Der Lehrstuhl für Energieanlagen und

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1 Folge 7 IM PROFIL IN REGELMÄSSIGER FOLGE stellen wir Ihnen an dieser Stelle die wichtigsten Institutionen und Organisationen im Bereich der industriellen Gasanwendungstechnik vor. In dieser Ausgabe zeigt sich der Lehrstuhl für Energieanlagen und Energieprozesstechnik der Ruhr-Universität Bochum im Profil. Lehrstuhl für Energieanlagen und Energieprozesstechnik der Ruhr-Universität Bochum Der Lehrstuhl für Energieanlagen und Energieprozesstechnik (LEAT) an der Ruhr-Universität Bochum wurde 1975 gegründet und wird seit dem Jahr 2000 von Prof. Dr.-Ing. Viktor Scherer geleitet. Seit nun mehr als 35 Jahren beschäftigt sich der Lehrstuhl intensiv mit der Untersuchung, Optimierung, Modellierung und Weiterentwicklung energieverfahrenstechnischer Anlagen und Prozesse. Im Laufe der Jahrzehnte haben sich die Arbeitsschwerpunkte ausgehend von der ursprünglichen Ausrichtung auf experimentelle und theoretische Untersuchungen der Strömungs- und Mischungsvorgänge in Brennern und Feuerungen kontinuierlich weiterentwickelt [1]. Standen ursprünglich Gas- und Kohlenstaubfeuerungen sowie die damit verbundene Schadstoffbildungsprozesse im Vordergrund, so konzentrieren sich die heutigen Arbeiten auf die effiziente und emissionsarme Nutzung regenerativer und schwieriger fossiler Brennstoffe sowie auf die mit der Brennstoffumwandlung im industriellen Umfeld verbundene Verfahrenstechnik. Steigende Preise fossiler Brennstoffe, die mit den CO 2 -Emissionen verbundenen zusätzlichen Kosten und der zunehmende ökonomische Zwang alternative Brennstoffe einzusetzen haben zu einer breiten Anwendung der am LEAT verfügbaren und in vielen Bereichen auch für die Gastechnik relevanten wissen schaftlichen Methoden und Werkzeuge geführt. Neben der öffentlich finanzierten Grundlagenforschung stellen vor allem Forschungstätigkeiten, die in enger Kooperation mit anderen Hochschulen und Instituten, mit Unternehmen des Anlagenbaus, der Energieverfahrenstechnik und der chemischen Industrie durchgeführt werden, das Zentrum aktueller Tätigkeiten dar gaswärme international LEHRE UND FORSCHUNG Vom LEAT werden für die Studiengänge Maschinenbau, Umwelttechnik & Ressourcenmanagement, sowie Sales Engineering & Product Management der Fakultät für Maschinenbau an der RUB die folgenden Vorlesungen angeboten: Grundlagen der technischen Verbrennung Thermische Kraftwerke Ver- und Entsorgung von Energieanlagen Grundlagen der motorischen Verbrennung Energietechnik und Ressourcenmanagement Simulation von Feststoffströmungen Modellbildung und Programmierung. Ergänzt werden diese durch weitere Vorlesungen von Dozenten aus der Energiewirtschaft sowie Seminare und Laborpraktika. Die aktuellen Forschungsarbeiten lassen sich im Wesentlichen den folgenden drei Themenbereichen zuordnen: Charakterisierung der Eigenschaften und des thermischen Umwandlungsverhaltens von fossilen und biogenen Brennstoffen sowie von Abfall- und Reststoffen Dazu dienen konventionelle Brennstoffanalysen im Labor (Kurzanalyse, Heizwert, Elementaranalyse und Ascheschmelzverhalten) die experimentelle Bestimmung brennstoffspezifischer Eigenschaften in Laborapparaturen (Pyrolyse-, Zünd- und Abbrandverhalten von staubförmigen und stückigen Brennstoffpartikeln, Partikelgenese in Bild 1: Flachflammenbrenner: Zündung von Kohlenstaubpartikeln sowie optisch bestimmte Form, Größe und Temperatur der Partikel 105

2 IM PROFIL Folge 7 thermischen Verfahren, Hochtemperatur-Strahlungseigenschaften von Ascheablagerungen) sowie Verbrennungsuntersuchungen in größeren Versuchseinrichtungen, die auf die unterschiedlichen Typen von technischer Verbrennungsanlagen ausgerichtet sind (Flugstromverbrennung im Fallrohrreaktor, zirkulierende Wirbelschicht). burning rate q [kmol/m 2 /s] Methoden- und Komponentenentwicklung zur Analyse und Beschreibung energiever fahrenstechnischer Prozesse Durch den zunehmenden Einsatz schwieriger Brennstoffe ergeben sich sowohl experimentelle als auch theoretische Aufgabenstellungen, die mit den konventionellen Vorgehensweisen und Berechnungstools nur unzureichend zu bearbeiten sind. Gerade für hochbeladene reagierende Partikelströmungen und für reagierende Schüttungen stückiger Brennstoffe wurden daher in den letzten Jahren neue Experimente und N 2 4% O 2 CO 2 4% O 2 CO 2 10% O 2 0,1 0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 1000/T_part [1/K] Bild 2: Abbrandraten der Kokspartikel einer schmalen Steinkohlen-Partikelfraktion bei verschiedenen Gas zusammensetzungen als Funktion der inversen Temperatur t = 2,7 Sekunden t = 12,5 Sekunden Bild 3: Videoaufnahme eines abbrennenden EBS-Partikels im Einzelpartikelreaktor zu zwei Zeiten nach spontaner Einbringung in den Gasstrom (Fraktion Papier, m = 115,4 mg, C, 9 % O2) Rechenprogramme entwickelt. In diesem Zusammenhang wurden auch zahlreiche ergänzende Module und Programmerweiterungen für die verfügbaren CFD-Codes erstellt. Anlagensimulation und Anlagenoptimierung Zur Optimierung und zur Auslegung energieverfahrenstechnischer Anlagen haben sich während der letzten zwei Jahrzehnte numerische Verfahren bewährt. Am LEAT werden für die Prozessanalyse die Codes Apros, Aspen und ChemCad eingesetzt, zur Beschreibung dreidimensionaler regierender Strömungen in Brennern und Feuerungen werden neben den ANSYS Codes FLUENT und CFX auch verstärkt freie Programme wie CodeSaturne und OpenFoam verwendet. Neben den schon angeführten Versuchsanlagen steht am LEAT eine breite Palette von weiteren Messsystemen zur Vermessung von Strömungs- und Mischungszuständen (LDA, PDA), Gaszusammensetzungen sowie thermischen, chemischen und physikalischen Partikeleigenschaften zur Verfügung. Diese können bei Bedarf ergänzt werden durch Systeme, die an zentralen Einrichtungen oder anderen Instituten der RUB zur Verfügung stehen (Rasterelektronenmikroskop, Röntgendiffraktometer, Wärmeleitfähigkeitsmessungen), siehe auch [2]. Im Weiteren sind exemplarisch einige aktuelle Arbeiten aus den angeführten Bereichen dargestellt. BRENNSTOFF- CHARAKTERISIERUNG Ausgangspunkt und häufig auch Voraussetzung von Maßnahmen zur Optimierung verbrennungs technischer Systeme ist eine auf die Zielsetzung und Fragestellung ausgerichtete Charakterisierung der eingesetzten Brennstoffe. Für konventionelle fossile Brennstoffe stehen etablierte und genormte Verfahren zur Verfügung, und solange die Aufbereitung zu kleinen Partikeln unterhalb des Millimeterbereichs führt, steht für die üblichen Betriebsbedingungen auch ein breiter Erfahrungsschatz 106 gaswärme international

3 Folge 7 IM PROFIL gaswärme international zur Bewertung und Einordnung der Ergebnisse zur Verfügung. Weichen aber allein schon die Betriebsbedingungen vom Üblichen ab, z.b. im Kontext der aktuellen CO 2 - Abscheidungsdiskussion der Ersatz des Stickstoffs in der Verbrennungsluft durch einen zurückgeführten CO 2 -Strom, dann werden genauere Betrachtungen der Brennstoffumwandlung zwingend. Mit Hilfe des am LEAT entwickelten Flachflammenbrenners kann, wie in Bild 1 dargestellt, das Zünd- und Abbrandverhalten von kleinen Brennstoffpartikeln unter wirklichkeitsnahen Aufheizbedingungen und für realistische