Numerical modelling and simulation of pulverized solid‐fuel combustion in swirl burners

Abstract

A finite-volume numerical model for computer simulation of pulverized solid-fuel combustion in furnaces with axisymmetric-geometry swirl burner is presented. The simulation model is based on the k − ε single phase turbulence model, considering the presence of the dispersed solid phase via additional source terms in the gas phase equations. The dispersed phase is treated by the particle source in cell (PSIC) method. Solid fuel particle devolatilization, homogenous and heterogeneous chemical reaction processes are modelled via a global combustion model. The radiative heat transfer equation is also resolved using the finite volume method. The numerical simulation code is validated by comparing computational and experimental results of pulverized coal in an experimental furnace equipped with a swirl burner. It is shown that the developed numerical code can successfully predict the flow field and flame structure including swirl effects and can therefore be used for the design and optimization of pulverized solid-fuel swirl burners.On présente un modèle numérique de volumes finis pour la simulation par ordinateur de la combustion de combustibles solides pulvérisés dans des fours munis de brûleurà tourbillon axisymétrique. Le modèle de simulation repose sur le modèle de turbulence monophasique k − ε, et décrit la présence de la phase solide dispersée par le biais de termes-sources additionnels dans leséquations de la phase gazeuse. La phase dispersée est traitée par la méthode PSIC. La dévolatilisation des particules combustibles solides et les procédés de réaction chimique homogène et hétérogène sont modélisésà l'aide d'un modèle de combustion global. L'équation de transfert de chaleur radiatif estégalement résolue par la méthode des volumes finis. Le code de simulation numérique aété validé en comparant les résultats des calculs par ordinateur avec des expériences pour du charbon pulvérisé dans un four expérimentaléquipé d'un brûleurà tourbillon. On montre que le code numérique peut prédire avec succès le champ d'écoulement et la structure de flamme y compris les effets tourbillonnaires et qu'il peut donc servirà la conception età l'optimisation des brûleursà tourbillons pour les combustibles solides pulvérisés.

Numerical Study on Optimum Designing of the Air Distribution Structure of a New Cyclone Combustor

“…Staged-combustion way has been used in the combustor. Powdered coal is carried by the primary air to the combustor through blunt body and axial guide vanes, and in the effects of the swirl vane, the primary air can be caused rotate style into the combustor, which can be useful to improve the residence time of powdered coal in the combustor [8], also to boost flue gas back flow for enhancing the ignition and stable combustion. The secondary air pipe fix up in the outside wall of the cylindrical combustor, then it is divided into three rows with six pipes uniformly distributing around each row.…”