KaydedilenlerDerginizi ekleyin

Dergiler / Mühendis ve Makina / 2026 / Cilt: 67 Sayı: 723

Düşük kapasiteli akışkan yataklı kazanlarda hızlı start-up yapabilmek için uygun hava fazlalık katsayısının ve yatak en/boy oranının belirlenmesi

Determination of Aspect Ratio and Excess Air Coefficient to Shorten Start-up Time at Small Size Fluidized Bed Boiler

Karani Kurtuluş(SULEYMAN DEMIREL UNIVERSITY)0000-0002-2608-3065
Sayfa
289–309
Yayın Tarihi
2026-06-30
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

Ek olarak küçük kapasiteli akışkan yatakta en boy oranı 0.9’da en uygun start-up süresi elde edebilmek için başlangıçta hava fazlalık katsayısı 1.4 daha sonra 1.2 olarak uygulanması önerilmiştir.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Temiz ve yenilenebilir enerji üretimi her geçen yıl önemini arttırmaktadır.
📊
Temel Bulgular & Veri:Akışkan yataklı kazanlar endüstride kullanımları yüksek yakma verimi ve düşük NOx emisyonlarından dolayı giderek artmaktadır.
💡
Sonuç & Katkı:Ek olarak küçük kapasiteli akışkan yatakta en boy oranı 0.9’da en uygun start-up süresi elde edebilmek için başlangıçta hava fazlalık katsayısı 1.4 daha sonra 1.2 olarak uygulanması önerilmiştir.
🔬Tür:Laboratuvar & Saha Deneyi
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:Start-up · Kum ısıtma · Akışkan yatak

Özet

Temiz ve yenilenebilir enerji üretimi her geçen yıl önemini arttırmaktadır. Akışkan yataklı kazanlar endüstride kullanımları yüksek yakma verimi ve düşük NOx emisyonlarından dolayı giderek artmaktadır. Bununla birlikte akışkan yataklı kazanlar kömür ve biyokütle yakabildikleri gibi gazlaştırma prosesleri için de uygundur. Bundan dolayı bu sistemlerin ileride daha da yaygınlaşacağı beklenmektedir. Piyasada yaygın olarak kullanılmalarına rağmen bu sistemlerde kalkış (start-up) prosesi daha çok tecrübeye bağlıdır. Küçük kapasiteli akışkan yataklı sistemler için start-up prosesi oldukça önemlidir. Özellikle sık start-up yapan sistemler için kısa sürede hızlı start-up istenmektedir. Bu çalışmada statik yatak yüksekliği ve hava fazlalık katsayısının start-up prosesine olan etkisi araştırılmıştır. Bunun için laboratuvar ölçekli test düzeneği kurulmuştur. Deney düzeneğinden ölçülen sıcaklık verileri ile HAD analizlerinden bulunan değerler karşılaştırılarak doğrulama yapılmıştır. Daha sonra HAD analizleri yatak en/boy oranı 0.55, 0,65, 0,90 ve hava fazlalık katsayısı 1.2, 1.4 ve 1.6 için yürütülmüştür. Analizlere göre yatak en/boy oranı azaldıkça start-up süresinin %32’ ye kadar düştüğü görülmüştür. Öte yandan hava fazlalık katsayısı arttıkça start-up süresinin %44’ e kadar arttığı bulunmuştur. Ek olarak küçük kapasiteli akışkan yatakta en boy oranı 0.9’da en uygun start-up süresi elde edebilmek için başlangıçta hava fazlalık katsayısı 1.4 daha sonra 1.2 olarak uygulanması önerilmiştir.

Abstract

Energy production from clean and renewable sources has gained prominence in recent years. The use of fluidized bed boilers in industrial applications is increasing due to their high combustion efficiency and low NOx emission. Fluidized beds are suitable for coal and biomass combustion and other gasification applications. Therefore, these systems are expected to become more widespread. Although they are widely used in industry, fluidized bed combustion systems start-up processes are generally based on experience. Start-up is an essential process in the operation of small size fluidized beds. Shorter start-up times are desired, especially in systems requiring frequent start-ups. This study investigated the effect of the height of static bed material and the coefficient of burner excess air on start-up time. Therefore, a bench-scale experimental setup was established. CFD analysis was verified with temperature data measured by the testing apparatus. Then, CFD analyses were carried out for different bed aspect ratios (0.55, 0.65, and 0.90) and different coefficients of burner excess air (1.2, 1.4, and 1.6). The analysis results show start-up time decreases (up to 32%) as the bed aspect ratio decreases. On the other hand, as the excess air coefficient increases, the start-up time increases (up to 44%). In addition, in the start-up process, excess air coefficient 1.4 and then 1.2 were proposed for a shorter start-up time with an aspect ratio of 0.9.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Kurtuluş, K. (2026). Düşük kapasiteli akışkan yataklı kazanlarda hızlı start-up yapabilmek için uygun hava fazlalık katsayısının ve yatak en/boy oranının belirlenmesi. Mühendis ve Makina, Cilt: 67 Sayı: 723, 289–309. https://doi.org/10.46399/muhendismakina.1793835

