CFD modeling of pulverized coal combustion in air and oxy atmosphere - NOx and SO2 formation

• Autorzy: Pawlak-Kruczek H. , Zawiślak M.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie cfd spalania pyłu węglowego w atmosferze powietrza i oxy: powstawanie NOx i SO2

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Despite the fact that alternative energy sources sector has been rapidly developed since last years, coal combustion as a major fossil-fuel energy resource (especially in Poland) will continue being a major environmental concern for the next few decades. To meet future targets for the reduction of toxic and greenhouse gases emission new combustion technologies need to be developed: pre-combustion capture, post-combustion capture, and oxy-fuel combustion. This paper deals with the air-fried and oxy-fuel coal combustion (pulverized coal) combustion, and its impact on pollutants (NOx and SO2) formation. For CFD (Computational Fluid Dynamics) modeling of media flows and coal combustion process the laboratory model of combustion reactor was applied. The material input was set based on technical-elementary analysis of pulverized coal used in experiment and sieves grain-size analysis. Boundary conditions (media flows intensities and temperatures) were set based on laboratory experimental measurements. Radiation case-sensitive WSGGM model (weighted - sum - of - gray gases model) was used for calculation. The modeling was proceed for different combustion parameters in air and OXY atmosphere in oxygen/fuel ratio variation and fuel humidity variation function.

PL

Pomimo faktu gwałtownego rozwoju sektora alternatywnych źródeł energii w ostatnich dziesięcioleciach, spalanie węgla jako najważniejszego źródła energii konwencjonalnej (w szczególności w Polsce) jest bardzo istotnym zagadnieniem w aspekcie ochrony i inżynierii środowiska. Nowe wyzwania w zakresie obniżania emisji związków toksycznych, a także gazów cieplarnianych wymuszają rozwój w zakresie innowacyjnych technologii spalania węgla: pierwotnych (na etapie substratów) oraz wtórnych (na etapie produktów), a także modyfikacji procesu spalania (atmosfera OXY). W artykule przedstawiono zagadnienie formowania się zanieczyszczeń (NOx oraz SO2) powstających podczas procesu spalania pyłu węglowego w atmosferze powietrza oraz atmosferze OXY. Do obliczeń metodą CFD (przepływu i spalania mieszanki powietrzno-węglowej wykorzystano model laboratoryjnego pieca opadowego. Jako warunki brzegowe do obliczeń zastosowano wyniki analiz techniczno-elementarnych pyłu węglowego, przedziały frakcyjne cząstek ustalono na podstawie analizy sitowej. Warunki brzegowe (temperaturę pieca, doprowadzanego powietrza oraz paliwa, natężenia przepływu powietrza pierwotnego i wtórnego) ustalono na podstawie pomiarów rzeczywistych w warunkach laboratoryjnych. W celu zamodelowania spalania z uwzględnieniem radiacji wykorzystano model WSGGM (weighted-sum-of-gray-gases model). Obliczenia z uwzględnieniem radiacji oraz powstawania zanieczyszczeń NOx i SO2 prowadzono dla warunków spalania w powietrzu oraz przyjęto zróżnicowane atmosfery OXY. Obliczenia prowadzono w funkcji wartości współczynnika lambda oraz dla różnych wartości wilgotności paliwa.

Słowa kluczowe

EN

CFD modeling; coal combustion; radiation model

PL

modelowanie; obliczeniowa mechanika płynów; spalanie pyłu węglowego; OXY; radiacyjny model spalania

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Proceedings of ECOpole
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 7, No. 1
• Strony: 149--154
• Opis fizyczny: Bibliogr. 4 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Pawlak-Kruczek H.

• Wydział Mechaniczno-Energetyczny Politechnika Wrocławska

autor

Zawiślak M.

• Instytut Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, Wydział Mechaniczny Politechnika Wrocławska

Bibliografia

• [1] Gharebaghi M, Irons R., Pourkashanian M, Williams A. An investigation into a carbon burnout kinetic model for oxy-coal combustion. Fuel Processing Technol. 2011;92:2455-2464. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.fuproc.2011.08.015.
• [2] Riaza J, Álvarez L, Gil MV, Pevida C, Pis JJ, Rubiera F. Effect of oxy-fuel combustion with steam addition on coal ignition and burnout in an entrained flow reactor. Energy. 2011;36:5314-5319. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2011.06.039.
• [3] Riaza J, Álvarez L, Gil MV, Pevida C, Pis JJ, Rubiera F. Oxy-fuel combustion of coal and biomass blends. Energy. 2012;41:429-435, http://dx.doi.org/10.1016/j energy.2012.02.057.
• [4] Chen L, Yong SZ, Ghoniem AF. Oxy-fuel combustion of pulverized coal: Characterization, fundamentals, stabilization and CFD modeling. Review. Progress in Energy and Combustion Sci. 2012;38:156-214. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.egypro.2012.06.054.