MODELOWANIE ZJAWISK PRZEPŁYWOWYCH W ODSIEWACZU MŁYNA WENTYLATOROWEGO

Transkrypt

1 INŻYNIERIA CHEMICZNA I PROCESOWA 25, (2004) BOLESŁAW DOBROWOLSKI, GRZEGORZ NOWOSIELSKI MODELOWANIE ZJAWISK PRZEPŁYWOWYCH W ODSIEWACZU MŁYNA WENTYLATOROWEGO Politechnia Oolsa, Katedra Technii Cielnej i Aaratury Przemysłowej, ul Miołajczya 5, Oole Przedmiotem racy są badania numeryczne zjawisa rzeływu owietrze rozdrobniony węgiel w odsiewaczu młyna. Obliczenia numeryczne wyonano dla tyowego młyna wentylatorowego stosowanego w instalacji otła OP-650b. Szczegółowej analizie oddano wływ ąta ustawienia łoate searatora na cyrulację gazu i cząste stałych wewnątrz odsiewacza. This aer resents numerical tests of the air ulverized coal mixture flow in the sifter of the fan mill. Numerical calculations were erformed for a tyical mill used in the boiler OP-650b. A threedimensional model of the mill was wored out. Influence of the angle of searator blade osition on gas and solid article circulation inside the sifter was analyzed. 1. WSTĘP W energetyce zawodowej szeroie zastosowanie znajdują młyny wentylatorowe. Jednym z istotnych roblemów esloatacyjnych jest osiąganie ożądanego stonia rzemiału rzy możliwie małym naładzie energii. Modernizacje otłów, alniów i uładów yłowych wymuszają doonywanie zmian w młynach wentylatorowych, ta aby mogły one srostać nowym wymaganiom. Istotną rolę sełnia tu budowa odsiewacza młyna, decydująca o rotności cyrulacji cząste wewnątrz młyna. Zrealizowano wiele rac modernizacyjnych dotyczących młynów wentylatorowych [1, 2]. W eletrowni Shwarze Pume [3] w młynach N roducji EVT rzy bloach 800 MW zastosowano oryginalną onstrucją odsiewacza zaewniającego wysoą suteczność i jaość rzemiału nawet dla węgla z dużą zawartością sylitów. Odsiewacz młyna sonstruowano ta, aby ył był rozdzielany w odowiednich roorcjach na alnii główne i doalające zgodnie z ideą wyorzystania bezwładności cząste transortowanych rzez odsiewacz [1].

2 B. DOBROWOLSKI, G. NOWOSIELSKI Celem niniejszej racy jest analiza zjawis rzeływowych zachodzących wewnątrz odsiewacza młyna wentylatorowego. W szczególności, badaniami numerycznymi objęto ocenę wływu ustawienia łoate odsiewacza na jaość rzemiału. 2. MODEL MATEMATYCZNY Ruch olidysersyjnej mieszaniny gaz cząsti stałe oisano równaniami różniczowymi tóre można zaisać w uogólnionej formie zachowawczej, rzy wyodrębnieniu członów onwecyjnych, dyfuzyjnych i źródłowych. ( ) ( ui ) S S t xi x i x (1) i Wystęująca w równaniu (1) zmienna jest uogólnioną zmienną zależną, wsółczynniiem transortu dyfuzyjnego. Człon źródłowy S ujmuje ozostałe orócz onwecyjnych i dyfuzyjnych - sładnii równań różniczowych. Wsółczynnii i S zestawiono w tabeli 1. Tabela 1. Wsółczynnii równania (1) Table 1. Coefficients of equation (1) równanie S S ciągłości ędu w ierunu x i u j u i ef F i ef x i x j x i S ui, inetycznej energii ef turbulencji G 0 dyssyacji inetycznej energii turbulencji ef C G 1 C2 2 u i ef t, t C, u u i j G ef x j x j x i C C C 0.09 Wymianę ędu omiędzy fazą rozdrobnioną a ciągłą oisano członem źródłowym: 1 CD Re D S ui, j u j u idt (2) V t j 8 E 0

