Simulations of a Circulating Fluidized Bed Chemical Looping Combustion System Utilizing Gaseous Fuel Simulation de la combustion en boucle chimique d’une charge gazeuse dans un lit fluidisé circulant

Abstract

Numerical studies using Computational Fluid Dynamics (CFD) have been carried out for a complete circulating fluidized bed chemical looping combustor described in the literature (Abad et al., 2006 Fuel 85, 1174-1185). There have been extensive experimental studies in Chemical Looping Combustion (CLC), however CFD simulations of this concept are quite limited. The CLC experiments that were simulated used methane as fuel. A 2-D continuum model was used to describe both the gas and solid phases. Detailed sub-models to account for fluid-particle and particleparticle interaction forces were included. Global models of fuel and carrier chemistry were utilized. The results obtained from CFD were compared with experimental outlet species concentrations, solid circulation rates, solid mass distribution in the reactors, and leakage and dilution rates. The transient CFD simulations provided a reasonable match with the reported experimental data. Des études numériques de simulation des écoulements (CFD) ont été réalisées sur un lit fluidisé circulant opérant en combustion par boucle chimique (CLC) décrit dans la littérature (Abad et al., 2006 Fuel 85, 1174-1185). Si de nombreuses études expérimentales ont été conduites pour étudier le procédé CLC, les études concernant la simulation des écoulements par CFD de ce concept sont très limitées. Le système de combustion en boucle chimique simulé dans cette étude concerne la combustion d’une charge gazeuse (méthane). Un modèle 2-D à deux phases continues a été utilisé pour décrire les phases gaz et solide avec des sous-modèles détaillés pour décrire les forces d’interactions entre fluideparticule et particule-particule. Des modèles cinétiques globaux ont été intégrés pour décrire les réactions de combustion et de transformation du matériau transporteur d’oxygène. Les résultats obtenus par CFD ont été comparés aux concentrations expérimentales mesurées des différentes espèces chimiques à la sortie du réacteur, aux débits de circulation, à la distribution massique des solides dans les réacteurs, aux fuites et aux taux de dilution. Les simulations CFD instationnaires montrent globalement une concordance raisonnable avec les données expérimentales rapportées.