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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32018| Título: | Influência das características da aeração de uma válvula loop seal no rendimento operacional do ciclone de um leito fluidizado circulante |
| Título(s) alternativo(s): | Influence of aeration characteristics of a loop seal valve on the operational performance of a circulating fluidized bed cyclone |
| Autor(es): | Pecete, Andrel de Souza |
| Orientador(es): | Behainne, Jhon Jairo Ramirez |
| Palavras-chave: | Fornalhas Escoamento Fluidização Ciclones Kilns Runoff Fluidization Cyclones |
| Data do documento: | 26-Mai-2023 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Ponta Grossa |
| Citação: | PECETE, Andrel de Souza. Influência das características da aeração de uma válvula loop seal no rendimento operacional do ciclone de um leito fluidizado circulante. 2023. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2023. |
| Resumo: | Ciclones são dispositivos amplamente utilizados em processos industriais para separar partículas sólidas de um fluido. Em aplicações que envolvem fornalhas de leito fluidizado circulante (LFC), o ciclone garante a operação estável da fornalha ao evitar que o material inerte e as partículas de combustível escapem do circuito de fluidização antes do tempo necessário. A avaliação experimental do desempenho do ciclone acoplado a unidades piloto de LFC tem sido pouco explorada, e a relação entre a eficiência de separação do ciclone e a vazão de aeração é ainda desconhecida. A literatura sugere que, em certas condições operacionais, uma parcela da vazão de aeração aplicada na válvula de recirculação de sólidos (loop seal) poderia tomar o sentido inverso, em direção ao ciclone, prejudicando a eficiência de coleta do mesmo. Todavia, os estudos não apresentam dados da influência desse fenômeno sobre o rendimento do separador. Tendo em vista essa lacuna, este trabalho se propôs a determinar, experimentalmente, a influência da vazão e da posição da aeração na eficiência de coleta e na queda de pressão de um ciclone acoplado a um LFC operado em condições ambiente e sob dois níveis de inventário de sólidos. Os experimentos foram realizados numa unidade de fluidização rápida a frio, mantendo a velocidade de fluidização constante e o tamanho médio das partículas fixo. A análise incluiu a determinação da significância estatística dos efeitos produzidos pelas condições experimentais sobre a operação do ciclone, realizada a partir de um planejamento fatorial 23 em duplicata, contendo apenas os valores máximos e mínimos de cada variável estudada. Os resultados mostraram que a vazão de aeração possui relação inversamente proporcional com a eficiência de coleta do ciclone. Esse efeito foi ainda mais significativo ao utilizar um inventário de sólidos menor. Já, a variação da posição da aeração, enquanto localizada sempre abaixo do nível de sólidos na coluna standpipe, não provocou uma variação significativa na eficiência de coleta do ciclone. Por outro lado, o perfil de pressão estática, as quedas de pressão nos componentes do sistema e o fluxo de recirculação de sólidos não sofreram variação significativa com a mudança na vazão de aeração, indicando uma interação nula entre essas variáveis durante os testes realizados. Diferentemente da eficiência de coleta do ciclone, a queda de pressão no mesmo sofreu alteração apenas com o nível de inventário de sólidos utilizado. Os resultados alcançados neste estudo sugerem que, sob condições operacionais semelhantes às analisadas, em que a variação da vazão de aeração não provoca alteração no fluxo de recirculação de sólidos e o inventário dos sólidos se mantém relativamente baixo, o desempenho do ciclone pode ser significativamente influenciado, afetando a eficiência de uma fornalha de LFC. |
| Abstract: | Cyclones are devices widely used in industrial processes to separate solid particles from streams of fluids. In applications involving Circulating Fluidized Bed (CFB) furnaces, cyclones ensure a stable furnace operation by preventing inert particles and material from leaving the system early. The experimental assessment of cyclone performance coupled to CFB pilot units has been scarcely explored, and the relationship between cyclone separation efficiency and aeration flow rate is still unknown. Furthermore, the literature shows that, under some operating conditions, a fraction of the aeration flow rate applied to the solids recirculation valve (loop seal) could take the opposite direction to that expected, affecting the cyclone operation. However, these studies do not feature any data regarding the influence of this phenomenon on the separator´s performance. Given this gap, this work proposed to experimentally determine the influence of both the flow rate and the aeration position on the collection efficiency and pressure drop of a cyclone coupled to a CFB system operated under room conditions with different levels of solids inventory. The experiments were carried out in a cold flow fast fluidization unit, keeping the fluidizing gas velocity constant and the mean particle size fixed. The analysis included determining the statistical significance of the effects produced by the experimental conditions on the cyclone operation, based on a 23 factorial design run in duplicates, in which only were considered the maximum and minimum values of each controlled variable. The results showed that the aeration flow rate is inversely proportional to the cyclone's collection efficiency. This effect is even more significant when using a lower solids inventory. On the other hand, changing the aeration position did not cause a significant variation in the cyclone's collection efficiency. In addition, the static pressure profile, the pressure drops in the CFB system and the solids circulation flow did not undergo significant variation with the change in the aeration flow rate, suggesting no interaction among these variables during the tests. Unlike the cyclone collection efficiency, the pressure drop in the cyclone changed only with the level of solids inventory used. The results of this study suggest that, under operational conditions similar to those analyzed here, in which the variation in the aeration flow rate does not cause alteration in the solids recirculation flow and the solids inventory remains relatively low, the performance of the cyclone can be significantly influenced, affecting the efficiency of a CFB furnace. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/32018 |
| Aparece nas coleções: | PG - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica |
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