По международному стандарту ISO 9001:2015. По международному стандарту ISO 9001:2015

По международному стандарту ISO 9001:2015

 

Институт Морских технологий, энергетики и транспорта

Направление 13.03.01 “Теплоэнергетика и теплотехника”

Профиль “Энергообеспечение предприятий”

Кафедра “Теплоэнергетика и холодильные машины”

 

 

ДОКЛАД

“Псевдоожиженный слой”

по дисциплине “ Методология научного творчества ”

 

Допущен к защите «___» ________20__г.                       Работа выполнена магистрантом гр. ДТЕТМ-21

 

Руководитель работы Ильин Р.А.                                     Милосердов Н.Д. _____________________

                                                                 ^{(Фамилия И.О.)                       подпись}

_____________

    ^{подпись}

 

Оценка полученная на защите   

                                                                                   Руководитель работы

«                               »                                  

                                                                                             к.т.н., проф.  Ильин Р.А. _______________

                                                                                                  ^{(учёная степень, учёное звание, Фамилия И.О.)}

Члены комиссии:

 

___________________ ____________

^{Подпись                                            Фамилия И.О.}

 

___________________ ____________

^{Подпись                                             Фамилия И.О.}

 

Астрахань 2021 г.

 

Содержание

Введение	3
1 Основная информация о псевдоожиженном слое	3
1.1 Понятие псевдоожиженного слоя	3
1.2 Контроль параметров псевдоожиженного слоя	4
1.3 Типы псевдоожиженного слоя	4
2 Использование псевдоожиженного слоя	6
3 Исследования способов интенсификации теплообмена на основе псевдоожиженного слоя	13
3.1 Измерение эффективной теплопроводности и температуропроводности	13
3.2 Интенсификации теплопередачи в трубчатом теплообменнике	17
3.3 Интенсификация теплообмена в высокотемпературном кипящем слое	22
Заключение	29
Список литературы	30

 

 

Введение

Теплоэнергетика имеет множество путей передачи и преобразования тепловой энергии. Использование простых по устройству установок малоэффективно и ведёт к растрате ресурсов.

По этой причине ведутся способы экономии и интенсификации теплообменников. Одним из таких методов является псевдоожиженный слой.

 

 

Основная информация о псевдоожиженном слое

Понятие псевдоожиженного слоя

 

Псевдоожижение – это процесс, при котором твёрдая статическая (сыпучая) масса переводится в состояние подобного жидкой массе.

Как правило этот процесс происходит, когда жидкость (капельная жидкость или газ) движется вверх через зернистый материал. Данный процесс псевдоожижения основан на действии (противодействии) сил: аэродинамического лобового сопротивления и гравитационных сил.

Так же создание псевдоожиженного слоя возможно в результате действия (противодействия) сил: аэродинамического лобового сопротивления и центробежных сил.

Когда поток газа вводится через дно смеси зернистого материала с жидкостью или газом, этот поток будет двигаться вверх через пустоты между зёрнами материала. При низких скоростях газа, силы аэродинамического лобового сопротивления каждого из зёрен, действующие со стороны потока газа, также невелики, и поэтому слой остаётся в связанном состоянии. При увеличении скорости потока газа силы аэродинамического лобового сопротивления, действующие на зёрна, возрастают и начинают противодействовать силам гравитации, что принуждает слой к увеличению его объёма. Дальнейшее увеличение скорости потока приводит к тому, что объём достигает некоторого критического значения, при котором поднимающие зёрна вверх силы аэродинамического лобового сопротивления становятся равными гравитационным силам – зерна зависают в потоке газа или жидкости. При критическом объёме слой обладает свойствами жидкости. При дальнейшем увеличении скорости потока газа, «единая плотность» («средняя плотность») слоя будет продолжать уменьшаться, и процесс псевдоожижения будет становиться более интенсивным до тех пор, пока зёрна не перестанут образовывать единый слой и частицы не начнут подниматься вверх, увлекаемые потоком газа [1].

 

Типы псевдоожиженного слоя

Стационарный или барботажный псевдоожиженный слой подразделяется на две категории: кипящий слой и турбулентный слой. Когда над слоем больше не увеличивается падение давления, "избыточный воздух" начинает проходить через слой в форме пузырьков воздуха, создавая кипящий слой.

С повышением скорости воздушного потока увеличивается образование пузырьков, появляющихся и исчезающих в различных частях слоя. Такой слой называется турбулентным. При использовании в качестве топлива коры и щепы, имеющих низкую теплоту сгорания, охлаждать слой обычно не требуется. Зола удаляется вместе с отходящими газами и задерживается пылеуловителем.

Циркулирующий псевдоожиженный слой (CFB) – в данном слое газы имеют скорость достаточную для приостановки слоя частиц, из-за большей кинетической энергии жидкости. Таким образом, поверхность слоя менее гладкая, и из него могут уноситься крупные частицы, у неподвижных слоёв. Унесённые частицы рециркулируют через внешний контур обратно в слой реактора. В зависимости от процесса частицы могут быть классифицированы с помощью циклонного сепаратора и отделены от слоя или возвращены в него в зависимости от размера фракции [2].

