Szilárd tüzelőanyagok eloszlásának vizsgálata pszeudo 2D-s fluidágyban
Napjainkban egyre nagyobb az igény az energetikai szektor megújítására mind gazdasági, fenntarthatósági és környezetvédelmi szempontokból is, új technológiák fejlesztésére van szükség, amelyek megfelelnek az elvárásoknak. Még az új megújuló technológiák elterjedése sem tudja megszüntetni az igényt az új tüzelési technológiák fejlesztése felé. A XX. század második felében megjelenő fluidizációs berendezések használata is terjed, ez viszont újabb kérdéseket vet fel a technológia fejlesztésével kapcsolatban.
A fluidizációs kazánok arra lettek kifejlesztve, hogy különböző méretű, alakú és összetételű tüzelőanyagok is hasznosíthatóak legyenek egy berendezésben, az egyenletesebb égés biztosításával pedig kevesebb szennyezőanyag távozzon a rendszerből a környezetbe miközben nagy teljesítmény nyerhető ki magas hatékonysággal. A fluidizáció során az ágyanyagba juttatott tüzelőanyagot alulról gázárammal fújják meg, ekkor a keverék folyadékszerű állapotba kerül. Ennek megfelelő elégetéséhez viszont közel tökéletes keveredésre van szükség, ami különböző tüzelőanyagok esetén másként alakul ki. A fluidizációs kazánok gömb geometriájú tüzelőanyagok használatára lettek főként tervezve. A gyakorlatban, pl. az erőművekben hasznosított tüzelőanyagok alakja ettől eltérő, jellemző a szálas anyag, apríték vagy kisméretű és tömegű darabos formájú tüzelőanyagok tüzelése. A jelenleg használatban lévő kazánokon tapasztalható, hogy ezekre az eltérésekre rosszul reagálnak, szükség van a lezajló folyamatok feltérképezésére és a konstrukciók javítására. A kazánokban általánosan törekednek ugyanazon összetételű anyag elégetésére, de ez egy adott anyag kiválasztása mellett is változó minőségeket jelenthet. A berendezések felépítésének változtatása vagy cseréje nagy költségekkel járhat, emiatt más megoldást kell találnunk. Célunk olyan üzemi tartományok behatárolása, ahol megfelelő a fluidágyban történő tüzelőanyag elkeveredés és ezzel párhuzamosan a technológia kedvező tüzeléstechnikai és emissziós tulajdonságai érvényesülnek. A megfelelő keveredés miatt megnő a tüzelőanyag tartózkodási ideje az fluidágyban, az égési folyamat stabilabb, a károsanyag kibocsátás jelentősen csökken.
Erre a problémára fókuszálva végeztünk vizsgálatokat, amelyeket egy pszeudo 2D-s berendezésen végeztük el. A fluidizációs kazánokban jellemző a biomassza tüzelőanyagok hasznosítása is, ezek tulajdonságai nagyban eltérnek egymástól, ezért a vizsgálandó anyagok kiválasztása során mezőgazdasági hulladékokra esett a választás. Különböző méretű és összetételű tüzelőanyagokat több arányban kevertük az ágyanyaghoz, ami jellemzően kvarchomok. A keveréket alulról levegőárammal lebegtetjük, a gázsebességek növelésével állítottunk be megfigyelési pontokat. Eközben nem csak az eloszlás rendellenességeit figyelhettük meg, hanem az anyagok fluidizációs karakterisztikájáról is információt kaphattunk számítások segítségével. Ezekben a pontokban fényképes dokumentációt készítettünk, amelyet később kiértékeltünk és következtetéseket vontunk le az eredményekből.
A vizsgált minta esetünkben egy bizonyos gázsebesség tartományon az ágy felső részében koncentrálódott, ez súlyos berendezési meghibásodásokhoz vezetne egy fluidizációs kazán esetén. A kísérletek kiértékelése során sikerült leszűkíteni egy gázsebesség tartományt, ahol a tüzelőanyag a keveredés során nagy százalékban az ágyon belül található. A vizsgálat mellett gazdasági számítást végeztem a biomassza hasznosítás ilyen formában történő létjogosultságáról más technológiákkal összehasonlítva.
szerző
-
Rácz Erika
Energetikai mérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulens
-
Dr. Szücs Botond
egyetemi adjunktus, Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék
