Title

MODELAMENTO DA COMBUSTÃO DE CARVÃO EM LEITO FLUIDIZADO PARA GERAÇÃO DE ENERGIA

MODELING COAL COMBUSTION IN FLUIDIZED BED REACTOR FOR ENERGY GENERATION1

Authorship

Baltazar, Anderson Willian de Souza; Castro, José Adilson de; Silva, Alexandre José da

Baltazar, Anderson Willian de Souza

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Castro, José Adilson de

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Silva, Alexandre José da

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DOI

10.5151/5463-5463-0002

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Abstract

O uso do carvão em sistemas de combustão tem aumentado a cada dia, porque as reservas de gás e petróleo têm sofrido depleção, soma se a isto o fato do carvão ser o combustível fóssil mais abundante do mundo. Combustores de leito fluidizado permitem uma combustão eficiente e limpa de vários combustíveis sólidos e modelos para descrever o comportamento deste equipamento têm sido propostos. Este trabalho objetiva simular a fluidodinâmica de um combustor de leito fluidizado utilizando a teoria cinética para considerar a energia de flutuação das partículas acopladas à cinética da combustão de carvão com o intuito de investigar o comportamento das fases gás-sólido. O presente modelo consiste em descrever os fenômenos que ocorrem dentro de um reator em escala industrial baseado na tecnologia de leito fluidizado. O modelo é construído com base nas equações de transporte de momentum, energia e espécies químicas das fases gasosas e pulverizadas. As equações diferenciais parciais são resolvidas utilizando o método de volumes finitos com condições iniciais e de contorno apropriadas, que são selecionadas para representar as condições operacionais industriais. As taxas de combustão são modeladas a partir de correlações semi-empíricas encontradas na literatura. Parâmetros tecnológicos tais como produtividade, combustibilidade e composição do gás de saída são previstos pelo modelo. O modelo utilizado também investiga instabilidades no leito como a formação de bolhas e densificação. Os resultados da simulação mostram que o modelo está de acordo com sistemas simples de fluidização isotérmica.

The use of coal in combustion systems has been increased each day, because mainly depletion of petroleum and gas reserves, add the fact that coal is the most abundant world’s fossil fuel. Fluidized bed combustion allows clean and efficient combustion of various solid fuels and models to describe the behavior of this equipment have already been proposed. This work aims to simulate the fluid dynamics of a fluidized bed combustor using the kinetic theory to consider the energy of particles fluctuation coupled with the kinetics of coal combustion in order to investigate the behavior of gas-solid phases. The present model consists of describing the phenomena that take place within an industrial scale reactor based on fluidized bed technology. The model is constructed based on transport equations of momentum, energy and chemical species of gas and pulverized phases. The PDE’s are solved based on the finite volume method and appropriated boundary and initial conditions are selected to represent the industrial operational conditions. The rate equations of coal combustion are modeled by semi-empirical correlations found in the literature. Technological parameters such as productivity, combustibility and outlet gas composition and calorific values can be predicted by the model. The model is used to investigate bed instabilities such as bubbles formation and densification. Simulation results indicated that the model is in good agreement for simple system of isothermal fluidizations as demonstrated previously.

Keywords

Leito fluidizado; Escoamento multifásico; Modelamento matemático; Combustão de carvão.

Fluidized bed; Multiphase flow; Mathematical modeling; Coal combustion.