Particle balance and solids distribution in circulating fluidized beds (CFB)

Abstract

In the course of this work the solid flow program (SOLDIST) and the main simulation program for circulating fluidized bed boilers (CFBB) have been extended, partially reprogrammed and tested. The solids flow program has been designed as a "Stand-Alone-Version" and has been extended to a "multi-air injection model". In the solids flow program, the common blocks structure (feature of the programming language Fortran 77) has been exchanged against parameter-list based variables transfer. Furthermore, the functionality of the program is checked. The current version of the simulation program allows to inject additional air to each cell of the combustion chamber. Examples where an additional mass flow of secondary air ( ) is injected to certain cells are discussed. Three plants are tested with the simulation flow program and the results are compared to each other. The data of plant are: plant A has a height of 19.925 m, side length 4.2 m x 2.3 m at the bottom and 4.2 m x 4.2 m over the conical part and plant C has a height of 29.95 m, the diameter of the distributor plate was 3.9 m and the diameter of the furnace over the conical part was 7.3 m. Data for plant B are given below. Furthermore the results calculated with the overall simulation program are discussed and compared to measured experimental data. The plant (B) for which the results are given has a height of 37.2 m with a squared cross section (side length 4.2 m x 7.48 m at the bottom and 7.48 m x 7.48 m above the conical part). Experiments and calculations are made for full load conditions. The performance test was done for a steam rate of 250 t/h, 540°C and 125 bar. Air is injected to the furnace as primary, secondary and tertiary air. It is shown that the results obtained with overall simulation program are comparative to the experimental results.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Feststoffverteilungsprogamm (SOLDIST) und ein Gesamtsimulationsprogramm für zirkulierende Wirbelschichten erweitert, teilweise umprogrammiert und getestet. Das Feststoffverteilungsprogamm wurde als "Stand-Alone-Version " konzipiert und um das "Multi air injection model" erweitert. Im Feststoffverteilungsprogamm wurde die COMMON-Block Struktur (ein Element der Programmiersprache Fortran 77) aufgelöst und durch eine parameterlisten-basierte Variablenübergabe ersetzt. Danach wird eine detaillierte Beschreibung des Feststoffverteilungsprogrammes gegeben. Die aktuelle Version des Simulationsprogramms erlaubt es, Sekundärluft in jede gewünschte Zelle des Feuerraumes einzudüsen. Es folgt der Vergleich einer Berechnung, bei der kein Sekundärluftmassenstrom zusätzlich zugeführt wird, mit einer solchen, bei der dies in jeweils einzelnen Zellen ( ) Sekundärluft zugeführt wird. Drei verschiedene Anlagen werden mit dem Feststoffverteilungsprogamm getestet, um die Ergebnisse miteinander zu vergleichen. Die Höhe des Steigrohres der Anlage A beträgt 19.925 m, die Seitenlänge am Düsenboden mißt 4.2 m x 2.3 m und über dem konischen Teil 4.2 m x 4.2 m. Die Daten für die Anlage B werden unten gegeben. Die Höhe des Steigrohres der Anlage C beträgt 29.95 m, der Durchmesser am Düsenboden ist 3.9 m und über dem konischen Teil 7.3 m. Weiters werden die Ergebnisse der Berechnungen des Gesamtsimulationsprogramms mit den Messungen aus den Experimenten verglichen. Die Höhe des Steigrohres der Anlage (B) beträgt 37. 2 m, die Seitenlängen am Düsenboden ist 4.2 m x 7.48 m und über dem konischen Teil 7.48 m x 7.48 m. Experimente und Berechnungen wurden für Vollast der Anlage gemacht. Die Experimente wurden bei einem Frischdampfmassenstrom von 250 t/h und Dampfparametern von 540°C und 125 bar durchgeführt. Luft wird als Primär-, Sekundär- und Tertiärluft zugeführt. Es wird gezeigt, dass die Ergebnisse des Gesamtsimulationsprogramms in etwa mit den Messungen aus den Experimenten übereinstimmen.