कम गुणवत्ता वाली गर्मी का उपयोग करके पायलट स्केल टोरॉयडल फ्लुइडाइज्ड बेड ड्रायर में विभिन्न मूल के लिग्नाइट को सुखाना

एसार

टोरॉयडल बेड ड्रायर का उपयोग करके, पोलैंड, ग्रीस, रोमानिया और ऑस्ट्रेलिया जैसे विभिन्न मूल स्थानों के लिग्नाइट के लिए एक प्रायोगिक अध्ययन किया गया था। सुखाने की निश्चित स्थितियों के तहत समय के साथ नमी की मात्रा में कमी सहित सुखाने की दक्षता पर तापमान का प्रभाव जांच का विषय था। मुख्य लक्ष्य एक सुखाने प्रणाली के लिए आधार के रूप में टोरॉयडल बेड के उपयोग की संभावना की पुष्टि करना था जो बॉयलर से निकलने वाली फ़्लू गैसों जैसे स्रोतों से कम गुणवत्ता वाली गर्मी का उपयोग कर सकता है और ऐसी प्रणाली के लिए इष्टतम मापदंडों का निर्धारण कर सकता है। किए गए अध्ययन ने टोरॉयडल बेड में लिग्नाइट को सुखाने के लिए कम तापमान वाले ताप स्रोतों के उपयोग की व्यवहार्यता को निर्णायक रूप से सिद्ध किया है। टोरॉयडल बेड का उपयोग करके, अधिकांश परीक्षण किए गए लिग्नाइट के लिए 20% की नमी सामग्री प्राप्त की जा सकती है, जिसमें उचित रूप से कम निवास समय (लगभग 30 मिनट) और 60 °C जितना कम हवा का तापमान होता है। इसके अलावा, कण आकार वितरण में परिवर्तन, कुछ हद तक, गीले, महीन कणों के प्रवेश के कारण अंतिम नमी सामग्री को प्रभावित करता है। अध्ययन में यह भी निर्धारित किया गया कि कणों का अंतर्वेशन आंशिक रूप से सूक्ष्म कणों के निर्माण के लिए जिम्मेदार है।

कीवर्ड:

सुखाने;लिग्नाइट;टोरोयडल बिस्तर;संघर्षण;ऊर्जा दक्षता

1 परिचय

1.1. लिग्नाइट का सूखना

लिग्नाइट एक ठोस जीवाश्म ईंधन है जिसका उपयोग ज़्यादातर बिजली उत्पादन के लिए किया जाता है। हाल ही में स्थापित अक्षय ऊर्जा स्रोत बिजली में वृद्धि के बावजूद, लिग्नाइट का उपयोग अभी भी पूरी दुनिया में महत्वपूर्ण है। 2015 में दुनिया भर में लिग्नाइट का खनन लगभग 811 मिलियन टन तक पहुँच गया था।1], जिसमें यूरोपीय संघ में खनन किए गए 399 मिलियन टन शामिल हैं [2]; ऑस्ट्रेलिया, बुल्गारिया, चेक, जर्मनी, ग्रीस, पोलैंड, रोमानिया, सर्बिया और अन्य जैसे कई देशों में लिग्नाइट से उत्पन्न बिजली उत्पादन का हिस्सा 20% से अधिक है।2] लिग्नाइट एक निम्न श्रेणी का ठोस ईंधन है [3], जिसकी विशेषता उच्च नमी सामग्री है। इसके उपयोग से पहले लिग्नाइट की नमी की मात्रा को कम करने से इसका कैलोरी मान बढ़ सकता है, इसके लंबी दूरी के परिवहन की लागत कम हो सकती है और इसके उपयोग से ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन कम हो सकता है। लिग्नाइट से उच्च-वर्धित मूल्य वाले उत्पादों का उत्पादन करने के उद्देश्य से प्रौद्योगिकियों के लिए सुखाने की प्रक्रिया भी एक विशिष्ट पूर्व-आवश्यकता है, जैसे कि मिट्टी में सुधार [4] इसलिए, लिग्नाइट के उपयोग को तर्कसंगत बनाने और साथ ही कम ग्रेड की ऊष्मा का उपयोग करने के उद्देश्य से की गई जांच, जो अन्यथा बर्बाद हो जाती, पूरी तरह से उचित प्रतीत होती है।

