شبيه سازي عددي احتراق همزمان زيست توده كنسانتره هاي سولفيدي و توليد آلاينده ها در كوره فلش ذوب مس

Numerical Simulation of Co-Firing of Biomass-Sulfide Concentrate and Pollutants Formation in the Flash Furnace Copper Smelting

احتراق همزمان زيست توده و سوخت هاي فسيلي در كوره هاي صنعتي روشي مناسب براي كاهش اثرات زيست محيطي ناشي از فعاليت بشر، با سرمايه گذاري قابل قبول است. در اين مقاله نتايج حاصل از شبيه سازي عددي احتراق همزمان كنسانتره هاي سولفيدي و سه سوخت كمكي شامل گازوئيل، نفت و زيست توده خاك اره در كوره فلش ذوب مس با هم مقايسه شده اند. براي مدل سازي جريان آشفته و فرآيند احتراق به ترتيب از مدل هاي RNG,k-ε و تابع چگالي احتمال (pdf) استفاده شده است. اين مطالعه با هدف بررسي توزيع دماي كوره و آلاينده هاي احتراقي انجام شده است. نتايج شبيه سازي عددي نشان مي دهد كه دماي شعله حاصل از احتراق گازوئيل و خاك اره به عنوان سوخت كمكي به ترتيب بيشترين و كمترين مقدار را دارد. وجود نيتروژن در تركيب شيميايي خاك اره منجر مي شود در احتراق زيست توده علي رغم دماي پايين شعله، كسر جرمي آلاينده NOx افزايش مي يابد. همچنين در احتراق خاك اره با وجود اكسيژن زياد، مقدار توليد آلاينده هاي گوگردي SO2 در نواحي دما بالاي كوره و SO3 در نواحي دما پايين مشعل سوخت كمكي افزايش مي يابند. زيرا SO2 در دماهاي نسبتا بالا (1273K<) و در شرايط غني از اكسيژن و گونه SO3 در دماهاي نسبتا پايين با وجود اكسيژن اضافي تشكيل مي شود. مقدار توليد آلاينده CO در احتراق خاك اره نسبت به مقدار حاصل از احتراق گازوئيل و نفت بسيار ناچيز است.

Co-firing of biomass and fossil fuels in industrial furnaces is a suitable way to reduce the environmental impact from human activities, with acceptable investment. In this paper, the results of numerical simulation co-firing of sulfide concentrates and three auxiliary fuels including gasoil, kerosene and sawdust biomass are compared in the flash furnace copper smelting. For modeling of turbulent flow and combustion, RNG, k-ε model and probability density function model (pdf) have been used, respectively. This study has been carried out to investigate the furnace temperature and combustion pollutants distribution. The numerical simulation results show that the flame temperature resulting from the combustion of diesel fuel and sawdust as auxiliary fuel is the highest and lowest, respectively. In biomass combustion, despite that the flame temperature is low, but the NOx mass fraction increases because there is nitrogen in the sawdust chemical composition. Also in sawdust combustion that the oxygen content is high, the SO2 and SO3 sulfur pollutants increase in the high temperatures regions of the furnace and the lower temperature of the auxiliary fuel burner, respectively. Because SO2 is formed at high temperatures (> 1273K) and oxygen-rich and SO3 species is produced at relatively low temperatures with excess oxygen. The amount of CO emissions in sawdust combustion is much lower than the amount of combustion of diesel and oil.