Simulación numérica de la combustión de carbón pulverizado

Abstract

El objetivo de esta comunicación es presentar un modelo matemático de la combustión de carbón pulverizado y el correspondiente algoritmo para su resolución. El modelo que se ha desarrollado consta de dos fases fuertemente acopladas: la fase gaseosa, para la que se utilizará una descripción Euleriana, que proporciona las distribuciones de temperatura y de las concentraciones de las distintas especies en el gas y la fase sólida, para la que se utiliza una descripción Lagrangiana, que trata los procesos simultáneos de evaporación de la humedad y la devolatilización, junto con las reacciones heterogéneas de gasificaci´on del “char”. El acoplamiento de estas fases viene determinado por el hecho de que las partículas de carbón son fuentes y sumideros de masa y energía, mientras que la fase gaseosa determina el movimiento y la atmósfera en la que se produce la combustión de las partículas. Ese modelo de combustión se va a incorporar al programa SC3D (Simulación de Calderas en 3 Dimensiones). Se trata de un programa de CFD (Mecánica de Fluidos Computacional) adaptado para la simulación de la zona del hogar de una caldera de carbón pulverizado utilizada en una Central Térmica. Para la resolución de las ecuaciones en derivadas parciales del modelo de fase gaseosa se utiliza un método de elementos finitos combinado con el método de las características. Los sistemas de ecuaciones diferenciales ordinarias y algebraicas del modelo de fase sólida se resuelven utilizando los métodos de Euler implícito o explícito y el método de Newton discretizado.