Minimális fluidizációs gázsebesség mérése

Átírás

1 Minimális fluidizációs gázsebesség mérése Készítette: Szücs Botond Észrevételeket szívesen fogadok: Utolsó módosítás:

2 Tartalom I. Mérési feladat... 3 II. Mérő berendezés ismertetése... 4 a) Frekvenciaváltó:... 4 b) Beszívó mérőperem:... 4 c) Ventilátor:... 4 d) Hideg fluidizációs berendezés:... 4 III. A mérés menete... 5 IV. Mérés kiértékelése... 6 V. Mérési adatok... 7 VI. Forrás

3 I. Mérési feladat Fluidizációról akkor beszélünk, ha szilárd részecskéket alulról egy gázárammal lebegtetünk, ekkor folyadékszerű állapotba kerül az anyag. Ennek a technológiának jelentős ipari alkalmazásai vannak nemcsak a vegyipar, de az energetika területén is. A fluidizációs tüzelés gondolata fél évszázados múltra tekint vissza. Figyelembe kell vennünk, hogy pusztán a tüzelőanyagot fluidizált állapotba hozva, nem megvalósítható a tüzelés. Ugyanis a fluidizációhoz szükséges levegőáram sokkal nagyobb oxigén mennyiséget juttat a tüzelőanyaghoz, mint az sztöchiometriailag indokolt lenne. Ez okból kifolyólag a szilárd tüzelőanyag elégetéséhez inert fluidizálható anyagra (ágyanyag) is szükségünk van, így a légfelesleg tényező olyan mértékű marad, hogy ne lehetetlenítse el a tüzelést. Ez az esetek többségében kvarchomok (speciális esetekben a homokot kiegészítheti a tüzelőanyagból megmaradt salakanyag is). Ha a fluidizáció létrejöttét vizsgáljuk és az átáramlott gázsebességet nulláról fokozatosan növeljük megfigyelhető, hogy amíg a fluidizált állapot nem jön létre a gázsebesség és az ágy nyomásesése lineárisan nő. Ez azzal magyarázható, hogy a szemcsék között a levegő egy darabig át tud jutni anélkül, hogy az ágy fluidizált állapotba kerülne (lineáris szakasz). Egy adott gázsebesség felett (amikor a fluidizáció létrejön) az ágy nyomásesése állandósul, hiába növeljük tovább a gázsebességet (konstans szakasz). A két szakasz határán helyezkedik el mérésünk célja a minimális fluidizációs gázsebesség. Az állandósult szakasz után, megfigyelhető a nyomásesés csökkenése, erre az ad magyarázatot, hogy olyan nagy gázsebességet értünk el ahol az ágyanyagot a gáz magával ragadja és kihordja a berendezésből. A valóságban a konstans és a lineáris szakasz között fellép egy rövid átmeneti szakasz is, a részben fluidizált ágy. Ilyenkor az ágy egy része már fluidizálva van, viszont van még fix része is így az ágy nyomás esése a fix és a fluidizált rész együtt határozza meg. Mérésünk során ezzel nem foglalkozunk. Az alábbi diagrammon láthatjuk az ágy nyomásesésének idealizált alakulását. 3

4 1. ábra Ágy nyomásesés - gázsebesség diagram[1] Meghatározandó tehát a v mf -el jelölt minimális fluidizácós gázsebesség. A diagramon a kihordási szakasz szaggatottan került ábrázolásra ugyanis az instacionárius (időben nem állandó) folyamat. II. Mérő berendezés ismertetése a) Frekvenciaváltó: A ventilátor teljesítmény szabályozására használjuk. Így tetszőleges gázsebességet feltudunk venni. b) Beszívó mérőperem: A gázsebesség meghatározásához mérjük a ventilátor által beszívott levegő térfogatáramát. A térfogatáramból és a fluidizációs tér geometriai adataiból kiszámítható az ágyon áthaladó levegő sebessége A mérőperemen eső nyomásesést egy ferdecsöves mikromanométerrel mérjük. (Az első néhány pontban mérendő rendkívül alacsony nyomásesés miatt). c) Ventilátor: Az áramlás biztosítása egy 3kW névleges teljesítményű radiális átömlésű ventillátorral történik. d) Hideg fluidizációs berendezés: A berendezés főbb részei, melyek a 2. ábrán is láthatóak Nyomásmegcsapolás a fúvókák alatt (U csöves víztöltetű manométerrel mérünk) Fúvókák (3. ábra) Plexi cső (fluidizációs tér) 4