Gaszusammensetzungen bestimmt werden. Mittels Telemikroskop und kamerabasierter Zweifarbenpyrometrie werden die Partikelabbrandraten konkreter Brennstoffe als Funktion der Randbedingungen bestimmt. In Bild 2 ist exemplarisch die damit ermittelte quantitative Koksabbrandrate für die Größenfraktion (50-63 µm) eines Steinkohlenstaubs bei unter schiedlichen Gasumgebungen (N 2 = Verbrennung in Luft, CO 2 = Verbrennung in CO 2 /O 2 Mischungen) als Funktion der Temperatur dargestellt [3]. In Kombination mit einer Bestimmung der Flüchtigenfreisetzung (bei Bedarf a uch der Zusammensetzung der Flüchtigen) bei hohen Aufheizraten im Flash-Pyrolyse- Reaktor [2] stehen mit solchen Daten alle Informationen für eine Brenner- bzw. Feuerungs simulation, und somit für fundierte Optimierungsüberlegungen zur Verfügung. Für eine zusätzliche Absicherung und weitergehende Untersuchung hinsichtlich der Schadstoffbildung und Primärmaßnahmen zu deren Verringerung, wird ein quasi-isothermer Flugstromreaktor (Fallrohrreaktor) eingesetzt. Hieran können auch Aspekte der Heizflächenverschmutzung und Ansatzbildung untersucht werden, dies ist vor dem Hintergrund der zunehmenden Nutzung schwieriger Brennstoffe von Bedeutung. Die Suche nach alternativen, CO 2 -neutralen Brennstoffen hat zu verstärkten Anstrengungen zur Nutzung fester Biomassen in Kraftwerksanlagen geführt. Torrefizierte ( geröstete ), stückige Biomassen sind hierfür eine aussichtsreiche Option, da durch diese Vorbehandlung aus dem Ausgangsmaterial ein trockener, leichter aufmahlbarer, hydrophober und biologisch inerter Brennstoff entseht, der sich zudem günstiger transportieren, lagern und ggf. auch standardisieren lässt. Zur Untersuchung des Torrefizierungsvorgangs, und zur Charakterisierung des dabei entstehenden Brennstoffs wird am LEAT eine Hochtemperatur Magnetschwebewaage eingesetzt. Im Vergleich zu konventionellen thermogravimetrischen Messsystemen können mit der entwickelten Versuchsanlage höhere und realistischere Aufheizraten erzielt werden. Bei der Auslegung wurde besonderer Wert auf konstante Prozesstemperaturen, hohe Aufheizraten und definierte Relativgeschwindigkeiten zwischen Heißgas und Partikel gelegt. Ziel ist eine schnelle Brennstoffzuführung, eine hohe Messfrequenz und Messgenauigkeit der Wägung (Auflösung von 0,01 mg) sowie eine hohe Messfrequenz bei der Temperaturerfassung [4]. Ein weiterer, nicht unproblematischer, in den Feuerungen von Zementwerken aber gerne und in Kraftwerksfeuerungen bereits häufiger eingesetzter stückiger Ersatzbrennstoff ist der sogenannte FLUFF. Diese flugfähige Feinfraktion entstammt der mechanischen Abfallaufbereitung und besteht im Wesentlichen aus Folien, Kunststoff-, Papier-, Pappe- und Holzpartikeln im Zentimetermaßstab. Zur Charakterisierung des Zünd- und Abbrandverhaltens solcher Brennstoffe, insbesondere auch der Kunststoffanteile, wurde ein Einzelpartikelreaktor entwickelt, der ähnlich wie die Magnet schwebe waage, realistisch hohe Aufheizraten und kontrollierte Relativgeschwindigkeiten zwischen Gas und Partikeln bei definierten Sauerstoffgehalten gestattet. Dieser Reaktor ermöglicht jedoch zusätzlich eine visuelle Beobachtung des Vorgangs, ist für höhere Temperaturen ausgelegt und bestimmt die Massenveränderung aus dem Sauerstoffverbrauch der Reaktion [1, 5]. In Bild 3 sind zwei Einzelbilder, die während des Abbrandes eines Partikels der Papierfraktion (Masse 115,4 mg bei C, 9 % O 2 ) aufgenommen wurden, dargestellt. Die linke Abbildung entstammt der Pyrolysephase (sichtbare Flame) während die rechte Abbildung in der Koksausbrandphase aufgenommen wurde. Damit lassen sich für die verschiedenen (Größen-)Fraktionen eines konkret vorgegebenen (Ersatz-)Brennstoffs Pyrolyseund Ausbrandzeiten als Funktion der Umgebungsbedingungen bestimmen und bei zusätzlicher Kenntnis des Partikelflugverhaltens [6] direkt in numerischen Simulationen der Ersatzbrennstoffverbrennung in technischen Anlagen verwenden. Darüber hinaus helfen solche Versuchs- Bild 4: Zersetzungszeiten definierter PE-Körper, Vergleich Simulation gegen Messung 107

