Leijupedin lämmönsiirto happipoltossa

Abstract

Kandidaatintyössä tutustutaan lämmönsiirtoon leijupedissä sekä happipolton vaikutukseen tähän. Työssä esitellään tarvittavat lämmönsiirron, kattilatekniikan ja happipolttotekniikan ominaisuudet ja tarkastellaan ilma- ja happipolttokattilan lämmönsiirron eroja. Tarkastelu tehdään olemassa olevien mittausten sekä mallien avulla. Työssä tarkastellaan kahta olemassa olevaa happipolttokattilaa ja niille kehitettyjä mallinnusmenetelmiä. Mallien tuloksia verrataan kattiloista saatuihin mittaustuloksiin. Tarkasteltavat kattilat ovat Valmetin 4 MW kattila sekä CIUDEN:n 30 MW kattila.

Työssä tarkastellut laitosten mittaustulokset sekä kehitetyt mallit osoittavat, että happipitoisuuksien pysyessä lähellä ilman happipitoisuutta kattilan olosuhteet eivät muutu huomattavasti. Näillä happipitoisuuksilla kattilasuunnittelussa sekä mallinnuksessa voidaan käyttää samoja periaatteita ilma- ja happipoltolla. Happipitoisuuden noustessa kattilaan voidaan joutua lisäämään ulkoisia lämmönsiirtimiä tai muuten muuttamaan kattilarakennetta. Mallinnusmenetelmät vaikuttavat pätevän korkeammilla happipitoisuuksilla nykyisten kattiloiden mittaustuloksiin verrattuna.

This bachelor’s thesis focuses on heat transfer in fluidized bed and how heat transfer is affected by oxy-fuel combustion. This work presents the fundamentals of heat transfer, fluidized bed technology and oxy-fuel combustion and studies the differences in heat transfer between air-fired and oxy-fired furnaces. This study is based on existing measurements and models. This work focuses on two existing oxy-fired furnaces and the models developed for them. The furnaces are a 4 MW test furnace operated by Valmet and a 30 MW furnace in a research facility operated by CIUDEN.

The facilities and models inspected in this work show that as oxygen concentrations stay within similar levels to air the conditions do not change drastically. Within these oxygen levels the same principles can be used to design and model both air- and oxy-fired furnaces. As oxygen levels rise the furnace design must be changed accordingly, for example by adding external heat exchangers or otherwise changing the structure of the furnace. Modeling methods appear to be accurate on higher oxygen concentrations as far as comparisons to current furnaces show.