки частиц в циркуляционном кипящем слое. Проведено сравнение необходимого времени для достаточной переработки частиц при различных амплитудах и частотах пульсаций скорости газа. Установлено, что наиболее значительный выигрыш во времени достигается при сильной зависимости постоянной скорости реакции от скорости обтекания частицы. В этом случае по частоте колебаний имеется экстремум, дающий максимальный выигрыш во времени, а по амплитуде – или монотонное возрастание выигрыша, или его оптимальное значение.

Выводы. Переход к пульсирующему потоку газа в реакторе с циркуляционным кипящим слоем дает заметный выигрыш во времени переработки частиц только при сильной зависимости постоянной скорости реакции от относительной скорости обтекания частиц газом. В этом случае имеется оптимальная частота и амплитуда колебаний, дающая максимальный выигрыш по времени.

 

Список литературы на русском языке: 

1. Modeling of Particle Concentration Distribution in a Fluidized Bed by Means of the Theory of Markov Chains / V. Mizonov, A. Mitrofanov, A. Ogurtzov, K. Tannous // Part. Sci. Technol. – 2014. – Vol. 32. – P. 171–178.

2. Dehling H.G., Hoffmann A.C., Stuut H.W. Stochastic models for transport in a fluidized bed // SIAM J. Appl. Math. – 1999. –Vol. 60. – P. 337–358.

3. A stochastic model for mixing and segregation in slugging fluidized beds / H.G. Dehling, C. Dechsiri, T. Gottschalk, et al. // Powder Technol. – 2007. – Vol. 171. – P. 118–125.

4. Berthiaux H., Mizonov V., Zhukov V. Application of the theory of Markov chains to model different processes in particle technology // Powder Technol. – 2005. – No. 157. – P. 128–137.

5. Modeling of particle transport and combustion phenomena in a large-scale circulating fluidized bed boiler using a hybrid Euler–Lagrange approach / W.P. Adamczyk, G. Wecel, M. Klajny, et al. // Particuology. – 2014. – Vol. 16. – P. 29–40.

6. Numerical approach for modelling particle transport phenomena in a closed loop of a circulating fluidized bed / W.P. Adamczyk, P. Kozołub, Kruczek, et al. // Particuology. – 2016. – Vol. 29. – P. 69–79.

7. Qi X., Zhu J., Huang W. A new correlation for predicting solids concentration in the fully developed zone of circulating fluidized bed risers // Powder Technol. – 2008. – Vol. 188. – P. 64–72.

8. Balasubramaniani N., Srinivasakannan C. Drying of granular materials in circulating fluidized beds // Adv. Powder Technol. – 2007. – Vol. 18. – P. 135–142.

9. Experimental analysis of the gas–particle flow in a circulating fluidized bed using a phase Doppler particle analyzer / T. Van den Moortel, E. Azario, R. Santini, L. Tadrist // Chem. Eng. Sci. – 1998. – Vol. 10. – P. 1883–1899.

10. On Possible Instability of Throughputs in Complex Milling Circuits / V. Mizonov, V. Zhukov, A. Korovkin, H. Berthiaux // Chem. Eng. Process. – 2005. – Vol. 44. – P. 267–272.

11. Mizonov V., Zhukov V., Zaitsev V. Optimal Positioning of the Circulating Load Input along the Tube Mill Length // Chem. Eng. & Technol. – 2014. – No. 37. – P. 873–878.

12. Theoretical Study of Particulate Flows Formation in Circulating Fluidized Bed. Recent Innovations in Chemical Engineering / V. Mizonov, A. Mitrofanov, A. Camelo, L. Ovchinnikov // Recent Innovations in Chemical Engineering. – 2018. – No. 11(1). – P. 20–28. doi: 10.2174/2405520410666170620105102.

13. A Markov chain model to describe fluidization of particles with time-varying properties / A. Mitrofanov, V. Mizonov, K. Tannous, L. Ovchinnikov // Part. Sci. Technol. – 2018. – Vol. 36, no. 2. – P. 244–253. doi: 10.1080/02726351.2016.1243180.

14. Analysis of particle rotation in fluidized bed by use of discrete particle model / Run-Jia Liu, Rui Xiao, MaoYe, Zhongmin Liu // Advanced Powder Technology. – 2018. – Vol. 29, issue 7. – P. 1655–1663. doi.org/10.1016/ j.apt.2018.03.032

15. Fluidized bed classification of particles of different size and density / Jana Chladek, Chameera K. Jayarathna, Britt M.E. Moldestad, Lars-AndreTokheim // Chem. Eng. Sci. – 2018. – Vol. 177. – P. 151–162. doi.org/10.1016/j.ces. 2017.11.042

16. A phenomenological model of single particle breakage as a multi-stage process / Fatemeh Saeidi, Luís MarceloTavares, Mohsen Yahyaei, Malcolm Powell // Minerals Engineering. – 2016. – Vol. 98. – P. 90–100. doi.org/10.1016/ j.mineng.2016.07.006

17. Anisotropic single-particle dissipative particle dynamics model / Mingge Deng, Wenxiao Pan, George Em Karniadakis // Journal of Computational Physics. – 2017. – Vol. 336. – P. 481–491. doi.org/10.1016/j.jcp.2017.01.033

18. Experiments and modeling of single plastic particle conversion in suspension / Hao Wu, Damien Grévain, Lars Skaarup Jensen, et al. // Fuel Processing Technology. – 2018. – Vol. 178. – P. 213–225. doi.org/10.1016/j.fuproc.2018.05.003

19. Numerical simulation of high-temperature fusion combustion characteristics for a single biomass particle / Yao Xu, Ming Zhai, Shuai Jin, et al. // Fuel Processing Technology. – 2019. – Vol. 183. – P. 27–34. doi.org/10.1016/ j.fuproc.2018.10.024

20. Еffects of size and loading rate on the mechanical properties of single coral particles / Linjian Ma, Zeng Li, Mingyang Wang, Houzhen Wei, Pengxian Fan //  Powder Technol. – 2019. – Vol. 342. – P. 961–971. doi.org/10.1016/ j.powtec.2018.10.037

21. A simple model to estimate and compare efficiency of fluidized bed reactor without and with circulation / V.E. Mizonov, A.V. Mitrofanov, K. Tannous, A. Camelo // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. – 2019. – Vol. 62, no. 3. – P. 83–88. doi: 10.6060/ ivkkt.20196203.5852

 

Ключевые слова на русском языке: 
циркуляционный кипящий слой, кинетика реакции, пульсирующий поток газа, параметры колебаний потока газов, оптимизация процесса
Ключевые слова на английском языке: 
circulating fluidized bed, reaction kinetics, pulsating gas flow, parameters of oscillations in the gas flow, process optimization
Индекс DOI: 
10.17588/2072-2672.2019.6.060-066
Количество скачиваний: 
20