4 IM PROFIL Folge 7 ein richtungen entscheidend bei der Entwicklung und Überprüfung grundsätzlicher Modelle zur Beschreibung der Aufheizung und Umwandlung großer Brennstoffpartikel, wie sie in verschiedensten Anlagen zur Verbrennung und Vergasung eingesetzt werden [7, 8]. Bild 4 vergleicht die gemessenen und berechneten Zersetzungszeiten definierter Körper aus Polyethylen (Würfel, Quader, Platte) für verschiedene Umgebungstemperaturen [7]. Bild 5: Partikelverteilungen und Durchmischung auf unterschiedlichen Rostsystemen (a) Vorschubrost, (b) Rückschubrost und (c) Walzenrost Bild 6: Simulationsergebnis (links), Thermografieaufnahme (rechts) eines Experiments zur Bestimmung Wärmeübertragung in bewegten Kugelschüttungen Bild 7: Abbrand einer Schüttung aus Holzquadern METHODENENTWICKLUNG Für gasförmige, flüssige oder aber kleine, staubförmig aufgemahlene Brennstoffpartikel ist die für Optimierungen benötigte Prozesskette von der Brennstoffcharakterisierung über die Modellbildung bis hin zur Anlagensimulation durch z.t. genormte, anerkannte und vielfach verfügbare Methoden und Werkzeuge geschlossen. Anders stellt sich die Situation für große Brennstoffpartikel dar, bei denen innere Transportwiderstände wichtig werden und bei denen auch der Transport, pneumatisch oder mechanisch, nicht mit der üblichen Kontinuumsapproximation beschrieben werden kann. Für diese Situationen wurden am LEAT in den vergangenen zehn Jahren neue numerische Verfahren zur Anwendungs reife gebracht und experimentelle Methoden zu ihrer Überprüfung entwickelt. Die Diskrete Elemente Methode (DEM), bei der für alle individuellen Partikel eines Partikelkollektivs die Newton schen und Euler schen Bewegungs gleichungen simultan über der Zeit integriert werden, wurde so angepasst und erweitert, dass die Beschreibung reagierender bewegter Schüttungen, auch im technischen Maßstab möglich wurde. Zur Berechnung der Bewegung einer Schüttung werden die aufgeprägten äußeren Kräfte und die inneren Kräfte des Systems (zwischen den zunächst kugelförmig approximierten Objekten/Partikeln) in die Normal- und Tangentialrichtung des Partikelkoordinatensystems zerlegt. Der in der Realität eine Deformation in die jeweilige Richtung verur sachende Kraftvektor wird in Normalenrichtung als virtuelle Überlappung der Partikel aufgefasst, in tangentialer Richtung werden Haft- und Gleitreibung 108 gaswärme international

5 Folge 7 IM PROFIL gaswärme international betrachtet. Semi-empirische Kraftmodelle dienen dabei zur Abbildung des Zusammenhangs zwischen Überlappung, zugehörigen Kräften und Dissipationseffekten. Damit lässt sich dann, wie in Bild 5 dargestellt, das Mischverhalten auf unterschiedlichen Verbrennungsrosten in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen untersuchen und als Funktion der Roststabbewegung abbilden [9]. Erweitert man diese Beschreibungsmethodik um den Wärmeübergang zwischen den Partikeln sowie mit der umgebenden Gasphase und berücksichtigt darüber hinaus die Wärmeleitung in den Partikeln, dann ist eine numerische Simulation der Wärmeübertragung in bewegten Schüttungen möglich. In Bild 6 ist das Ergebnis