Simulación numérica de hornos de combustión equipados con quemadores radiantes

Numerical simulation of combustion furnaces equipped with radiant wall burners

Las simulaciones de hornos de combustión equipados con quemadores radiantes habitualmente se realizan asumiendo una combustión desarrollada en las copas de los quemadores. Este supuesto minimiza el costo computacional ocasionado al simular cientos de quemadores; sin embargo, implica simular un horno donde no se modela el desarrollo de las reacciones de combustión y no se considera la interacción de la geometría de los quemadores en los perfiles de flujo y temperatura en el interior de la cámara de combustión. Este trabajo procura sustentar la simplificación anterior midiendo el impacto frente a una metodología que permite aproximar el funcionamiento del horno, operando con cientos de quemadores y modelando la combustión. Los resultados obtenidos muestran que las simulaciones difieren en las temperaturas de pared, potencia que llega a la carga y eficiencia de la cámara de combustión en: 1 K, 0,07 MW y 0,3%.

INTRODUCCIÓN

​Debido a las altas concentraciones de mezclado turbulento entre el combustible y el oxidante, los estudios de los hornos de combustión equipados con quemadores radiantes se han simplificado no modelando las reacciones de combustión. El supuesto utilizado se sustenta en que la oxidación del combustible se desarrolla en su totalidad en las zonas cercanas a las descargas de los quemadores y permite simular los hornos como si operaran con productos de combustión a elevadas temperaturas (Stefanidis et al., 2008). Con la intención de validar la simplificación anterior, el objetivo de este trabajo es medir el impacto de simular los hornos de quemadores radiantes considerando o no las reacciones de combustión.

1. Metodología

En la simulación de los fenómenos de combustión del gas en hornos equipados con quemadores radiantes se debe considerar la geometría de los quemadores. Esto sucede debido a que dicha geometría determina, entre otras, tasa de mezclado, patrones de recirculación, estabilidad de la llama, desarrollo de las reacciones de oxidación y tasa de liberación de calor del combustible.