ฝาแฝดดิจิทัลของหม้อไอน้ำแบบเผาร่วมชีวมวลและถ่านหินโดยการจำลองพลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ

Abstract

งานวิจัยนี้ศึกษาการใช้เชื้อเพลิงชีวมวลผสมกับถ่านหินในหม้อไอน้ำฟลูอิไดซ์เบดแบบหมุนเวียนซึ่งเป็นเรื่องที่น่าสนใจท่ามกลางการเพิ่มขึ้นของความต้องการพลังงาน ลักษณะการเผาไหม้ร่วมของชีวมวลและถ่านหินในหม้อไอน้ำจะได้รับการตรวจสอบโดยใช้พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) เชื้อเพลิงที่ศึกษาในงานวิจัยนี้ ได้แก่ ถ่านหิน ไม้สับ และเปลือกไม้ กำหนดสัดส่วนของเชื้อเพลิงเพื่อศึกษาผลกระทบต่อการเผาไหม้ด้วยการออกแบบการทดลองแบบผสมซิมเพล็กซ์เซนทรอยด์ การจำลอง CFD ประกอบด้วยแบบจำลองการไหลของความหนืด k-epsilon แบบจำลองการไหลของของไหลหลายเฟสของออยเลอร์ และแบบจำลองการเผาไหม้เชื้อเพลิงแข็ง ผลการตรวจสอบความถูกต้องของแบบจำลองแสดงให้เห็นว่าข้อมูลแบบจำลองมีความสอดคล้องกับข้อมูลจริงของโรงไฟฟ้าซึ่งอาจเป็นฝาแฝดดิจิทัลของหม้อไอน้ำที่ศึกษา โดยแบบจำลองจะทำนายผลที่เกิดขึ้นในห้องเผาไหม้ ได้แก่ อุณหภูมิ ฟลักซ์ความร้อน เถ้า และแก๊สมลพิษ ได้แก่ คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ไนตริกออกไซด์ (NO) ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) และก๊าซคลอรีน (Cl2) ผลการจำลองพบว่าการใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงจะให้อุณหภูมิและฟลักซ์ความร้อนสูงสุด รองลงมาคือ ไม้สับและเปลือกไม้ ในทางตรงข้ามการใช้ชีวมวลจะปล่อยแก๊สมลพิษออกมาน้อยกว่าถ่านหิน ในการทดลองนี้ได้ศึกษาอิทธิพลของอัตราการป้อนเชื้อเพลิง พบว่าอัตราการป้อนเชื้อเพลิงสูงจะทำให้ตัวแปรตามสูงกว่าอัตราการป้อนเชื้อเพลิงต่ำ จากการวิเคราะห์ข้อมูลแบบจำลองพบว่าชีวมวลเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและประหยัดต้นทุนการผลิตมากกว่าถ่านหิน แบบจำลอง CFD สามารถสร้างแบบทำนายเพื่อกำหนดชนิดและสัดส่วนของเชื้อเพลิงได้อย่างง่ายดายโดยใช้สองวิธี คือ สมการและกราฟคอนทัวร์ ซึ่งสามารถเปรียบเสมือนฝาแฝดดิจิทัลของหม้อไอน้ำ