einer Simulation (gekoppelte DEM-CFD Simulation mit Wärmeübertragung) einem korrespondierenden Experiment gegenübergestellt. Für die experimentellen Analysen der Wärmeübertragung wurde am LEAT ein Versuchsstand aufgebaut, an dem der konvektive Wärmeübergang von einem heißen Luftstrom auf eine bewegte Schüttung aus Polymerkugeln untersucht werden kann. Während des Versuchs kann die Schüttung durch vertikal verfahrbare Stäbe in unterschiedlichen Stärken gemischt werden. Zur integralen Bestimmung der übertragenen Wärmemenge wird über und unter der Schüttung die Lufttemperatur gemessen. Zusätzlich wird der Versuch simultan mit einer digitalen Kamera und einem Thermo grafiesystem aufgezeichnet. Über eine Bildauswertung wird die Position der an der Frontscheibe (Saphirglas) sichtbaren Partikel bestimmt und ihnen anhand der Thermografiedaten eine individuelle Oberflächen temperatur zugeordnet (AIF-Projekt N). In den wenigsten technischen Anwendungen ist eine Approximation der zu betrachtenden Objekte durch kugelförmige Partikel problemlos möglich. Das Verhaken der Partikel untereinander und die in der Realität auftretenden statischen und dynamischen Schüttwinkel lassen sich nur durch zusätzliche, häufig schlecht quantifizierbare Kräfte approximieren. Aus diesem Grund ist die Aussagekraft der mit kugelförmigen Partikeln ermittelten Simulationsergebnisse oft fragwürdig [11]. Der nächste logische Schritt beim Einsatz der DEM ist daher der Übergang von kugelförmigen Partikelapproximationen auf eine bessere Abbildung der Partikelgeometrie. In einem DFG-Projekt (SCHE 322/6-1) wird daher derzeit der Einfluss des Parameters Partikelgeometrie in verschiedenen technischen Anwendungen untersucht. Ziel des Projektes ist es, den Einfluss der Partikelapproximationen auf der Mikroebene auf das Verhalten von Partikelsystemen auf der Makroebene zu untersuchen. Es wurde dazu die Verwendung von Polyedern und von zusammengesetzten Körpern (Kugelcluster) im DEM-Code des LEAT realisiert. Als Beispiel ist in Bild 7 die zeitliche Veränderung einer aus quaderförmigen Partikeln bestehenden Schüttung aufgrund einer Größenreduktion der Einzelobjekte (Abbrand) zu drei aufeinander folgenden Zeiten dargestellt. ANLAGENSIMULATIONEN Die umfassende Nutzung theroretischer Erkenntnisse und experimenteller Daten zur Auslegung und Optimierung von technischen Anlagen mündet heute nahezu immer in der numerischen Simulation von technischen Anlagen. Kohlenstaubfeuerungen und deren mathematische Simulation stellen seit Jahrzehnten einen Schwerpunkt am LEAT dar, wodurch auf eine Vielzahl von Berechnungsmodellen zurückgegriffen werden kann. War bei den ersten numerischen Simulationen von Kraftwerksfeuerungen noch eine Diskretisierung mit weniger als Volumenelementen die Regel, so liegt die Zahl bei heute üblichen Berechnungen oberhalb von Volumenelementen, und dies bei gleichzeitig gestiegener Komplexität und Aussagekraft der verwendeten mathematischen Modelle. Durch diese Entwicklung lässt sich das enorme Einsatzpotential der Simulation technischer Feuerungen gerade in Hinblick auf Ressourcenschonung, Verringerung der primären Schadstoffbildung und die Nutzung von Sekundär brennstoffen erkennen. Durch den Einsatz des Euler/Lagrange-Verfahrens zur Modellierung der Partikelbewegung und unter Verwendung von Parallelrechnersystemen ist es möglich, nicht nur Erkenntnisse über globale Temperatur- und Konzentrationsverteilungen zu gewinnen, sondern auch detaillierte Aussagen über den Verbrennungsverlauf sowie über Einzeleffekte am Brennstoffpartikel zu treffen. Zu den jüngeren Themenfeldern