Effect of heat loss on gasifier performance

Abstract

This thesis examines different factors affecting the heat loss of a fluidized bed gasifier. The most important factors included are gasifier load, process parameters, gasifier and ambient temperatures and the refractory structure of the gasifier. The factors are studied first in a simple straight cylinder with multilayer refractory lining. Then a calculation model describing the whole gasifier is built. Calculations showed that different factors have different effects on the heat loss of the gasifier. The amount of lost heat in the fluidized bed gasifier is mainly defined by the refractory structure of the gasifier. Gasifier surface temperatures are highly dependent on the ambient temperature and flow conditions. The heat loss of a gasifier section is almost directly proportional to the diameter of the section if the thickness of the refractory is constant for all sections. Increasing the refractory thickness is more beneficial in large diameter sections than small ones. Freeboard is practically the only section of the gasifier where mounting a heat exchanger utilizing the lost heat for air pre-heating could be considered. /Kir10

Tässä työssä tarkastellaan leijukerroskaasuttimen lämpöhäviöön vaikuttavia tekijöitä sekä lämpöhäviön vaikutuksia koko kaasuttimen suorituskykyyn. Tärkeimpiä tekijöitä tässä tarkastelussa ovat kaasuttimen kuorma ja prosessiparametrit, kaasuttimen ja ulkoilman lämpötilat sekä kaasuttimen muurauksen rakenne. Eri tekijöiden vaikutusta lämpöhäviöihin tarkasteltiin ensin yksinkertaisen suoran monikerroksisella muurauksella vuoratun sylinterin avulla. Sen jälkeen muodostettiin laskentamalli kuvaamaan koko leijukerroskaasutinta, jolla mallinnettiin lämpöhäviön vaikutusta kaasuttimessa virtaavan kaasuvirran lämpötilaan sekä kaasuttimen keskimääräisiin pintalämpötiloihin. Laskennoissa huomattiin, että eri tekijät vaikuttavat eri tavalla kaasuttimen lämpöhäviöön. Muurauksen rakenne määrää pääsääntöisesti leijukerroskaasuttimen lämpöhäviön määrän. Kaasuttimen pintalämpötilat ovat voimakkaasti verrannollisia ulkoilman lämpötilaan ja virtausolosuhteisiin. Kaasuttimen osan lämpöhäviö on lähes suoraan verrannollinen osan halkaisijaan, jos muurauksen paksuus pysyy kaikilla osilla vakiona. Muurauksen vahvistaminen tulee sitä kannattavammaksi mitä suurempi on muurattavan kohteen halkaisija. Tämän vuoksi kannattaa panostaa erityisesti kaasuttimen suurten osien muuraukseen.