हाल ही में लिग्नाइट सुखाने के बुनियादी पहलुओं पर बहुत काम किया गया है। पार्क एट अल. ने इंडोनेशियाई लिग्नाइट की सुखाने की दक्षता पर सुखाने के समय, तापमान और सुखाने वाले एजेंट की गति के प्रभाव की जांच की और एक गणितीय मॉडल विकसित किया जो निवास समय और सुखाने की स्थितियों के आधार पर नमी की मात्रा की भविष्यवाणी करने की अनुमति देगा [5] सी एट अल ने शेंगली लंप लिग्नाइट के 3-चरणीय माइक्रोवेव सहायता प्राप्त द्रवीकृत बिस्तर सुखाने की जांच की और निर्धारित किया कि सूखे लिग्नाइट की छिद्रता माइक्रोवेव की बढ़ती शक्ति के साथ कम हो गई [6] सॉन्ग एट अल ने निर्धारित किया कि पूर्वी इनर मंगोलिया से लिग्नाइट की समग्र नमी की मात्रा उच्च माइक्रोवेव शक्ति के तहत अधिक तेजी से कम हो गई [7] पुसाट और हर्डेम ने एक निश्चित बिस्तर ड्रायर में तुर्की कोन्या-इलगिन लिग्नाइट की सुखाने की विशेषताओं को निर्धारित किया [8] अध्ययन ने निर्धारित किया कि बिस्तर की ऊंचाई में वृद्धि के साथ आवश्यक सुखाने का समय बढ़ गया, और बिस्तर की ऊंचाई में वृद्धि के साथ सुखाने की दर पर तापमान का प्रभाव बढ़ गया [8] यांग एट अल. ने एक निश्चित बिस्तर में सुखाने के बाद लिग्नाइट द्वारा नमी के पुनः अवशोषण का प्रयोगात्मक परीक्षण किया और मेसोपोर्स के उच्च सापेक्ष आयतन अनुपात के कारण 100 °C में सूखे लिग्नाइट के लिए उच्चतम पुनः अवशोषित नमी उपज निर्धारित की।9] फेंग एट अल ने लिग्नाइट की संरचना पर मैकेनिकल थर्मल एक्सप्रेशन के प्रभाव की जांच की और क्रमशः 10 एमपीए और 30 एमपीए के दबाव में 120 °C और 150 °C के बीच सुखाने के तापमान पर सुखाए गए कच्चे लिग्नाइट और लिग्नाइट्स के बीच छिद्रों की मात्रा में परिवर्तन निर्धारित किया।10] वेन एट अल ने कच्चे और पुनः नमीयुक्त लिग्नाइट के सुखाने की गतिकी की जांच की और पाया कि कच्चे लिग्नाइट की सुखाने की दर बाद वाले की तुलना में धीमी थी।11]। इसके अलावा, अध्ययन में पाया गया कि नमीयुक्त लिग्नाइट के लिए प्रभावी प्रसार गुणांक कच्चे लिग्नाइट के लिए इसी मूल्य से अधिक है।11].

पावलक-क्रुज़ेक एट अल ने एक अध्ययन किया जिसमें कम तापमान सुखाने वाले एजेंट (हवा, अधिकतम 50 डिग्री सेल्सियस) का उपयोग करके द्रवित बिस्तर में लिग्नाइट सुखाने की प्रयोगात्मक जांच और संख्यात्मक सिमुलेशन दोनों शामिल थे।12]। अध्ययन ने कम तापमान वाले ताप स्रोत के उपयोग की अवधारणा की समग्र व्यवहार्यता को सिद्ध किया है। इसके अलावा, अध्ययन ने लिग्नाइट के संरचनात्मक गुणों के साथ-साथ सुखाने के दौरान इसके सिकुड़ने जैसे कारकों के महत्व को उजागर किया है।12] एग्रानियोटिस एट अल ने 1 मेगावाट चूर्णित ईंधन दहन सुविधा से प्राप्त प्रयोगात्मक परिणामों के साथ सीएफडी सिमुलेशन की तुलना की [१३] परिणामों ने सिमुलेशन और प्रायोगिक परिणामों के बीच अच्छा समझौता दिखाया। भट्ठी की धुरी के साथ मापा गया तापमान, विशेष रूप से भट्ठी के निचले हिस्से में, शुष्क लिग्नाइट की फायरिंग के मामले में सबसे अधिक था, जहां वाष्प और वाहक गैस को भट्ठी में फिर से प्रसारित नहीं किया गया था [१३] यह तहमासेबी एट अल द्वारा किए गए एक अन्य अध्ययन के परिणामों से काफी मेल खाता है, जिसमें चीनी और इंडोनेशियाई लिग्नाइट के कणों की नमी की मात्रा और प्रज्वलन के बीच संबंधों की जांच की गई थी।14] इस अध्ययन से यह पता चला कि परीक्षण किए गए लिग्नाइट की नमी की मात्रा में वृद्धि से उनके प्रज्वलन में काफी देरी हुई।14] ड्रोसैटोस एट अल द्वारा किए गए संख्यात्मक सिमुलेशन ने प्रदर्शित किया कि पूर्व-सूखे लिग्नाइट के उपयोग से बॉयलर की लचीलापन में सुधार हो सकता है और नाममात्र लोड के 35% के बराबर बेहद कम लोड के तहत इसके संचालन की अनुमति मिल सकती है।15] कोमात्सु एट अल ने 110 °C से 170 °C पर सुपरहीटेड भाप का उपयोग करके लिग्नाइट के मोटे कणों को सुखाने से संबंधित प्रयोग किए।16] अध्ययन ने निष्कर्ष निकाला कि स्थिर सुखाने की दर अवधि के दौरान सुखाने की दर का मूल्य पूरी तरह से लिग्नाइट के तापमान और कण आकार पर निर्भर करता है, जबकि घटती सुखाने की दर अवधि के दौरान संबंध बहुत अधिक जटिल था क्योंकि दरारें, जो सूखे कण की सतह पर बनने लगी थीं [16] पुसाट एट अल ने 70 °C और 130 °C के बीच के तापमान और 0.4 और 1.1 मीटर/सेकेंड के बीच के वेग पर सुखाने वाली हवा का उपयोग करके एक निश्चित बिस्तर में तुर्की लिग्नाइट को सुखाने की जांच की।17] लिग्नाइट के कण का आकार 20 से 50 मिमी के बीच भिन्न था और ऐसे मोटे कणों के लिए प्रयोगों के दौरान स्थिर सुखाने की दर अवधि नहीं देखी गई थी।17]। स्कियाज़्को एट अल ने सुपरहीटेड स्टीम ड्राइंग में टुरोज़ो लिग्नाइट के सुखाने की विशेषताओं पर पेट्रोग्राफिक गुणों के प्रभाव पर प्रयोगात्मक जांच की।18] 5 मिमी और 10 मिमी गोलाकार कणों का उपयोग करके, 110 °C से 170 °C तक के तापमान पर जांच की गई।18] और निष्कर्ष निकाला कि सुखाने का समय, सुखाने की दर, तापमान ढाल, दरार और सिकुड़न व्यवहार परीक्षण किए गए लिग्नाइट के लिथोटाइप पर निर्भर हैं [18].

130 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एक निश्चित बिस्तर और द्रवीकृत बिस्तर में ऑस्ट्रेलियाई लिग्नाइट के सुखाने के दौरान टूटना और घर्षण स्टोकी एट अल द्वारा किए गए एक व्यापक अध्ययन का विषय था। [19]। अध्ययन ने निष्कर्ष निकाला कि टूटने का मुख्य कारण थोक और गैर-जमने योग्य पानी के बीच संक्रमण है [19] छोटे स्थिर बिस्तर और छोटे द्रवीकृत बिस्तर (10 ग्राम का नमूना) के बीच कण आकार में परिवर्तन, जिसे d50 व्यास द्वारा दर्शाया गया है, महत्वहीन थे। फिर भी, बड़े द्रवीकृत बिस्तर (नमूना आकार 3 किलोग्राम) के लिए कण आकार में परिवर्तन में एक महत्वपूर्ण अंतर देखा गया, जो बिस्तर के पैमाने के प्रभाव के बड़े प्रभाव को दर्शाता है।

1.2. टोरॉयडल बेड रिएक्टर

टोरॉयडल द्रवीकृत बिस्तर रिएक्टर एक विशेष प्रकार का द्रवीकृत बिस्तर रिएक्टर है, जिसमें गैस वितरण प्रणाली होती है जिसमें कोणीय ब्लेड होते हैं, जो रिएक्टर के तल पर स्थित होते हैं।20] यह व्यवस्था बिस्तर के प्रदर्शन को तीव्र करने की अनुमति देती है [21,22], यानी ऊष्मा और द्रव्यमान स्थानांतरण की तीव्रता [20,21] साथ ही बेहतर मिश्रण [21,23,24] यह भंवर प्रवाह पैटर्न के कारण है और सभी भंवर रिएक्टरों के लिए विशेषता है [24,25,26,27] रिएक्टर के प्रदर्शन के संदर्भ में यह कम निवास समय के साथ बढ़ी हुई थ्रूपुट (बढ़ी हुई उत्पादकता) की अनुमति देता है [28] अब तक इस प्रकार के बिस्तर पर प्रकाशित अधिकांश कार्य में विभिन्न प्रकार की तापीय प्रसंस्करण शामिल है।29,30], कैल्सीनेशन प्रक्रिया [३१] या कार्बन कैप्चर के लिए सोखना की तीव्रता [32] टोरॉयडल प्रवाह पैटर्न वाले ऐसे द्रवित बिस्तरों में सूखने के बारे में बहुत कम जानकारी है [33इस अध्ययन का उद्देश्य इस ज्ञान अंतर को दूर करना है।

