Strömungsmechanische Charakterisierung der vertikalen Sekundärgaseindüsung in blasenbildende Wirbelschichten

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2005-12-23
Issue Year
2005
Authors
Schober, Michael
Editor
Abstract

The objective of this work was the characterization of bubbling fluidized beds with additional vertical gas injection. Therefore, investigations in two fluidized bed reactors with a single central injector lance and four injector lances respectively were carried out. A matter of particular interest was the analysis of the fluid dynamics, i.e. on the one hand the solids concentration distribution and the solids movement and on the other hand the acquisition of the gas mixing behaviour. As a measuring technique the capacitance measuring system was used to detect the solids concentration and the solids velocity as well as to estimate the local solids mass flow rates. In order to measure the secondary gas distribution a mass spectrometer in conjunction with a tracer gas (helium) was used. Variations of different parameters were carried out, e.g. the superficial gas velocity, the nozzle exit velocity, the bed height, the length of the injector lances, the type of fluidizing gas distribution and the nozzle geometry. A further aspect was the behaviour of the heat transfer in bubbling fluidized beds with single and multiple secondary gas jets. Therefore, on the one hand the heat transfer from the wall to the suspension, which is essential for the evaluation of the possible energy input into the fluidized bed system, and on the other hand the temperature distribution in the case of hot or cold gas injection respectively was investigated. Due to the findings attained, particularly in terms of the firstly acquired local mass flow rates and the gas mixing behaviour, the implementation of chemical reactions, e.g. vapour deposition reactions, can be simplified and the fluid dynamics can be used to control the necessary parameters.

Abstract

Ziel dieser Arbeit war die Charakterisierung von blasenbildenden Wirbelschichten mit zusätzlicher vertikaler Gaseindüsung. Hierzu wurden Untersuchungen in zwei Wirbelschichtanlagen mit einer zentralen bzw. mit vier Injektorlanzen, über die das Sekundärgas eingedüst wird, vorgenommen. Von besonderem Interesse war zum einen die Untersuchung der Fluiddynamik, d.h. der Feststoffkonzentrationsverteilung und der Feststoffbewegung, zum anderen die Erfassung des Gasvermischungsverhaltens. Als Messtechnik kam dabei die Kapazitive Sonden Messtechnik zur Erfassung von Feststoffkonzentrationen und –geschwindigkeiten sowie von lokalen Feststoffmassenströmen bzw. die Massenspektrometrie in Verbindung mit dem Einsatz von Tracergas (Helium) zur Messung der Sekundärgasverteilung zur Anwendung. Es erfolgten Parametervariationen, wobei der Einfluss der Leerrohrgasgeschwindigkeit, der Düsenaustrittsgeschwindigkeit, der Betthöhe, der Injektorlanzenlänge, der Art der Bodengasverteilung und der Düsenkopfgeometrie betrachtet wurde. Ein weiterer Aspekt war das Wärmeübergangsverhalten in blasenbildenden Wirbelschichten mit einem bzw. mehreren Sekundärgasjets. Hierzu wurden einerseits der wandseitige Wärmeübergang, der zur Beurteilung des möglichen Energieeintrags in die Wirbelschicht notwendig ist, andererseits Temperaturverteilungen bei Heiß- bzw. Kaltgaseinspeisung untersucht. Mittels der gewonnenen Erkenntnisse, insbesondere im Hinblick auf die erstmals erfassten lokalen Feststoffmassenströme und das Gasvermischungsverhalten, kann die Implementierung chemischer Reaktionen, beispielsweise von Gasphasen-abscheidungen, erleichtert und die Fluiddynamik gezielt zur Steuerung der für die Reaktion notwendigen Parameter eingesetzt werden.

DOI
Document's Licence
Faculties & Collections
Zugehörige ORCIDs