CFD simulation of sugarcane bagasse combustion in an industrial grate boiler

Abstract

La simulación de una caldera industrial en CFD se realiza, usualmente, por etapas debido al gran tamaño y a los diferentes fenómenos físicos que ocurren dentro del equipo. En este trabajo, la simulación de una caldera industrial de parrilla se realiza en tres etapas, la primera es el circuito de aire primario, la segunda es el circuito de aire secundario y la tercera corresponde a la caldera. La combustión de bagazo de caña es un fenómeno complejo que involucra vaporización de la humedad, devolatilización y combustión del carbón, de forma que para evaluar esos fenómenos las partículas de bagazo fueron modeladas en un marco Euleriano-Lagrangiano. Las simulaciones fueron desarrolladas en el software comercial ANSYS FLUENT y la tasa de devolatilización fue programada en lenguaje C como una función definida por el usuario. Cuando los resultados de las simulaciones se compararon con datos experimentales, se observó una concordancia satisfactoria. Se realizaron simulaciones con modificaciones en las entradas de aire primario y secundario buscando optimizar el funcionamiento de la caldera y los resultados de esas simulaciones presentaron una mejoría significativa en los parámetros de combustión.

CFD modelling of biomass boilers - a review of the state of the art

“…In Colombia, few works have been presented on the subject, which simulate the combustion of sugar cane bagasse. For example, the works of Mendieta and Sanchez [18], Guevara [19], Diaz et al [20] and Correa [21], in the first two, combustion was simulated in Ward-Cimpa combustion chambers used in the production of panela, in the first a one-dimensional mathematical model was used and in the second a twodimensional model, in the remaining works an industrial boiler was simulated, dividing it into three parts: primary air circuit, secondary air circuit and the furnace. Further details of these works are presented in Table II.…”

“…This is an advantage for developing countries because this type of boilers, fueled by local waste, can be used for power generation in remote areas [50], [51], while in industrialized countries their benefit is observed in both district heating and electricity supply [52]. The European market for small-scale power plants below 20 MWth is expected to grow by 100% in the next decade and growth rates are expected to be high worldwide [44]. Although this technology is well developed, improvements in low power biomass boilers are required to reduce their pollutant emissions and increase their efficiency [41], [45], [53], [54].…”