1.3. निष्पादित कार्य के उद्देश्य, दायरा और नवीनता के पहलू

जैसा कि दिखाया गया हैअनुभाग 1.1लिग्नाइट को सुखाना एक जटिल प्रक्रिया है, जो कई मापदंडों (तापमान, निवास समय, सुखाने वाला एजेंट, सुखाने की विधि और लिग्नाइट के गुण) पर निर्भर करती है। अत्यधिक अशांत टोरॉयडल बेड में सुखाने के लिए सुखाने की गतिकी और ऊर्जा की खपत के संबंध में ज्ञान का अंतर है। इसके अलावा, यह किसी भी अध्ययन के लिए एक पूर्व-आवश्यकता है, जिसका उद्देश्य कम गुणवत्ता वाली अपशिष्ट ऊष्मा का उपयोग करके, लिग्नाइट पावर प्लांट में ऐसे ड्रायर को एकीकृत करना है। यह किसी को भी नए समाधानों के उपयोग की संभावित बचत की तुलना ऊर्जा बचत के साथ करने की अनुमति देगा, जो पहले से ही उच्च तापमान पर सुखाने वाले एजेंटों का उपयोग करके मौजूदा लिग्नाइट सुखाने वाले समाधानों के लिए प्रदर्शित किया गया है [34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46].

इस अध्ययन का उद्देश्य विभिन्न मूल के लिग्नाइट को सुखाने के लिए टोरॉयडल बेड में वायु का उपयोग करके सुखाने पर जांच करके उस अंतर को भरना है। यह उम्मीद की गई थी कि इस तरह के विन्यास से द्रव्यमान और ऊष्मा हस्तांतरण तीव्र हो जाएगा, जिसके परिणामस्वरूप अपेक्षाकृत कम तापमान पर सुखाने वाले एजेंट का उपयोग संभव हो सकेगा। टोरॉयडल बेड ड्रायर का उपयोग करके, विभिन्न मूल देशों, यानी पोलैंड, ग्रीस, रोमानिया और ऑस्ट्रेलिया के लिग्नाइट के लिए एक प्रायोगिक अध्ययन किया गया था। सुखाने की दक्षता पर तापमान का प्रभाव, जिसमें निश्चित सुखाने की स्थितियों में समय के साथ नमी की मात्रा का नुकसान शामिल है, जांच का विषय था। विभिन्न औसत तापमानों पर सुखाने के दौरान सुखाने की गतिकी और ऊर्जा खपत का निर्धारण और तुलना की गई। अध्ययन का उद्देश्य सुखाने की प्रक्रिया के मापदंडों, यानी तापमान और निवास समय के इष्टतम की पहचान करना था, जिसमें सुखाने की दर और ऊर्जा खपत को ध्यान में रखा गया था। हालांकि, अन्य कारक, जैसे कि सुखाने वाले एजेंट की सापेक्ष आर्द्रता और फीडस्टॉक के अंतर्निहित गुणों का भी सुखाने की प्रक्रिया पर गहरा प्रभाव पड़ा। अध्ययन में उपयोग की गई कार्यप्रणाली सामान्य रूप से सुखाने की प्रक्रियाओं के लिए सार्वभौमिक रूप से लागू है। इस संबंध में, किए गए प्रयोगों को एक केस अध्ययन के रूप में माना जा सकता है जो परीक्षण पद्धति की व्यापक प्रयोज्यता को सिद्ध करता है।

किए गए अध्ययन का मुख्य उद्देश्य सुखाने की प्रणाली के लिए आधार के रूप में एक टोरॉयडल बिस्तर का उपयोग करने की संभावना की पुष्टि करना था जो बॉयलर से निकलने वाले फ्लू गैसों जैसे स्रोतों से कम गुणवत्ता वाली गर्मी का उपयोग कर सकता है। इस तरह के द्रवीकृत बिस्तर ड्रायर का उपयोग लिग्नाइट को सुखाने के लिए कभी नहीं किया गया है, जो कम गुणवत्ता वाली गर्मी के संभावित उपयोग के साथ-साथ किए गए अध्ययन की नवीनता को रेखांकित करता है। इसके अलावा, किए गए अध्ययन का उद्देश्य सबसे प्रभावी ड्रायर मापदंडों को खोजना था, यानी, वे पैरामीटर जो सतह पर मौजूद 1 किलोग्राम H2O और लिग्नाइट कणों के छिद्रों को हटाने के लिए ऊर्जा की न्यूनतम खपत को प्राप्त करने में सक्षम बनाते हैं।

