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Design, Konstruktion und Simulation von Maiskolben-Wirbelschichtbrennern

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Design, Konstruktion und Simulation von Maiskolben-Wirbelschichtbrennern.

ABSTRACT

Diese Studie übernimmt die Theorie der Fluidisierung, um eine Brennkammer zu entwerfen, die für den Einsatz in ländlichen Gemeinden in Nigeria geeignet ist.

Die Brennkammer, die Sandpartikel als Bettmaterial verwendet, verbrennt Maiskolben, die mit 5 kg / h geliefert werden, um Wärmeenergie für thermische Anwendungen einschließlich Dampferzeugung zu erzeugen.

Wie in den meisten afrikanischen Ländern hat der Mangel an ausreichender Stromversorgung in Nigeria die wirtschaftlichen Aktivitäten behindert, da weniger als 40% der ländlichen Bevölkerung aufgrund der hohen Kosten für die Elektrifizierung des ländlichen Raums an das nationale Netz angeschlossen sind.

Darüber hinaus setzt die ländliche Bevölkerung kontinuierlich auf die direkte Verbrennung fester Biomasse (wie Brennholz), um dringend benötigte Wärmeenergie für grundlegende Anwendungen wie Kochen und Heizen zu erhalten, was eine Umweltbelastung darstellt.

Die Studie behauptet, dass es mit einem sprudelnden Wirbelschichtbrenner möglich ist, die Energiearmut in den ländlichen Gebieten Nigerias zu verringern und gleichzeitig die Ziele für eine nachhaltige Entwicklung einzuhalten.

In Kapitel XNUMX wird der Hintergrund der Studie erörtert und die Ziele, Forschungsprobleme, Rechtfertigung und Umfang der Arbeit ermittelt.

In Kapitel XNUMX wird die vorherige Dokumentation zur Fließbettverbrennung einschließlich ihrer Geschichte, des Fluidisierungsprinzips und des Vorteils von Fließbetten gegenüber herkömmlichen Methoden zur Verbrennung von Biomasse besprochen.