gehört in diesem Zusammenhang die Mitverbrennung von Ersatzbrennstoffen aus aufbereiteten Abfallstoffen in Calcinatoren und Kraftwerksfeuerungen. Die Mitverbrennung stellt infolge der starken Inhomogenität und wegen der, im Vergleich zum Regelbrenn stoff Kohle, sehr unterschiedlichen geometrischen Abmessungen der Ersatzbrennstoffpartikel (große nichtsphärische Objekte) eine besondere Herausforderung dar. Zur Bestimmung der benötigten Brennstoffeigenschaften erfolgt zunächst, wie oben beschrieben, eine detaillierte Charakterisierung der verwendeten Ersatzbrennstoffe. Diese Charakterisierung ist eine Voraussetzung, um geeignete Abbrandmodelle für die unterschiedlichen stofflichen Fraktionen zu formulieren. Um den Einfluss der getroffenen Annahmen und der erstellten Methoden auf den Kesselzustand bestimmen zu können, werden die CFD-Simulationen mit Hilfe von Betriebs messungen bewertet. Bild 8 zeigt hierzu in zwei Vertikalschnitten und in einem Horizontalschnitt exemplarisch die Temperaturverteilung in der Feuerung eines mit Steinkohle und Ersatzbrennstoffen befeuerten Dampferzeugers. In Bild 9 ist auf der linken Seite in einem weiteren Vertikalschnitt die Temperatur verteilung vor einem Brenner visualisiert während rechts die Flugbahnen und die Massenabnahme reagierender Ersatzbrennstoffpartikel in diesem Brennerbereich dargestellt sind. Sehr große Brennstoffpartikel (Biomassen wie Holzhackschnitzel oder aber auch Abfälle) werden üblicherweise auf Rostfeuerungen thermisch verwertet. Dazu wird der Brennstoff, z.b. In Hausmüllverbrennungsanlagen durch eine mechanische Beschickung, die außerhalb der Feuerng liegt, auf ein Rost aufgebracht. Der auf dem Rost durch Roststabbewegungen mechanisch transportierte Hausmüll bildet das Brennstoffbett, das von unten, also im Kreuzstrom, von Verbrennungsluft (Primärluft) durchströmt wird. Der Brennstoff 109

6 IM PROFIL Folge 7 durchläuft dabei nacheinander die Reaktionszonen Trocknung, Pyrolyse (Entgasung) und Koksabbrand. Zunächst verdampft das im Müll vorhandene Wasser vollständig, bevor die Pyrolyse beginnt. Während der Pyrolyse werden flüchtige brennbare Gase freigesetzt, die oberhalb des Brennstoffbettes mit der Sekundärluft reagieren. Diese Gasphasenreaktion im Feuerraum hat zwei wesentliche Effekte. Zum Einen werden durch die Wärmefreisetzung die Umwandlungsvorgänge im Brennstoffbett (Trocknung, Pyrolyse, Koksabbrand) in Gang gehalten und zum Anderen wird ein Abgasvolumenstrom produziert, der zur Dampferzeugung im Kessel genutzt wird. Bild 8: Berechnete Temperaturverteilung in einer Steinkohlenfeuerung Bild 9: Vertikalschnitt der Temperaturverteilung vor einem Brenner und Flugbahnen reagierender Ersatzbrennstoffpartikel Bild 10: Temperaturen der Partikeloberflächen und der Gasphase Im Anschluss an die Pyrolyse beginnt der Restkoks heterogen mit dem Sauerstoff aus der Primärluft zu reagieren. Ist der Restkoks weitgehend ausgebrannt, wird die übrig bleibende Asche durch Entascher am Rostende aus dem Feuerraum ausgetragen. In Zusammenarbeit mit Herstellern von Hausmüllverbrennunganlagen wurde die weiter oben bereits beschriebene DEM- Methode zur Simulation der Abfallverbrennung auf Verbrennungsrosten erweitert und dazu mit den beiden gängigsten kommerziellen CFD-Codes ANSYS-CFX und ANSYS-FLUENT zur dreidimensionalen Simulation des oberhalb des Brennstoffbett angeordneten Feuerraums gekoppelt. Im Bild 10 und Bild 11 sind die Ergebnisse der Berechnung einer Anlage mit 63 MW th im stationären Betrieb dargestellt, der zugeführte Brennstoffmassenstrom betrug dabei 23 t/h. Weitere Anlagen- und Brennstoffdetails