2। सामग्री और विधि

2.1. परीक्षण किए गए लिग्नाइट की विशेषताएं

पोलिश लिग्नाइट के नमूने सिएनियावा ओपन कास्ट खदान से प्राप्त किए गए थे। सिएनियावा से प्राप्त लिग्नाइट में मुख्य रूप से ज़ाइलोडेट्रिटिक और डिट्रॉक्सीलिटिक लिथोटाइप होते हैं [47] ग्रीक लिग्नाइट को साउथ फील्ड खदान से प्राप्त किया गया था जो पब्लिक पावर कॉरपोरेशन द्वारा संचालित एगियोस दिमित्रियोस पावर प्लांट को आपूर्ति करता है। रोमानियाई लिग्नाइट का एक नमूना पेस्टियाना खदान से लिया गया था, जो ओल्टेनिया एनर्जी कॉम्प्लेक्स के रोविनारी पावर प्लांट को ईंधन प्रदान करता है। ऑस्ट्रेलियाई लिग्नाइट लैट्रोब घाटी में यल्लूरन खदान से प्राप्त किया गया था, जो एनर्जी ऑस्ट्रेलिया के यल्लूरन पावर प्लांट को ईंधन प्रदान करता है। सभी लिग्नाइट को परीक्षण से पहले 8 मिमी के नाममात्र शीर्ष आकार में पहले से कुचल दिया गया था।

इस अध्ययन के लिए उपयोग किए गए लिग्नाइटों का मूल लक्षण-निर्धारण समीपस्थ और अंतिम विश्लेषण के माध्यम से किया गया, जो ठोस ईंधनों को चिह्नित करने का विशिष्ट तरीका है। लिग्नाइटों का समीपस्थ विश्लेषण (तालिका नंबर एक) का परीक्षण पर्किन एल्मर डायमंड टीजीए (331 ट्रेबल कोव रोड, बिलरिका, एमए 01862, यूएसए) का उपयोग करके किया गया था। इन परीक्षणों के दौरान निम्नलिखित कार्यक्रम लागू किया गया था:

तालिका नंबर एक।परीक्षण किये गये लिग्नाइटों का समीपस्थ एवं मौलिक विश्लेषण।

(1) प्रारंभिक चरण

∘

105 °C तक गर्म करें; 10 °C/मिनट तक बढ़ाएँ

∘

10 मिनट तक रुकें

(2 ए) राख सामग्री प्राप्त करने के लिए हवा का उपयोग किया गया:

∘

815 °C तक गर्म करें; 50 °C/मिनट तक बढ़ाएँ

∘

15 मिनट तक रुकें

(2 बी) वाष्पशील पदार्थ सामग्री प्राप्त करने के लिए आर्गन का उपयोग किया गया:

∘

850 °C तक गर्म करें; 50 °C/मिनट तक बढ़ाएँ

∘

15 मिनट तक रुकें

उच्च ताप मान का निर्धारण IKA C2000 बेसिक बम कैलोरीमीटर (KA®-Werke GmbH & Co. KG, Janke & Kunkel-Str. 10, 79219 Staufen, Germany) का उपयोग करके ISO 1928 मानक के अनुपालन में किया गया। आइसोपेरिबोलिक विधि का उपयोग किया गया। नमी और हाइड्रोजन सामग्री का उपयोग करके कम ताप मान की गणना की गई। अंतिम विश्लेषण (तालिका नंबर एक) को पोलिश मानक PKN-ISO/TS 12902:2007 के अनुसार पर्किन एल्मर 2400 विश्लेषक (331 ट्रेबल कोव रोड, बिलरिका, MA 01862, USA) का उपयोग करके किया गया था। कण आकार वितरण को ISO 3310-1 के अनुरूप कैलिब्रेटेड छलनी के एक सेट का उपयोग करके निर्धारित किया गया था।

2.2. टेस्ट रिग-टोरोइडल फ्लुइडाइज्ड बेड ड्रायर

इस अध्ययन में वर्णित प्रयोगों के दौरान, सुखाने के लिए एक टोरोयडल द्रवीकृत बिस्तर रिग का उपयोग किया गया था। स्थापना का एक आरेख नीचे दिखाया गया हैआकृति 1परीक्षण रिग ने बैच मोड में काम किया। लगभग 2.5 किलोग्राम लिग्नाइट के बैच को फीडिंग हॉपर (E4 इंच) के माध्यम से मैन्युअल रूप से खिलाया गया था।आकृति 1) प्रत्येक परीक्षण के दौरान। सुखाने वाली हवा का तापमान तापमान नियंत्रण प्रणाली के साथ दो हीटरों का उपयोग करके बनाए रखा गया था, जिनमें से प्रत्येक की नाममात्र शक्ति 3 किलोवाट (E20 और E17 इंच) थी।आकृति 1) सुखाने वाली हवा एक ब्लोअर (E3 इंच) द्वारा आपूर्ति की गई थीआकृति 1) गर्म हवा की प्रवाह दर लगभग 130 m3/h थी ताकि प्रत्येक परीक्षण के लिए समान वेग प्राप्त किया जा सके। प्रवाह दर को वाल्व (E7 इन) का उपयोग करके नियंत्रित किया गया थाआकृति 1).

चित्र 1.टोरबेड स्थापना—आरेख.

टोरोयडल बेड ड्रायर, चित्र में दिखाया गया हैआकृति 1, एक ऊर्ध्वाधर बेलनाकार स्तंभ है जो एक उल्टे कटे हुए शंकु के साथ शीर्ष पर बंद होता है, जिसमें हवा और सूखे पदार्थ के बीच गर्मी का आदान-प्रदान सीधे होता है। द्रवीकरण कक्ष के तल पर भंवर ब्लेड स्थापित किए जाते हैं ताकि सुखाने वाले कक्ष के अंदर एक भंवर बनाया जा सके।

किए गए प्रयोगों के दौरान निम्नलिखित पैरामीटर मापे गए: तापमान, सापेक्ष आर्द्रता, वायु प्रवाह दर और प्रत्येक डिवाइस द्वारा बिजली की खपत। ड्रायर में गर्म हवा के इनलेट पर तापमान और आर्द्रता सेंसर लगाए गए थे (T4 और Rh1 इनआकृति 1) और स्थापना के आउटलेट पर (T2 और Rh2 मेंआकृति 1)। तापमान को मानक Pt1000 सेंसर का उपयोग करके मापा गया, जिसमें EN 60751 में परिभाषित वर्ग ए आवश्यकताओं के अनुरूप विनिर्देशन थे। सापेक्ष आर्द्रता (RH), जो किसी निश्चित तापमान और दबाव के लिए हवा में जल वाष्प की मात्रा को जल वाष्प की अधिकतम मात्रा से विभाजित करके प्राप्त होती है, को HC1000-400 सेंसर और EE31 ट्रांसमीटर का उपयोग करके मापा गया था, जिसमें कार्य सीमा 0 से 100% RH, तापमान सीमा -40 से 80 °C के बीच, प्रतिक्रिया समय < 15 सेकंड और सटीकता 2.4% (95% के विश्वास अंतराल के लिए) तक पहुंचने की थी। सुखाने वाली हवा की प्रवाह दर को FCI ST-50 द्रव्यमान प्रवाह मीटर द्वारा रीडिंग के ±2% की सटीकता के साथ मापा गया था। सभी मान 1 सेकंड के नमूना अंतराल के साथ दर्ज किए गए।

2.3. सुखाने का शून्य-आयामी गणना मॉडल - ड्रायर का ताप संतुलन

इस अध्ययन के लिए प्रयुक्त ड्रायर के शून्य आयामी मॉडल का आरेख नीचे दिखाया गया है।चित्र 2मॉडल में एक अतिरिक्त बाहरी सुखाने वाले एजेंट हीटर के साथ एकल चरण ड्रायर का वर्णन किया गया है। मॉडल में कुछ उप-घटक शामिल हैं। इसका उपयोग पूरे प्रयोग के दौरान ड्रायर द्वारा खपत की गई ऊर्जा की गणना के लिए किया गया था, साथ ही ड्रायर के आउटलेट पर हवा की सापेक्ष आर्द्रता के आधार पर हटाए गए पानी के द्रव्यमान की गणना के लिए भी किया गया था। ऊर्जा के संरक्षण के नियम के अनुसार, ड्रायर में प्रवेश करने वाली एन्थैल्पी का योग ड्रायर से निकलने वाली एन्थैल्पी के योग के बराबर होना चाहिए। ड्रायर के संबंधित मॉडल का समीकरण है:

��1+��2=��3+��4+��5�1+�2=�3+�4+�5

(1)

कहाँ:

चित्र 2.अतिरिक्त बाह्य सुखाने एजेंट हीटर के साथ एकल चरण ड्रायर का आरेख।

��1�1 ताप एक्सचेंजर के निकास पर सुखाने वाली हवा की एन्थैल्पी है;

��2�2 ड्रायर में प्रवेश करने वाले गीले लिग्नाइट की एन्थैल्पी है, जिसे सामग्री में पानी की एन्थैल्पी और शुष्क पदार्थ की एन्थैल्पी में अलग किया जा सकता है;

��3�3 ड्रायर से निकलने वाली नम हवा की एन्थैल्पी है;

��4�4 ड्रायर से निकलने वाले सूखे लिग्नाइट की एन्थैल्पी है;

��5�5 ड्रायर के आवरण द्वारा परिवेश में एन्थैल्पी की हानि को दर्शाता है।

मानक EN ISO 13788:2001 के अनुसार संतृप्त वाष्प दाब की गणना की गई:

������=610·17,269·237,5+�� ����� ��≥0 °�����=610·17,269·237,5 +� ��� �≥0 °�

(2)

कहाँ:

पीबैठा—संतृप्त वाष्प दाब, Pa;

टी—तापमान, डिग्री सेल्सियस.

मापी गई सापेक्ष आर्द्रता को ध्यान में रखते हुए, हवा में पूर्ण नमी सामग्री:

��=0.622�·��������100·�−��·���������=0.622�·���100·−�·����

(3)

कहाँ:

एक्स—हवा में पूर्ण नमी सामग्री, किग्रा·मी−3 (शुष्क हवा);

φ—वायु सापेक्ष आर्द्रता, %;

पी—आर्द्र (परिवेशी) वायुदाब, Pa;

पीबैठा—संतृप्त वाष्प दाब, Pa.

लिग्नाइट में नमी की मात्रा की कमी के अनुरूप हवा में नमी की मात्रा में वृद्धि:

Δ��=0.622(��2·���������2100·��−��2·�������2−��0·��������0100 ·��−�� 0 · ·���0)

(4)

कहाँ:

Δएक्स—सुखाने वाले एजेंट (वायु) की पूर्ण नमी में वृद्धि, किग्रा·मी−3;

किसी निश्चित समय अंतराल में लिग्नाइट से निकाले गए पानी की मात्रा ड्रायर के इनलेट और आउटलेट पर हवा में मौजूद पानी की मात्रा के अंतर के अनुरूप होती है। लिग्नाइट द्वारा पानी की हानि का तात्कालिक मूल्य (दो क्षणों के बीच)टी1 औरटी2) सूत्र से निर्धारित होते हैं:

���������=Δ�����������·�������·���������(��2−��1)� ����=Δ����·����··�����(�2−�1)

(5)

कहाँ:

एमवाष्प-कोयले में पानी की हानि, किलोग्राम;

Δएक्स—सुखाने वाले एजेंट (वायु) की पूर्ण नमी में वृद्धि, किग्रा·मी−3;

������������—गीली हवा का घनत्व, किग्रा·मी−३;

������������—शुष्क हवा का घनत्व, किग्रा·मी−३;

वीगीला—ड्रायर के इनलेट पर हवा का प्रवाह, m3·h−1.

2.4. परीक्षण विधि और अनुसूची

प्रस्तुत स्टैंड पर सुखाने का परीक्षण किया गयाआकृति 135 °C, 50 °C, 60 °C, 70 °C और 80 °C के तापमान पर 130 m3·h−1 की गर्म हवा की धारा के लिए। परीक्षण तब तक किए गए जब तक ड्रायर के इनलेट और आउटलेट के बीच सुखाने वाली हवा की नमी में परिवर्तन को महत्वहीन नहीं माना गया (देखेंचित्र तीन)। जब वह बिंदु पहुँच गया, तो लिग्नाइट ने आने वाली शुष्क हवा के साथ संतुलन प्राप्त कर लिया था, इस प्रकार आगे सूखना संभव नहीं था। ड्रायर द्वारा इस स्थिति तक पहुँचने को अंतिम नमी सामग्री तक पहुँचना कहा जाता है और इस मूल्य तक पहुँचने के समय को सुखाने का समय कहा जाता है। सुखाने वाले एजेंट के तापमान में वृद्धि के साथ कम अंतिम नमी सामग्री आमतौर पर अपेक्षाकृत कम सुखाने के समय के भीतर पहुँच जाती है।चित्र तीन50 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर पोलिश लिग्नाइट के सुखाने के परीक्षण के दौरान मापे गए और दर्ज किए गए मानों को दर्शाता है। ग्राफ केवल उन मापदंडों को दिखाता है जिनका उपयोग सुखाने की गतिकी की गणना करने और सुखाने की प्रक्रिया की ऊर्जा खपत को निर्धारित करने के लिए किया जाता है, यानी ड्रायर इनलेट और आउटलेट पर हवा का प्रवाह, तापमान और आर्द्रता)।

