Impact of Combustion Modes on Major Emissions in a Twin-cyclonic Fluidized-bed Combustor Fired with Biomass Fuels

Abstract

The experimental tests were conducted in a twin-cyclonic swirling fluidized-bed combustor (TFBC) firing with peanut shell with three combustion modes (conventional, air staging and flue gas recirculation) at constant fuel feed rate of 22.5 kg/h, secondary air ratio (S/T) at 0-0.5 and in-bed stoichiometric ratio (Sb) at 0.8-1.1 for excess air 20-80%. Silica sand of particle size range 450-550 µm was used as the bed material at static bed height 30 cm above the annular spiral air distributor. The temperature and gas concentrations of O2, CO, and NO were measured along the axial directions of the combustor. CO and NO emissions were experimentally investigated at the stack for all tests prior using CO emission for calculating heat loss owing to incomplete combustion. Fly ash was sampling from ash collector with the aim to calculate the heat loss due to unburned carbon. The combustion efficiency was then calculated by indirect heat-losses method. As revealed from the experimental results all combustion modes, CO emission decrease with rising of excess air, while NO emission presented inverse trends with CO. NO emission seem compared with conventional combustion, flue gas recirculation mode reduced the NO emission 36%, while 26% in air staging mode. Under working conditions, combustion efficiency () can be achieved at high (~99%).

ในงานวิจัยนี้ศึกษาผลกระทบของรูปแบบการเผาไหม้ภายในเตาฟลูอิไดซ์เบดชนิดหมุนวนไซโคลนแฝดโดยใช้เชื้อเพลิงเปลือกถั่วลิสง โดยรูปแบบในการเผาไหม้ที่ใช้ในการศึกษาวิจัยได้แก่ การเผาไหม้แบบธรรมดา, การเผาไหม้แบบอากาศเป็นขั้น และการเผาไหม้แบบนำก๊าซไอเสียกลับมาเผาไหม้ใหม่ อัตราการป้อนเชื้อเพลิงเปลือกถั่วลิสงที่ 22.5 kg/hr โดยใช้อัตราส่วนอากาศทุติยภูมิต่ออากาศทั้งหมด 0-0.5 และอัตราส่วนออกซิเจนพอดีต่อการเผาไหม้ในเบด (In-bed stoichiometric ratio, Sb) 0.8-1.1และที่อากาศส่วนเกิน 20-80% โดยใช้ทรายซิลิกาที่มีขนาด 450-550 µm เป็นวัสดุเบดที่ความสูงของเบด 30 cm เหนือหัวกระจายอากาศ และในส่วนของการเก็บข้อมูล อุณหภูมิ, ความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนมอนนอกไซด์ (CO), ออกซิเจน (O2)และไนตริกออกไซด์ (NO) จะวัดค่าตลอดแนวความสูงของเตาเผาไหม้ฟลูอิไดซ์เบดและก๊าซมลพิษคาร์บอนมอนนอกไซด์และไนตริกออกไซด์ที่บริเวณปล่องไอเสีย และในการหาประสิทธิภาพการเผาไหม้จะใช้วิธีการหาค่าความร้อนสูญเสีย (Heat-loss method) โดยใช้ความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนมอนนอกไซด์ในการหาการค่าการสูญเสียความร้อนเนื่องจากการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์(qic)และใช้การตรวจหาปริมาณถ่านที่ไม่ถูกเผาไหม้ในขี้เถ้าลอย(Unburned carbon in fly ash)ในการคำนวณค่าความร้อยสูญเสียเนื่องจากคาร์บอนที่ไม่ถูกเผาไหม้ (quc) จากผลการทดลองพบว่าเมื่อมีการเพิ่มอากาศส่วนเกินจะส่งผลให้ปริมาณความเข้มข้นของมลพิษคาร์บอนมอนนอกไซด์ลดต่ำลงแต่ในขณะเดียวกันความเข้มข้นของมลพิษไนตริกออกไซด์จะแสดงในทิศทางตรงกันข้าม ในส่วนของปริมาณความเข้มข้นของมลพิษไนตริกออกไซด์ที่เกิดจากการเผาไหม้ในรูปแบบการเผาไหม้แบบอากาศเป็นขั้นจะลดลง 26% ในขณะที่การเผาไหม้แบบนำก๊าซไอเสียกลับมาเผาไหม้ใหม่จะลดลง 36% เมื่อเทียบกับการเผาไหม้แบบการเผาไหม้แบบธรรมดา และในการทดลองทั้งสามรูปแบบการเผาไหม้พบว่ามีประสิทธิภาพการเผาไหม้มากกว่า 99%