احتراق ذرات سوخت زيست توده در يك واحد توليد همزمان توان و حرارت مقياس كوچك

Combustion of Biomass Particles in a Small Scaled CHP Unit

به‌منظور افزايش قيمت انرژي و كاهش ذخاير سوخت‌هاي فسيلي، استفاده از انرژي‌هاي تجديدپذير چون ذرات ريز زيست‌توده در واحدهاي كوچك توليد همزمان برق و گرما در موتور استرلينگ توسعه يافته است. در اين واحدها سوخت زيست توده در يك محفظه احتراق خارجي سوخته و حرارت آن به سيال عامل سيكل استرلينگ داده مي‌شود. ازاين‌رو فرايند احتراق ذرات نقش بسزايي در عملكرد سيكل استرلينگ داشته و شبيه‌سازي اين گونه محفظه‌هاي احتراق به كمك ديناميك سيالات محاسباتي مي‌تواند در بهينه‌سازي محفظه احتراق مفيد بوده و اولين گام در طراحي اين موتورها باشد. در اين تحقيق، محفظه احتراق يك موتور استرلينگ مربوط به يك واحد توليد همزمان برق و حرارت با توان توليد برق 55 كيلووات شبيه‌سازي شده و تاثير پارامترهاي مختلف مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج بيانگر آن است كه تطابق خوبي بين نتايج و مشاهدات تجربي وجود دارد و با افزايش مقدار هواي ثانويه به ميزان مشخصي مي‌توان دماي گازهاي خروجي را براي افزايش بازده موتور استرلينگ به ميزان قابل ملاحظه‌اي افزايش داد. كاهش قطر ذرات احتراقي باعث افزايش تبخير ذرات و نرخ احتراق شده، دما در خروجي را افزايش مي‌دهد. افزايش ميزان سرعت به هنگام تزريق ذره در ورودي ميزان سوزش ذره احتراقي را كاهش داده چون مقداري از آن بدون سوزش كامل محفظه را ترك مي‌كنند.

Increasing energy cost and reduction of fossil fuel resources have been resulted in increasing demand of renewable energy, such as micro biomass particles in small scale Stirling engines to generate combined heat and power. In such Stirling engines, biomass particles are burnt in external combustion chamber and then, the generated heat is transferred to the working fluid of the engine cycle. Therefore, combustion of fine particle plays basic role in operation and effectiveness of these Stirling engines. Simulation of combustion chambers of those engines using computational fluid dynamics, as a first step of engine design, can reveal more insight to optimization process. In this study, combustion chamber of 55 kW combined heat and power Stirling engine has been simulated and the effects of some parameter have been investigated. The numerical results show good agreement with experiments. Increasing secondary air mass flow rate yields hotter flue gas and higher Stirling engine efficiency. The smaller particles yield to more evaporation and combustion rate of particles which cause to increase outlet temperature. Increasing particle injection velocity causes to decrease burning rate of particle, because some particles leave out the combustor before evaporation and burning.