Minimális fluidizációs gázsebesség mérése
Készítette: Szücs Botond Észrevételeket szívesen fogadok:
[email protected] Utolsó módosítás:2016.03.03.
Tartalom Mérési feladat ................................................................................................................................ 3
I. 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 ............................................................................................................................................... 8
2
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
1. ábra Ágy nyomásesés - gázsebesség diagram[1]
Meghatározandó tehát a vmf-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
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
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. Frekvenciaváltó áram alá helyezése a kapcsoló szekrényben és frekvenciaváltó kimenetének átkapcsolása a hideg fluidizációs berendezés felé (1-es állás).
1)
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. 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.
Mérési adatok 1400
V.
y = 313,46x2 - 83,474x + 57,088
1200
Nyomásesés, Pa
1000 800 600 Homok nélkül
400
Homokkal
200
csak az ágy
0 0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
Gázsebesség, m/s
Nyomásesés, Pa
4. ábra Nyomásesés - gázsebesség diagram
450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0,000
nincs fluidizáció (lineáris szakasz) fluidizáció (konstans szakasz)
y = 31,733x + 355,07
y = 1600,9x - 73,431
0,500
1,000
Gázsebesség, m/s
1,500
5. ábra Minimális fluidizációs gázsebesség meghatározása
7
VI. Forrás
[1] http://www.intechopen.com/source/html/16636/media/image34.png
8
