Radiative Heat Transfer in Boiler Furnaces

Better models are needed for radiative heat transfer in boiler furnaces. If the process is known better, combustion in the furnace can be optimized to produce low emissions. It makes the process to be environmental friendly. Furthermore, if there is a better model of the furnace it can more fully explain what is happening inside the furnace. Using of the model one can quickly and easily analyze how it operates with bio fuels, moist fuels or difficult fuels and improve the operation. Models helps with better estimation of furnace dimensions and result in more accurate understanding of operation. Key component lacking in these models is radiative heat transfer in particle laden gases. If there are no particles than radiative heat transfer can be calculated approximately. There are two problems with current models when used with flow modeling. The first one is a need to account for a particle laden gas and the second one is an absence of a fast algorithm. Fast calculation is needed if radiative heat transfer calculation is done for a large CDF model. Computations slow down if time is required for calculating radiative properties over and over again. This thesis presents a band model for radiative heat transfer in boiler furnaces. Advantage is a quickness of calculation and account of particles in the process.

Kattiloiden tulipesien säteilylämmönsiirrolle tarvitaan parempia malleja. Kun prosessi hallitaan hyvin, tulipesän toiminta voidaan optimoida niin että syntyy vain vähän päästöjä. Se tekee prosessista ympäristöystävällisen. Jos on olemassa parempi malli uunille, pystytään paremmin selittämään mitä tapahtuu uunin sisällä. Käyttäen mallia, voidaan nopeasti ja helposti arivoida kuinka tulipesä toimii biopolttoaineiden, kosteiden ja vaikeiden polttoaineiden kanssa ja tarvittaessa parantaa toimintaa. Mallit auttavat paremmin arvioimaan tulipesän mittoja ja tuottavat tarkempaa tietoa toiminnan ymmärtämiseen. Pääpuute näissä malleista on ollut säteilevän lämmönsiirron malli hiukkasia sisältävässä kaasussa. Ilman hiukkasia, säteilevä lämmönsiirto voidaan laskea kohtuullisesti. Virtauslaskentaan nykyisillä malleilla on kaksi ongelmaa. Ensimmäinen on tarve ottaa huomioon kaasu joka sisältää partikkeleita ja toinen on nopean algoritmin puute. Nopeaa laskentaa tarvitaan jos säteilevä lämmönsiirron laskentaa tehdään laajalle CDF mallille. Laskenta hidastuu jos pitää käyttää aikaa, laskettaessa säteileviä ominaisuuksia uudelleen ja uudelleen. Tämä diplomityö esittää nauhamallin säteilevään lämmönsiirtoon tulipesissä. Hyötynä ovat laskennan nopeus ja prosessissa olevien partikkeleiden huomioon ottaminen.