Modeling of pulverised coal cofiring with coal mine methane in large scale boiler

Praca przedstawia modelowanie 3-D procesu współspalania pyłu węglowego z gazem z odmetanowania kopalni w kotle energetycznym. Celem pracy było określenie takiego rozmieszczenia palników gazowych, aby zapewnić optymalną współpracę palników pyłowych i gazowych oraz rozciągnięcie obciążenia pasa palnikowego. Zakres badań modelowych objął analizę numeryczną procesu przepływu ze spalaniem za palnikiem gazowym dużej mocy i wymiany ciepła w kotle. Dla różnych konfiguracji ustawienia palników gazowych określono aerodynamikę spalania oraz stopień zagrożenia korozją. W pracy położono nacisk na opis kinetyki chemicznej fazy gazowej w przepływie turbulentnym ze spalaniem. Do opisu wzajemnego wpływu turbulencji i reagowania fazy gazowej wykorzystano model EDC. Przeanalizowano stopień dokładności dwu mechanizmów globalnych poprzez porównanie ich z mechanizmem szczegółowym. Produkty i szybkości odgazowania węgla wyznaczono za pomocą procedury FG-DVC.The paper presents 3-D numerical simulation of cofiring coal mine methane with coal in large scale boiler. The purpose of the work is to determine which one from two examined gas burners locations achieves the most optimal gas and coal burners cooperation and extends the thermal load along the burner belt. The extent of modeling studies involves numerical analysis of flow with combustion behind high power burner and heat exchange in the boiler. Combustion aerodynamics and high temperature corrosion risk were assessed for different gas burners location configurations. The mathematical model used here is based on commercial CFD code FLUENT. Simulation of the following processes takes place in the furnace: turbulent flow, coal combustion, gas phase combustion, particle transport and radiative transport. The gas phase is modeled assuming an Eulerian approach, whilst for the solid phase, the Lagrangian approach is more suitable. The description of gas phase chemical kinetics in turbulent reactive flow was emphasized. The interaction of chemical reactions and turbulence is modeled using the Eddy Dissipation Concept. Accuracy level of two different global mechanisms was investigated by comparison with detailed mechanism. Rate of the production and high temperature yields for the char, tar, and volatiles and the composition of key species during the devolatilization of coal have been taken from the FG-DVC model output. Corrosion and slagging risk was estimated by analysis of temperature, CO and incident heat flux in the vicinity of the boilers walls. High levels of these magnitudes indicate unfavorably conditions. Average NO levels behind the combustion chamber suggest keeping excess air level in OFA equal at least 0.1. Calculations have also shown that the evaporator will reach nominal thermal power even with significant amount of deposit formed on the waterwalls