Numerical simulation of medium-scale grate-fired biomass boilers
- Autores: Adeline Rezeau
- Directores de la Tesis: Luis Ignacio Díez Pinilla (dir. tes.), Francisco Javier Royo Herrer (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Zaragoza ( España ) en 2014
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Luis Miguel Romeo Gimenez (presid.), Eduardo Ferrer Benedí (secret.), Sébastien Caillat (voc.)
- Materias:
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- Resumen
El objetivo principal de la presente tesis es desarrollar una herramienta de simulación numérica que, gracias a un equilibrio adecuado entre precisión y costes computacionales, permita simular de manera fiable y eficiente el proceso de combustión de biomasa en calderas de parrilla de mediana potencia. De este modo, las simulaciones obtenidas servirán de base para el análisis y la consiguiente mejora del diseño de ese tipo de tecnología, con el fin de aumentar su rendimiento energético a la vez que minimizar sus emisiones de contaminantes hacia la atmósfera.
Tras realizar una revisión del estado del arte de los métodos existentes para simular la combustión de sólidos en la tecnología de parrilla, se optó por utilizar la aproximación del medio poroso y por trabajar con el código comercial ANSYS Fluent.
Antes de llevar a cabo la simulación de la combustión y con el fin de seleccionar el mallado adecuado, se calculó el flujo para el caso isotermo y se desarrolló un protocolo de verificación y de validación de la solución obtenida.
Seguidamente se llevaron a cabo las simulaciones correspondientes a los ocho ensayos determinados por la matriz experimental. La comparación entre las soluciones numéricas y los datos experimentales ha mostrado que el método desarrollado presenta suficiente exactitud para predecir adecuadamente las tendencias globales que tienen lugar en el sistema de combustión de estudio.
Una vez validada, la herramienta de simulación numérica se aplicó a tres casos. En el primero, el análisis detallado de los resultados obtenidos para distintas condiciones de operación ha permitido caracterizar los patrones de flujo que tienen lugar dentro del sistema de combustión, así como los perfiles de temperatura y de las principales especies gaseosas. En el segundo ejemplo de aplicación se ha utilizado la herramienta para predecir el comportamiento del hogar bajo nuevas condiciones de operación, las cuales pretenden mejorar la eficiencia del equipo. Así, mediante el tercer ejemplo de aplicación se han propuesto y simulado varias modificaciones en el diseño del equipo de estudio, con el objetivo de mejorar sus características fluidodinamicas y, de esta forma, aumentar su eficiencia.
De acuerdo con los ejemplos de aplicación del método numérico desarrollado, se han propuesto una serie de posibles mejoras en la operación y en el diseño de calderas de parrilla de mediana potencia, de tal manera que se pueda incrementar su eficiencia a la vez que se reduzcan las emisiones de contaminantes hacia el medio ambiente. Por otra parte, la herramienta desarrollada puede utilizarse para estudiar y mejorar otros tipos de calderas de parrilla, las cuales pueden operar también con distintos tipos de combustibles. En particular, esta metodología de simulación numérica permite analizar detalladamente los impactos que las modificaciones en la operación o en el diseño, como por ejemplo el precalentamiento del aire, la recirculación de gases, etc., tienen sobre el comportamiento del equipo de combustión.