3 oś młyna MODELOWANIE ZJAWISK PRZEPŁYWOWYCH W ODSIEWACZU... gdzie V E jest objętością omóri elementarnej, natomiast j oreśla liczbę cząste transortowanych o oreślonej j-tej trajetorii w jednostce czasu. Ruch cząste yłu oisano metodą Lagrange a z uwzględnieniem siły ooru i grawitacji: du 1 u u g (3) dt gdzie u jest wetorem rędości cząsti, natomiast oznacza czas relasacji dynamicznej cząsti. W wyniu całowania równania (3) w olu rędości gazu otrzymano trajetorie ruchu oszczególnych fracji [4, 6]. Znajomość trajetorii oszczególnych fracji yłu jest odstawą do 3. WYNIKI OBLICZEŃ Obszar obliczeniowy (rys. 1) jest odwzorowaniem geometrii odsiewacza młynów wentylatorowych stosowanych w instalacji otła OP-650b [2]. Przez odsiewacz rzeływa zadany strumień gazu (39m 3 /s). Część strumienia ierowana jest do owrotem z leja do młyna (5-10%). Model rzestrzenny rzygotowano w rogramie Gambit natomiast obliczenia wyonano rzy zastosowaniu rogramu Fluent [5]. wylot łoata 1 łoata 2 łoata 3 łoata 4 omora lej wlot wylot0 wylot0 Rys. 1. Schemat odsiewacza młyna i oznaczenia Fig.1. Scheme of mill classifier and designations

4 B. DOBROWOLSKI, G. NOWOSIELSKI W tabeli 2 zestawiono dane dotyczące sładu fracyjnego yłu, natomiast na rys. 2 rzedstawiono wynii obliczeń udziału masowego 22 dysretnych fracji cząste rzy założeniu rozładu Rosina-Rammlera-Serlinga (RRS). W obliczeniach założono gęstość cząste równą 1100 g/m 3. Na rys. 3 i 4. rzedstawiono wływ zmiany ąta ustawienia łoate na trajetorie cząste o wybranych średnicach. W obliczeniach rozatrywano ąty =0, 10 i 20. Tabela 2. Dane do obliczeń sładu fracyjnego yłu oraz obliczone stałe rozładu RRS Table 2. Data for article size distribution and calculated RRS distribution constants 1 Pozostałość R 90 [%] 58 2 Pozostałość R 1000 [%] 4 3 Liczba olidysersji n 0,738 4 Liczba rozdrobnienia b 0, Średnica zastęcza d [mm] 204 Rys. 2. Udział masowy cząste oszczególnych fracji yłu węglowego Fig. 2. Particles size distribution of ulverized coal

5 MODELOWANIE ZJAWISK PRZEPŁYWOWYCH W ODSIEWACZU... Rys. 3. Trajetorie cząste yłu o średnicach 10 i 1000m rzy różnych ustawieniach łoate Fig. 3. Trajectories of articles of diameters 10 and 1000m in case of diferent blade ositions

6 B. DOBROWOLSKI, G. NOWOSIELSKI Rys. 4. Trajetorie cząste yłu o średnicy 5000m Fig. 4. Trajectories of articles of diameter 5000m Wraz ze zwięszaniem ąta nachylenia łoate nieznacznie zmniejsza się ilość yłu ierowanego do wylotu i rośnie udział drobniejszych fracji yłu. Ouszczenie najniższej łoati w dół (rys. 4) owoduje zmniejszenie ilości yłu ierowanego do wylotu i ogorszenie rzemiału yłu. Na rys. 5. odano udziały oszczególnych fracji yłu w masie yłu trafiającego do wylotu młyna dla wariantów ustawienia łoate zestawionych w tabeli 3. Tabela 3. Warianty ustawień łoate w odsiewaczu Table 3. Variants of blade setings in clasiffier wariant ąt nachylenia łoate 2, 3 i 4 A 0 B 5 C 10 D 15 E 20 F łoata 2 i 3 20 oraz łoata 4-90 G łoata 2 i 3 20 oraz łoata H łoata 2 i 3 20 oraz łoata Otrzymane wynii obliczeń dotyczą uładu z jednorotną wewnętrzną cyrulacją cząste, gdyż model nie uwzględnia dalszego rozdrabniania cząste trafiających do leja. W rzyadu uładu rzeczywistego, wływ ąta ustawienia łoate może być bardziej istotny niż wynia to z rys. 5.

