Atmospheric Spouted Bed Combustion: The Role of Hydrodynamics in Emissions Generation and Control

摘要

Recent studies have reaffirmed the utility of spouted beds as potential combustion devices for a variety of fuels: solid, liquid and gaseous fuels (Arbib and Levy, 1982; Weinberg et al., 1988; Zhao et al., 1987; Altwicker et al., 1989; Altwicker and Lin, 1991; Altwicker et al., 1993; Konduri et al., 1994). In this study, the role of annulus residence time on the performance of such a spouted bed combustor is investigated. The experiments presented here show that fluid hydrodynamics in the annulus of a spouted bed combustor can significantly influence the overall performance; changing the residence time in the annulus significantly affects the concentrations of products due to incomplete combustion at the exit of the combustor. The annular residence time is varied by changing the shape of the bottom of the reactor, by introducing a draft tube and by changing the bed height. Propane is used as the fuel and sand as the bed medium. Inferences from the combustion results are supported by pressure and temperature profiles. A streamtube model (Lim and Mathur, 1976) was used to obtain an estimate of the residence time in the annulus. It is concluded that the flame processes taking place at the top of the annulus play a critical role in the emission generation and that more information is needed to understand the annulus-flame.%Des études récentes ont confirmé l'utilité des lits jaillissants comme systèmes de combustion possibles pour une variété de combustibles: combustibles solides, liquides et gazeux (Arbib et Levy, 1982; Weinberg et al., 1988; Zhao et al., 1987; Altwicker et al., 1989; Altwicker et Lin, 1991; Altwicker et al., 1993; Konduri et al., 1994). Dans cette étude, on étudie le rôle du temps de séjour annulaire sur la performance d'un tel combusteur à lit jaillissant. Les expériences présentées ici montrent que l'hydrodynamique du fluide dans la région du lit d'un combusteur à lit jaillissant peut considérablement influencer la performance globale; un changement du temps de séjour dans l'espace annulaire influe de façon significative sur les concentrations de produits en raison d'une combustion incomplète à la sortie du combusteur. On varie le temps de séjour annulaire en changeant la forme de la partie basse du réacteur, en introduisant un tube d'aspiration et en modifiant la hauteur de lit. On a utilisé du propane comme combustible et du sable comme milieu de lit. Les déductions tirées des résultats de combustion sont appuyées par les profils de pression et de température. On a utilisé un modèle à tube de courant (Lim et Mathur, 1976) en vue d'obtenir une estimation du temps de séjour dans l'espace annulaire. On a conclu que les processus de flammes survenant en haut de l'espace annulaire jouent un rôle critique dans la production des émissions et que davantage de données sont nécessaires pour comprendre ce phénomène.