Untersuchung der Eigenschaften von Schlacken und Schmelzen in technischen Feuerungen (AiF-FV N)

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Henriette Kristin Ackermann
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1 Aif-Fv: n Lehrstuhl für Energieanlagen und Energieprozesstechnik Ruhr-Universität Bochum Prof. Dr.-Ing. V. Scherer Deutsche Vereinigung für Verbrennungsforschung e.v. Untersuchung der Eigenschaften von Schlacken und Schmelzen in technischen Feuerungen (AiF-FV N)

2 Problemstellung und Zielsetzung Problem: Schadstoffemissionen fossil befeuerter Verbrennungssysteme Auswirkungen von Schlacken/Schmelzen auf das Wärmeübertragungsverhalten sind unbekannt Zielsetzung: Bestimmung der Eigenschaften von Schlacken und Schmelzen (Strahlungseigenschaften, Viskosität, Wärmeleitfähigkeit) Erweiterung des Simulationsprogramms LORA um ein Modell zur Berücksichtigung des schmelzflüssigen Schlackeabzugs Anwendung des Programms auf eine Schmelzkammerfeuerung

3 Stand der Arbeiten Experimentelle Untersuchungen Ziel: Bestimmung der Eigenschaften von Schlacken und Schmelzen Vorgehensweise: Viskosität und Wärmeleitfähigkeit werden extern gemessen (RWTH Aachen) Aufbau eines Strahlungsmessplatzes zur Bestimmung der spektralen Strahlungseigenschaften Durchführung der Messungen bei verschiedenen Temperaturen (? T = 50 K) Datensätze für den Emissionsgrad in Abhängigkeit von Temperatur, Wellenlänge und Zusammensetzung Anforderungen an den Versuchsstand: Temperaturbeständigkeit bis mind C Homogene Erwärmung der Proben optische Zugänglichkeit für das Spektrometersystem einfaches Auswechseln der Tiegel exakte Temperaturregelung

4 Stand der Arbeiten Strahlungsmessplatz Spektralradiometer Thermoelement Luftzufuhr Isolierplatten Heizmodul Tiegel ölgekühltes Stahlrohr Isolierplatten

Stand der Arbeiten Mathematische Modellierung Temperatur temperature [ C] Partikelbahnen mit überlagerter Temperaturverteilung 2100 2000 1900 1800 1700 1600 1500

3-D-Simulation von Strömungs-, Mischungs- und Wärmeübertragungsprozessen lokale Verfeinerungen im Rechengitter Partikeltracking fester und flüssiger Brennstoffe

5 Stand der Arbeiten Mathematische Modellierung Temperatur temperature [ C] Partikelbahnen mit überlagerter Temperaturverteilung Numerische Anlagensimulation mit LORA am Lehrstuhl entwickelter, parallelisierter CFD-Code stationäre 3-D-Simulation von Strömungs-, Mischungs- und Wärmeübertragungsprozessen lokale Verfeinerungen im Rechengitter Partikeltracking fester und flüssiger Brennstoffe Partikeltracking: Lagrange-Verfahren Bewegung der Partikel wird entlang ihrer Flugbahnen berechnet? Bestimmung direkten Wandkontaktes für die Modellierung des Schlackefilms

6 Stand der arbeiten Mathematische Modellierung eines Schlackefilms q ex, i-1 m ex, i-1 Wand Grundlage: q in, i T 0, i m in,i T in, i flüssige Schicht T KV feste Schicht q A, i T A, i q w, i T a, i Erhaltungsgleichungen für Impuls, Energie u. Masse Annahmen: flüssige Schlacke? Newtonsches Fluid T G, i Gas? fl, i? fest, i? i T mw feste Schlacke? keine Strömung lineares Temperaturprofil q ex, i m ex, i Kontrollvolumen der Zelle i feuerfeste Ausmauerung T KV = T Phasenübergang Kopplung der experimentell bestimmten Daten an das Filmmodell

7 Zusammenfassung und Ausblick Zusammenfassung: Experimentelle Bestimmung spektraler Emissionsgrade mittels Spektralradiometer Aufbau eines Strahlungsmessplatzes Numerische Anlagensimulation Erstellung eines Filmmodells Partikeltracking Ausblick: Aufbereitung der Datensätze für Emissionsgrad, Viskosität und Wärmeleitfähigkeit Kopplung an den CFD-Code LORA mittels Korrelationsfunktionen Implementierung des mathematischen Modells für den Schlackefilm Anwendung des Simulationsprogramms auf eine Schmelzkammerfeuerung Vergleich mit Messungen

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