Development of CFB design model submodels

Abstract

In the thesis work internal circulation and char dispersion sub models were validated in order to improve temperature profile prediction ability of the furnace model. Validation was made by comparing measured temperature profiles from commercial size CFB-boilers and back calculated boiler balances from design CFB-model. The main fuel of CFB-boiler balances used in this work was coal. The found correlations were updated to Fortran 90-coded format and results were examined further in excel-format. Sensitivity analysis was used to find the parameters that had the most influence on temperature profile. In addition the bed temperature prediction ability of the model was improved by correlating amount of effective oxygen and carbon dioxide release in bed section of the furnace to match with validated internal circulation and char dispersion models. The validation process showed that using internal circulation model and char dispersion model together, calculated temperature profiles can be matched better with measured ones.

AB3:Kiertoleijupetiteknologia on ympäristöystävällinen ja tehokas tapa kiinteiden polttoaineiden polttamiseen. Tehokas palavan materiaalin sekoittuminen ja sitä kautta palaminen vähemmillä päästöillä ovat teknologian mainittavimpia etuja. Kiertoleijuvirtauksen käyttäytymisen ennustaminen on vaativa tieteenala johtuen juuri tuliperässä vallitsevista erilaisista palotiloista, tiheyksistä ja paikallisista nopeuksista. Mallintaminen on yksi apuvälineistä kiertoleijuvirtauksen tutkimiseen, mutta ilman tarkasti suoritettuja mittauksia ja käytännön käyttökokemuksia kiertoleijuprosessista mallinnustuloksista saatava hyöty jää vähäiseksi. Diplomityön tavoitteena oli kelpoistaa kohdeyrityksen käytössä olevaan kattiloiden mitoitusmalliin sisäistä materiaalin kiertoa ja jäännöshiilen dispersiota tulipesässä kuvaavat alamallit. Kelpoistaminen suoritettiin vertaamalla mitoitusmallin laskemia lämpötilaprofiileja kaupallisen kokoluokan kattilasta sondimittauksilla saatuihin lämpötilaprofiileihin. Työssä keskityttiin hiiltä pääpolttoaineena käyttäviin kiertoleijupetikattiloihin.Työn laskentaosuus suoritettiin kattilan mitoitusohjelmalla, jonka runko on ohjelmoitu Fortran 90 -ohjelmointikieltä hyödyntäen. Laskentataseiden kokoaminen ja osa parametrien varioinneista suoritettiin Excel-formaattiin kehitetyssä validointiohjelmistossa. Myös tulosten vertailu ja korrelaatioiden johtaminen suoritettiin Exceliä hyödyntäen. Työn tuloksena uuden kelpoistetun mallin kyky vastata mitattuihin lämpötilaprofiileihin kehittyi entisestä lähinnä dispersioon perustuvasta energian sekoitusmallista.