Huvudmeny

2011-03-11 07:30

Luftbubblor påverkar förbränning i värmepannor


Kunskap om luftbubblor och bränslespridning kan förbättra förbränningen i värmepannor. Det konstaterar Johanna Olsson, doktorand, som studerat kopplingen mellan fördelningen av luftbubblor i förbränningsbäddar och hur bränslet sprider sig om man ändrar driftinställningarna i en värmepanna. Nu presenterar hon sina resultat i en licentiatavhandling.

Johanna Olsson.Johanna Olsson forskar på Institutionen Ingenjörshögskolan, Högskolan i Borås, och på Chalmers kring förbränning i värmepannor. Ett mål med hennes forskning är att hitta sätt att matematiskt kunna beräkna spridningen av bränsle i förbränningspannor med förbränningsbäddar och fördelningen av luftbubblor för att få en så bra spridning av bränslet som möjligt för bästa möjliga förbränning.

Jag har studerat spridningen av bränsle i så kallad fluidiserad bäddförbränning, en teknik som används för bl.a. produktion av fjärrvärme från avfalls och biomassa. Spridningen av bränsle har stor betydelse för hur effektivt förbränningen genomförs, förklarar hon.

Luftbubblorna förbättrar bränslespridningen

Ett problem i förbränningsugnar är om bränslet sprider sig ojämnt. Då kan det leda till skador på förbränningsutrustningen. Bubblorna som bildas i bädden ansvarar för spridning av bränslet genom att dra med sig bränslet och genom en kaskad sedan sprida det på bäddytan. För mycket luft gör att värmen kan ”rymma” ut genom skorstenen och för lite luft medför att bränslet kan samlas i specifika positioner i bädden och slagga igen eller brinna ojämnt. Bästa effekt får man med jämn fördelning av luftbubblor som åstadkommer snabb spridning av bränslet.  När man blåser in luft i en bädd av partiklar, t.ex. aska, kemikalier eller sand, strömmar luften mellan partiklarna. Vid tillräckligt höga hastigheter kommer friktionen som utvecklas mellan partiklarna och gasen att lyfta partiklarna så att de svävar fritt i gasströmmen. Då bildar gasen och partiklarna tillsammans en fluidiserad bädd, vilket innebär att den har en karaktär som gör att den ser flytande ut. Luften som man blåser in i bädden bildar bubblor. Dessa gör att bränslet sprids i bädden och de innehåller dessutom det syre som behövs till förbränningen av bränslet.

Teknik för större förbränningsanläggningar

Den 2-dimensionella utrustningen. När luften strömmar in i bädden bildar den fickor där i det finns nästan inget bäddmaterial och dessa fickor kallas för bubblor.– Det är viktigt att studera hur vi på ett så effektivt sätt kan sprida bränslet och samtidigt se till att syret och bränslet träffar varandra. Den ena delen av mitt arbete handlar om hur dessa bubblor fördelar sig i bädden och den andra delen handlar om mekanismerna för hur bränslet sprider sig, förklarar Johanna Olsson.
Johanna Olsson har filmat och digitaliserat hur bränslet och luften fördelar sig i en fluidiserad bädd. Därefter har hon genomfört datormodellering för att beräkna fördelningen av bränslet.
– Vi försöker att hitta ett sätt att matematiskt kunna beskriva hur bränslet sprider sig, så att man sedan kan göra simuleringar och vidare kunna förbättra eller designa nya förbränningspannor.  Fluidiseringstekniken används framför allt i stora och medelstora förbränningsanläggningar som fjärrvärmeverk och små kraftvärmeverk, förklarar hon.

Tillgång till stor utrustning ger bättre resultat

– Det som är nytt med min forskning är bl.a. att vi haft tillgång till ovanligt stor utrustning för att studera bränslespridningen. Traditionellt har betydligt mindre utrustningar använts för den här typen av studier. Storleken visar sig ha betydelse för resultaten. Även studien av hur bubblorna fördelar sig i bädden har genomförts i en ovanligt bred bädd. Men framförallt genomfördes studien under driftförhållanden som motsvarar de som finns i storskaliga förbränningsanläggningar.

Resultaten som Johanna Olsson fått fram kan dels användas för att förbättra effektiviteten i pannor som redan är byggda, dels för att utveckla en matematisk beskrivning så att man kan använda datorsimuleringar vid design av nya pannor och utvärdering av nya driftinställningar.

Licentiatseminarium 11 mars

Avhandlingen som bär titeln ”Fuel Disperion and Bubble Flow Distribution in Fluidized Beds” presenteras på ett licentiatseminarium på Chalmers på fredag, den 11 mars.

Text: Solveig Klug