sind in [12] dokumentiert. Es sind die zeitgemittelte Temperaturverteilung der Partikeloberflächen auf dem Rost (links) und die berechnete Gasphasentemperatur in einem Vertikalschnitt des Feuerraums (rechts) dargestellt. Es handelt sich hierbei um eine stationäre 3D-CFD Simulation mit einer daran gekoppelten 3D-DEM Berechnung. Auf dem Rost ist die Aufheizung der Partikel bis hin zur Mitte des schrägen Rostabschnitts zu sehen. Nach dem Erreichen der Maximaltemperatur und nach weitgehendem Ausbrand des Kohlenstoffes werden die Partikel durch die durchströmende Primärluft bis zum Verlassen des Rostes gekühlt. Bild 11 zeigt einen Vergleich zwischen- Messungen (rot), die von der Hitachi Zosen Inova AG (ehemals von Roll Inova AG) zur Verfügung gestellt wurden und den Simulationsergebnissen (blau). Für diesen Vergleich wurden die Simulationen genau an den Stellen ausgewertet, an denen auch die Messung stattgefunden hat. Der Vergleich zwischen Simulation und Messergebnissen zeigt für die Temperaturen sowie für die Volumenanteile der stabilen Endprodukte (O 2, CO 2, H 2 O) gute Übereinstimmungen. Abschließend seien noch die Arbeiten zum Einsatz von semipermeablen Membranen zur CO 2 Abscheidung in Kohlever- 110 gaswärme international

7 Folge 7 IM PROFIL Bild 11: Vergleich zwischen Messdaten (blau, Kreuz) und Simulation (rot, Rechteck) gasungsanlagen [13] im Rahmen der Helmholtz-Allianz MEM-BRAIN (Prozesssimulation mit ASEPN) sowie die Entwicklung einer Mikrogasturbinenbrennkammer für leichtes Heizöl, Erdgas und biogene Brennstoffe [14] im Rahmen eines NRW-Projektes (CFD-Simulation und Experimente) erwähnt, die nochmals das breite Anwendungsfeld der Arbeiten am Lehrstuhl für Energieanlagen und Energieprozesstechnik dokumentieren. LITERATUR [1] Scherer, V.; Wirtz, S.: Forschung und Entwicklung am Lehrstuhl für Energieanlagen und Energieprozesstechnik der Ruhr-Universität, GASWÄRME International (56) Nr. 8/2007, pp [2] [3] Schiemann, M.; Wirtz, S.; Scherer, V.: Optical measurement of pulverized coal combustion in a laminar flow reactor: ignition, particle temperature, and alkali release, ICCEU, [4] Becker, A.; Scherer, V.: Torrefaction fester Biomasse, Einsatzmöglichkeiten in der Kraftwerkstechnik und der Stahlindustrie. VDI-Berichte, vol. 2119, 2011, p gaswärme international [5] Kretschmann, M.: Verbrennungsverhalten makroskopischer Einzelpartikel bei realistischen Feuerungsbedingungen, Dissertation, Bochum [6] Krüger, B.; Schmidt, J.; Wirtz, S.: Aerodynamische Charakterisierung von Ersatzbrenn stoffen, 4. Nordhäuser Sekundärrohstoff-Workshop, Oktober [7] Bluhm-Drenhaus, T.: Numerische Simulation der thermischen Zersetzung von Kunstsstoffen am Beispiel von Ersatzbrennstoffen in Calcinatoren der Zementindustrie. Dissertation, Bochum [8] Mehrabian, R.; Zahirovic, S.; Scharler, R.; Obernberger, I.; Kleditzsch, S.; Wirtz, S.; Scherer, V.; Lu, H.; Baxter, L. L.: A CFD model for the thermal conversion of thermally thick biomass particles, Fuel Processing Technology 95 (2012), pp [9] Simsek, E.: Mischung und Segregation auf Rostsystemen: Experimentelle Untersuchung und numerische Simulation mit Hilfe der Diskrete Elemente Methode, Dissertation, Bochum, [10] Bluhm-Drenhaus, T.; Simsek, E.; Wirtz, S.; Scherer, V.: A coupled fluid-dynymic discrete element simulation of heat and mass transfer in a lime shaft kiln, Chem. Eng. Sci. 65 (9), , [11] Kruggel-Emden, H.; Rickelt, S.; Wirtz, S.; Scherer, V.: A study on the validity of the multi-sphere Discrete Element Method, Powder Technology 188 (2) (2008) [12] Brosch, B., Wirtz, S., Scherer, V.: A particle based