Tesis
Modelagem de um leito fluidizado borbulhante de grande escala para combustão de biomassa
Modeling of large scale bubbling fluidized bed for biomass combustion
Registro en:
VILLANUEVA CHÁVEZ, Juan Grimaldo. Modelagem de um leito fluidizado borbulhante de grande escala para combustão de biomassa. 2017. 1 recurso online (184 p.). Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP.
Autor
Villanueva Chávez, Juan Grimaldo, 1982-
Institución
Resumen
Orientador: Waldir Antônio Bizzo Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: No presente trabalho foi desenvolvido um modelo matemático unidimensional da fluidodinâmica e combustão de um leito fluidizado borbulhante de escala industrial com o objetivo principal de prever a transferência de oxigênio entre as fases do leito fluidizado. O modelo fluidodinâmico desenvolvido foi baseado num modelo de duas fases em regime permanente com parâmetros fluidodinâmicos variáveis ao longo da altura do leito. Os parâmetros fluidodinâmicos utilizados nas equações diferenciais estão baseados em resultados empíricos encontrados na literatura, portanto equações de conservação da quantidade de movimento não foram consideradas. Na fase de bolhas, o modelo inclui a velocidade do fluxo passante dos gases nas bolhas e o fluxo de by-pass que atravessa o leito sem participar da combustão devido à presença de caminhos preferenciais de bolhas. Na fase de emulsão, diferente da abordagem clássica, a mesma não se mantém nas condições de mínima fluidização e considera-se a influência da velocidade descendente das partículas na velocidade absoluta dos gases. Para o cálculo do coeficiente de transferência de massa entre as fases do leito foi proposto um termo de correção, ?, na equação de Sit e Grace (1981) para considerar o fluxo de by-pass dos gases previsto em sistemas de grande escala. O modelo também inclui o cálculo da taxa de reação do carbono fixo da biomassa na fase de emulsão do leito. Para a solução das equações diferenciais foi utilizado o método dos volumes de controle descrito em Patankar (1980). O modelo fornece como resultados principais as velocidades e vazões volumétricas dos gases nas fases leito (emulsão, bolhas e fluxo passante), a transferência de massa entre as fases do leito e o perfil de oxigênio nas fases do leito. Usando um estudo de caso, o modelo foi testado em condições de operação de uma caldeira industrial de grande porte Abstract: A one-dimensional mathematical model of a fluid dynamics and combustion process in a bubbling fluidized bed to predict the oxygen transfer between bubble and emulsion phases in the bed was developed. The model was based on a two-phase model in steady state and variable fluid dynamic parameters were considered along the bed height. Fluid dynamic parameters are based on empirical results described in literature, thus momentum conservation equations were not considered. In the bubble phase, the model includes the throughflow and bypass flow, which crosses the bed without taking part in combustion because of the preferential bubble paths expected in large fluidized-bed systems. Unlike in the classic approach, the emulsion phase was considered not to remain under minimum fluidization conditions, and the influence of downward particles was considered. A correction factor, ?, for the equation for calculating the mass transfer coefficient described by Sit and Grace (1981) was therefore proposed to take into account the bypass flow expected in large systems. The model also includes a combustion rate calculation of the biomass fixed carbon in the fluidized bed system. For the governing equations solution, it was used the control volume method, described in Patankar (1980). The main results provided by the model are the velocities and volumetric flows of the gases in the bed (emulsion, visible bubble and throughflow gases), the mass transfer between bed phases and the oxygen profile in the bed. Using a case study, the model was tested in real operation conditions of a large size industrial boiler Mestrado Termica e Fluidos Mestre em Engenharia Mecânica