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (41)

  1. Abbas, N., Nadeem, S., Saleem, A., Issakhov, A., Abdel-Sattar, M. A., Aly, S. (2021). Analysis of non-Newtonian fluid with phase flow model. Scientia Iranica, 28(6). Doi: doi: 10.24200/ sci.2021.53475.325
  2. Aklis, N., Rohmat, T. A., Saptoadi, H., Sentanuhady, J. (2022). Performance and Behaviors of Coconut Shell-Air Dual Fluidized Bed Gasification in the CPFD Simulation with Initial Temperature Variation. International Journal of Renewable Energy Research, 12(1), 398- 407. Doi: https://doi.org/10.20508/ijrer.v12i1.12646.g8416
  3. Ammendola, P., Scala, F. (2012). Attrition of lignite char during fluidized bed gasification, Experimental thermal and fluid science, 43, 9-12. Doi: https://doi.org/10.1016/j. expthermflusci.2012.03.025
  4. Banerjee, S., Shahnam, M., Rogers, W. A., Hughes, R. W. (2023). Transient simulation of biomass combustion in a circulating fluidized bed riser, Energy, 264, 126127. https://doi. org/10.1016/j.energy.2022.126127
  5. Basu, P. (2006). Combustion and gasification in fluidized bed. Taylor and Francis, New York. pp. 10–4.
  6. Basu, P., Fraser, S. A. (1991). Circulating fluidized bed boilers-design and operation, Elsevier Science.
  7. Basu, P., Ghosh, A. (2007). Innovative means for reduction of oil consumption for over bed start-up of fluidised bed boilers. Journal of the Energy Institute, 80(4), 204-213. Doi: https://doi.org/10.1179/174602207X241969
  8. Basu, P. (2015). Design of CFB Components. In Circulating Fluidized Bed Boilers: Design, Operation and Maintenance, Cham: Springer International Publishing, pp.229-253. https://doi.org/10.1007/978-3-319-06173-3_8
  9. Batchelor, G.K. (1988). A New Theory of the Instability of a Uniform Fluidized Bed. Journal of Fluid Mechanics, 193, 75–110. Doi: https://doi.org/10.1017/S002211208800206X
  10. Batuecas, E., Serrano, D., Horvat, A., Abelha, P. (2023). Sustainable conditions for waste tires recycling through gasification in a bubbling fluidized bed. Journal of Cleaner Production, 415, 137839. Doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.137839
  11. Carlo, A., Savuto, E., Foscolo, P. U., Papa, A. A., Tacconi, A., Del Zotto, L., Bora, A.,Bocci, E. (2022). Preliminary results of biomass gasification obtained at pilot scale with an innovative 100 kWth dual bubbling fluidized bed gasifier. Energies, 15(12), 4369. Doi: https:// doi.org/10.3390/en15124369
  12. Chen, W. L., Sirisha, V., Yu, C. Y., Wang, Y. R., Dai, M. W., Lasek, J., & Li, Y. H. (2024). Design and optimization of a combined heat and power system with a fluidized-bed combustor and stirling engine, Energy, 293, 130709. https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.130709
  13. Chew, J. W., LaMarche, W. C. Q., Cocco, R. A. (2022). 100 years of scaling up fluidized bed and circulating fluidized bed reactors. Powder Technology, 409, 117813. Doi: https://doi. org/10.1016/j.powtec.2022.117813
  14. CPFD Barracuda User Guide, 2015.
  15. De Diego, L. F., Rufas, A., García-Labiano, F., de Las Obras-Loscertales, M., Abad, A., Gayán, P., Adánez, J. (2013). Optimum temperature for sulphur retention in fluidised beds working under oxy-fuel combustion conditions. Fuel, 114, 106-113. Doi: http://dx.doi. org/10.1016/j.fuel.2012.02.064
  16. Erbaş, O. (2019). Kabarcıklı Akışkan Yataklı Bir Reaktörde Isı Geçişini Etkileyen Parametrelerin İncelenmesi, The Journal of Defence Sciences, 18(1), 161-175. https://doi. org/10.17134/khosbd.561238
  17. Ergun, S. (1952). Fluid flow through packed columns. Chemical Engineering Progress, 48 (1952), pp. 89-94.
  18. Fan, L.S. and Zhu, C. (1998). Principles of Gas-Solid Flows. Cambridge University Press, New York.
  19. Gidaspow, D. (1994). Multiphase Flow and Fluidization Continuum and Kinetic Theory Description. Academic Press, Boston.
  20. Gürel, B. and İpek, O. (2019). Numerical Analysis of 330 Mwth Çan Power Plant Circulating Fluidized Bed Boiler by Computational Particle Fluid Dynamic Method. Journal of Engineering Sciences and Design, 7(2), 441-451.(In Turkish). Doi: https://doi.org/10.21923/ jesd.471097
  21. Han, S. W., Lee, J. J., Tokmurzin, D., Lee, S. H., Nam, J. Y., Park, S. J., Ra, H.W., Mun, T.Y., Yoon, S. J., Moon, j. H., Lee, J.G., Kim, Y.M., Rhee, Y.W., Seo, M. W. (2022). Gasification characteristics of waste plastics (SRF) in a bubbling fluidized bed: Effects of temperature and equivalence ratio. Energy, 238, 121944. Doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.121944