model for the combustion of municipal waste in grate firing systems, INFUB, 9th European Conference on Industrial Furnaces and Boilers, Estoril, Spain, April [13] Scherer, V.; Franz, J.: CO2 Separation via Pre-Combustion Utilizing Membranes in Coal Power Plants, in: Efficient Carbon Capture for Coal Power Plants, Hrsg.: Stolten, D., Scherer, V., 1. Auflage Mai 2011, pp (ISBN-13: ). [14] Schmitz, I., Scherer V.: Development of a micro gas turbine combustion system for fuel oil: CFD-layout and combustion tests ASME Paper GT ASME Turbo Expo 2009: Power of Land; Sea and Air, Orlando, USA, June 8 12, Autoren: Prof. Dr.-Ing. Viktor Scherer Dr.-Ing. Siegmar Wirtz Kontakt: Ruhr-Universität Bochum Lehrstuhl für Energieanlagen und Energieprozesstechnik Universitätsstraße 150 D Bochum Tel.: 0234/ Fax: 0234/

8 Vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage Praxishandbuch Feuerfeste Werkstoffe Aufbau Eigenschaften Prüfung Dieses Taschenbuch vermittelt einen detaillierten Überblick über Aufbau, Eigenschaften, Berechnungen, Begriffe und Prüfung feuerfester Werkstoffe und gibt wertvolle Tipps für die tägliche Arbeit. In der Neuaufl age dieses Klassikers wurden einige Kapitel von neuen Autoren grundlegend überarbeitet, der Anhang ergänzt, Normen- und Literaturlisten auf den neuesten Stand gebracht und das Stichwortverzeichnis deutlich erweitert. Dadurch wird der Nutzwert des Werks für die tägliche Berufspraxis eindeutig erhöht. Für jeden, der berufl ich mit der Feuerfestindustrie oder der Thermoprozesstechnik zu tun hat, ist dieses kompakte Buch, mit seiner Fülle von Informationen, ein unersetzliches Nachschlagewerk. Für den komfortablen Gebrauch mit dem Notebook unterwegs oder mit dem Computer am Arbeitsplatz sorgt die DVD, die neben ergänzenden Zusatzinformationen das e-book mit dem gesamten Buchinhalt enthält. Hrsg. G. Routschka / H. Wuthnow 5. Aufl age 2011, 500 Seiten mit vielen farbigen Abbildungen, DVD, Hardcover Buch + DVD mit Zusatzinhalten und vollständigem e-book Vulkan-Verlag Vorteilsanforderung per Fax: +49 (0) 201 / oder im Fensterumschlag einsenden Ja, ich bestelle gegen Rechnung 3 Wochen zur Ansicht Ex. Praxishandbuch Feuerfeste Werkstoffe + DVD 5. Aufl age 2011 ISBN: für 100,- (zzgl. Versand) Die bequeme und sichere Bezahlung per Bankabbuchung wird mit einer Gutschrift von 3,- auf die erste Rechnung belohnt. Firma/Institution Vorname/Name des Empfängers Straße/Postfach, Nr. Land, PLZ, Ort Telefon Telefax Antwort Vulkan-Verlag GmbH Versandbuchhandlung Postfach Essen Branche/Wirtschaftszweig Bevorzugte Zahlungsweise Bankabbuchung Rechnung Bank, Ort Bankleitzahl Kontonummer Widerrufsrecht: Sie können Ihre Vertragserklärung innerhalb von zwei Wochen ohne Angabe von Gründen in Textform (z.b. Brief, Fax, ) oder durch Rücksendung der Sache widerrufen. Die Frist beginnt nach Erhalt dieser Belehrung in Textform. Zur Wahrung der Widerrufsfrist genügt die Datum, Unterschrift PAPFW52011 rechtzeitige Absendung des Widerrufs oder der Sache an die Vulkan-Verlag GmbH, Versandbuchhandlung, Huyssenallee 52-56, Essen. Nutzung personenbezogener Daten: Für die Auftragsabwicklung und zur Pfl ege der laufenden Kommunikation werden personenbezogene Daten erfasst, gespeichert und verarbeitet. Mit dieser Anforderung erkläre ich mich damit einverstanden, dass ich vom Oldenbourg Industrieverlag oder vom Vulkan-Verlag per Post, per Telefon, per Telefax, per , nicht über interessante Fachangebote informiert und beworben werde. Diese Erklärung kann ich mit Wirkung für die Zukunft jederzeit widerrufen.

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