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Simulation of coal gasification in a pressurized spout-fluid bed gasifier

Authors


Abstract

Based on an Eulerian–Eulerian method, a three-dimensional kinetic model involving mass transfer, momentum transfer, heat transfer, and chemical reaction is developed to simulate the process of coal gasification in a 2 MWth pressurized spout-fluid bed of 450 mm in diameter with bed pressure up to 0.5 MPa. The effects of operating pressure and bed temperature on coal gasification are investigated. The high operating pressure is beneficial to coal gasification due to the fact that the fluidization in the reactor becomes better. On one hand, a higher bed temperature can accelerate the rate of reaction. On the other hand, more air will be taken in the gasifier to keep the higher bed temperature which will consume part of combustible gases produced by coal pyrolysis or gasification. Experimental verification was carried out in a 2 MWth thermal input pressurized spout-fluid bed under the same operating condition. The comparison of calculation results with experimental results shows that most of the calculation errors are within the range of 15%.

Abstract

En se basant sur une méthode eulérienne-eulérienne, un modèle cinétique à 3 dimensions englobant le transfert de masse, le transfert de vitesse, le transfert de chaleur et la réaction chimique est élaboré afin de simuler le processus de gazéification du charbon dans un lit fluidisé jaillissant de 2 MWTH d'un diamètre de 450 mm dont la pression du lit peut atteindre 0,5 MPa. Les effets de la pression de fonctionnement et de la température du lit sur la gazéification du charbon sont étudiés. La pression de fonctionnement élevée est bénéfique à la gazéification du charbon car la fluidisation s'améliore dans le réacteur. D'un côté, une température de lit plus élevée peut accélérer le taux de réaction. De l'autre, une plus grande quantité d'air sera admise dans le gazogène afin de conserver la température de lit plus élevée, ce qui consommera une partie des gaz combustibles produits par la pyrolyse ou gazéification du charbon. Une vérification expérimentale a été effectuée dans un lit fluidisé jaillissant sous pression à influx thermique de 2 MWTH dans les mêmes conditions de fonctionnement. La comparaison des résultats des calculs avec les résultats expérimentaux a démontré que la plupart des erreurs de calcul se situaient à l'intérieur d'une limite de 15 %.

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