В циркулирующем псевдоожиженном слое скорость воздушного потока возрастает до уровня, при котором топливные частицы выносятся за пределы слоя. Части угольной массы, которые не успевают полностью сгореть, отделяются и переносятся в нижнюю часть топки.

Таким образом, условия сжигания топлива в такой топке несколько отличаются от условий сжигания в кипящем слое – в основном по времени действия воздушного потока и степени перемешивания частиц, которое в этой топке происходит более эффективно.

Концентрация частиц в слое может изменяться в зависимости от параметров рециркулирующего потока. Это позволяет использовать различные виды топлива, так как управляемость этого слоя значительно выше, чем управляемость кипящего слоя.

Вибрационные псевдоожиженные слои аналогичны стационарным слоям, но добавляют механическую вибрацию к дополнительно возбуждают частицы для увеличения уноса.

Транспортный или мгновенный реактор (FR). При скоростях выше, чем в центробежном псевдоожиженном слое, частицы приближаются к скорости газа. Скорость скольжения между газом и твёрдым телом значительно снижается за счёт менее однородного распределения тепла.

Кольцевой псевдоожиженный слой (AFB). Большое сопло в центре пузырькового слоя вводит газ с высокой скоростью, достигая зоны быстрого перемешивания над окружающим слоем, сравнимой с той, которая обнаруживается во внешнем контуре центробежного.

Механически псевдоожиженный реактор (MFR). Механическая мешалка используется для мобилизации частиц и достижения свойств, аналогичных свойствам хорошо перемешанного псевдоожиженного слоя. Не требует псевдоожижающего газа.

Узкие псевдоожиженные слои (NFB). В этом случае соотношение между диаметрами трубы и зёрен равно или меньше. Динамика слоя тогда отличается от других типов псевдоожиженных слоёв из-за сильных эффектов удержания и наличия зернистых пробок.

При сжигании в нескольких псевдоожиженных слоях частицы топлива разных размеров  располагаются последовательно над участком подачи воздуха. В первом слое сжигание топлива осуществляется при температуре 900-950 °С. Так называемое вторичное сжигание происходит при температуре около 850 °С во втором (верхнем) слое.

Первичный воздух, подаваемый для поддержания процесса горения, равномерно распределяется над слоем топлива с помощью охлаждающей плиты, расположенной на дне топки. После образования псевдоожиженного слоя в него подаётся топливо. Под воздействием газов, образующихся при сжигании топлива в первом слое, и потока вторичного воздуха, нагнетаемого через распределительное устройство подачи воздуха второго слоя, происходит флюидизация второго слоя. Несгоревшие частицы, увлекаемые отходящими газами первого слоя, захватываются вторым слоем для вторичного сжигания [2].

 

 

Интенсификация теплообмена

Заключение

 

Применение псевдоожижения твёрдых частиц весьма действенный способ интенсификации теплообмена, который можно улучшать. Основными способами модернизации процесса являются увеличение коэффициента теплоотдачи, площади и плотность потока тепловой энергии. Поскольку теплообменники обычно представляют из себя трубы, изменение конструкции будут включать вариации оребрения и ориентация трубок.

Помимо влияния на облик теплообменной поверхности остаётся перебирание вариантов размеров и форм частиц кипящего слоя.

Этот способ интенсификации остаётся все ещё перспективным направления исследований.

 

Список литературы

1. Псевдоожижение / Под ред. В. Г. Айнштейна, А. П. Баскакова. ‒ М.: Химия, 1991. ‒ 400 с.

2. Псевдоожиженный слой [Электронный ресурс] URL: https://boiler-wood.ru/fluidized-bed.html.

3. Сжигание в кипящем слое [Электронный ресурс] URL: https://ru.wikipedi a.org/wiki/Сжигание_в_кипящем_слое.

4. Реактор с псевдоожиженным слоем [Электронный ресурс] URL: https://wik ichi.ru/wiki/Fluidized_bed_reactor.

5. Концентратор [Электронный ресурс] URL: https://wikichi.ru/wiki/Fluidized_ bed_concentrator.

6. Дульнев Г. Н., Пилипенко Н. В., Ходунков В. П. Теплофизические аспекты процесса псевдоожижения в энергетических установках // Изв. вузов. Приборостроение. 2010. Т. 53, № 3. С. 83-89.

7. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020. Т. 331. № 3. 174-183.

8. Мигай, В. М. Исследование теплообмена оребренных труб в кипящем слое / В. М. Мигай, Н. В. Зозуля, И. В. Житомирская // Энергомашиностроение. – 1984. – № 1. – С. 13.

