Maciej Komorowski

Maciej Komorowski
Politechnika Częstochowska
[email protected]
Analiza porównawcza segregacji ziaren materiału warstwy oraz hydrodynamiki
warstwy fluidalnej podczas fluidyzacji powietrzem i dwutlenkiem węgla
Głównym celem pracy doktorskiej pt. „Analiza porównawcza segregacji ziaren materiału
warstwy oraz
hydrodynamiki
warstwy fluidalnej
podczas
fluidyzacji
powietrzem
i dwutlenkiem węgla” jest określenie wiedzy z hydrodynamiki warstwy fluidalnej
i koncentracji ciał stałych w konturze komory paleniskowej w atmosferze dwutlenku węgla
z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym (CFB). Celem dodatkowym jest analiza porównawcza
między warunkami hydrodynamicznymi fluidyzacji i stężenia materiału warstwy w konturze
komory paleniskowej w atmosferze dwutlenku węgla oraz atmosferze powietrza. Ponadto
empiryczne zależności dotyczące hydrodynamiki procesu fluidyzacji istniejące w literaturze
odnoszą się tylko do fluidyzacji w warunkach tego, że proces fluidyzacji jest prowadzony
w atmosferze powietrza. Nie ma eksperymentalnych badań procesu fluidyzacji w przypadku
dwutlenku węgla, jako gazu fluidyzacyjnego. Proponowane tematy badań będą sprawdzać
zależność, na podstawie której do tej pory prowadzone są obliczenia projektowe jednostek
technicznych w dużej skali. Wiedza w temacie procesu fluidyzacji w atmosferze dwutlenku
węgla jest niezwykle ważna dla procesu spalania tlenowego, gdzie bogate w dwutlenek węgla
recyrkulowane gazy spalinowe są mieszane z tlenem w celu przygotowania mieszanki do
spalania.
Wyniki modelowania hydrodynamiki cyrkulacyjnego złoża fluidalnego są bardzo ważne nie
tylko dla projektowania nowych obiektów CFB, ale także dla modernizacji już istniejących.
Obecnie pracujące złoża fluidalne muszą spełniać wszystkie wymogi, takie jak na przykład
wymogi elastyczności paliwowej, gdzie nie ma dokładnych informacji na temat przepływu
powietrza – w przypadku spalania tlenowego przepływu emisji mieszaniny dwutlenku węgla
z dodatkiem czystego tlenu, warunków mieszania lub rozkładu gęstości popiołu lotnego
wewnątrz komory paleniskowej, co w ogóle może zakłócić optymalne wykorzystanie
jednostki energetycznej.
Najważniejsze jest to, że wszystkie badania i analizy są obecnie uzyskane na założeniu, że
gazem fluidyzacyjnym jest powietrze atmosferyczne, które ma odmienne lepkość i gęstość
w porównaniu do dwutlenku węgla. W tym przypadku wszystkie badania są nieaktualne
w przypadku spalania tlenowego, które jest najlepszym sposobem na zmniejszenie emisji
dwutlenku węgla i dlatego technologia ta będzie nadal rozwijana. Dwutlenek węgla jest
podstawowym składnikiem recyrkulowanych gazów spalinowych, które mieszane są
z czystym tlenem i podawane do komory spalania w przypadku spalania paliwowotlenowego. Dlatego jest niezwykle ważne i innowacyjne znaleźć różnice między gęstością
materiału warstwy i jego stężenia w konturze komory paleniskowej, a także pomiędzy
warunkami hydrodynamicznymi podczas fluidyzacji w obu atmosferach gazowych (tj.
powietrze atmosferyczne oraz dwutlenek węgla).
Stężenie ciał stałych w konturze komory paleniskowej ma znaczący wpływ na poprawną
pracę całego układu CFB. Średnica cząstek materiałów podawanych do kotła jak wapień,
materiał złoża – piasek, dostaw paliwa, recyrkulacja popiołu lotnego, dennego i wewnętrzna
recyrkulacja materiału zależna od sprawności pracy separatora, ma wpływ na stężenie ciał
stałych. Właściwy rozkład wielkości cząstek dostarczanych materiałów do spalania nie tylko
ma wpływ na prawidłowe prowadzenie procesu spalania i jest istotne nie tylko
z hydrodynamicznego, ale również z ekonomicznego punktu widzenia.
Wszystkie dotychczasowe badania były wykonywane w warunkach fluidyzacji powietrzem
atmosferycznym i w przypadku bardzo szybkiego rozwoju technologii spalania tlenowego,
założenia te należy sprawdzić w skali laboratoryjnej. Wyniki z przeprowadzonych badań
w skali laboratoryjnej są interesujące nie tylko dla producentów kotłów fluidalnych, ale
również dla przedstawicieli polskiego sektora energetycznego Województwa Śląskiego.
Koncerny energetyczne działające na terenie Województwa, jak i kraju wykazują duże
zainteresowanie wynikami planowanych badań w ramach niniejszej pracy doktorskiej.
Wszystkie wyniki z niniejszego projektu będą przydatne w pracy doktorskiej, która
koncentruje się na analizie porównawczej stanu fluidyzacji, hydrodynamiki oraz rozkładu
ziaren materiału warstwy fluidalnej w przypadku fluidyzacji wariantowo powietrzem lub
dwutlenkiem węgla. Wyniki z projektów przeprowadzonych badań przyczynią się w skali
globalnej oraz lokalnej do wzmocnienia i ugruntowania pozycji Instytutu Zaawansowanych
Technologii Energetycznych Politechniki Częstochowskiej jako polskiego lidera w dziedzinie
fluidyzacji i czystych technologii węglowych. Projekt przyczyni się ponadto do nowych
rozwiązań i metod badawczych dla jednostek energetycznych działających w dużej skali
przemysłowej. Jakość uzyskanych badań naukowych i opracowana technologia spalania paliw
w trybie tlenowym wpisuje się w politykę proekologiczną UE w zakresie ograniczenia emisji
dwutlenku węgla do atmosfery.