Numerical investigation of pulverised solid fuel combustion in a swirling methane flame

In this study, a numerical investigation of pulverised solid fuel combustion in a swirling methane flame is performed. The aim of the study is to evaluate which models better predicts the flowfield and temperature in the combustion chamber. For this purpose an overview of the different numerical methods typically used of pulverised coal combustion is given. Subsequently the choices on the specific models for turbulence, devolatilization, volatile combustion, char combustion and gas phase reaction is explained. The models of turbulence and turbulence-chemistry interaction had the biggest impact in the simulation results. Therefore many RANS models were tested among the k-ε and k-ω group. While for the turbulence-chemistry interaction the impact of the Eddy-dissipation and Eddy-dissipation concept was evaluated. The results showed better agreement for the Eddy-dissipation model, since the gas reactions are mixing limited. Finally, a parametric study was perfomed to investigate the impact of the volatile matter yield in the coal particles and the influence of different char bornout models. However, none of them showed a considerable impact on the simulatioin results due to small coal mass flow rate.

In questo studio viene eseguita un’indagine numerica sulla combustione di combustibili solidi polverizzati in una fiamma di metano vorticosa. Lo scopo dello studio è quello di valutare quali modelli predicano meglio il campo di flusso e la temperatura nella camera di combustione. A tal fine, viene fornita una panoramica dei diversi metodi numerici tipicamente utilizzati per la combustione del carbone polverizzato. Successivamente, vengono illustrate le scelte dei modelli specifici per la turbolenza, la devolatilizzazione, la combustione dei gas volatili, la combustione del carbone e la reazione in fase gassosa. I modelli di turbolenza e di interazione turbolenza-chimica hanno avuto il maggiore impatto sui risultati della simulazione. Pertanto, sono stati testati molti modelli RANS tra il gruppo k-ε e k-ω. Per quanto riguarda l’interazione turbolenza-chimica, è stato valutato l’impatto della dissipazione Eddy e del concetto di dissipazione Eddy. I risultati hanno mostrato un migliore accordo per il modello di Eddy-dissipazione, poiché le reazioni dei gas sono limitate dal miscelamento. Infine, è stato effettuato uno studio parametrico per analizzare l’impatto del rendimento della materia volatile nelle particelle di carbone e l’influenza di diversi modelli di carbonificazione. Tuttavia, nessuno di essi ha mostrato un impatto considerevole sui risultati della simulazione a causa della piccola portata massica del carbone.