9. Natusch, H. J. Zur Wärmeübertragung an horizontaben Lärgsrippenrohren in Gas / H. J. Natusch, M. Z. Blenke // Fliebbetten Verfahrenstechnik. – 1974. – Vol. 8, no. 10. – P. 287–293.

10. Petre, J. C. Heat Transfer In-bed Heat Exchangs / J. C. Petre, W. A. Treeby, J. A. Buckham // Chem. Eng. Progr. – 1968. – Vol. 64, no. 7. – P. 45–51.

11. Бокун, И. А. Теплообмен между пульсирующим слоем и поверхностью нагрева / И. А. Бокун, Я. П. Шлапкова // Тез. докл. Минского междунар. форума по тепло- и массообмену / Институт теплои массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси. – Минск, 1988. – Т. 5. – С. 54–55.

12. Neukirchen, B. Oestaltung horizontalen Rohrbündel in Gas – Firbelschichtreak toren nah Warmetechischen Gesichtspunkten / B. Neukirchen, М. Blenko // Chem. Ing. Techn. – 1973. – Vol. 45. – P. 307-311.

13. Natusch, H. J. Zur Wärmeübertragung an Rippenrohren in Gas / H. J. Natusch, M. Z. Blenke // Fliebbetten Verfahrenstechnik. – 1973. – Vol.7, no. 10. – P. 293-296.

14. Пальченок, Г. И. Теплообмен между горизонтальной оребренной трубой и псевдоожиженным слоем крупных частиц / Г. И. Пальченок, А. И. Тамарин, С. С. Забродский // Тепломассообмен в дисперсных системах. – Минск, 1980. – Т. 6, ч. 1. – С. 89-98.

15. Krause, W. B. Heat transfer from horizontal serrated finned tubs in a air-fluidized bed of uniformly sized particles / W. B. Krause, A. R. Peters // Heat transf. – 1983. – Vol. 105. – P. 319-324. doi: 10.1115/1.3245581.

16. Гальперин, Н. И. О теплообмене между ребристыми трубами и псевдоожиженным слоем зернистого материала / Н. И. Гальперин, В. Г. Айнштейн, И. Н. Тоскубаев // Химия и технология топлив и масел. – 1972. – № 9. – С. 42-43.

17. Бокун, И. А. Теплообмен между пульсирующим слоем и поверхностью нагрева / И. А. Бокун, Я. П. Шлапкова // Тез. докл. Минского междунар. форума по тепло- и массообмену / Институт теплои массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси. – Минск, 1988. – Т. 5. – С. 54-55.

18. Рассудов, Н. С. О применении импульсной подачи воздуха в топках с кипящим слоем / Н. С. Рассудов, А. Е. Варламова // Теплоэнергетика. – 1983. – № 1. – С. 62-64.

19. А. А. РЕДЬКО, И. А. РЕДЬКО Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту, 2017, № 5 (71).

по международному стандарту ISO 9001:2015

 

Институт Морских технологий, энергетики и транспорта

Направление 13.03.01 “Теплоэнергетика и теплотехника”

Профиль “Энергообеспечение предприятий”

Кафедра “Теплоэнергетика и холодильные машины”

 

 

ДОКЛАД

“Псевдоожиженный слой”

по дисциплине “ Методология научного творчества ”

 

Допущен к защите «___» ________20__г.                       Работа выполнена магистрантом гр. ДТЕТМ-21

 

Руководитель работы Ильин Р.А.                                     Милосердов Н.Д. _____________________

                                                                 ^{(Фамилия И.О.)                       подпись}

_____________

    ^{подпись}

 

Оценка полученная на защите   

                                                                                   Руководитель работы

«                               »                                  

                                                                                             к.т.н., проф.  Ильин Р.А. _______________

                                                                                                  ^{(учёная степень, учёное звание, Фамилия И.О.)}

Члены комиссии:

 

___________________ ____________

^{Подпись                                            Фамилия И.О.}

 

___________________ ____________

^{Подпись                                             Фамилия И.О.}

 

Астрахань 2021 г.

 

Содержание

Введение	3
1 Основная информация о псевдоожиженном слое	3
1.1 Понятие псевдоожиженного слоя	3
1.2 Контроль параметров псевдоожиженного слоя	4
1.3 Типы псевдоожиженного слоя	4
2 Использование псевдоожиженного слоя	6
3 Исследования способов интенсификации теплообмена на основе псевдоожиженного слоя	13
3.1 Измерение эффективной теплопроводности и температуропроводности	13
3.2 Интенсификации теплопередачи в трубчатом теплообменнике	17
3.3 Интенсификация теплообмена в высокотемпературном кипящем слое	22
Заключение	29
Список литературы	30

 

 

Введение

Теплоэнергетика имеет множество путей передачи и преобразования тепловой энергии. Использование простых по устройству установок малоэффективно и ведёт к растрате ресурсов.

По этой причине ведутся способы экономии и интенсификации теплообменников. Одним из таких методов является псевдоожиженный слой.