5 2. ábra Hidegfluidizációs berendezés 3. ábra Fúvókák III. A mérés menete A frekvencia váltó segítségével különböző mérési pontokat veszünk fel. A frekvencia beállítása után leolvasásra kerül a beszívó mérőperem nyomásesése (mikromanométerről, a sebesség számításhoz) és az ágy nyomásesése (U-csöves manométer vagy mikromanométer) 5

6 Az ágy nyomásesését sajnos közvetlenül nem lehetséges mérni, ugyanis a nyomásmegcsapolások felett helyezkednek el a fúvókák és egyéb szintén nyomásesést okozó elemek. Ezt kiküszöbölendő két mérést fogunk végezni. Az elsőt homok nélkül, így kimérünk mindent, ami nyomásesést okozhat a homokot leszámítva (itt a legmeghatározóbb a fúvókák nyomásesése). A második mérési sort úgy végezzük, hogy az ágyanyag bevan töltve. Az így kapott görbe tartalmazni fogja a homok és a fúvókák nyomásesését is. Így két görbét tudunk később felvenni 1. görbe: fúvókák nyomásesése 2. görbe: fúvókák + homok nyomásesése Ahhoz hogy a homok nyomásesését megkapjuk a 2. görbéből ki kell vonni az elsőt. Ennek a pontos menetére a mérés kiértékelése pontban térek ki. 1) Frekvenciaváltó áram alá helyezése a kapcsoló szekrényben és frekvenciaváltó kimenetének átkapcsolása a hideg fluidizációs berendezés felé (1-es állás). 2) Homok nélküli mérés. Legalább 12 pont az 2-50Hz-es frekvencia tartományon. Minden pontban rögzítendő: frekvencia, beszívó mérőperem nyomásesése (mikromanométer), nyomásmegcsapolásokon mért nyomás (U-cső vagy mikromanométer) 3) Homokkal végzett mérés. Legalább 18-20pont. 10Hz-től kezdve 2 Hz-es lépésekben. (Itt nagyon alacsony gázsebességek lesznek,ezért a mikromanométert 1:50 állásba kell használni), amíg nem fludiziál (ezt látni fogjátok). Ezt követően 3-4Hz-es lépésekben a mikromanométer szükség szerint kisebb osztásokba állítható. IV. Mérés kiértékelése A mérés kiértékelésének folyamata: 1. A beszívó mérőperemen mért adatokból a kiadott excel tábla segítségével gázsebesség számítás az egyes mérési pontokhoz. 2. Nyomásesés gázsebesség grafikonok felvétele (1. és 2. görbe) 3. Közelítő másodfokú polinomiális görbe illesztése a 1. görbére (homok nélküli mérés). A közelítő görbe egyenletét is ki kell íratni! 4. Az előző pontban meghatározott egyenletet ki kell értékelni a második mérési pontban felvett helyeken. Másképpen: X értékekkel (gázsebesség) kiszámoljuk, hogy ott mennyi az 1. görbe Y (nyomás) értéke. 5. A 2. görbe Y (nyomás) értékeiből kivonjuk az előző pont szerint meghatározott Y (nyomás) értékeket. Ami így már csak a homok által okozott nyomásesést fogja adni! 6. A homok által okozott nyomáseséseket ábrázoljuk a hozzájuk tartozó sebesség értékekkel. (Ezek a 2. mérési sor sebességei). Így megkaptuk a homokágy nyomásgázsebesség diagramját, ez a 4. ábrán látható. 6

7 Nyomásesés, Pa Nyomásesés, Pa 7. Az előző pontban kapott diagramon jól elkülöníthető a lineáris (nincs fluidizáció) és a konstans (van fluidizáció) szakasz. Egy másik diagramban külön ábrázoljuk a két szakaszt és illesztünk rá egy-egy lineáris közelítő egyenest egyenlettel, ahogyan az 5. ábrán látható A két egyenletet metszéspontja a minimális fluidizációs gázsebességnél lesz. Ezért, mint egyenletrendszert megoldjuk X(gázsebesség)-re. V. Mérési adatok y = 313,46x 2-83,474x + 57, Homok nélkül 200 Homokkal csak az ágy 0 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 Gázsebesség, m/s 4. ábra Nyomásesés - gázsebesség diagram y = 31,733x + 355, y = 1600,9x - 73, ,000 0,500 1,000 Gázsebesség, m/s 1,500 nincs fluidizáció (lineáris szakasz) fluidizáció (konstans szakasz) 5. ábra Minimális fluidizációs gázsebesség meghatározása 7

8 VI. Forrás [1] 8