Flow development in a gas-solids downer fluidized bed

Authors


Abstract

The development of gas and solids flow structure was studied in a 9.5 m high and 0.10 m diameter, gas-solids cocurrent downflow circulating fluidized bed (downer). Local solids concentration and particle velocity were measured using two separate optical fibre probes at different radial positions on several axial levels along the downer. The results show that the flow development is significantly influenced by the operating conditions. For most of the conditions under which the experiments were conducted, the gas-solids flow reaches its fully developed zone within 3 to 8 m away from the entrance. On the other hand, the development zone can extend as long as the downer itself, under certain conditions. When the solids circulation rate is over 100 kg/m2s, an increasing solids circulation rate largely extends the length of radial flow development. It is found that the flow developments in the core and at the wall are not quite simultaneous. For solids concentration, the core develops more quickly at low gas velocities and the wall region develops faster at high gas velocities. For particle velocity, higher gas velocity speeds up the development of the wall region but does not significantly affect the development of the core region. The wall region is much more sensitive to the change of superficial gas velocity than the core region. At high superficial gas velocities (> 7 m/s), a “semi-dead” region is observed in the fully developed zone adjacent to the wall where the dilute solids are moving at a very low velocity.

Abstract

On a étudié le développement de la structure d'écoulement de gaz et de solides dans un lit fluidisé circulant à ecoulement descendant a cocourant gaz-solides (colonne descendante) de 9,5 m de hauteur et 0.10 m de diametre. La concentration de solides locale et la vitesse des particules ont été mesurées à I'aide de deux sondes à fibre optique distinctes pour differentes positions radiales à plusieurs niveaux le long de la colonne descendante. Les résultats montrent que le développement de I'écoulement est influencé de maniere significative par les conditions de fonctionnement. Pour la plupart des conditions dans lesquelles ont été menées les expériences, I'écoulement gaz-solides atteint sa zone pleinement développé à une distance comprise entre 3 et 8 m de I'entrée. Par ailleurs, la zone de développement peut s'étendre le long de la colonne elle-mâme, dans certaines conditions. Lorsque la vitesse de circulation des solides dépasse 100 kg/m2s, une vitesse de circulation des solides croissante augmente largement la longueur du développement d'écoulement radial. On a trouvé que les développements d'écoulement dans le coeur et à la paroi ne sont pas tout à fait simultanés. Pour une concentration de solides, la région du coeur se développe plus rapidement à de faibles vitesses de gaz et la région de la paroi se développe plus rapidement à des vitesse de gaz élevées. Pour la vitesse des particules, une vitesse de gaz plus grande accélère le développement de la région de la paroi mais n'affecte pas significativement le développement de la région du coeur. La région de la paroi est beaucoup plus sensible au changement de vitesse de gaz superticielle que la région du coeur. À des vitesses de gaz superficielles élevées (> 7 d/s), une region “semi-stagnante” est observée dans la zone pleinement développée adjacente à la paroi où les solides dilués se déplacent a une vitesse très faible.

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