INHALTSVERZEICHNIS

Titelseite …………………………………………………………………………………………………………………………… .i
Erklärung …………………………………………………………………………………………………………………………… .ii
Zertifizierung ……………………………………………………………………………………………………………………… .iii
Widmung …………………………………………………………………………………………………………………………… .iv
Danksagung ……………………………………………………………………………………………………………… .. v
Zusammenfassung ……………………………………………………………………………………………………………………………… .. vi
Inhaltsverzeichnis ……………………………………………………………………………………………………………… ..viii
Liste der Tabellen …………………………………………………………………………………………………………………… .xii
Abbildungsverzeichnis …………………………………………………………………………………………………………………… ..xiii
Liste der Platten ……………………………………………………………………………………………………………………. xiv
Liste der Anhänge ………………………………………………………………………………………………………… .. xv
Nomenklatur ……………………………………………………………………………………………………………………… xvi
1.0 EINLEITUNG …………………………………………………………………………………………………………… 1
1.1 Hintergrund …………………………………………………………………………………………………………………… ..1
1.2 Erklärung des Problems ………………………………………………………………………………………… .2
1.3 Rechtfertigung der Forschung …………………………………………………………………………………… ..3
1.4Ziel und Ziele der Studie …………………………………………………………………………… .4
1.5 Geltungsbereich ………………………………………………………………………………………………………………………… .5
2.0 LITERATURÜBERSICHT ………………………………………………………………………………………… ..6
2.1 Hintergrundgeschichte ……………………………………………………………………………………………………… .6
2.2 Erneuerbare feste Brennstoffe ……………………………………………………………………………………………… 6
2.3 Eigenschaften der Wirbelschichtverbrennung ……………………………………………………… .7
2.4 Arten von Wirbelschichtbrennern ………………………………………………………………………… ..8
2.4.1Atmosphärische Wirbelschichtbrennkammer …………………………………………………………………… ..8
2.4.2 Druckfließbettbrenner ……………………………………………………………………… 8
2.4.3 Sprudelwirbelbett ………………………………………………………………………………………… .9
2.4.4 Zirkulierendes Wirbelbett ………………………………………………………………………………………… .9
2.5 Vorteile der Wirbelschichtverbrennung …………………………………………………………… .10
2.6 Anwendungen der Wirbelschichtverbrennung ………………………………………………………… ..10
2.7Prinzipisierungsprinzip ……………………………………………………………………………………………… .11
2.8Fluidisierungsregelungen …………………………………………………………………………………………… .11
2.9Übersicht über verwandte Arbeiten ………………………………………………………………………………………… ..12
2.10 Theoretischer Hintergrund …………………………………………………………………………………… .14
2.10.1 Thermische Spannungsanalyse …………………………………………………………………………………… ..14
2.10.2 Geldart-Klassifikation ……………………………………………………………………………………… ..15
2.11Energiepotenzial bei Maiskolben ………………………………………………………………………… .17
2.12Briefbeschreibung der ERGUN 6.2-Software ………………………………………………………… ..18
3.0 MATERIALIEN UND METHODEN …………………………………………………………………………… 19
3.1 Beschreibung der sprudelnden Wirbelschichtbrennkammer …………………………………………… .19
3.2Materialien ……………………………………………………………………………………………………………………… ..20
3.2.1 Maiskolben ……………………………………………………………………………………………………………… ..20
3.3 Materialauswahl ……………………………………………………………………………………………………… .20
3.3.1 Wirbelschichtzylinder ………………………………………………………………………………………… 21
3.3.2 Händler ………………………………………………………………………………………………………………… 21
3.3.3 Zyklon ……………………………………………………………………………………………………………… .21
3.3.4 Einfülltrichter ………………………………………………………………………………………………………… .21
3.3.5Insulator …………………………………………………………………………………………………………… .22
3.4 Entwurfsanalyse …………………………………………………………………………………………………………… .22
3.4.1 Betttemperatur ………………………………………………………………………………………………………… 22
3.4.2 Betttiefe …………………………………………………………………………………………………………… .23
3.4.3 Bettmaterial und Partikelgröße ……………………………………………………………………………… 23
3.4.4 Mindestfluidisierungsgeschwindigkeit …………………………………………………………………………… .24
3.4.5 Endgeschwindigkeit ………………………………………………………………………………………………… .24
3.4.6 Oberflächengeschwindigkeit ……………………………………………………………………………………………… .25
3.4.7 Gasviskosität …………………………………………………………………………………………………………… ..26
3.4.8 Gasdichte …………………………………………………………………………………………………………… ..26
3.4.9 Bettentleerung ………………………………………………………………………………………………………… 26
3.4.10 Auslegung des Gasverteilers …………………………………………………………………………………… 27
3.4.11 Verteilergitter für sprudelnde Wirbelbetten ……………………………………………………… ..27
3.4.11.1 Druckabfall ………………………………………………………………………………………………… 28
3.4.11.2 Öffnungsgeschwindigkeit ……………………………………………………………………………………………… ..28
3.4.11.3 Öffnungsnummer …………………………………………………………………………………………………… 29
3.4.12 Verteilerdicke ………………………………………………………………………………………… 29
3.4.13 Plenumkammer ………………………………………………………………………………………………… .29
3.4.14 Bettausdehnungsdesign ……………………………………………………………………………………… .30
3.4.15 Blasengeschwindigkeit …………………………………………………………………………………………………… ..31
3.4.16 Blasendurchmesser ……………………………………………………………………………………………… .31
3.4.17 Volumenanteil der Blasen im Bett ………………………………………………………………… 32
3.4.18 Transportausrückhöhe (TDH) ……………………………………………………………… 33
3.4.19 Zylinderdicke ……………………………………………………………………………………………… .34
3.4.20 Isolationsdicke ………………………………………………………………………………………… ..34
3.4.21 Mitnahme ……………………………………………………………………………………………………………… ..35
3.4.21.1 Auslegung des Zyklons ……………………………………………………………………………………… .35
3.4.21.2 Zyklondurchmesser ………………………………………………………………………………………… ..35
3.5 Überlegungen zum Design …………………………………………………………………………………………………… 37
3.5.1 Heizwert …………………………………………………………………………………………………………… 37
3.5.2 Verbrennungstemperatur …………………………………………………………………………………… ..37
3.5.3 Minimierung brennbarer Verluste …………………………………………………………………… ..37
3.5.4 Zufuhrbehälter für Schwerkraftrutschen …………………………………………………………………………………… 38
3.5.5 Bettmaterial und Betthöhe ……………………………………………………………………………… ..38
3.5.6 Strombedarf ……………………………………………………………………………………………… .38
3.6 Entwurfsberechnungen …………………………………………………………………………………………………… 39
3.7 Ausrüstung ………………………………………………………………………………………………………………… .39
3.8Konstruktion ………………………………………………………………………………………………………… ..40
3.8.1 Zylinder …………………………………………………………………………………………………………………… .40
3.8.2 Verteilernetz …………………………………………………………………………………………………… ..41
3.8.3 Zyklon ……………………………………………………………………………………………………………… .41
3.8.4 Einfülltrichter ………………………………………………………………………………………………………… .42
3.8.5 Gebläse …………………………………………………………………………………………………………………… 42
3.8.6 Isolierung …………………………………………………………………………………………………………………… ..42
3.9Simulation des Wirbelbettes …………………………………………………………………………………… .42
3.9.1 Einleitung …………………………………………………………………………………………………………… .42
3.9.2 Parameter für die Wirbelschicht-Simulation ……………………………………………………………… ..44
3.9.3 Datenanforderung …………………………………………………………………………………………………… ..46
4.1 Zünd- / Prüfverfahren ………………………………………………………………………………………… ..49
4.2Betttemperatur ………………………………………………………………………………………………………… 49
4.3 Abgastemperatur ……………………………………………………………………………………………… 51
4.4 Volumenstrom ………………………………………………………………………………………………………… ..53
4.5 Ergebnisse der Simulation ………………………………………………………………………………………………… .54
4.5.1 Partikel ……………………………………………………………………………………………………………………… ..54
4.5.2 Netz …………………………………………………………………………………………………………………………… .55
4.5.3 Sprudeln ……………………………………………………………………………………………………………………… 56
4.5.4 Reh-Diagramm ………………………………………………………………………………………………………… 57
4.5.5 Mitnahme …………………………………………………………………………………………………………… .58
4.5.6 Zyklon ……………………………………………………………………………………………………………… .59
4.5.7 Wirbelschichtmodellierung und Expertenanalyse ……………………………………………………… .60
4.5.8 Vergleich von berechneten und simulierten Werten ………………………………………………………… ..61
4.5.9 Geschätzte Kosten eines Wirbelschichtsystems …………………………………………………………… .61
5.0 ZUSAMMENFASSUNG, SCHLUSSFOLGERUNG UND EMPFEHLUNG ……………………………… 63
5.1Zusammenfassung …………………………………………………………………………………………………………………… ..63
5.2Fazit …………………………………………………………………………………………………………………… ..63
5.3 Empfehlung ………………………………………………………………………………………………………… 64
REFERENZEN ………………………………………………………………………………………………………………… 65
ANHÄNGE ………………………………………………………………………………………………………………… .72

