The fluidized solid particles not only increase heat transfer rates but have a cleaning function eliminating contaiminated substances caused from condensate water. An experiment was performed to measure heat transfer rates and pressure drops in a fluidized heat exchanger with circulating solid particle for constant heat transfer rate. As a results, the heat transfer rate increased by 26.9~2.6%, heat transfer coefficient by 11.9~2.7%, and pressure drop by 79.1~10.9% at the gas velocity of 6.1 ~12.1 m/s and solid particle flow rate of 100~50 kg/h with the heat exchanger of H: 50 mm, $D_p=2 in,\; and\;D_{BP}$=30 mm.
The pressure distribution and heat transfer coefficient were measured at room temperature in the high suspension density CFB heat exchanger with multiple vertical tubes and the effective density of CFB was determined. The theoretical model for predicting heat transfer coefficient was developed in this study. The model predictions were compared with the measured heat transfer coefficient to show relatively good agreement between them.
An experimental study was performed to investigate the characteristics of heat transfer in a vertical type fluidized bed shell-and-tube type heat exchanger with corrugated tube. Seven different solid particles having the same volume were circulated in the heat of exchanger. The effects of various parameters such as water flow rates, particle geometries, materials, and corrugated tube geometries were investigated. The present work showed that the higher thermal capacities of materials and the geometries closer to the spherical one have higher heat transfer performances. In addition, heat transfer coefficients in the corrugated tubes were a little higher than those in the smooth tubes.
The numerical analysis by using CFX 11.0 commercial code was done for prediction of fluid flow and thermal field in the vertical heat exchanger. The present experimental studies were also conducted to investigate the effects of circulating solid particles on the fluid flow and temperatures in the fluidized bed vertical shell and tube type heat exchanger with counterflow, at which the solid particles of glasses (3 $mm{\Phi}$) were used in the fluidized bed with a smooth tube. The effect of circulation on the distance(L) of tube inlet and baffle plate was also examined. The present experimental and numerical results showed that the particles in the distance (Ds) of 15 mm showed a more efficient circulation without stacked the space and the LMTD(Log Mean Temperature Difference) in the fluidized bed type was much lower than that in the typical type shell and tube heat exchanger.
A modified circulating fluidized bed heat exchanger under severe fouling condition is developed. The effects of fouling deposits on the performance of a heat exchanger are investigated. The principle and operating characteristics of a circulating fluidized bed heat exchanger are dicussed. A modified circulating fluidized bed heat exchanger shows more stable operating than the other circulating fluidized bed heat exchanger. The characteristics of self cleaning and heat transfer enhancement of a circulating fluidized bed heat exchanger are studied. The movement of spherical particles in a tube is visualized and heat transfer enhancement and scale reduction mechanism by particles are investigated.
A new fluidized bed heat exchanger for exhaust gas heat recovery is developed. Compared to the existing ones, the present heat exchanger system is featured by the particle fluidization method which does not depend on conventionally used baffle plate with holes and by the multiple downcomer tubes to extract heat energy from hot particle during the time particles moves down to be fed again to the hot gas line. Particles are introduced to the main hot gas stream alongside the pipe circumference. The heat exchanger performance and pressure drop are evaluated through experiments for the present gas-to-water heat exchanger system.
Fouling and cleaning tests are performed for a uniquely designed 7,000 ㎉/hr fluidized bed heat exchanger for exhaust gas heat recovery. Fuel rich condition is maintained in the combustor for a limited time period to generate soot that is to be deposited on the heat transfer surfaces (fouling) and 600 Um glass beads are circulated inside the heat exchanger system for cleaning and enhancing the heat transfer performance. According to the present experimental study, performance degradation mode could be monitored and the effect of particle circulation on the heat transfer improvement could be identified. Through the present study, it is demonstrated that circulating particles contribute not only to the fouling reduction in gas side, but also to the heat transfer enhancement of the unit, while other possible aging factors including water side corrosion seemed to contribute to the accumulated performance deterioration.
A lab-scale fluidized bed heat exchanger for waste gas heat recovery is devised and tested. Compared to our previous works on fluidized bed type system with a single riser, the present heat exchanger system is featured by its multiple (four) risers to handle increased amount of exhaust gas. Particles are introduced to the main hot gas stream alongside the pipe circumference near riser inlets. The heat exchanger performance and pressure drop are evaluated through experiments for the present gas-to-water heat exchanger system.
순환유동층 보일러에서 유동 입자들의 순환 경로는 연소로에서 비산된 입자들이 사이클론에서 포집되어 비기계적 밸브인 실포트(Sealpot)를 거쳐 연소로로 재순환하는 일반적인 경로를 갖는다. 그러나, 유동 입자들로부터 열을 추가적으로 흡수하기 위해 유동층 외부열교환기(FBHE; Fluidized Bed Heat Exchanger)가 설치된 경우, 실포트의 일부 입자들은 FBHE를 거쳐 연소로로 재순환하는 경로를 갖게 된다. 이때 기포유동층 영역으로 운전되는 FBHE는 실포트로부터 유입되는 고온(800~950 ℃)의 입자들의 유동 특성에 따라 열교환 튜브의 국부적 가열로 인한 손상 및 hot spot에 의한 입자들의 고온 뭉침(agglomeration)이 발생할 수 있어 순환유동층의 안정적 조업에 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 국내 D 순환유동층 보일러의 FBHE에 대한 운전자료 분석 및 바라쿠다를 통한 CPFD(Computational Particle Fluid Dynamics) 해석을 통해 구조적 문제로부터 발생하는 열흐름의 불균일성을 밝혀내었다. 실제 D 순환유동층의 FBHE 열교환 튜브 온도는 실포트의 고체온도 변화와 가장 밀접한 상관관계를 나타내었으며, FBHE 내의 열흐름의 불균일성은 FBHE의 조업 유속의 증가(0.3→0.7 m/s)로는 그 불균일성을 해소하기 어려운 것으로 나타났다. 그러나, FBHE로 유입되는 고온 입자들에 대한 사전 혼합 영역(Premixing Zone)이 설치된 경우와, 연소로로 재순환되는 입자 배출 라인의 대칭화를 통한 구조변경 시, 입자 혼합의 증대와 더불어 열흐름의 불균일성은 상당 부분 감소하는 것으로 고찰되었다. 이에, FBHE의 구조 최적화가 열교환 성능 및 운전 안정성을 확보하는 대안임을 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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