CFD modelling of particle size effect on stoker coal­fired boilers combustion

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133659

Ключові слова:

Stoker boiler, temperature distribution, heat of reaction, CO and CO2 mass fraction

Анотація

In the previous study, CFD simulation had been developed to predict combustion characteristic on the Fluidized Bed Boiler and Pulverized Boiler. The high demand on coal used for stoker-fired boilers in Indonesia the power plants provide challenge due to low thermal efficiency problem. In this study, CFD simulation is observed to predict the temperature distribution, heat of reaction, CO and CO2 mass fraction on the stoker-fired boiler. Boiler geometry is modelled as the combustion chamber until the area before economizer. The selection of boundary conditions is set according to the governing equations available in the ANSYS Fluent software. Parameter design of coal which are particle size  and properties of coal is determined to investigate the effect of the observed values. Four models are set to provide a combination of particle size and properties of coal. The solution strategy is developed to reduce instability of the simulation process. Coal combustion modelling includes several physical processes that could result in numerical stability issue when all processes are solved at once. The three stages were used to run the solution of the model. Plot of temperature distribution, heat of reaction, CO2 and CO mass fraction is generated. The maximum temperature in the 1st to 4th model is 1440.95, 1473.85, 1347.72 and 1617.17 [oK]. The amount of CO produced from each model tends to increase; respectively from the 1st to 4th model is 2.314E-07, 5.878E-07, 5.678E-07 and 7.904E-07. Based on the simulation results, it can be seen that the particle size of coal affects the combustion characteristic in the Stoker Coal-Fire Boiler.

Спонсори дослідження

  • Author thanks to Engineering Faculty of Brawijaya University on Professor Accelerated Program funding
  • Mr. Zainal Abidin
  • Mr. Winarto
  • Mr. Yogo Wijayanto and Mr. Fauzan Baananto for their support

Біографія автора

Moch. Agus Choiron, University of Brawijaya Malang Jalan. Mayjend Haryono, 167, Malang, Indonesia, 65145

Doctor of Mechanical Engineering, Researcher

Department of Mechanical Engineering

Посилання

  1. Dong, N., Baruya, P. (2015). Coal and Gas Competition in Power Generation in Asia. IEA Clean Coal Centre, 106. Available at: https://www.usea.org/sites/default/files/022015_Coal%20and%20gas%20competition%20in%20power%20generation%20in%20Asia_ccc246.pdf
  2. Rompalski, P., Róg, L. (2016). Effect of the temperature of different combustion zones in the boiler grate on changes in physical and chemical parameters of bituminous coal and slags. Journal of Sustainable Mining, 15 (2), 73–83. doi: 10.1016/j.jsm.2016.07.002
  3. Zhang, X., Ghamari, M., Ratner, A. (2013). Numerical modeling of co-firing a light density biomass, oat (Avena sativa) hulls, and chunk coal in fluidized bed boiler. Biomass and Bioenergy, 56, 239–246. doi: 10.1016/j.biombioe.2013.05.006
  4. Bartoňová, L. (2015). Unburned carbon from coal combustion ash: An overview. Fuel Processing Technology, 134, 136–158. doi: 10.1016/j.fuproc.2015.01.028
  5. Kobyłecki, R. (2011). Unburned carbon in the circulating fluidised bed boiler fly ash. Chemical and Process Engineering, 32 (4). doi: 10.2478/v10176-011-0020-8
  6. Makino, H., Matsuda, H. (Eds.) Improvement of Pulverized Coal Combustion Technology for Power Generation. Central Research Institute of Electric Power Industry. Available at: https://criepi.denken.or.jp/en/energy/research/pdf/Improvement.pdf
  7. Statistik MINERBA 2017. Ministry of Energy and Mineral Resource of the Republic Indonesia.
  8. Wang, Q., Yin, W., Yang, H., Lu, J., Zhao, B. (2015). Numerical study on the effect of fine coal accumulation in a coal beneficiation fluidized bed. Powder Technology, 283, 570–578. doi: 10.1016/j.fuproc.2014.02.015
  9. Zhenfu, L., Qingru, C. (2001). Effect of fine coal accumulation on dense phase fluidized bed performance. International Journal of Mineral Processing, 63 (4), 217–224. doi: 10.1016/s0301-7516(01)00050-3
  10. Pronobis, M., Kalisz, S., Polok, M. (2013). The impact of coal characteristics on the fouling of stoker-fired boiler convection surfaces. Fuel, 112, 473–482. doi: 10.1016/j.fuel.2013.05.044
  11. Depman, A. J. III. (2014). Stoker Boiler CFD Modeling Improvements Through Alternative Heat Exchanger Modeling. University of Iowa, 97. Available at: https://ir.uiowa.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=5125&context=etd
  12. Zhou, H., Jensen, A., Glarborg, P., Jensen, P., Kavaliauskas, A. (2005). Numerical modeling of straw combustion in a fixed bed. Fuel, 84 (4), 389–403. doi: 10.1016/j.fuel.2004.09.020
  13. Van der Lans, R. (2000). Modelling and experiments of straw combustion in a grate furnace. Biomass and Bioenergy, 19 (3), 199–208. doi: 10.1016/s0961-9534(00)00033-7
  14. Dong, W., Blasiak, W. (2001). CFD modeling of ecotube system in coal and waste grate combustion. Energy Conversion and Management, 42 (15-17), 1887–1896. doi: 10.1016/s0196-8904(01)00048-6
  15. Ford, N. W. J., Cooke, M. J., Sage, P. W. (1993). Modelling of fixed bed combustion. Fuel Processing Technology, 36 (1-3), 55–63. doi: 10.1016/0378-3820(93)90010-2
  16. Yu, D., Xu, M., Sui, J., Liu, X., Yu, Y., Cao, Q. (2005). Effect of coal particle size on the proximate composition and combustion properties. Thermochimica Acta, 439 (1-2), 103–109. doi: 10.1016/j.tca.2005.09.005
  17. Tutorial ANSYS FLUENT: Coal Combustion with Eddy Break Up (EBU) Model (2012). ANSYS, Inc.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-06-14

Як цитувати

Choiron, M. A. (2018). CFD modelling of particle size effect on stoker coal­fired boilers combustion. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(8 (93), 73–78. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.133659

Номер

Том 3 № 8 (93) (2018): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Moch. Agus Choiron

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.