EINFÜHRUNG

Hintergrund

Die weltweite Nachfrage nach Energie hat zu einer raschen Erschöpfung nicht erneuerbarer Energiequellen (fossile Brennstoffe) geführt. Diese Nachfrage sowie die hohen Rohölpreise sind Schlüsselfaktoren für die Entwicklung und Nutzung erneuerbarer Energien (Omer, 2013).

Erneuerbare Energie ist die Energie, die aus natürlichen Quellen wie Sonne, Wind, Wasser und pflanzlichen oder tierischen organischen Stoffen stammt. Es wird durch natürliche Prozesse mit einer Geschwindigkeit aufgefüllt, die gleich oder schneller ist als die Geschwindigkeit, mit der es verbraucht wird.

Biomasse, eine erneuerbare Energiequelle, bezieht sich auf biologisches Material von lebenden oder kürzlich lebenden Pflanzen und Tieren. Es kann entweder direkt verwendet oder in andere Energieprodukte wie Biokraftstoff umgewandelt werden.

Während die Entdeckung fossiler Brennstoffe zu einem Rückgang der Nutzung von Biomasse geführt hat, deuten jüngste Daten auf erneute Anstrengungen zur Umwandlung von Biomasse in Bioenergie durch Verbrennung, Vergasung, Umwandlung von Biomasse in Biokraftstoffe oder Biomassebriketts hin.

Zu den Biomasse-Ressourcen gehören zweckgebundene Energiepflanzen, Waldreste, kommunale, tierische und landwirtschaftliche Abfälle (DOE, 2007). Die Verbrennung fester Biomasse-Brennstoffe macht über 90% der weltweit aus Biomasse erzeugten Energie aus.

Dies ist vor allem in Entwicklungsländern üblich, in denen die Verbrennung von Biomasse grundlegende Energie zum Kochen und Heizen in ländlichen Haushalten liefert (ECN, 2006). Diese traditionellen Anwendungen sind relativ ineffizient und fördern die Umweltzerstörung.

REFERENZEN

Amitin, AV, Matyushin, IG und Gurevic, DA (1968). Abstauben im Raum über dem Bett In Konvertern mit einem Wirbelkatalysatorbett. Chemie und Technologie von Kraftstoffen und Ölen Band 4, Ausgabe 3, S. 181-184.

Basu, P. (2006). Verbrennung und Vergasung in Wirbelbetten. Abgerufen am 14. Juni 2012 aus der Datenbank der Netzbibliothek.

Übersicht über die Energieumwandlung von Biomasse [Bild] .2012. Abgerufen von http://www.globalproblemsglobalsolutionsfiles.org/gpgs_files/pdf/UNF_Bioenergy/UNF_Bioenergy_5.pdf

Bird, RB, Stewart, WE und Lightfoot, EN (1960). Transportphänomene. John Wiley & Sons, New York, Kapitel 6: Interphasentransport in isothermen Systemen (2002).

Bontoux, L. (1999). Die Verbrennung von Abfällen in Europa: Probleme und Perspektiven. Institut für prospektive technologische Studien Sevilla wtc, Isla de la Cartuja, s / n, E-41092 Sevilla

Darton, RC, LaNauze, RD, Davidson, JF und Harrison, D. (1977). Blasenwachstum durch Koaleszenz in Wirbelbetten. TransInstChem Eng. 55: 274 & ndash; 280.

Davidson, JF und Harrison, D. (1963) .Fluidized Particles. Cambridge University Press, Cambridge.

Den Hartog, JP (1952). Festigkeit von Werkstoffen Zylinder und gebogene Stäbe.Pp 136Department of Energy. (2007). Grundlagen der Biomasse: Die Fakten zur Bioenergie. EERE InformationCenter 1-877-EERE-INF (1-877-337-3463) eere.energy.gov/informationcenter

Dibofori-Orji, AN und Braide SA (2013). Emission von Nox, Sox und Co aus der Verbrennung von Fahrzeugreifen in einem Schlachthof. Journal of Natural Sciences Research, Band 3, Nr. 8, 2013.

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