Release of alkali salts and coal volatiles affecting internal components in fluidized bed combustion systems

In spite of the potential advantages of atmospheric fluidized bed systems, experience has proved that, under certain environments and operating conditions, a given material employed for internal components could lead to catastrophic events. In this study, an attempt is made to establish material selection and operational criteria that optimize performance and availability based on theoretical considerations of the bed hydrodynamics, thermodynamics and combustion process. The theoretical results may indicate that, for high-volatile coals with particle diameters (dc) of 1-3 mm and sand particle size (ds) of 0.674 mm, a considerable proportion of alkali chlorides may be transferred into the freeboard region of fluidized bed combustors as vapor phase, at bed temperatures (Tb) < 840 °C, excess air (XSA) ≤ 20 %, static bed height (Hs) ≤ 0.2 m and fluidizing velocity (Uo) < 1 m/s. Under these operating conditions, a high alkali deposition may be expected to occur in heat exchange tubes located above the bed. Conversely, when the combustors operate at Tb > 890 °C and XSA > 30 %, a high oxidation rate of the in-bed tubes may be present. Nevertheless, for these higher Tb values and XSA < 10 %, corrosion attack of metallic components, via sulfidation, would occur since the excessive gas-phase combustion within the bed induced a local oxygen depletion. A pesar de las ventajas potenciales de los sistemas atmosféricos de lecho fluidizado, la experiencia ha demostrado que, bajo ciertas atmósferas y condiciones de operación, un material que se emplea como componente interno podría experimentar una falla y conducir a eventos catastróficos. En este estudio, se intenta establecer un criterio tanto operativo como de selección del material que permita optimizar su disponibilidad y funcionalidad basados en consideraciones teóricas de la hidrodinámica del lecho, la termodinámica y el proceso de combustión. Los resultados teóricos indican que, para carbones de alto contenido de volátiles con diámetros de partícula (dc) de 1-3 mm y tama os de partícula de arena (ds) de 0,674 mm, una cantidad considerable de cloruros alcalinos podrían ser transferidos como fase vapor en la región del espacio libre de los combustores de lecho fluidizado a temperaturas de lecho (Tb) < 840 °C, excesos de aire (XSA) ≤ 20 %, alturas estáticas de lecho (Hs) ≤ 0,2 m y velocidades de fluidización (Uo) < 1 m/s. Bajo estas condiciones de operación, se espera que ocurra una alta deposición alcalina en los tubos de intercambio de calor localizados arriba del lecho. Por el contrario, cuando los combustores o