  22. Jain, V., Groulx, D., Basu, P. (2010). Study of heat transfer between an over-bed oil burner flame and a fluidized bed during start-up: Determination of the flame to bed convection coefficient. Applied Energy, 87(8), 2605-2614. Doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy. 2010.02.008
  23. Jiang, L., Li, Y., Yao, Y., Zhang, M., Lu, J., Huang, Z., Yue, G. (2022). Heat transfer and protection of high-temperature reheater of a 660 MW circulating fluidized bed boiler after black out. Applied Thermal Engineering, 213, 118654. Doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng. 2022.118654
  24. Karimipour, S. and Pugsley, T. (2012). Application of the Particle in Cell Approach for the Simulation of Bubbling Fluidized Beds of Geldart a Particles. Powder Technology, 220, 63- 69. Doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2011.09.026
  25. Koornneef, J., Junginger, M., Faaij, A. (2007). Development of fluidized bed combustion An overview of trends, performance and cost. Progress in energy and combustion science, 33(1), 19-55. Doi: https://doi.org/10.1016/j.pecs.2006.07.001
  26. Kunii, D. and Levenspiel, O (1991). Fluidization Engineering. Butterworth-einemann, Newton, MA, second edition.
  27. Kunii, D. and Levenspiel, O. (1990). Entrainment of solids from fluidized beds II operation of fast fluidized bed. Powder Technology, 61, 193–206. Doi: https://doi.org/10.1016/0032- 5910(90)80155-R
  28. Ma, S., Guo, J., Chang, W. M., Yue, G. X., Zhang, H. (2015). Study on the dynamic balance behaviors of bed material during the start-up process of a circulating fluidized bed boiler. Powder Technology, 280, 35-41. Doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2015.04.043
  29. Miccio, F., Raganati, F., Ammendola, P., Okasha, F., Miccio, M. (2021). Fluidized bed combustion and gasification of fossil and renewable slurry fuels. Energies, 14(22), 7766. Doi: https://doi.org/10.3390/en14227766
  30. Moodie, J., Vickers, M. A. (1985). Some considerations of start up in the design of fluidized bed boilers. International Journal of Energy Research, 9(2), 203-209. Doi: https://doi. org/10.1002/er.4440090211
  31. Nascimento, F. R. M., González, A. M., Lora, E. E. S., Ratner, A., Palacio, J. C. E., Reinaldo, R. (2021). Bench-scale bubbling fluidized bed systems around the world-Bed agglomeration and collapse: A comprehensive review. International journal of hydrogen energy, 46(36), 18740-18766. Doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.03.036
  32. Oka, S. (2003). Fluidized bed combustion. New York.
  33. Pitsukha, E. A., Teplitskii, Y. S., Roslik, A. R., Isemin, R. L., Klimov, D. V., Mikhalev, A. V., Dubina, V. A. (2017). On start-up of a fluidized-bed boiler. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 90, 282-290. Doi: https://doi.org/10.1007/s10891-017-1566-1
  34. Stultz, S.C. and Kitto, J.B. (1992). Steam its generation and use. Babcock and Wilcox, 40th edition, Ohio.
  35. Vakkilainen, E. K. (2016). Steam generation from biomass; construction and design of large boilers. Butterworth-Heinemann.
  36. Wen, C. Y., Yu, Y. H. (1966). Mechanics of fluidization. Chemical Engineering Progress Symposium Series, 62(62), 100–111.
  37. Williams F.A. (1985). Combustion Theory. Benjamin/Cummings, Menlo Park, California, 2nd Edition.
  38. Wöss, D., Pröll, T., Hofbauer, H. (2009). Investigation of the start-up procedure of a circulating fluidized bed test unit using a commercial steady state simulation tool. In Proceedings of the European Combustion Meeting, Vienna, Austria.
  39. Wu, Y., Liu, D., Ma, J., Chen, X. (2018). Effects of gas-solid drag model on Eulerian-Eulerian CFD simulation of coal combustion in a circulating fluidized bed. Powder technology, 324, 48-61. Doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2017.10.013
  40. Xin, W., Changsui, Z., Yufeng, D., Xiaoping, C. (1998). Experimental study on fluidizedbed start‐up process with hot gas. International Journal of Energy Research, 22(11), 981-989. Doi: https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-114X(199809)22:11 3.0.CO;2-2
  41. Yuansheng, H., Mengshu, S. (2021). What are the environmental advantages of circulating fluidized bed technology? A case study in China. Energy, 220, 119711. Doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.119711