Title

SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DE COMBUSTOR DE LEITO FLUIDIZADO POR UM MODELO FLUIDODINÂMICO TRANSIENTE EM 3D

COMPUTATIONAL SIMULATION OF FLUIDIZED BED COAL COMBUSTOR BY A 3D FLUID DYNAMICS TRANSIENT MODEL

Authorship

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

Baltazar, Anderson Willian de Souza

I am this author

Castro, José Adilson de

I am this author

Silva, Alexandre José da

I am this author

DOI

10.5151/2594-357x-0095

Downloads

Abstract

Processos em leito fluidizado são bem conhecidos desde 1920 e são extremamente usados em indústrias químicas e de petróleo. No entanto para sistemas de combustão este equipamento somente começou a ser reconhecido nas décadas de 80 e 90, depois do interesse para geração elétrica. Leito fluidizado torna possível o uso de vários tipos de combustíveis, os quais normalmente são rejeitados nos processos industriais. Dentre estes podem ser citados carvões com alto teor de cinzas e enxofre, biomassas e alguns resíduos industriais e agrícolas. A técnica de leito fluidizado não está muito difundida ainda, mas a preocupação com a matriz energética tem aberto a discussão sobre outras fontes de energia. A geração térmica é uma dessas opções que pode usar leito fluidizado. Os carvões brasileiros são caracterizados por seus altos teores de cinzas e enxofre fato que impossibilita seu uso diretamente in indústrias termelétricas convencionais. Porém, o uso de leito fluidizado para produzir calor para geração de energia é uma técnica promissora que possibilita o uso de matérias- primas impuras com alta eficiência de combustão e energia. Os modelos matemáticos têm se mostrado como uma ferramenta eficiente para investigar condições operacionais reproduzindo virtualmente processos industriais. O objetivo deste trabalho é simular a fluidodinâmica gás-sólido em um modelo transiente 3D avaliando o processo de aquecimento do reator para o início da alimentação de carvão para a queima. O modelo utiliza o conceito de multi fases para simular o escoamento em um reator de leito fluidizado em 3D. As equações de transporte de massa, energia e momentum são resolvidas pelo método de volumes finitos para um sistema não ortogonal implementado em Fortran 90/95. As fases são modeladas usando principio de mecânica do contínuo, onde um uma coleção de partículas são consideradas idênticas tendo um diâmetro e densidade representativa. Os resultados têm mostrado muito boa concordância com resultados previamente consultados.

Fluidized bed processes are well known since 1920 and are extremely used in chemical and oil industries. Although to combustion systems this equipment only started to be recognized in the 80- 90’s ages, after the interest of electric generation. Fluidized bed makes possible the use of various types of fuels, which normally are rejected in industrial process. Among them can be cited coals with high ash and sulfur contents, biomasses and some residues of industrial and agricultural segments. The fluidized bed technique is not spread out in Brazil yet, but worries about energetic matrix has been opened the discussion about another electric energy sources. Thermal generation is one of this options that can use fluidized bed combustor. The Brazilian coals are characterized by their high ash and sulfur content fact that make impossible to use them directly in conventional thermoelectric facilities. Therefore, the use of fluidized bed to produce hot gas for power generation is a promising technique to overcome the use of impure raw materials with high combustion efficiency and energy savings. Mathematical models have shown like an efficient tool to investigate operational conditions reproducing virtually industrial processes. The objective of this work is to simulate the gas-solid fluid dynamic in a transient, 3D model evaluating the reactor heating process to start the coal feeding to burn. The model uses the multiphase concept simulating the flow in a 3D fluidized bed reactor. Transport equations of mass, momentum and energy are solved by the finite volume method for non- orthogonal system implemented in a complex computational code written in Fortran 90/95. The phases are modeled using continuum mechanics principles where collection of particles is considered identical having a representative diameter and density. The results have been shown very close agreement with results previously consulted.

Keywords

Escoamento multi-fásico; Modelagem matemática; Transiente; 3D; Simulação computacional.

Multiphase flow; Mathematical modeling; 3D; Transient; Computational simulation.