7 udział oszczególnych fracji w wylocie MODELOWANIE ZJAWISK PRZEPŁYWOWYCH W ODSIEWACZU % 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% % A B C D E F G H wariant Rys. 5. Sład fracyjny cząste na wylocie z odsiewacza dla różnych ustawień łoate Fig. 5. Particle size distributions in clasiffier outflow in case of diferent blade ositions 4. WNIOSKI W wyniu zrealizowanych badań numerycznych stwierdzono że: Wzrost ąta odchylenia łoate owoduje oleszenie jaości rzemiału, onieważ cząsti o dużych średnicach wytrącają się w leju zsyowym odsiewacza. W centralnej części odsiewacza wystęuje intensywna cyrulacja gazu, co ujemnie wływa na jego działanie z uwagi na orywanie rzez gaz wytrącających się w leju cząste i ierowanie ich do wylotu odsiewacza. Zmiana ąta ustawienia dolnej łoati ratycznie nie wływa na działanie odsiewacza. Znajomość rocesów rzeływowych wewnątrz odsiewacza może być odstawą do otymalizacji jego onstrucji.

8 B. DOBROWOLSKI, G. NOWOSIELSKI PIŚMIENNICTWO CYTOWANE - REFERENCES [1] HARDY T., KORDYLEWSKI W.: Efetywność olsich węgli brunatnych w reducji NOx metodą reburning, IX Konferencja Kotłowa 2002, Atualne roblemy budowy i esloatacji otłów, Szczyr listoada [2] TOMAS D.: MERCHRUT A., Koncecje modernizacyjne młynów wentylatorowych dla trudnych węgli brunatnych na rzyładzie młynów El. Tuzla, IX Konferencja Kotłowa 2002, Atualne roblemy budowy i esloatacji Kotłów. Szczyr [3] SCHEFFKNECHT G.: Pierwsze doświadczenia esloatacyjne z otłami na arametry nadrytyczne w bloach energetycznych o mocy 800MWe w eletrowni Schwarze Pume, VIII onferencja Kotłowa 98 Atualne roblemy budowy i esloatacji otłów, Szczyr listoada [4] FERZIGER J.H., PERIĆ M.: Comutational Methods for Fluid Dynamics, second edition, Sringer- Verlag, Berlin, Heidelberg, [5] FLUENT INC, Fluid Dynamics Analysis Pacage, Doumentacja dostarczana wraz z rogramem Fluent, [6] DOBROWOLSKI B., NOWOSIELSKI G.: Badania numeryczne aerodynamii uładu odsiewacz młyna węglowego -searator yłu w instalacji yłowej otła OP-650, Konferencja Nauowo - Techniczna "Energetya 2002", Wrocław 2002, t. 1, s BOLESŁAW DOBROWOLSKI, GRZEGORZ NOWOSIELSKI FLOW PHENOMENA MODELLING IN THE SIFTER OF THE FAN MILL Fan mills are widely used in ower industry. Their users try to obtain a required degree of milling under the minimum ossible costs of ower. Structure of the mill sifter lays a very imortant role in such a case it influences the multilication factor of article circulation inside the mill. Many modernizing wors have been realized so far, however they were based only on some technical data without any analysis of flow henomena occurring inside the mill. This aer resents numerical tests of the air broen coal mixture flow in the sifter of the fan mill. Numerical calculations were erformed for a tyical mill used in the boiler OP-650b. A three-dimensional model of the mill was wored out. Gas movement was described with the Euler s method, and article movement with the Lagrange s method. For calculations, a tyical fraction comosition of the milled coal was assumed, 22 discrete fractions of nown mass fractions were isolated. Numerical calculations were done with the FLUENT rogram. Influence of the angle of searator blade osition on gas and solid article circulation inside the sifter was analyzed. Three characteristic blade ositions were considered. From calculations it aeared that the angle of searator blade inclination influenced the article circulation, and increase of the blade deviation from the horizontal level imroved milling quality. Influence of the sifter blade configuration on the fraction comosition of dust at the mill outlet was estimated. Knowledge about the movement of the gas solid article mixture inside the sifter can be a base for otimization of the sifter structure.