Состояние вопроса. Аппараты с кипящим слоем достаточно широко используются в твердотопливной энергетике, химической промышленности и других отраслях. В частности, в энергетике топки кипящего слоя играют возрастающую роль для термохимической переработки и сжигания твердых видов топлива, включая...

Состояние вопроса. Аппараты с кипящим слоем достаточно широко используются в твердотопливной энергетике, химической промышленности и других отраслях. В частности, в энергетике топки кипящего слоя играют возрастающую роль для термохимической переработки и сжигания твердых видов топлива, включая биотопливо. Одним из возможных путей интенсификации процессов взаимодействия твердых частиц с газом является использование пульсирующих потоков газа. Однако эффективность применения пульсирующих потоков не всегда очевидна. В связи с этим нужны новые
подходы для предварительной оценки их преимуществ.
Материалы и методы. Для решения поставленной задачи использован метод математического моделирования. Модель процесса построена на основе системы дифференциальных уравнений движения одиночной частицы в восходящем потоке газа с переменной по времени скоростью, меняющейся
по синусоидальному закону, и с переменными во времени свойствами частицы, меняющимися благодаря тому или иному теплофизическому или химическому процессу взаимодействия частицы с газом.
Изучение влияния параметров на эффективность процесса выполнено численными методами.
Результаты. Разработана модель влияния колебаний газового потока на эффективность переработки частиц в циркуляционном кипящем слое. Проведено сравнение необходимого времени для достаточной переработки частиц при различных амплитудах и частотах пульсаций скорости газа. Установлено, что наиболее значительный выигрыш во времени достигается при сильной зависимости постоянной скорости реакции от скорости обтекания частицы. В этом случае по частоте колебаний имеется
экстремум, дающий максимальный выигрыш во времени, а по амплитуде – или монотонное возрастание выигрыша, или его оптимальное значение.
Выводы. Переход к пульсирующему потоку газа в реакторе с циркуляционным кипящим слоем дает
заметный выигрыш во времени переработки частиц только при сильной зависимости постоянной скорости реакции от относительной скорости обтекания частиц газом. В этом случае имеется оптимальная частота и амплитуда колебаний, дающая максимальный выигрыш по времени.
Ключевые слова: циркуляционный кипящий слой, кинетика реакции, пульсирующий поток газа, параметры колебаний потока газов, оптимизация процесса

Background. Apparatuses with fluidized bed are widely used in the solid fuel energetic, chemical and other industries. In particular, fluidized bed furnaces play the increasing role for thermo-chemical treatment and burning the solid fuels including bio-fuels. The use of pulsating gas flows is one...

Background. Apparatuses with fluidized bed are widely used in the solid fuel energetic, chemical and other industries. In particular, fluidized bed furnaces play the increasing role for thermo-chemical treatment and burning the solid fuels including bio-fuels. The use of pulsating gas flows is one of the possible ways to intensify the process of gas-particle interaction. However, the efficiency of the way is not always obvious, and new approaches are needed for preliminary estimation of its advantages. Materials and methods. The method of mathematical modeling is used to solve the above problem. The model is based on the set of differential equations of a single particle motion in the upstream gas flow with variable with time velocity, and with variable with time particle properties due to this or that thermo-physical or chemical process of gas-particle interaction. The study of influence of the process parameters on its efficiency is done by numerical methods.
Results. The model of the effect of oscillations in the gas flow on the efficiency of particle processing in a circulating fluidized bed has been developed. The necessary time for enough particle treatment is compared for different amplitude and frequency of gas flow oscillation. The most considerable gain in time is being reached for the strong dependence of the reaction rate constant on the velocity of flow around the particle. In this case the optimum frequency of oscillations exists that give the maximum gain in time. The growth of the amplitude leads to the monotonic increase of the gain in time, or gives the optimum amplitude.
Conclusions. Transition to the pulsating gas flow in a circulating fluidized bed reactor leads to considerable gain in time of particle treatment only in the case of strong dependence of the reaction rate constant on the velocity of flow around the particle. In this case the optimum frequency and amplitude of oscillation exist that gives the maximum gain in time

Fechado