CFD simulation of sugarcane bagasse combustion in an industrial grate boiler

Simulación en CFD de la combustión de bagazo de caña en una caldera industrial con parrilla

The simulation of an industrial boiler in CFD (Computational Fluid Dynamics) is usually done by stages due to the extensive size and the different physical phenomena that occur in different locations of the equipment. In this work, the simulation of an industrial grate boiler is done in three stages, one for the primary air circuit, another one for the secondary air circuit and the final one is the furnace. The combustion of sugarcane bagasse is a complex phenomenon that involves moisture vaporization, devolatilization and char combustion, in order to account for those phenomena, bagasse particles were modeled in a Eulerian-Lagrangian approach. The simulations were performed in commercial software ANSYS FLUENT and the devolatilization model were programmed in C language as a User Defined Function (UDF). When the results of the simulations were compared with experimental data, a satisfactory agreement was observed. Simulations were performed with primary and secondary air inlets modifications in order to optimize the boiler performance, the results of those simulations showed significant improvement in the combustion parameters.

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.