चित्र तीन।50 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर पोलिश लिग्नाइट के लिए सुखाने परीक्षण का एक उदाहरण।

3. परिणाम

पोलैंड, ग्रीस, रोमानिया और ऑस्ट्रेलिया से प्राप्त लिग्नाइट का उपयोग करके टॉरबेड ड्रायर के लिए सुखाने के परीक्षण किए गए। समीपस्थ और तत्व विश्लेषण के परिणाम प्रस्तुत किए गए हैंतालिका नंबर एक.चित्र 4कण आकार वितरण प्रस्तुत करता है, जो तापमान की पूरी श्रृंखला के भीतर किए गए सभी परीक्षणों के लिए औसत है।

चित्र 4.टोरबेड स्थापना में सुखाने से पहले और बाद में विभिन्न मूल के लिग्नाइट का कण आकार वितरण।

चित्र 5गीले और सूखे लिग्नाइट के लिए औसत कण आकार की तुलना करता है और इस अध्ययन में प्राप्त परिणामों की तुलना द्रवित बिस्तर में सुखाने पर एक अन्य अध्ययन में प्रकाशित परिणामों से करता है। यह सुखाने के कारण प्रत्येक लिग्नाइट के लिए औसत कण आकार (d50) में संबंधित परिवर्तनों को दर्शाता है। यह पोलिश लिग्नाइट और इस अध्ययन के लिए इस्तेमाल किए गए अन्य लिग्नाइट के बीच अंतर को दर्शाता है। यह यह भी दर्शाता है कि औसत कण आकार में परिवर्तन लिग्नाइट के बीच भिन्न थे। d50 व्यास में परिवर्तन विभिन्न लिग्नाइट के बीच भिन्न थे (चित्र 5), जिसमें सापेक्ष परिवर्तन ऑस्ट्रेलियाई लिग्नाइट के लिए सबसे अधिक और रोमानियाई लिग्नाइट के लिए सबसे कम है।

चित्र 5.गीले और सूखे लिग्नाइट के लिए औसत कण आकार (डी50) (* स्टोकी एट अल के परिणाम [19] तुलना के लिए)।

टॉरॉयडल बेड ड्रायर के संचालन के सिद्धांत को ध्यान में रखते हुए, यह उम्मीद करना उचित लगता है कि कणों का घर्षण भी सुखाने के बाद कण आकार वितरण में परिवर्तन को प्रभावित करने वाले कारकों में से एक माना जा सकता है। टॉरॉयडल बेड में सुखाए गए कणों की कमज़ोर, दरार वाली संरचना का सबूत चित्र 8 में दिखाए गए SEM चित्रों में प्रदर्शित किया गया है।

चित्र 6औरचित्र 7विभिन्न आकारों के कणों के बीच नमी की मात्रा के विभिन्न वितरण के उदाहरण दिखाते हैं। ये दो आंकड़े स्पष्ट रूप से दर्शाते हैं कि महीन कण समय से पहले ही टॉरॉयडल बेड से बाहर निकल गए थे। इसके परिणामस्वरूप ड्रायर के आउटलेट पर फंसे हुए महीन कणों में नमी की मात्रा अधिक हो गई।आंकड़ा 8दो लिग्नाइट कणों की सतह के संदर्भ में अंतर दर्शाता है, एक को 100 डिग्री सेल्सियस पर मफल भट्टी में सुखाया गया और दूसरे को 50 डिग्री सेल्सियस पर टोरोइडल बेड में सुखाया गया।

चित्र 6.गीले और सूखे लिग्नाइट के लिए विभिन्न आकारों के कणों की नमी सामग्री के बीच अंतर - सुखाने की प्रक्रिया के विभिन्न तापमानों के लिए ग्रीक लिग्नाइट का एक उदाहरण।

चित्र 7.गीले और सूखे लिग्नाइट के लिए विभिन्न आकारों के कणों की नमी सामग्री के बीच अंतर - सुखाने की प्रक्रिया के विभिन्न तापमानों के लिए ऑस्ट्रेलियाई लिग्नाइट का एक उदाहरण। टॉरबेड इंस्टॉलेशन में सिएनियावा लिग्नाइट के लिए सुखाने की गतिकी और निकाले गए पानी के प्