Estudo numérico do superaquecimento nos tubos de uma caldeira de queima tangencial simultânea com gás natural e metanol

Abstract

The numerical study of the reactive flow within a tangential firing boiler, to investigate the phenomenon of overheating in the furnace wall tubes, was developed in the present work. The capacity of the simulated boiler is 255 t/h of superheated steam, co-firing natural gas and methanol in 20 burners distributed on the corners of the furnace four sides. The flow in each burner was simulated in detail and the velocity, temperature and pressure profiles at the outlets were imported into the furnace. The numerical approach involved the use of the SST − , Eddy Dissipation Concept and Discrete Ordinate models to describe the turbulent reactive flow and the radiation heat transfer. The multiphase atomization process of the liquid methanol with compressed air was treated by the Mixing Model. Images with temperature data inside the furnace were collected by video camera with pyrometer measurement for comparison with numerical results. Finally, the overheating regions were identified.O estudo numérico do escoamento reativo no interior de uma caldeira de queima tangencial, para investigar o fenômeno de superaquecimento nos tubos das paredes da fornalha, foi desenvolvido no presente trabalho. A caldeira simulada possui capacidade de geração de 255 t/h de vapor superaquecido, queimando simultaneamente gás natural e metanol em 20 queimadores distribuídos nas quinas dos quatro lados da fornalha. O escoamento em cada queimador foi detalhadamente simulado e os perfis de velocidade, temperatura e pressão nas saídas foram importados para interior da fornalha. A abordagem numérica envolveu a utilização dos modelos SST − , Eddy Dissipation Concept e Ordenadas Discretas para descrever o escoamento reativo turbulento e a transferência de calor por radiação. O processo multifásico de atomização do metanol líquido com ar comprimido foi tratado pelo Modelo de Mistura. Imagens com dados de temperatura no interior da fornalha foram coletadas por câmera de vídeo com medição por pirômetro para comparação com os resultados numéricos. Por fim, as regiões de superaquecimento foram identificadas