Bubbling fluidized bed combustion furnace modelling

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Authors

Date

2010

Department

Insinööritieteiden ja arkkitehtuurin tiedekunta

Major/Subject

Energiatalous ja voimalaitostekniikka

Mcode

Ene-59

Degree programme

Language

en

Pages

87 + [1]

Series

Abstract

This master's thesis studies heat transfer and its modelling in the furnaces of the bio fuel fired bubbling fluidized bed boilers Andritz provides. Primary objective is to develop a simple and fast to use furnace model that calculates the vertical temperature and heat flux profiles in the furnace. This thesis consists of six chapters. The first three discuss bubbling fluidized bed technology and combustion in general. The next two chapters discuss radiation modelling and introduce the developed model. The final chapter is dedicated to the model validation. The developed model consists of three parts: flue gas calculation, radiative heat transfer calculation and furnace energy balance calculations. Results of the flue gas calculations are used in the radiation calculations, which form the core of the developed model. Finally, the furnace energy balances give as a result the vertical heat flux and temperature profiles. The Zone method has been chosen for the radiation modelling. It is based on dividing an enclosure, i.e. a furnace, into volume zones each with uniform gas properties. Each volume zone is divided further into smaller subareas and -volumes. Areas through which two sub elements exchange radiation are calculated for each element pair. These areas are called direct exchange areas. The developed model has proved to be a sound base for future development of a new in-house furnace modelling tool. Main development areas of the model are related to the direct exchange area calculation of the Zone method.

Tässä diplomityössä tutkitaan lämmönsiirtoa ja sen mallintamista Andritzin toimittamien biopolttoisten kuplapetikattiloiden tulipesissä. Tärkein tavoite on kehittää yksinkertainen ja nopeakäyttöinen tulipesämalli, joka laskee vertikaalisen lämpötila- ja lämpövuoprofiilin tulipesässä. Diplomityö koostuu kuudesta kappaleesta. Kolmessa ensimmäisessä esitellään kuplapetiteknologiaa ja -polttoa yleisellä tasolla. Seuraavissa kahdessa kappaleessa käydään läpi säteilylämmönsiirtoa ja esitellään kehitetty tulipesämalli. Viimeisessä kappaleessa käsitellään mallin validointia. Kehitetty tulipesämalli koostuu kolmesta osasta: savukaasulaskennasta, säteilylämmönsiirtolaskennasta ja tulipesän energiataselaskennasta. Savukaasulaskennan tuloksia käytetään säteilylämmönsiirtolaskuissa, jotka muodostavat mallin ytimen. Tulipesän energiataselaskennan tuloksena saadaan vertikaalinen lämpövuo- ja lämpötilaprofiili. Säteilylämmönsiirrossa on käytetty Zone-menetelmää. Se perustuu tulipesän jakamiseen vyöhykkeisiin, joilla kullakin on homogeeniset kaasun ominaisuudet. Kukin vyöhyke jaetaan vielä pienempiin pinta-ala- ja tilavuusalielementteihin. Tämän jälkeen lasketaan ala, jolle kunkin alielementtiparin säteilylämmönsiirto kohdistuu. Kehitetty tulipesämalli on osoittautunut hyväksi pohjaksi uuden yhtiön sisäisen tulipesän mallinnustyökalun rakentamiselle. Oleellisimmat tulipesämallin kehityskohteet liittyvät Zone menetelmän alielementtilaskentaan.

Description

Supervisor

Ahtila, Pekka

Thesis advisor

Tiihonen, Janne

Keywords

bubbling fluidized bed combustion, kuplapetipoltto, furnace, tulipesä, modelling, mallintaminen, zone method, zone-menetelmä

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020122357883

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG